ソーラーパネルの直列、並列、直列-並列接続

太陽光発電アレイの直列、並列、直列並列構成

太陽光発電アレイとは何ですか？

太陽光発電モジュールは、3 W _Pの範囲で利用できます。 〜300 W _P 。しかし、多くの場合、kWからMWの範囲の電力が必要です。このような大電力を実現するには、N個のモジュールを直列および並列に接続する必要があります。

一連のPVモジュール

N個のPVモジュールが直列に接続されている場合。直列接続されたモジュールのストリング全体は、PVモジュールストリングと呼ばれます。モジュールは直列に接続され、システムの電圧を上げます。次の図は、直列、並列、および直列並列に接続されたPVモジュールの概略図を示しています。

PVモジュールアレイ

現在のNを増やすには、PVモジュールの数を並列に接続します。直列および並列の組み合わせでのモジュールのこのような接続は、「ソーラー太陽光発電アレイ」または「PVモジュールアレイ」として知られています。直並列構成で接続された太陽光発電モジュールアレイの概略図を下の図に示します。

ソーラーモジュールセル：

太陽電池は2端子デバイスです。 1つは正（アノード）で、もう1つは負（カソード）です。太陽電池の配置はソーラーモジュールまたはソーラーパネルと呼ばれ、ソーラーパネルの配置は太陽光発電アレイと呼ばれます。

モジュールの直列および並列接続の増加に伴い、モジュールの能力も追加されることに注意することが重要です。

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モジュールの直列接続

発電所に必要なシステム電圧は、単一のPVモジュールが生成できる電圧よりもはるかに高い場合があります。このような場合、必要な電圧レベルを提供するために、N個のPVモジュールが直列に接続されます。このPVモジュールの直列接続は、必要な電圧レベルを取得するためのモジュール内のN個のセルの接続と同様です。次の図は、直列構成で接続されたPVパネルを示しています。

この直列接続では、電圧だけでなく、モジュールによって生成される電力も増加します。これを実現するために、一方のモジュールのマイナス端子をもう一方のモジュールのプラス端子に接続します。

モジュールの開回路電圧がV _OC1の場合 20VのVと直列に接続された他のV_OC2 20 Vの場合、ストリングの全開回路は2つの電圧の合計です

V _OC =V _OC1 + V _OC2

V _OC =20 V + 20 V = 40 V

最大電力点での電圧の合計は、PVアレイの場合にも適用できることに注意してください。

直列に必要なモジュールの数とそれらの総電力の計算

直列に接続するPVモジュールの数を計算するには、PVアレイに必要な電圧を指定する必要があります。また、PVアレイによって生成された総電力も表示されます。すべてのモジュールが同一であり、同じモジュールパラメータを持っていることに注意してください。

ステップ1： PVアレイの電圧要件に注意してください

N個のモジュールを直列に接続する必要があるため、PVアレイからの必要な電圧を知る必要があります

• PVアレイ開回路電圧V_OCA
• 最大電力点V_MAでのPVアレイ電圧

ステップ2： 直列ストリングで接続されるPVモジュールのパラメータに注意してください

最大電力点での電流や電圧などのPVモジュールパラメータ、およびV _OCなどの他のパラメータ 、I _SC、 およびP_M また、注意する必要があります。

ステップ3： 直列に接続するモジュールの数を計算します

モジュールの数「N」を計算するには、アレイの総電圧を個々のモジュールの電圧で割ったものです。PVモジュールはSTCで動作するはずなので、アレイの電圧の比率です。最大電力点でV_MA 最大電力点V_Mでモジュール電圧に 取られます。

PVの開回路電圧についても同様の計算を行うことができます。つまり、開回路V _OCAでのアレイ電圧の比率です。 開回路V_OCでモジュール電圧に 。 「N」の値は非整数である可能性があるため、次に高い整数を取得する必要があることに注意してください。したがって、V _MAの値は およびV_OCA また、私たちが望んでいたよりも増加します。

