So schalten Sie Solarmodule in Reihe: Sichere Schritte, Diagramme und Berechnungen

Wenn Sie Solarmodule in Reihe schalten, verbinden Sie die positiv ( ) von einem Panel zum negativ (−) des nächsten. In einer Serienzeichenfolge Spannungen addieren während Der Strom bleibt (ungefähr) gleich als einzelnes Panel. Dies ist die gebräuchlichste Methode, wenn Sie eine höhere Spannung benötigen, um Kabelverluste zu reduzieren oder die Eingangsanforderungen eines MPPT-Ladereglers oder netzgekoppelten Wechselrichters zu erfüllen.

Die Reihenschaltung ist in der Regel die richtige Wahl, wenn Sie Folgendes erreichen möchten:

• Erhöhen Sie die Array-Spannung, damit das System genutzt werden kann Draht mit kleinerem Durchmesser über längere Distanzen mit weniger Verlust.
• Erfüllen Sie eine Controller-/Wechselrichteranforderung, z minimale MPPT-Spannung (besonders bei kaltem Wetter).
• Erstellen Sie Strings für einen Wechselrichter, der einen höheren DC-Eingang erwartet (oft Hunderte von Volt Gleichstrom in gittergebundenen Designs).

Der Hauptnachteil: Bei einem Reihenstrang können Schattierungen oder ein schwaches Panel die Leistung des gesamten Strangs reduzieren. Bypass-Dioden helfen, aber eine gute Anordnung und die Vermeidung von Teilabschattung bleiben wichtig.

Regeln für die Reihenschaltung: Die Spannungsberechnung müssen Sie zuerst überprüfen

Bevor Sie etwas anschließen, stellen Sie sicher, dass die String-Spannung auch bei extremen Temperaturen innerhalb der sicheren Grenzen Ihrer Ausrüstung bleibt. Die beiden wichtigsten Panel-Spezifikationen sind: Gesang (Leerlaufspannung) und Vmp (Spannung bei maximaler Leistung). Sie müssen die Zeichenfolge sicherstellen kaltes Wetter Voc überschreitet nicht die maximale Eingangsspannung des Controllers/Wechselrichters.

Schnelle Berechnung für Serienstrings

Bei Reihenschaltung: Streichergesang ≈ Summe der Voc jedes Panels und Zeichenfolge Vmp ≈ Summe der Vmp jedes Panels . Der Strom bleibt nahe am Strom eines Panels (Imp/Isc), sodass die Reihenschaltung die Spannung weitaus stärker beeinflusst als Ampere.

Beispiel mit reellen Zahlen

Angenommen, die Beschriftung jedes Panels wird angezeigt Gesang = 38.0V und Vmp = 31,5 V . Mit 3 Panels in Reihe : String Voc ≈ 114,0 V und String-Vmp ≈ 94,5 V .

Wenn Ihr MPPT-Controller den maximalen Eingang hat 150V 114 V scheinen bei Raumtemperatur sicher zu sein, aber Kälte kann Voc erhöhen. Viele Panel-Datenblätter enthalten einen Voc-Temperaturkoeffizienten (häufig ca −0,28 % bis –0,35 %/°C ). Wenn Sie den Koeffizienten nicht zur Hand haben, betrachten Sie Voc bei kaltem Wetter als potenziell 10–20 % höher Geben Sie einen Wert ein, der größer als der Etikettenwert ist, und bestätigen Sie ihn anhand des Datenblatts, bevor Sie Ihre Saitenlänge festlegen.

Das Wichtigste zum Mitnehmen: Entwerfen Sie Serienstränge vom Controller/Wechselrichter rückwärts. Die maximale Eingangsspannung ist eine harte Grenze ; Eine Überschreitung kann zu dauerhaften Schäden an der Ausrüstung führen.

Werkzeuge und Komponenten, die Sie für eine saubere, zuverlässige Reihenschaltung benötigen

Bei einem korrekten Serienaufbau kommt es vor allem auf die Verwendung der richtigen Steckverbinder und des richtigen Schutzes an. Vermeiden Sie es, mit Teilen der Haushaltsverkabelung zu improvisieren. PV-Strings können gefährliche Gleichspannung führen und erfordern Komponenten, die für die Verwendung mit Gleichstrom ausgelegt sind.

