태양광 패널의 직렬, 병렬 및 직렬 병렬 연결

태양광 어레이의 직렬, 병렬 및 직렬 병렬 구성

태양광 발전 어레이란 무엇입니까?

태양광 태양광 모듈은 3W의 범위에서 사용할 수 있습니다._P ~ 300W_P . 그러나 많은 경우 kW에서 MW 범위의 전력이 필요합니다. 이러한 큰 전력을 얻으려면 N개의 모듈을 직렬 및 병렬로 연결해야 합니다.

PV 모듈 문자열

N개의 PV 모듈이 직렬로 연결된 경우. 직렬 연결된 모듈의 전체 스트링을 PV 모듈 스트링이라고 합니다. 모듈은 시스템의 전압을 높이기 위해 직렬로 연결됩니다. 다음 그림은 직렬, 병렬 및 직렬 병렬 연결된 PV 모듈의 개략도를 보여줍니다.

PV 모듈 어레이

현재 N개의 PV 모듈이 병렬로 연결되어 있기 때문에 증가합니다. 이러한 직렬 및 병렬 조합의 모듈 연결은 "태양광 발전 어레이" 또는 "PV 모듈 어레이"로 알려져 있습니다. 직렬 병렬 구성으로 연결된 태양광 모듈 어레이의 개략도는 아래 그림과 같습니다.

태양광 모듈 셀:

태양 전지는 2단자 장치입니다. 하나는 양극(양극)이고 다른 하나는 음극(음극)입니다. 태양 전지 배열은 태양광 모듈 또는 태양 전지판으로 알려져 있으며 태양 전지판 배열은 광전지 배열로 알려져 있습니다.

모듈의 직렬 및 병렬 연결이 증가함에 따라 모듈의 성능도 추가된다는 점에 유의해야 합니다.

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모듈의 직렬 연결

때때로 발전소에 필요한 시스템 전압은 단일 PV 모듈이 생산할 수 있는 것보다 훨씬 높습니다. 이러한 경우 N개의 PV 모듈을 직렬로 연결하여 필요한 전압 수준을 제공합니다. PV 모듈의 이러한 직렬 연결은 필요한 전압 레벨을 얻기 위해 모듈에 있는 N개의 셀을 연결하는 것과 유사합니다. 다음 그림은 직렬 구성으로 연결된 PV 패널을 보여줍니다.

이 직렬 연결을 사용하면 전압뿐만 아니라 모듈에서 생성되는 전력도 증가합니다. 이를 위해 한 모듈의 음극 단자를 다른 모듈의 양극 단자에 연결합니다.

모듈에 개방 회로 전압이 있는 경우 V_OC1 20V 및 직렬로 연결된 다른 장치에는 V_OC2 가 있습니다. 20V이면 스트링의 총 개방 회로는 두 전압의 합입니다.

V_OC =V_OC1 + V_OC2

V_OC =20V + 20V =40V

최대 전력점에서의 전압 합은 PV 어레이의 경우에도 적용된다는 점에 유의해야 합니다.

시리즈에 필요한 모듈 수 및 총 전력 계산

직렬로 연결할 PV 모듈의 수를 계산하려면 PV 어레이에 필요한 전압을 지정해야 합니다. 또한 PV 어레이에서 생성된 총 전력도 확인할 수 있습니다. 모든 모듈은 동일한 모듈 매개변수를 갖는 동일합니다.

1단계: PV 어레이의 전압 요구 사항에 유의하십시오.

N개의 모듈을 직렬로 연결해야 하므로 PV 어레이에서 필요한 전압을 알아야 합니다.

• PV 어레이 개방 회로 전압 V_OCA
• 최대 전력점 V_MA에서의 PV 어레이 전압

2단계: 직렬 스트링에 연결될 PV 모듈의 매개변수를 기록하십시오.

최대 전력 지점에서의 전류 및 전압과 같은 PV 모듈 매개변수 및 V_OC와 같은 기타 매개변수 , 나_SC, 및 P_M 또한 주목해야 합니다.