ステップ4： PVアレイの総電力の計算

PVアレイの総電力は、直列に接続された個々のモジュールの最大電力の合計です。 P _Mの場合 は単一モジュールの最大電力であり、「N」は直列に接続されたモジュールの数であり、PVアレイの合計電力P _MA はN×P_M 。

最大電力点でのPVアレイの電圧と電流の積によってアレイの電力を計算することもできます。

V _MA ×I_MA

例：

次に、これらの手順をより数学的な方法で理解します。多数のPVモジュールが直列に接続されている2MWの発電所の例を見てみましょう。 2 MWインバーターは、600 V〜900Vの入力電圧を取ることができます。

直列に接続されているモジュールの数を決定して、最大電力点電圧800 Vを取得します。また、このPVアレイによって供給される電力も決定します。単一のPVモジュールのパラメータは次のとおりです。

• 開回路電圧V _OC =35 V
• 最大電力点V _Mでの電圧 =29 V
• 短絡電流I _SC =7.2 A
• 最大電力点I _Mでの電流 =6.4 A

ステップ1： PVアレイの電圧要件に注意してください

• PVアレイ開回路電圧V_OCA =与えられていない
• 最大電力点V_MAでのPVアレイ電圧 =800 V

ステップ2： 直列ストリングで接続されるPVモジュールのパラメータに注意してください

開回路電圧V _OC =35 V

最大電力点V _Mでの電圧 =29 V

短絡電流I _SC =7.2 A

最大電力点I _Mでの電流 =6.4 A

最大電力P _M

P _M =V _M x I _M

=29 V x 6.4 A

P _M =185.6 W

ステップ3： 直列に接続するモジュールの数を計算します

N =V _MA / V _M

N =800/29

N =27.58 （より高い整数値28）

より高い整数値の28モジュールを取得します。 Nの整数値が高いため、V _MAの値 およびV_OCA 増加します。

V _MA =V _M ×N

=29×28

=812 V

ステップ4： PVアレイの総電力の計算

P _MA =N×P_M

=28×185.6

=5196.8 W

したがって、28個のPVモジュールを直列に接続する必要があります 合計電力が5196.8Wで、必要な最大PVアレイ電圧800Vを得ることができます。

直列接続されたPVモジュールの不一致

PVモジュールの最大電力は、最大電力での電圧と電流の積です。モジュールが直列に接続されていない場合、個々のモジュールによって生成される電力は異なります。以下の表1の例を見てください。

表1

モジュール	V M ボルト単位	I M アンペアで	P M ワットで
モジュールA	16	4.1	65.6
モジュールB	15.5	4.1	63.55
モジュールC	15.3	4.1	62.73
合計	直列=46.8	直列=4.1	191.88

表1の3つのモジュールが直列に接続されている場合、それらの電圧は加算されますが、すべてのモジュールが同一でI _{Mの値が同じであることを考慮すると、電流は同じままです。} =4.1A。

直列に接続されたモジュールA、B、およびCの電圧の違いは、すべてのモジュールがI _Mの値が同じである同一 =4.1A。

ただし、直列に接続されたモジュールの電流生成容量が同じでない場合、直列に接続されたPVモジュールを流れる電流は、モジュールによって生成された最小電流に等しくなります。文字列で。以下の表2の例を見てください。

表2

モジュール	V M ボルト単位	I M アンペアで	P M ワットで
モジュールA	16	4.1	65.6
モジュールB	15.5	3.2	49.6
モジュールC	15.3	4.1	62.73
合計	直列=46.8	直列=3.2	177.93

表2のすべてのモジュールが直列に接続されている場合、直列に接続されたモジュールを流れる電流は、電流が最も少ないモジュールによって決定されます。この場合、モジュールBは、モジュールAおよびCと比較して3.2Aの最小電流を持っています。

したがって、これら3つの直列接続されたモジュールを流れる電流は3.2 Aです。次に、表1と表2、および両方によって生成される合計電力を比較します。表2の電流モジュールが異なるため、生成される総電力は177.93 Wであり、表1のモジュールによって生成される総電力（191.88 W）よりも少なくなります。

