直列接続太陽光パネルが電圧を増加させる方法
直列接続型太陽光パネルがどのようにしてより高い出力電圧を生み出せるかを理解することは、太陽光システム設計において重要な要素であり、異なる太陽光パネルを接続する際の基本的な原理を理解することで、太陽光発電システムの設計や設置がずっと容易になります。
太陽光パネルは、太陽光(放射)を直流電気に変換する半導体デバイスですが、太陽光を電気に変換するのはPVパネルの個々の太陽電池です。しかし、いかなるタイプのPVパネルからの出力も、表面に当たる日光の強度、向き、動作温度、接続された負荷に大きく依存します。
太陽電池は特別に処理されたシリコン素材で作られており、できるだけ多くの太陽光を吸収するよう設計されています。太陽光発電セルは、パネル(モジュール)内で直列および並列接続で電気的に相互接続され、そのパネルの望ましい出力電圧および/または電流値を生成します。通常、太陽光発電パネルは36枚、60枚、または72枚の相互接続された太陽電池で構成されています。
ほとんどのシリコン太陽電池は約0.5〜0.6ボルトの直流を発生させ、これは外部負荷が接続されていない場合のpn接合の主な特徴です。負荷がかからない場合、または電流需要が非常に低い場合、太陽光発電セルは最大出力電圧、一般にオープンサーキット電圧(VOC)を発生させます。
セルからの負荷電流需要が増加すると、出力電圧を生み出すためにより明るい太陽光(ワット毎メートル平方メートル、W/m²)が必要となります。しかし、太陽電池が生成できる電流の最大限界は、どんなに明るく強い光の照射量であっても限界があります。
個々の太陽電池は単一のPVパネル内で相互接続可能ですが、太陽光発電パネル自体も直列または並列接続でアレイを形成することで、特定の太陽光用途における総出力を単一のパネルよりも増加させます。
直列接続型太陽光パネル
太陽光パネルは、その総出力、すなわちピークワット数(WP)で評価されます。例えば、50ワット、100ワット、245ワットなど、これらのパネルを複数つ、家庭に電力を供給できるほどの太陽光発電を生み出すことができます。したがって、太陽光パネルを接続することは太陽光発電能力を高める簡単かつ効果的な方法ですが、直列接続の太陽光パネルがどのように挙動するかを理解することが重要です。
太陽光パネルを直列に接続する方法
すべての太陽光発電パネルは日光に当たると出力電圧を発生させ、パネルを直列に接続することで出力電圧を増加させることができます。つまり、太陽光パネルを直列に接続するとシステムの電圧が上がり、直列に繋がった2枚のパネルは1枚のパネルの2倍の電圧を生み出しますが、電圧は合計されても各パネルのアンペア数は同じままであり、直列の電流は合計されません。
太陽光発電パネルが直列配線される場合、最初のパネルの負極(-)端子は次の(2番目の)パネルの正(+)端子に接続され、2番目のパネルの負極(-)は3番目のパネルの正極(+)に接続され、最終的にすべてのパネルが接続されます。
直列接続の太陽光パネルはストリングと呼ばれ、そのため「ストリング「パネルが直列に接続されていることを意味します。」PVパネルの直列ストリングは並列に接続することで総電流を増加させ、出力を増やすことが可能です。
同タイプの直列接続太陽光パネル
ここではすべての太陽光発電パネルが同じタイプと出力の定格です。総出力電圧は各パネルの電圧出力の合計となりますが、直列ストリング電流は示すようにパネルの電流と等しくなります。
上記の3枚の12ボルト、5.0アンペアのPVパネルを用いると、これらが直列のストリングで明確に接続されると、合計36ボルト(12 + 12 + 12)を5.0アンペアで発生し、ストリングの総ワット数は180ワット(ボルト×アンペア)となり、1枚のパネルの60ワットと比べて大きくなります。
したがって、直列ストリングが全く同じ特性を持つ「n」枚の太陽光発電パネルで構成されている場合、直列ストリングの電圧はV1×「n」(V*n)ボルトとなり、出力電流はI1となります。したがって、ストリングの総出力はV*I*nワットに等しくなります。