3단계: 직렬로 연결할 모듈 수 계산

모듈 수 "N"을 계산하려면 총 어레이 전압을 개별 모듈의 전압으로 나눕니다. PV 모듈은 STC에서 작동해야 하므로 어레이 전압 비율 최대 전력점 V_MA에서 최대 전력점 V_M에서 모듈 전압까지 촬영됩니다.

PV의 개방 회로 전압에 대한 유사한 계산, 즉 개방 회로 V_OCA에서의 어레이 전압 비율도 수행할 수 있습니다. 개방 회로 V_OC에서 모듈 전압으로 . "N"의 값은 정수가 아닐 수 있으므로 다음으로 높은 정수를 취해야 하므로 V_MA의 값을 취해야 합니다. 및 V_OCA 또한 우리가 원하는 것보다 증가할 것입니다.

4단계: PV 어레이의 총 전력 계산

PV 어레이의 총 전력은 직렬로 연결된 개별 모듈의 최대 전력을 합한 것입니다. P_M인 경우 는 단일 모듈의 최대 전력이고 "N"은 직렬로 연결된 모듈의 수이며 PV 어레이의 총 전력 P_MA N × P_M .

최대 전력점에서 PV 어레이 전압과 전류의 곱으로 어레이 전력을 계산할 수도 있습니다.

V_MA × 나_MA

예:

이제 이 단계를 보다 수학적 방식으로 이해합니다. 많은 수의 PV 모듈이 직렬로 연결된 2MW 발전소의 예를 들어 보겠습니다. 2MW 인버터는 600V ~ 900V의 입력 전압을 사용할 수 있습니다.

800V의 최대 전력점 전압을 얻기 위해 직렬로 연결된 모듈의 수를 결정합니다. 또한 이 PV 어레이에서 제공하는 전력도 결정합니다. 단일 PV 모듈의 매개변수는 다음과 같습니다.

• 개방 회로 전압 V_OC =35V
• 최대 전력점 V_M에서의 전압 =29V
• 단락 전류 I_SC =7.2A
• 최대 전력점 I_M에서의 전류 =6.4A

1단계: PV 어레이의 전압 요구 사항에 유의하십시오.

• PV 어레이 개방 회로 전압 V_OCA =제공되지 않음
• 최대 전력점 V_MA에서의 PV 어레이 전압 =800V

2단계: 직렬 스트링에 연결될 PV 모듈의 매개변수를 기록하십시오.

개방 회로 전압 V_OC =35V

최대 전력점 V_M에서의 전압 =29V

단락 전류 I_SC =7.2A

최대 전력점 I_M에서의 전류 =6.4A

최대 전력 P_M

P_M =V_M x I_M

=29V x 6.4A

P_M =185.6W

3단계: 직렬로 연결할 모듈 수 계산

N =V_MA / V_남

N =800 / 29

N =27.58 (더 높은 정수 값 28)

더 높은 정수 값 28개 모듈을 사용합니다. N의 더 높은 정수 값으로 인해 V_MA 값 및 V_OCA 또한 증가할 것입니다.

V_MA =V_M × N

=29 × 28

=812V

4단계: PV 어레이의 총 전력 계산

P_MA =N × P_M

=28 × 185.6

=5196.8 W

따라서 28개의 PV 모듈을 직렬로 연결해야 합니다. 800V의 원하는 최대 PV 어레이 전압을 얻기 위해 총 전력이 5196.8W입니다.

직렬로 연결된 PV 모듈의 불일치

PV 모듈의 최대 전력은 최대 전력에서 전압과 전류의 곱입니다. 모듈이 직렬로 연결되지 않은 경우 개별 모듈에서 생성되는 전력이 다릅니다. 아래의 표 1을 예로 들어 보겠습니다.