電流の不一致により、直列接続されたモジュールによって生成される出力電力が大きく影響を受けることがわかります。したがって、モジュールの直列接続では、電圧の不一致は問題ではありませんが、電流の不一致は電力の損失につながります。したがって、定格電流が異なるモジュールを直列に接続しないでください。

モジュールの並列接続

モジュールを直列に接続して電圧を上げるのではなく、太陽光発電システムの電力を上げるために、モジュールを並列に接続することで電流を増やすことがあります。 PVモジュールアレイの並列組み合わせの電流は、モジュールの個々の電流の合計です。

モジュールの並列組み合わせの電圧は、すべてのモジュールの電圧が同じであることを考慮すると、モジュールの個々の電圧の電圧と同じままです。

並列の組み合わせは、次のように、あるモジュールの正の端子を次のモジュールの正の端子に接続し、負の端子を次のモジュールの負の端子に接続することによって実現されます。形。次の図は、並列構成で接続されたソーラーパネルを示しています。

現在のI _M1の場合 1つのモジュールとI_M2の最大電力点電流です。 が他のモジュールの最大電力点電流である場合、並列接続されたモジュールの合計電流はI _M1になります。 + I _M2 。モジュールを並行して追加し続けると、電流が増え続けます。短絡電流Iscにも適用できます。

並列に必要なモジュールの数とそれらの総電力の計算

並列接続するPVモジュールの数を計算するには、PVアレイに必要な電流を指定する必要があります。また、PVアレイによって生成された総電力も表示されます。すべてのモジュールが同一であり、同じモジュールパラメータを持っていることに注意してください。

ステップ1： PVアレイの現在の要件に注意してください

N個のモジュールを並列に接続する必要があるため、PVアレイからの必要な電流を知る必要があります

• PVアレイ短絡電流I_SCA
• 最大電力点I_MAでのPVアレイ電流

ステップ2： 並列接続するPVモジュールのパラメータに注意してください

最大電力点での電流や電圧などのPVモジュールパラメータ、およびV _OCなどの他のパラメータ 、I _SC、 およびP_M また、注意する必要があります。

ステップ3： 並列接続するモジュール数を計算する

モジュール数Nを計算するには、アレイ電流の合計を個々のモジュールの電流で除算します。PVモジュールはSTCで動作することになっているため、アレイ電流の比率最大電力点でI_MA 最大電力点I_Mでモジュール電流に 取られます。

PVの短絡電流についても同様の計算を行うことができます。つまり、アレイの短絡電流の比率I _SCA モジュール短絡電流I_SC 。

Nの値は非整数になる可能性があるため、次に高い整数を取得する必要があるため、I _MAの値を取得する必要があることに注意してください。 およびI_SCA また、私たちが望んでいたよりも増加します。

ステップ4： PVアレイの総電力の計算

PVアレイの総電力は、並列に接続された個々のモジュールの最大電力の合計です。 P _Mの場合 は単一モジュールの最大電力であり、「N」は並列に接続されたモジュールの数であり、PVアレイの合計電力P _MA はN×P_M 。最大電力点でのPVアレイの電圧と電流の積、つまりV _MA によって、アレイの電力を計算することもできます。 ×I_MA 。

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例：

例を見てみましょう。最大電力点電流I _MAを取得するために並列に必要なモジュールの数を計算します。 システム電圧要件は14Vです。単一のPVモジュールのパラメータは次のとおりです。