Kernelemente

• PV-bewertete Steckverbinder (üblicherweise vom Typ MC4), die Passen Sie Ihre Panel-Leitungen an und are from compatible families.
• PV-Draht (üblicherweise 10 AWG oder 12 AWG, für Sonnenlicht/UV geeignet), dimensioniert für Ihren Strom und Ihre Entfernung.
• Ein für Gleichstrom ausgelegtes Multimeter mit Sonden in gutem Zustand.
• Ein DC-Trennschalter oder -Unterbrecher (oft in der Nähe der Steuerung/Wechselrichter) für sichere Wartung.

Schutz und Kombination (nach Bedarf)

• Strangsicherungen oder Leistungsschalter, falls vorhanden zwei oder mehr Saiten parallel (Einzelstränge, die nur in Reihe geschaltet sind, erfordern häufig keine Strangsicherungen, befolgen Sie jedoch die örtlichen Vorschriften und Geräteanweisungen.)
• Combiner-Box, wenn mehrere Strings zusammengeführt werden.
• Überspannungsschutz (SPD), wo erforderlich oder empfohlen, insbesondere für exponierte Arrays.

Hinweis zur Kompatibilität: Viele Installateure vermeiden das Mischen von Steckverbindermarken, da „MC4“ häufig als Oberbegriff verwendet wird. Für beste Zuverlässigkeit und Sicherheit verwenden Sie passende Steckertypen oder vom Hersteller zugelassene Äquivalente.

Schritt-für-Schritt: So verschalten Sie Solarmodule in Reihe (praktische Vorgehensweise)

Bei diesem Verfahren werden identische Panels und typische PV-Anschlüsse vorausgesetzt. Gehen Sie methodisch vor und behandeln Sie das Array immer als stromführend, wenn es Licht ausgesetzt ist. Wenn Sie mit Gleichstrom nicht vertraut sind, beauftragen Sie einen qualifizierten Installateur.

1) Identifizieren Sie die positiven und negativen Ableitungen jedes Panels

Überprüfen Sie die Polarität auf dem Panel-Etikett und den Anschlussmarkierungen. Wenn etwas unklar ist, überprüfen Sie es mit einem Multimeter bei Tageslicht. Eine korrekte Identifizierung verhindert eine Verpolung, die zum Auslösen des Schutzes oder zur Beschädigung der Ausrüstung führen kann.

2) Verbinden Sie Panel 1 ( ) mit Panel 2 (−)

Stecken Sie die Anschlüsse fest ein, bis sie einrasten/einrasten. Dadurch entsteht Ihr erster Serienlink. Setzen Sie das gleiche Muster auf der ganzen Linie fort.

3) Wiederholen, bis die Zeichenfolge vollständig ist

Für drei Panels: Panel 1 ( ) bis Panel 2 (−), dann Panel 2 ( ) bis Panel 3 (−). Die verbleibenden freien Enden werden zu Ihren String-Ausgängen: String negativ ist Panel 1 (−) und Zeichenfolge positiv ist Panel 3 ( ).

4) Messen Sie die Stringspannung, bevor Sie die Elektronik anschließen

Messen Sie die Spannung zwischen den letzten positiven und negativen Enden, während der String vom Controller/Wechselrichter getrennt ist. Erwarten Sie einen nahezu berechneten Wert String Voc in strahlender Sonne. Wenn der gemessene Wert drastisch abweicht, halten Sie an und überprüfen Sie alle Anschlüsse und Polaritäten erneut.