표 1

모듈	VM 볼트로	나는M 암페어 단위	PM 와트
모듈 A	16	4.1	65.6
모듈 B	15.5	4.1	63.55
모듈 C	15.3	4.1	62.73
총계	시리즈 =46.8	시리즈 =4.1	191.88

표 1의 3개 모듈을 직렬로 연결하면 전압이 추가되지만 모든 모듈이 동일한 I_{M 값을 갖는 동일하므로 전류는 동일하게 유지됩니다.} =4.1 A.

직렬로 연결된 모듈 A, B 및 C의 전압 차이는 모든 모듈이 I_M 값이 동일한 동일 =4.1 A.

그러나 직렬로 연결된 모듈의 전류 생산 용량이 동일하지 않은 경우 직렬 연결된 PV 모듈을 통해 흐르는 전류는 모듈에서 생산되는 가장 낮은 전류와 같습니다. 문자열에서. 아래의 표 2를 예로 들어 보겠습니다.

표 2

모듈	VM 볼트로	나는M 암페어 단위	PM 와트
모듈 A	16	4.1	65.6
모듈 B	15.5	3.2	49.6
모듈 C	15.3	4.1	62.73
총계	시리즈 =46.8	시리즈 =3.2	177.93

표 2의 모든 모듈이 직렬로 연결된 경우 직렬 연결된 모듈에 흐르는 전류는 전류가 가장 낮은 모듈에 의해 결정됩니다. 이 경우 모듈 B는 모듈 A 및 C에 비해 3.2A의 가장 낮은 전류를 가집니다.

따라서 이 세 개의 직렬 연결된 모듈을 통해 흐르는 전류는 3.2A입니다. 이제 표 1과 2와 두 모듈에서 생성된 총 전력을 비교하십시오. 표 2의 동일하지 않은 전류 모듈로 인해 생성된 총 전력은 177.93W로, 이는 표 1의 모듈에서 생성된 총 전력(191.88W)보다 적습니다.

전류의 불일치로 인해 직렬 연결 모듈에서 생성된 출력 전력이 크게 영향을 받는 것을 볼 수 있습니다. 따라서 모듈의 직렬 연결에서 전압 불일치는 문제가 되지 않지만 전류 불일치는 전력 손실을 초래합니다. 따라서 정격 전류가 다른 모듈을 직렬로 연결하면 안 됩니다.

모듈의 병렬 연결

때때로 태양광 발전 시스템의 전력을 증가시키기 위해 모듈을 직렬로 연결하여 전압을 높이는 대신 모듈을 병렬로 연결하여 전류를 증가시킵니다. PV 모듈 어레이의 병렬 조합의 전류는 모듈의 개별 전류의 합입니다.

모듈의 병렬 조합의 전압은 모든 모듈의 전압이 동일하다는 점을 고려하여 모듈의 개별 전압과 동일하게 유지됩니다.

병렬 조합은 다음 그림과 같이 한 모듈의 양극 단자를 다음 모듈의 양극 단자에 연결하고 음극 단자를 다음 모듈의 음극 단자에 연결하여 이루어집니다. 수치. 다음 그림은 병렬 구성으로 연결된 태양 전지판을 보여줍니다.

현재 I_M1인 경우 하나의 모듈 및 I_M2 의 최대 전력 포인트 전류입니다. 는 다른 모듈의 최대 전력점 전류이고 병렬 연결된 모듈의 총 전류는 I_M1 이 됩니다. + 나_M2 . 모듈을 병렬로 계속 추가하면 전류가 계속 추가됩니다. 단락 전류 Isc에도 적용됩니다.

병렬에 필요한 모듈 수 및 총 전력 계산

병렬로 연결할 PV 모듈의 수를 계산하려면 PV 어레이에 필요한 전류가 제공되어야 합니다. 또한 PV 어레이에서 생성된 총 전력도 확인할 수 있습니다. 모든 모듈은 동일한 모듈 매개변수를 갖는 동일합니다.

1단계: PV 어레이의 현재 요구 사항에 유의하십시오.

N개의 모듈을 병렬로 연결해야 하므로 PV 어레이에서 필요한 전류를 알아야 합니다.

