Jak połączyć panele fotowoltaiczne?

Panele fotowoltaiczne montowane na polu, w ogrodzie lub na dachu domu do niedawna stanowiły dość nietypowy, a nawet ekscentryczny widok w Polsce. Dziś jest to standard, który przeżywa czasy swojej świetności, a zacięta walka o klienta, drożejące rachunki za prąd czy liczne dotacje rządowe sprzyjają zakładaniu własnej farmy fotowoltaicznej. Przy tworzeniu większych powierzchni pojawia się pytanie: kiedy powinno mieć miejsce równoległe łączenie paneli fotowoltaicznych, a kiedy szeregowe? Dzisiejszy wpis opowie o tym, jak połączyć panele fotowoltaiczne.

Przeczytaj również: Zlew z ociekaczem czy bez? Który wybrać? Wady i zalety

Łączenie paneli fotowoltaicznych. Korzyści z instalacji

Rynek fotowoltaiczny w Polsce się rozwija niezwykle dynamicznie, o czym świadczą dane Polskiej Sieci Elektroenergetycznej. Tylko w 2020 roku moce przyłączonych instalacji energetycznych wyniosły aż 2,2 GW – mniej więcej taką mocą może poszczycić się Jaworzno III, czyli czwarta największa elektrownia w Polsce. Na tak potężny wynik składają się setki tysięcy przedsiębiorców, rolników i właścicieli domów, którzy dostrzegają zalety fotowoltaiki.

Aspekty przemawiające za tą decyzją są różne: jedni widzą w tym źródło oszczędności pieniędzy, inni dążą do uniezależnienia się od niestabilnych cen prądu, a jeszcze inni cieszą się zeroemisyjnością i ochroną środowiska.

Obecne czasy dostarczają szereg argumentów przemawiających za utworzeniem własnej instalacji fotowoltaicznej i łączeniem paneli fotowoltaicznych. Wśród najczęściej pojawiających się głosów usłyszeć można o następujących korzyściach.

Szybki zwrot inwestycji

W zależności od wielkości gospodarstwa domowego, dotychczasowego zużycia prądu i wartości mocy zainstalowanej, inwestycja w panele fotowoltaiczne zwraca się w tempie od 3,5 do 8 lat. Po tym okresie następuje zarabianie na prądzie – nie dość, że nie ponosi się kosztów związanych z energią nabywaną od elektrowni, to jeszcze można odsprzedawać nadwyżki do zainteresowanych podmiotów.

Niezależność od zmian cenowych

Rynek energetyki cechuje się regularnym wzrostem stawek za energię elektryczną od kilku lat. Tylko w 2020 roku ceny prądu zostały podniesione o około 8-15%, a kolejne podwyżki są kwestią czasu. Dysponując własną produkcją energii elektrycznej, nie musimy się obawiać o to, ile zapłacimy za prąd w tym miesiącu, za kwartał czy za rok.

Niewyczerpalny surowiec

W dobie kryzysów gospodarczych i lobbowania na rzecz odnawialnych źródeł energii, fotowoltaika doskonale reprezentuje ideę odejścia od paliw kopalnych. Przeciwnie do węgla czy gazu, energia solarna jest „surowcem”, który nie ulegnie wyczerpaniu, co pozwala zachować stabilność energetyczną następnym pokoleniom.

Liczne dotacje, ulgi i programy rządowe

„Mój Prąd”, „Prosument 2” czy ulga termomodernizacyjna to tylko przykłady wielu obecnie dostępnych programów wsparcia od rządu i Unii Europejskiej. Przy niektórych wariantach pomocy jesteśmy w stanie uzyskać zwrot nawet 50% kosztów, dzięki czemu o takich dotacjach można myśleć jak o promocyjnej cenie na fotowoltaikę.

Katalog zalet nie jest zamknięty, każda osoba jest bowiem w stanie znaleźć idealną korzyść dopasowaną na miarę swoich potrzeb. Aby korzystanie z instalacji fotowoltaicznej było możliwie efektywne, należy zapewnić odpowiednie warunki pracy panelom solarnym. Pod tym pojęciem kryje się nie tylko odpowiednia aura, bezchmurne niebo czy brak zabrudzeń na panelu, ale także sposób wykonania połączeń między instalacjami.