• 開回路電圧V _OC =18 V
• 最大電力点V _Mでの電圧 =14 V
• 短絡電流I _SC =6.5 A
• 最大電力点I _Mでの電流 =6 A

ステップ1： PVアレイの現在の要件に注意してください

• PVアレイ短絡電流I_SCA =与えられていない
• 最大電力点I_MAでのPVアレイ電流 =40 A

ステップ2： 並列接続するPVモジュールのパラメータに注意してください

開回路電圧V _OC =18 V

最大電力点V _Mでの電圧 =14 V

短絡電流I _SC =6.5 A

最大電力点I _Mでの電流 =6 A

最大電力：

P _M =V _M x I _M

P _M =14V x 6A

P _M =84 W

ステップ3： 並列接続するモジュール数を計算する

N =I _MA / I _M

=40/6

N =6.66（より高い整数値7）

より高い整数値の7モジュールを使用します。 Nの整数値が高いため、I _MAの値 およびI_SCA 増加します。

I _MA =I _M ×N

=6×7

I _MA =42 A

ステップ4：PVアレイの総電力を計算する

P _MA =N×P_M

=7×84

P _MA =588 W

したがって、必要な最大PVアレイ電流40 Aを得るには、合計電力588Wの7つのPVモジュールを並列に接続する必要があります。

並列接続されたPVモジュールの不一致

並列接続では、電流の不一致の問題は問題ではありませんが、電圧の不一致の問題は問題です。並列接続されたモジュールでは、モジュールの定格電圧が同じであれば、電圧は同じままです。

ただし、並列接続されたモジュールの定格電圧が異なる場合、システム電圧は、定格電圧が最も低いモジュールによって決定され、電力損失が発生します。

電圧の不一致の影響は、現在の不一致ほど深刻ではありませんが、モジュールを選択する際には注意が必要です。同じ定格電流の直列コンビネーションモジュールと同じ電圧定格のパラレルコンビネーションモジュールをお勧めします。

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シリーズ–モジュールの並列接続–混合の組み合わせ

大規模なPVシステムプラントでギガワットの範囲で大電力を生成する必要がある場合は、モジュールを直列および並列に接続する必要があります。大規模なPVプラントでは、最初に、モジュールを「PVモジュールストリング」と呼ばれる直列に接続して、必要な電圧レベルを取得します。

次に、システムに必要な電流レベルを取得するために、このような多くの文字列が並列に接続されます。次の図は、直列および並列のモジュールの接続を示しています。これを簡単にするために、次の図を見てください。

モジュール1とモジュール2は直列に接続されています。これをストリング1と呼びましょう。ストリング1の開回路電圧 _OC1 追加されます。つまり

V _OC1 =V _OC + V _OC =2V _OC

ストリング1の短絡電流I _SC1 同じです。つまり

I _SC1 =I _SC

ストリング1と同様に、モジュール3と4がストリング2を構成します。ストリング2の開回路電圧V _OC2 追加されます。つまり、

V _OC2 =V _OC + V _OC =2V _OC

ストリング2の短絡電流I _SC2 同じです。つまり

I _SC2 =I _SC

これで、文字列1と文字列2が並列に接続され、電圧は同じままではなく、電流が追加されます。つまり、PVモジュールアレイの開回路電圧

V _OCA =V _OC1 =V _OC2 =2V _OC

そしてPVモジュールアレイの短絡電流

I _SCA =I _SC1 + I _SC2 =I _SC + I _SC =2I _SC

同じ計算が最大PowerPointでの電圧と電流に適用されます。

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直列に必要なモジュールの数–並列とそれらの総電力の計算

ここでは、直列および並列に必要なモジュールの数と電力の計算のために、すべてのモジュールが同じパラメーターを持っていると仮定しました。注意してください;

• N _S =直列のモジュールの数
• N _P =並列モジュールの数

ステップ1： PVアレイの電流、電圧、および電力要件に注意してください

• PVアレイ電力P_MA
• 最大電力点V_MAでのPVアレイ電圧
• 最大電力点I_MAでのPVアレイ電流

ステップ2： PVモジュールのパラメータに注意してください

最大電力点での電流や電圧などのPVモジュールパラメータ、およびV _OCなどの他のパラメータ 、I _SC、 およびP_M また、注意する必要があります。

ステップ3： 直列および並列に接続するモジュールの数を計算します

シリーズN_{のモジュール数を計算するには} アレイの総電圧を個々のモジュールの電圧で割ったものです。PVモジュールはSTCで動作することが想定されているため、最大電力点V _MAでのアレイ電圧の比率 最大電力点V_Mでモジュール電圧に 取られます。