• PV 어레이 단락 전류 I_SCA
• 최대 전력점 I_MA에서의 PV 어레이 전류

2단계: 병렬로 연결될 PV 모듈의 매개변수를 확인하십시오.

최대 전력 지점에서의 전류 및 전압과 같은 PV 모듈 매개변수 및 V_OC와 같은 기타 매개변수 , 나_SC, 및 P_M 또한 주목해야 합니다.

3단계: 병렬로 연결할 모듈 수 계산

모듈 수 N을 계산하려면 총 어레이 전류를 개별 모듈의 전류로 나눕니다. PV 모듈은 STC에서 작동해야 하므로 어레이 전류 비율 최대 전력점 I_MA에서 최대 전력점 I_M에서 모듈 전류로 촬영됩니다.

PV의 단락 전류에 대한 유사한 계산도 수행할 수 있습니다. 즉, 어레이 단락 전류 I_SCA 모듈 단락 ​​전류 I_SC .

N 값은 정수가 아닐 수 있으므로 다음으로 높은 정수를 가져와야 하므로 I_MA 그리고 나_SCA 또한 우리가 원하는 것보다 증가할 것입니다.

4단계: PV 어레이의 총 전력 계산

PV 어레이의 총 전력은 병렬로 연결된 개별 모듈의 최대 전력을 합한 것입니다. P_M인 경우 는 단일 모듈의 최대 전력이고 "N"은 병렬로 연결된 모듈의 수이며 PV 어레이의 총 전력 P_MA N × P_M . 또한 최대 전력점, 즉 V_MA에서 PV 어레이 전압과 전류의 곱으로 어레이 전력을 계산할 수 있습니다. × 나_MA .

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예:

예를 들어 최대 전력점 전류 I_MA 를 얻기 위해 병렬로 필요한 모듈 수를 계산해 보겠습니다. 40A의 시스템 전압 요구 사항은 14V입니다. 단일 PV 모듈의 매개변수는 다음과 같습니다.

• 개방 회로 전압 V_OC =18V
• 최대 전력점 V_M에서의 전압 =14V
• 단락 전류 I_SC =6.5A
• 최대 전력점 I_M에서의 전류 =6A

1단계: PV 어레이의 현재 요구 사항에 유의하십시오.

• PV 어레이 단락 전류 I_SCA =제공되지 않음
• 최대 전력점 I_MA에서의 PV 어레이 전류 =40A

2단계: 병렬로 연결될 PV 모듈의 매개변수를 확인하십시오.

개방 회로 전압 V_OC =18V

최대 전력점 V_M에서의 전압 =14V

단락 전류 I_SC =6.5A

최대 전력점 I_M에서의 전류 =6A

최대 출력:

P_M =V_M x I_M

P_M =14V x 6A

P_M =84W

3단계: 병렬로 연결할 모듈 수 계산

N =I_MA / 나_남

=40 / 6

N =6.66(더 높은 정수 값 7)

더 높은 정수 값 7 모듈을 사용합니다. N의 더 높은 정수 값으로 인해 I_MA 값 그리고 나_SCA 또한 증가할 것입니다.

나는_MA =나_M × N

=6 × 7

나는_MA =42A

4단계:PV 어레이의 총 전력 계산

P_MA =N × P_M

=7 × 84

P_MA =588W

따라서 40A의 원하는 최대 PV 어레이 전류를 얻으려면 총 전력이 588W인 7개의 PV 모듈을 병렬로 연결해야 합니다.

병렬 연결된 PV 모듈의 불일치

병렬 연결에서는 전류 불일치 문제가 문제가 아니지만 전압 불일치가 문제입니다. 병렬 연결된 모듈에서 모듈의 정격 전압이 동일하면 전압이 동일하게 유지됩니다.

그러나 병렬 연결된 모듈의 정격 전압이 다른 경우 시스템 전압은 정격 전압이 가장 낮은 모듈에 의해 결정되어 전력 손실이 발생합니다.