Ważne jest to, czy wykonamy połączenie na zasadzie „plus do plusa, minus do minusa” (równoległe łączenie paneli fotowoltaicznych) czy „minus do plusa, plus do minusa” (szeregowe łączenie paneli fotowoltaicznych). To, czy wykonamy szeregowe łączenie paneli fotowoltaicznych, czy też równoległe, ma niebagatelne znaczenie przekładające się na jakość pracy oraz obliczanie mocy.

Zanim jednak omówimy to zagadnienie, warto zrobić pewien wstęp pozwalający na ujednolicenie pojęć wykorzystywanych na co dzień w fotowoltaice. Każdy panel słoneczny posiada dwie istotne parametry związane ze sposobem pracy: napięcie wyrażone w [V], czyli woltach oraz natężenie prądu oznaczone jako [A], czyli ampery. Przemnożenie woltów przez ampery daje nam jednostkę watopik lub wattpeak (zapis zależy głównie od producenta paneli). Oznacza ona miarę wydajności, czyli tego, ile kilowatogodzin jest w stanie wyprodukować dany panel fotowoltaiczny.

Szacując moc instalacji fotowoltaicznej, można przyjąć, że 1 kilowatopik jest równy 800 kilowatogodzinom w warunkach realnych lub 1000 kilowatogodzin w standardach laboratoryjnych.

Łączenie paneli fotowoltaicznych równolegle

Równoległe łączenie paneli fotowoltaicznych oznacza, że poszczególne lustra podpięte są ze sobą na zasadzie „plus z plusem, minus z minusem”. Taki zabieg powoduje, że wartość natężenia prądu, czyli amperów wzrasta, a wolty, czyli napięcie w całym obwodzie, pozostają niezmienne. Aby obliczyć moc, należy pomnożyć liczbę zainstalowanych modułów razy moc jednego panelu zastosowanego w układzie.

Decydując się na to ułożenie, należy zadbać o jak najciaśniejsze ułożenie luster – im dłuższe kable w tym wypadku, tym mniejsza ogólna sprawność instalacji. Musimy być także świadomi, że przewody wybrane do wykonania tej instalacji będą stosunkowo grube i ciężkie.

Połączenie równoległe stosuje się w sytuacji, gdy regulator ładowania paneli pracuje w systemie PWM, co oznacza, że przy układzie 24V nie można przekraczać napięcia powyżej 30V. Będzie to dobry wybór w sytuacji, gdy energię chcemy wykorzystywać wyłącznie na użytek własny, a ewentualne nadwyżki energii zmagazynujemy we własnym zakresie. Samo podpięcie do sieci energetycznej w celu odsprzedaży prądu może spowodować znaczną utratę mocy wyprodukowanej energii już w momencie oddawania jej do sieci.

Łączenie paneli fotowoltaicznych szeregowo

Połączenie paneli w sposób szeregowy z kolei oznacza podpięcie luster na zasadzie jednego, naprzemiennego ciągu „plus do minusa, minus do plusa”. Dzięki temu otrzymujemy konstrukcję ze zwiększonym napięciem, samo natężenie prądu zaś pozostanie na niezmienionym poziomie. Moc wyrażona w watach będzie zatem stanowić iloczyn mocy jednego modułu przemnożonego przez ilość luster. Taka konstrukcja może spowodować poważne ryzyko uszczerbku na zdrowiu, a nawet utraty życia, przez co należy szczególnie zwiększyć środki ostrożności związane z użytkowaniem instalacji PV.

Połączenie szeregowe stosowane jest w sytuacji, gdy nasza instalacja panelowa wymaga przesyłu energii ze względu na podłączenie do sieci wysokiego napięcia lub znacznej odległości od zasilanego gospodarstwa domowego. Takie połączenie powoduje znikome straty energetyczne, a kable wykorzystywane do łączenia są nieduże i stosunkowo lekkie.