次に、異なる公称電圧で直列に接続し、電流定格は同じにする場合を見てみましょう。
異なる電圧の直列接続太陽光パネル
この方法では、すべての太陽光パネルは異なるタイプであり、したがって電力定格は異なりますが、共通の電流定格を持っています。パネルを直列に接続しても電圧は以前と同じで、ストリングは5.0アンペアで36ボルトの直流を生成し、180ワットを発生します。出力電圧は接続パネルの数に依存しますが、ストリングのアンペア数は5.0アンペアで変わりません。
メーカーは標準的なパネル電圧(6、12、24、48ボルトなど)を掲げており、放射度によってほとんど変わらないことに注意してください。しかし、パネルのオープンサーキット電圧であるVOC(I=0時の電圧)はパネルの公称電圧定格より最大25%高く、大きなストリングでは過剰な過電圧を引き起こすことがあります。
この単純な例では公称電圧が36ボルトですが、45ボルト(36×1.25)ではさらに高くなる可能性があります。この電圧レベルが、直列ストリングをバッテリー充電コントローラー、インバーター、電圧変換器、直流負荷などに接続する際に考慮する必要があります。
同じ電圧で異なる定電流で太陽光パネルを直列に接続する方法を見てみましょう。
異なる電流の直列接続太陽電池パネル
この方法では、すべての太陽光パネルの電流定格は異なりますが、公称電圧は同じです。個々のパネル電圧は以前と同様に合計されますが、今回は直列ストリングの最も低いパネルの値、つまり1アンペアに制限されます。その後、直列の弦は1.0アンペアで36ボルトを発生します。
接続されたパネルの実際の最大電力定格に関わらず、直列ストリングの総出力は電流定格が最も低いPVパネルが決定されます。例えば、上記の3つのパネルはそれぞれの出力定格を持っています:
したがって、3枚のPVパネルからの総期待ワット数は108ワットですが、接続された負荷に使える電力は36ワット(36ボルト×1アンペア)しかなく、実際の出力は最大値の約33%に減少し、高ワット数の太陽光パネルの購入にお金を無駄にしています。異なる電流定格の太陽光パネルを直列に接続するのは暫定的に使うべきです。なぜなら、先ほどの通り、定格電流が最も低い太陽光パネルがアレイ全体の電流出力を決定するからです。
次に、異なるワット数で直列に接続する太陽光パネルを見てみましょう。これが最も一般的なシナリオです。
異なるワット数の太陽光パネル
ここでは、それぞれ40ワット、100ワット、180ワットの太陽光発電パネルが3枚、直列のストリングで接続されていると仮定します。総ワット数PTは320ワット(40 + 100 + 180)になると考えるかもしれませんが、実際はそうではありません。各パネルの公称電圧定格が分かっているので、オームの法則を用いて各パネルの電流強度を算出し、直列ストリングの真の出力定格を求めることができます。
太陽光パネルの電流定格
パネル1についてです。
P1 = 40ワット、V1 = 6ボルト、I1 = 6.67アンペア
パネル2のためです。
P2 = 100ワット、V2 = 12ボルト、I2 = 8.33アンペア
パネル3。
P3 = 180ワット、V3 = 24ボルト、I3 = 7.50アンペア
前述の通り、電圧が合算すると合計出力電圧VTは42ボルト(6 + 12 + 24)になります。しかし、出力電流が最も低いパネルであるパネルNo1(6.67アンペア)によって出力電流が制限されます。直列ストリングの最大出力はわずか280ワット(42×6.67)で、予想される320ワットより12.5%低く、PVアレイは全日光下で87.5%の効率しか動作しません。
最終シリーズの弦の接続
シリーズ接続型太陽光パネル概要