전압 불일치의 영향은 현재 불일치만큼 심각하지 않지만 모듈을 선택할 때 주의를 기울여야 합니다. 정격 전류가 동일한 직렬 조합 모듈과 정격 전압이 동일한 병렬 조합 모듈을 사용하는 것이 좋습니다.

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시리즈 – 모듈의 병렬 연결 – 혼합 조합

대형 PV 시스템 플랜트에 대해 기가와트 범위의 큰 전력을 생성해야 하는 경우 모듈을 직렬 및 병렬로 연결해야 합니다. 대규모 PV 발전소에서는 먼저 모듈을 "PV 모듈 스트링"이라고 하는 직렬로 연결하여 필요한 전압 수준을 얻습니다.

그런 다음 많은 문자열을 병렬로 연결하여 시스템에 필요한 현재 수준을 얻습니다. 다음 그림은 모듈의 직렬 및 병렬 연결을 보여줍니다. 이를 단순화하기 위해 다음 그림의 오른쪽을 살펴보십시오.

모듈 1과 모듈 2가 직렬로 연결되어 있으므로 이를 스트링 1이라고 합시다. 스트링 1의 개방 회로 전압 V_OC1 추가됩니다. 즉

V_OC1 =V_OC + V_OC =2V_OC

문자열 1의 단락 전류 I_SC1 동일합니다.

나_SC1 =나_SC

스트링 1과 유사하게 모듈 3과 4는 스트링 2를 구성합니다. 스트링 2의 개방 회로 전압 V_OC2 추가됩니다. 즉,

V_OC2 =V_OC + V_OC =2V_OC

문자열 2의 단락 전류 I_SC2 동일합니다.

나_SC2 =나_SC

이제 스트링 1과 스트링 2가 병렬로 연결되어 전압이 동일하게 유지되는 곳은 없지만 전류가 추가됩니다. 즉, PV 모듈 어레이의 개방 회로 전압

V_OCA =V_OC1 =V_OC2 =2V_OC

PV 모듈 어레이의 단락 전류

나는_SCA =나_SC1 + 나_SC2 =나_SC + 나_SC =2I_SC

최대 PowerPoint에서 전압 및 전류에 대해 동일한 계산이 적용됩니다.

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직렬 - 병렬에 필요한 모듈 수 및 총 전력 계산

여기에서 직렬 및 병렬에 필요한 모듈 수와 전력을 계산하기 위해 모든 모듈이 동일한 매개변수를 갖는다고 가정했습니다. 참고하세요.

• N_S =시리즈의 모듈 수
• N_P =병렬로 연결된 모듈 수

1단계: PV 어레이의 전류, 전압 및 전력 요구 사항을 확인하십시오.

• PV 어레이 전력 P_MA
• 최대 전력점 V_MA에서의 PV 어레이 전압
• 최대 전력점 I_MA에서의 PV 어레이 전류

2단계: PV 모듈 매개변수 참고

최대 전력 지점에서의 전류 및 전압과 같은 PV 모듈 매개변수 및 V_OC와 같은 기타 매개변수 , 나_SC, 및 P_M 또한 주목해야 합니다.

3단계: 직렬 및 병렬로 연결할 모듈 수 계산

N 시리즈의 모듈 수를 계산하려면 총 어레이 전압은 개별 모듈의 전압으로 나뉩니다. PV 모듈은 STC에서 작동해야 하므로 최대 전력점 V_MA에서 어레이 전압의 비율 최대 전력점 V_M에서 모듈 전압까지 촬영됩니다.

마찬가지로 병렬로 모듈 수를 계산하려면 N_p 총 어레이 전류는 개별 모듈의 전류로 나뉩니다. PV 모듈은 STC에서 작동해야 하므로 최대 전력점에서 어레이 전류의 비율 I_MA 최대 전력점 I_M에서 모듈 전류로 촬영됩니다.

