Berechnungen zur String-Konstruktion von Solarwechselrichtern
Der folgende Artikel hilft Ihnen bei der Berechnung der maximalen/minimalen Modulanzahl pro Reihenstrang bei der Auslegung Ihrer PV-Anlage. Die Wechselrichterdimensionierung umfasst zwei Aspekte: Spannungs- und Stromdimensionierung. Bei der Wechselrichterdimensionierung müssen Sie die verschiedenen Konfigurationsgrenzen berücksichtigen, die bei der Dimensionierung des Solarwechselrichters berücksichtigt werden sollten (Daten aus den Datenblättern des Wechselrichters und der Solarmodule). Bei der Dimensionierung ist der Temperaturkoeffizient ein wichtiger Faktor.
1. Temperaturkoeffizient des Solarmoduls von Voc / Isc:
Die Betriebsspannung/Stromstärke von Solarmodulen hängt von der Zelltemperatur ab. Je höher die Temperatur, desto niedriger die vom Solarmodul erzeugte Spannung/Stromstärke und umgekehrt. Die Systemspannung/Stromstärke ist unter kältesten Bedingungen immer am höchsten. Um dies zu berechnen, wird beispielsweise der Temperaturkoeffizient des Solarmoduls (Voc) benötigt. Bei mono- und polykristallinen Solarmodulen ist dies immer ein negativer Wert (%/°C), z. B. -0,33 %/°C beim SUN 72P-35F. Diese Informationen finden Sie im Datenblatt des Solarmodulherstellers. Siehe Abbildung 2.
2. Anzahl der Solarmodule in der Reihenschaltung:
Wenn Solarmodule in Reihe geschaltet werden (d. h. der Pluspol eines Moduls mit dem Minuspol des nächsten Moduls verbunden ist), addieren sich die Spannungen der einzelnen Module zur Gesamtspannung des Strangs. Daher benötigen wir die Angabe, wie viele Solarmodule Sie in Reihe schalten möchten.
Wenn Sie über alle Informationen verfügen, können Sie diese in die folgenden Spannungs- und Stromdimensionierungsberechnungen für Solarmodule eingeben, um zu sehen, ob das Design des Solarmoduls Ihren Anforderungen entspricht.
Spannungsdimensionierung:
1. Maximale Panelspannung = Voc*(1+(Min.temp-25)*Temperaturkoeffizient(Voc)
2. Maximale Anzahl an Solarmodulen = Max. Eingangsspannung / Max. Modulspannung
Aktuelle Größe:
1. Minimaler Panelstrom = Isc*(1+(Max.temp-25)*Temperaturkoeffizient(Isc)
2. Maximale Anzahl von Strings = Max. Eingangsstrom / Min. Panelstrom
3. Beispiel:
In Curitiba, einer brasilianischen Stadt, möchte der Kunde einen dreiphasigen Wechselrichter von Renac Power mit 5 kW installieren. Das verwendete Solarmodulmodell ist ein 330-W-Modul. Die minimale Oberflächentemperatur in der Stadt beträgt -3 °C und die maximale Temperatur 35 °C. Die Leerlaufspannung beträgt 45,5 V, Vmpp 37,8 V, der MPPT-Spannungsbereich des Wechselrichters beträgt 160 V bis 950 V und die maximale Spannung kann 1000 V aushalten.
Wechselrichter und Datenblatt:
Datenblatt Solarmodule:
A) Spannungsdimensionierung
Bei der niedrigsten Temperatur (standortabhängig, hier -3℃) darf die Leerlaufspannung V oc der Module in jedem String die maximale Eingangsspannung des Wechselrichters (1000 V) nicht überschreiten:
1) Berechnung der Leerlaufspannung bei -3 °C:
VOC (-3℃)= 45,5*(1+(-3-25)*(-0,33%)) = 49,7 Volt
2) Berechnung von N, der maximalen Anzahl von Modulen in jedem String:
N = Max. Eingangsspannung (1000 V)/49,7 Volt = 20,12 (immer abrunden)
Die Anzahl der Solar-PV-Module in jedem String darf 20 Module nicht überschreiten. Außerdem muss bei der höchsten Temperatur (standortabhängig, hier 35 °C) die MPP-Spannung VMPP jedes Strings innerhalb des MPP-Bereichs des Solarwechselrichters (160 V–950 V) liegen:
3) Berechnung der maximalen Leistungsspannung VMPP bei 35 °C:
VMPP (35℃)=45,5*(1+(35-25)*(-0,33%))= 44 Volt
4) Berechnung der Mindestanzahl von Modulen M in jedem String:
M = Min. MPP-Spannung (160 V)/ 44 Volt = 3,64 (immer aufrunden)
Die Anzahl der Solar-PV-Module in jedem Strang muss mindestens 4 Module betragen.
B) Aktuelle Dimensionierung
Der Kurzschlussstrom I SC des PV-Arrays darf den zulässigen maximalen Eingangsstrom des Solar-Wechselrichters nicht überschreiten:
1) Berechnung des maximalen Stroms bei 35 °C:
ISC (35 °C) = ((1 + (10 * (TCSC /100))) * ISC ) = 9,22 * (1 + (35 - 25) * (-0,06 %)) = 9,16 A
2) Berechnung von P, der maximalen Anzahl von Zeichenfolgen:
P = Maximaler Eingangsstrom (12,5 A)/9,16 A = 1,36 Strings (immer abrunden)
Das PV-Array darf nicht mehr als einen String umfassen.
Bemerkung:
Bei Wechselrichter-MPPT mit nur einem String ist dieser Schritt nicht erforderlich.
C) Schlussfolgerung:
1. Der PV-Generator (PV-Array) besteht auseine Saite, der an den dreiphasigen 5-kW-Wechselrichter angeschlossen ist.
2. In jedem Strang sollten die angeschlossenen Solarmoduleinnerhalb von 4-20 Modulen.
Bemerkung:
Da die optimale MPPT-Spannung eines Dreiphasen-Wechselrichters bei etwa 630 V liegt (die optimale MPPT-Spannung eines Einphasen-Wechselrichters bei etwa 360 V), ist der Wirkungsgrad des Wechselrichters zu diesem Zeitpunkt am höchsten. Daher empfiehlt es sich, die Anzahl der Solarmodule anhand der optimalen MPPT-Spannung zu berechnen:
N = Bestes MPPT VOC / VOC (-3 °C) = 756 V/49,7 V = 15,21
Einkristall-Panel Bester MPPT VOC = Beste MPPT-Spannung x 1,2 = 630 × 1,2 = 756 V
Polykristall-Panel Bester MPPT VOC = Beste MPPT-Spannung x 1,2 = 630 × 1,3 = 819 V
Für den dreiphasigen Wechselrichter R3-5K-DT von Renac werden 16 Solarmodule als Eingangsleistung empfohlen, und es muss nur ein Strang von 16 x 330 W = 5280 W angeschlossen werden.
4. Fazit
Wechselrichtereingang Anzahl der Solarmodule, abhängig von Zelltemperatur und Temperaturkoeffizient. Die beste Leistung basiert auf der besten MPPT-Spannung des Wechselrichters.