ここで直列接続の太陽光パネルがストリングの電圧を上げるのを見てきました。したがって、「直列接続太陽電池パネルは電圧について」と言えばVT = V1 + V2 + V3 + V4など、したがって直列配線=電圧が増えることを意味します。1本の直列にどれだけのPVパネルを接続するかは、目標電圧や利用可能な太陽光パネルの数によりますが、バッテリーレギュレーターやコントローラーに接続する際には常にストリングの開放電圧やVOC値を考慮しなければなりません。
電圧は上昇しても、ストリング電流はパネルの最小アンペア値に等しくなります。すべての太陽光パネルが同じ電気特性を持つなら、ストリングは直射日光下(1000 W/m2)で利用可能な電力の100%を生産します。直列接続のPVパネルのワット数や定格が異なる場合、ストリング電流は最低パネル電流に制限されるため、最大放射量でもストリングの効率が低下します。
単結晶や多結晶、または異なるWPワット数のパネル(例えば40ワットと50ワット)は直列に接続すべきではありません。なぜなら、下部パネルがストリングを制御するため、期待される90ワット(40+50)の出力出力を出せないため、より大きな50ワットパネルにお金を無駄にしてしまうからです。
太陽光発電パネルは無料で電力を生産する優れた方法であり、10ワット未満から200ワット以上までのワット数が幅広いもので、多くの太陽光アプリケーションに適しています。しかし、直列ストリングの効率を最大限に出すためには、位置、日角度、輻条量が同じモデルの太陽光パネルを使うのと同じくらい重要です。つまり、直列で接続されているのか、並列接続された太陽光パネルなのかにかかわらず、少し考えればお金を節約できます。
直列接続太陽光パネルについての詳細や、利用可能なさまざまなタイプの太陽光パネルについて、または直列接続太陽光パネルを家庭に電力を供給する利点と欠点を探りたい方は、ぜひこちらをクリックしてAmazonからご注文いただき、自宅の太陽光発電システムを作るためのオフグリッド直列接続太陽光パネルの設計、配線、設置について詳しく学びましょう。
ご興味のある高品質な太陽光パネルがあり、それらを接続して太陽光アレイに使えるものもあります。
直列接続型太陽光パネルがどのようにしてより高い出力電圧を生み出せるかを理解することは、太陽光システム設計において重要な要素であり、異なる太陽光パネルを接続する際の基本的な原理を理解することで、太陽光発電システムの設計や設置がずっと容易になります。
太陽光パネルは、太陽光(放射)を直流電気に変換する半導体デバイスですが、太陽光を電気に変換するのはPVパネルの個々の太陽電池です。しかし、いかなるタイプのPVパネルからの出力も、表面に当たる日光の強度、向き、動作温度、接続された負荷に大きく依存します。
太陽電池は特別に処理されたシリコン素材で作られており、できるだけ多くの太陽光を吸収するよう設計されています。太陽光発電セルは、パネル(モジュール)内で直列および並列接続で電気的に相互接続され、そのパネルの望ましい出力電圧および/または電流値を生成します。通常、太陽光発電パネルは36枚、60枚、または72枚の相互接続された太陽電池で構成されています。
ほとんどのシリコン太陽電池は約0.5〜0.6ボルトの直流を発生させ、これは外部負荷が接続されていない場合のpn接合の主な特徴です。負荷がかからない場合、または電流需要が非常に低い場合、太陽光発電セルは最大出力電圧、一般にオープンサーキット電圧(VOC)を発生させます。
セルからの負荷電流需要が増加すると、出力電圧を生み出すためにより明るい太陽光(ワット毎メートル平方メートル、W/m²)が必要となります。しかし、太陽電池が生成できる電流の最大限界は、どんなに明るく強い光の照射量であっても限界があります。
個々の太陽電池は単一のPVパネル内で相互接続可能ですが、太陽光発電パネル自体も直列または並列接続でアレイを形成することで、特定の太陽光用途における総出力を単一のパネルよりも増加させます。
直列接続型太陽光パネル