同様に、並列のモジュール数を計算するにはN _p アレイの総電流を個々のモジュールの電流で割ったものです。PVモジュールはSTCで動作することになっているため、最大電力点I _MAでのアレイ電流の比率 最大電力点I_Mでモジュール電流に 取られます。

開回路電圧と短絡電流についても同様の計算を行うことができます。 N _sの値に注意してください およびN_P 非整数になる可能性があるため、次に高い整数を取得する必要があるため、I _MAの値 、I _SCA 、V _MA 、およびV _OCA また、私たちが望んでいたよりも増加します。

ステップ4： PVアレイの総電力の計算

PVアレイの総電力は、直列および並列に接続された個々のモジュールの最大電力の合計です。

P _Mの場合 は単一モジュールの最大電力であり、N _S は直列に接続されたモジュールの数であり、N _P は並列に接続されたモジュールの数であり、PVアレイの総電力

P _MA =N _P ×N_S ×P_M

最大電力点でのPVアレイの電圧と電流の積によってアレイの電力を計算することもできます。

V _MA ×I_MA

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例：

次に、組み合わせの例を見てみましょう。次のパラメータを持つPVアレイに必要なモジュールの数を決定する必要があります。

• 配列パワーP _MA =40 KW
• アレイV _MAの最大電力点での電圧 =400 V
• アレイI _MAの最大電力点での電流 =100 A
• 配列を設計するためのモジュールには、次のパラメーターがあります;
• モジュールV _Mの最大電力点での電圧 =70 V
• モジュールI _Mの最大電力点での電流 =17 A

ステップ1： PVアレイの電流、電圧、および電力要件に注意してください

• PVアレイ電力P_MA =40 KW
• 最大電力点V_MAでのPVアレイ電圧 =400 V
• 最大電力点I_MAでのPVアレイ電流 =100 A

ステップ2： PVモジュールのパラメータに注意してください

モジュールV _Mの最大電力点での電圧 =70 V

モジュールI _Mの最大電力点での電流 =17 A

最大電力P _M ：

P _M =V _M x I _M

P _M =70V x 17A

P _M =1190 W

ステップ3： 直列および並列に接続するモジュールの数を計算します

N _S =V _MA / V _M

N _S =400/70

N _S =5.71（より高い整数値6）

より高い整数値の6モジュールを使用します。 N _Sの整数値が高いため 、V _MAの値 およびV_OCA 増加します。

V _MA =V _M ×N_S

=70×6

V _MA =420 V

さて、

N _P =I _MA / I _M

N _P =100/17

N _P =5.88（より高い整数値6）

より高い整数値の6モジュールを使用します。 N _Pの整数値が高いため 、I _MAの値 およびI_SCA 増加します。

I _MA =I _M ×N_P

I _MA =17×6

I _MA =102 A

ステップ4： PVアレイの総電力の計算

P _MA =N _S ×N_P ×P_M

=6×6×1190

P _MA =42840 W

したがって、36個のPVモジュールが必要です 。直列に接続された6つのモジュールのストリングと並列に接続された6つのそのようなストリングで、合計電力は42840 Wで、希望する最大PVアレイ電流100Aと電圧400Vを取得します。

6の整数値が高いため、PVアレイの最大電流と電圧はそれぞれ102Aと420Vであることに注意してください。

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結論

この記事では、太陽光発電モジュールとアレイの詳細な調査を実施しました。より高い電力レベルのためのモジュールの必要性、構造、および設計が研究されました。また、パラメータ測定の手順と、モジュールの安全のためのバイパスダイオードとブロッキングダイオードの説明も含まれています。

また、PVモジュールアレイの説明と、その必要性および接続の組み合わせも確認しました。モジュールの電圧と電流の不一致の研究とともに、直列、並列、および混合接続の設計の計算と手順が詳細に行われました。 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.