5) Schließen Sie den String an einen DC-Trennschalter und dann an den Controller/Wechselrichter an

Verwenden Sie einen für Gleichstrom ausgelegten Trenner/Leistungsschalter, damit Sie das Array isolieren können. Befolgen Sie die Verkabelungsreihenfolge des Herstellers. Bei vielen Ladereglern muss zuerst die Batterie angeschlossen werden, damit der Regler hochfahren und sicher konfigurieren kann, bevor der PV-Eingang angelegt wird. Das entscheidende Ergebnis ist dasselbe: Führen Sie keinen unvorhersehbaren Hot-Plug durch – Verwenden Sie einen Trennschalter und befolgen Sie die Anweisungen im Handbuch.

• Sorgen Sie dafür, dass die Reihenverkabelung ordentlich, gesichert und frei von scharfen Kanten ist.
• Achten Sie auf die richtige Polarität vom String bis zu den PV- und PV−-Klemmen.
• Kennzeichnen Sie die Stringspannung und den Trennort für zukünftige Wartungsarbeiten.

Seriell vs. parallel: Was sich elektrisch ändert und warum es wichtig ist

Viele Systeme verwenden Serienstränge, da eine höhere Spannung den Strom bei gleicher Leistung verringert. Dies verringert häufig die Kabelverluste und kann die Leitergröße und -kosten reduzieren (innerhalb der gesetzlichen Einschränkungen).

Eine praktische Darstellung des Stromausfalls

Angenommen, Sie möchten senden 600W von einem Array zu einem Controller. Bei 60V , aktuell ist ca 10A (600 W 60 V). Bei 120V , aktuell ist ca 5A . Weil der Widerstandsdrahtverlust skaliert I²R Durch eine ungefähre Halbierung des Stroms können der Spannungsabfall und die Erwärmung bei langen Laufzeiten deutlich reduziert werden.

In der Praxis werden viele Arrays verwendet Seriensaiten Um eine Zielspannung zu erreichen, schließen Sie dann mehrere Strings an parallel um Gesamtstrom und Leistung zu erhöhen. Das Designziel besteht darin, innerhalb des Spannungsfensters des Geräts zu landen und gleichzeitig Abschattungsrisiko, Verkabelungskosten und Sicherheit auszugleichen.

Sicherheits- und Code-angrenzende Grundlagen für Serienzeichenfolgen

Durch die Reihenschaltung kann schnell gefährliche Gleichspannung entstehen. Selbst relativ kleine Arrays können größer sein 100 V Gleichstrom , was das Stromschlagrisiko und die Lichtbogengefahr erhöht. Verwenden Sie Hardware, die für den PV-DC-Betrieb ausgelegt ist, und befolgen Sie die örtlichen Elektrovorschriften und Herstelleranweisungen.

Mindestsicherheitspraktiken

• Schalten Sie, wo möglich, den Strom ab: Decken Sie Module ab oder arbeiten Sie in der Morgen-/Abenddämmerung und verwenden Sie a DC-Trennung .
• Ziehen Sie niemals Steckverbinder unter Last ab. Gleichstromlichtbögen sind dauerhaft; Öffnen Sie zuerst den Trennschalter.
• Überprüfen Sie die Polarität mit einem Messgerät, bevor Sie Leiter an PV-/PV−-Klemmen anschließen.
• Verwenden Sie PV-zertifiziertes Kabelmanagement, Zugentlastung und Wetterschutz, um Isolationsschäden und das Eindringen von Wasser zu verhindern.

Überstromschutz: Wenn Sicherungen wichtig sind

In einem einzelnen Reihenstrang, der einen Controller-Eingang speist, wird der Strom jedes Moduls durch den Strangstrom begrenzt, sodass eine Strangsicherung möglicherweise nicht erforderlich ist. Allerdings, wenn Sie haben mehrere Saiten parallel , ein String kann Fehlerstrom in einen anderen zurückspeisen, also Strangsicherungen/-unterbrecher werden häufig verwendet. Befolgen Sie immer das Handbuch des Controllers/Wechselrichters und die für Ihre Gerichtsbarkeit geltenden elektrischen Vorschriften.

Fehlerbehebung: häufige Fehler bei der Serienverdrahtung und schnelle Überprüfungen

Wenn das System nach der Reihenschaltung von Solarmodulen eine unzureichende Leistung erbringt, liegt die Ursache oft in einer einfachen Verbindung, Polarität oder einer erwarteten Nichtübereinstimmung. Nutzen Sie diese Prüfungen, um Probleme schnell zu isolieren.