太陽光パネルは、その総出力、すなわちピークワット数(WP)で評価されます。例えば、50ワット、100ワット、245ワットなど、これらのパネルを複数つ、家庭に電力を供給できるほどの太陽光発電を生み出すことができます。したがって、太陽光パネルを接続することは太陽光発電能力を高める簡単かつ効果的な方法ですが、直列接続の太陽光パネルがどのように挙動するかを理解することが重要です。
太陽光パネルを直列に接続する方法
すべての太陽光発電パネルは日光に当たると出力電圧を発生させ、パネルを直列に接続することで出力電圧を増加させることができます。つまり、太陽光パネルを直列に接続するとシステムの電圧が上がり、直列に繋がった2枚のパネルは1枚のパネルの2倍の電圧を生み出しますが、電圧は合計されても各パネルのアンペア数は同じままであり、直列の電流は合計されません。
太陽光発電パネルが直列配線される場合、最初のパネルの負極(-)端子は次の(2番目の)パネルの正(+)端子に接続され、2番目のパネルの負極(-)は3番目のパネルの正極(+)に接続され、最終的にすべてのパネルが接続されます。
直列接続の太陽光パネルはストリングと呼ばれ、そのため「ストリング「パネルが直列に接続されていることを意味します。」PVパネルの直列ストリングは並列に接続することで総電流を増加させ、出力を増やすことが可能です。
同タイプの直列接続太陽光パネル
ここではすべての太陽光発電パネルが同じタイプと出力の定格です。総出力電圧は各パネルの電圧出力の合計となりますが、直列ストリング電流は示すようにパネルの電流と等しくなります。
上記の3枚の12ボルト、5.0アンペアのPVパネルを用いると、これらが直列のストリングで明確に接続されると、合計36ボルト(12 + 12 + 12)を5.0アンペアで発生し、ストリングの総ワット数は180ワット(ボルト×アンペア)となり、1枚のパネルの60ワットと比べて大きくなります。
したがって、直列ストリングが全く同じ特性を持つ「n」枚の太陽光発電パネルで構成されている場合、直列ストリングの電圧はV1×「n」(V*n)ボルトとなり、出力電流はI1となります。したがって、ストリングの総出力はV*I*nワットに等しくなります。
次に、異なる公称電圧で直列に接続し、電流定格は同じにする場合を見てみましょう。
異なる電圧の直列接続太陽光パネル
この方法では、すべての太陽光パネルは異なるタイプであり、したがって電力定格は異なりますが、共通の電流定格を持っています。パネルを直列に接続しても電圧は以前と同じで、ストリングは5.0アンペアで36ボルトの直流を生成し、180ワットを発生します。出力電圧は接続パネルの数に依存しますが、ストリングのアンペア数は5.0アンペアで変わりません。
メーカーは標準的なパネル電圧(6、12、24、48ボルトなど)を掲げており、放射度によってほとんど変わらないことに注意してください。しかし、パネルのオープンサーキット電圧であるVOC(I=0時の電圧)はパネルの公称電圧定格より最大25%高く、大きなストリングでは過剰な過電圧を引き起こすことがあります。
この単純な例では公称電圧が36ボルトですが、45ボルト(36×1.25)ではさらに高くなる可能性があります。この電圧レベルが、直列ストリングをバッテリー充電コントローラー、インバーター、電圧変換器、直流負荷などに接続する際に考慮する必要があります。
同じ電圧で異なる定電流で太陽光パネルを直列に接続する方法を見てみましょう。
異なる電流の直列接続太陽電池パネル
この方法では、すべての太陽光パネルの電流定格は異なりますが、公称電圧は同じです。個々のパネル電圧は以前と同様に合計されますが、今回は直列ストリングの最も低いパネルの値、つまり1アンペアに制限されます。その後、直列の弦は1.0アンペアで36ボルトを発生します。
接続されたパネルの実際の最大電力定格に関わらず、直列ストリングの総出力は電流定格が最も低いPVパネルが決定されます。例えば、上記の3つのパネルはそれぞれの出力定格を持っています:
したがって、3枚のPVパネルからの総期待ワット数は108ワットですが、接続された負荷に使える電力は36ワット(36ボルト×1アンペア)しかなく、実際の出力は最大値の約33%に減少し、高ワット数の太陽光パネルの購入にお金を無駄にしています。異なる電流定格の太陽光パネルを直列に接続するのは暫定的に使うべきです。なぜなら、先ほどの通り、定格電流が最も低い太陽光パネルがアレイ全体の電流出力を決定するからです。
次に、異なるワット数で直列に接続する太陽光パネルを見てみましょう。これが最も一般的なシナリオです。
異なるワット数の太陽光パネル
ここでは、それぞれ40ワット、100ワット、180ワットの太陽光発電パネルが3枚、直列のストリングで接続されていると仮定します。総ワット数PTは320ワット(40 + 100 + 180)になると考えるかもしれませんが、実際はそうではありません。各パネルの公称電圧定格が分かっているので、オームの法則を用いて各パネルの電流強度を算出し、直列ストリングの真の出力定格を求めることができます。
太陽光パネルの電流定格
パネル1についてです。
P1 = 40ワット、V1 = 6ボルト、I1 = 6.67アンペア
パネル2のためです。
P2 = 100ワット、V2 = 12ボルト、I2 = 8.33アンペア
パネル3。
P3 = 180ワット、V3 = 24ボルト、I3 = 7.50アンペア
前述の通り、電圧が合算すると合計出力電圧VTは42ボルト(6 + 12 + 24)になります。しかし、出力電流が最も低いパネルであるパネルNo1(6.67アンペア)によって出力電流が制限されます。直列ストリングの最大出力はわずか280ワット(42×6.67)で、予想される320ワットより12.5%低く、PVアレイは全日光下で87.5%の効率しか動作しません。
最終シリーズの弦の接続
シリーズ接続型太陽光パネル概要
ここで直列接続の太陽光パネルがストリングの電圧を上げるのを見てきました。したがって、「直列接続太陽電池パネルは電圧について」と言えばVT = V1 + V2 + V3 + V4など、したがって直列配線=電圧が増えることを意味します。1本の直列にどれだけのPVパネルを接続するかは、目標電圧や利用可能な太陽光パネルの数によりますが、バッテリーレギュレーターやコントローラーに接続する際には常にストリングの開放電圧やVOC値を考慮しなければなりません。
電圧は上昇しても、ストリング電流はパネルの最小アンペア値に等しくなります。すべての太陽光パネルが同じ電気特性を持つなら、ストリングは直射日光下(1000 W/m2)で利用可能な電力の100%を生産します。直列接続のPVパネルのワット数や定格が異なる場合、ストリング電流は最低パネル電流に制限されるため、最大放射量でもストリングの効率が低下します。
単結晶や多結晶、または異なるWPワット数のパネル(例えば40ワットと50ワット)は直列に接続すべきではありません。なぜなら、下部パネルがストリングを制御するため、期待される90ワット(40+50)の出力出力を出せないため、より大きな50ワットパネルにお金を無駄にしてしまうからです。
太陽光発電パネルは無料で電力を生産する優れた方法であり、10ワット未満から200ワット以上までのワット数が幅広いもので、多くの太陽光アプリケーションに適しています。しかし、直列ストリングの効率を最大限に出すためには、位置、日角度、輻条量が同じモデルの太陽光パネルを使うのと同じくらい重要です。つまり、直列で接続されているのか、並列接続された太陽光パネルなのかにかかわらず、少し考えればお金を節約できます。
直列接続太陽光パネルについての詳細や、利用可能なさまざまなタイプの太陽光パネルについて、または直列接続太陽光パネルを家庭に電力を供給する利点と欠点を探りたい方は、ぜひこちらをクリックしてAmazonからご注文いただき、自宅の太陽光発電システムを作るためのオフグリッド直列接続太陽光パネルの設計、配線、設置について詳しく学びましょう。
ご興味のある高品質な太陽光パネルがあり、それらを接続して太陽光アレイに使えるものもあります。