개방 전압 및 단락 전류에 대한 유사한 계산을 수행할 수 있습니다. N_s 의 값에 유의하십시오. 및 N_P 정수가 아닐 수 있으므로 다음으로 높은 정수를 취해야 하므로 I_MA 값 , 나_SCA , V_MA , 및 V_OCA 또한 우리가 원하는 것보다 증가할 것입니다.

4단계: PV 어레이의 총 전력 계산

PV 어레이의 총 전력은 직렬 및 병렬로 연결된 개별 모듈의 최대 전력 합계입니다.

P_M인 경우 는 단일 모듈의 최대 전력이고 N_S 직렬로 연결된 모듈의 수이고 N_P 병렬로 연결된 모듈의 수이고 PV 어레이의 총 전력입니다.

P_MA =N_P × N_S × P_M

최대 전력점에서 PV 어레이 전압과 전류의 곱으로 어레이 전력을 계산할 수도 있습니다.

V_MA × 나_MA

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예:

이제 믹스 – 조합의 예를 들어보겠습니다. 다음 매개변수를 갖는 PV 어레이에 필요한 모듈 수를 결정해야 합니다.

• 배열 전력 P_MA =40KW
• 배열 V_MA의 최대 전력점에서의 전압 =400V
• 배열 I의 최대 전력점에서의 전류_MA =100A
• 배열 설계를 위한 모듈에는 다음 매개변수가 있습니다.
• 모듈 V_M의 최대 전력점에서의 전압 =70V
• 모듈 I_M의 최대 전력점에서의 전류 =17A

1단계: PV 어레이의 전류, 전압 및 전력 요구 사항을 확인하십시오.

• PV 어레이 전력 P_MA =40KW
• 최대 전력점 V_MA에서의 PV 어레이 전압 =400V
• 최대 전력점 I_MA에서의 PV 어레이 전류 =100A

2단계: PV 모듈 매개변수 참고

모듈 V_M의 최대 전력점에서의 전압 =70V

모듈 I_M의 최대 전력점에서의 전류 =17A

최대 전력 P_M :

P_M =V_M x I_M

P_M =70V x 17A

P_M =1190W

3단계: 직렬 및 병렬로 연결할 모듈 수 계산

N_S =V_MA / V_남

N_S =400 / 70

N_S =5.71 (높은 정수 값 6)

더 높은 정수 값 6개 모듈을 사용합니다. N_S의 더 높은 정수 값으로 인해 , V_MA 값 및 V_OCA 또한 증가할 것입니다.

V_MA =V_M × N_S

=70 × 6

V_MA =420V

지금,

N_P =나_MA / 나_남

N_P =100 / 17

N_P =5.88 (높은 정수 값 6)

더 높은 정수 값 6개 모듈을 사용합니다. N_P의 더 높은 정수 값으로 인해 , I_MA 값 그리고 나는_SCA 또한 증가할 것입니다.

나는_MA =나_M × N_P

나는_MA =17 × 6

나는_MA =102A

4단계: PV 어레이의 총 전력 계산

P_MA =N_S × N_P × P_M

=6 × 6 × 1190

P_MA =42840W

따라서 36개의 PV 모듈이 필요합니다. . 원하는 최대 PV 어레이 전류 100A 및 전압 400V를 얻기 위해 총 전력이 42840W인 직렬로 연결된 6개의 모듈 스트링과 병렬로 연결된 6개의 스트링.

6의 더 높은 정수 값으로 인해 최대 PV 어레이 전류 및 전압은 각각 102A 및 420V입니다.

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Conclusion

In this article, an in-depth study of the solar photovoltaic module and array was carried out. The need, structure, and design of the modules for higher power level was studied. It also included a procedure for parameter measurement and explanation of bypass diode and blocking diode for the safety of the module.

We also saw an explanation of the PV module array along with its need and connection combination. Calculation and procedure for the design of series, parallel, and mix connections were done in detail along with the study of mismatch in voltage and current of the modules. Such a study of Photovoltaic module and array is a must requirement for a designer of the PV system.

The article gives a significant design understanding of important components (modules and array) in the PV system, which can be utilized to make a proper, efficient, and reliable design in a PV system.