Symptombasierte Checkliste

• Die gemessene Stringspannung liegt nahe Null: Wahrscheinlich handelt es sich um eine vertauschte Verbindung, die zu einer Löschschleife führt, einen Stecker, der nicht richtig sitzt, oder ein gebrochenes Kabel.
• Die Spannung ist korrekt, aber die Leistung ist niedrig: Überprüfen Sie die teilweise Verschattung, Verschmutzung oder ein Panel mit defekter Bypass-Diode. Stellen Sie sicher, dass alle Panels das gleiche Modell/die gleiche Spezifikation haben.
• Regler zeigt PV-Überspannung an: Der String verfügt für die Temperaturbedingungen über zu viele in Reihe geschaltete Module. Reduzieren Sie die Anzahl der Serien oder verwenden Sie Geräte mit höherer Eingangsleistung.
• Intermittierende Fehler: vermuten Sie einen losen Stecker, Wassereinbruch oder Kabelspannung an den Modulanschlusskästen.

Eine einfache Validierungsroutine

1. Messen Sie die VOC jedes Panels einzeln bei ähnlichem Sonnenlicht; Beachten Sie alle Panels, die erheblich abweichen.
2. Schließen Sie den Serienstring an und messen Sie den Gesamt-Voc; Bestätigen Sie, dass es innerhalb einer angemessenen Spanne mit der erwarteten Summe übereinstimmt.
3. Falls verfügbar, verwenden Sie das Display/die App des Controllers, um zu bestätigen, dass die Betriebsspannung in der Nähe der Berechnung liegt String Vmp bei guter Sonne.

Wenn Ihre Messwerte nicht mit der grundlegenden Mathematik der Reihe übereinstimmen, unterbrechen Sie die Verkabelung und korrigieren Sie sie, bevor Sie teure Elektronikgeräte anschließen. Die meisten Ausfälle können durch Spannungsprüfungen vor dem Anschluss verhindert werden.

Praktische Designtipps für eine bessere Leistung mit Seriensaiten

Bei einer guten Reihenkettenleistung kommt es sowohl auf das Layout als auch auf die Verkabelung an. Diese praktischen Maßnahmen reduzieren Verluste und vermeiden vermeidbare Leistungsminderungen.

Bewahren Sie die Module unter den gleichen Sonnenbedingungen auf

In einer Reihenfolge kann ein schattiertes Feld die Reihe nach unten ziehen. Platzieren Sie die Paneele in derselben Ebene und vermeiden Sie die Kombination von Modulen, die unterschiedlichen Schattenmustern (Schornsteine, Bäume, Dachgauben) innerhalb derselben Serienkette ausgesetzt sind.

Minimieren Sie den Spannungsabfall beim Homerun

Eine höhere Reihenspannung ist hilfreich, Sie sollten jedoch dennoch einen geringen Spannungsabfall anstreben. Als Faustregel gilt für viele Designer das Ziel ≤ 3 % Spannungsabfall für die Array-Verkabelung. Um dies zu erreichen, sind innerhalb der Gerätegrenzen möglicherweise kürzere Strecken, größere Kabel oder eine Kette mit höherer Spannung erforderlich.

Verwenden Sie in jeder Reihe passende Paneele

Um vorhersehbare Ergebnisse zu erzielen, bauen Sie jeden Serienstrang aus demselben Modell und ähnlichem Alter auf. Das Mischen von Panels mit unterschiedlichen Nennströmen kann dazu führen, dass der gesamte String näher an der Leistungsfähigkeit des schwächsten Panels arbeitet.

Fazit: Wenn Sie weniger Überraschungen wünschen, sollten Sie Prioritäten setzen richtige Spannungsauslegung , Gleichbleibende Bestrahlungsstärke pro Saite , und Verifizierungsmessungen bevor Sie die Steuerung oder den Wechselrichter mit Strom versorgen.