استرینگ در سیستم خورشیدی چیست و چگونه طراحی می‌شود؟

استرینگ خورشیدی اتصال سری ماژول‌هاست که ولتاژ جریان مستقیم برای ورودی اینورتر استرینگ می‌سازد. طول استرینگ باید در هوای گرم و سرد داخل پنجره ولتاژ اینورتر بماند.

استرینگ خورشیدی زنجیره‌ای از ماژول‌های فتوولتائیک است که به‌صورت سری وصل شده‌اند و جریان مستقیم قبل از رسیدن به اینورتر از هر ماژول به‌ترتیب عبور می‌کند. ولتاژ در طول استرینگ جمع می‌شود: ده ماژول ۴۰ ولت مدار باز ممکن است در صبح سرد حدود ۴۰۰ ولت در جعبه ترکیب بدهد. جریان در سری نزدیک سطح تک‌ماژول می‌ماند؛ ضعیف‌ترین سلول زنجیره می‌تواند استرینگ را محدود کند. اینورتر استرینگ حداکثر ولتاژ DC، پنجره ولتاژ MPPT و جریان به ازای ورودی دارد. طراح تعداد ماژول در استرینگ را می‌شمارد تا در دمای گرم و سرد داخل این حدها بماند. فهم استرینگ توضیح می‌دهد چرا یک ماژول سایه‌دار می‌تواند کل زنجیره را در سامانه اینورتر استرینگ سنتی پایین بکشد.

سری در برابر موازی در سطح آرایه: ماژول‌ها در استرینگ سری هستند (جریان یکسان، ولتاژها جمع). چند استرینگ در جعبه ترکیب موازی وصل می‌شوند (ولتاژها هم‌تراز، جریان‌ها جمع). آرایه ۶ کیلوواتی ممکن است دو استرینگ ۱۰ ماژولی موازی به یک ورودی MPPT اینورتر باشد، یا روی دو ردیاب MPPT با یک استرینگ هر کدام. استرینگ‌های موازی به نوع ماژول و جهت مشابه برای تقسیم جریان متعادل نیاز دارند.

برچسب‌های الکتریکی کلیدی روی دیتاشیت ماژول طراحی را هدایت می‌کند. Voc (ولتاژ مدار باز) حد بالای ولتاژ در هوای سرد است وقتی Voc اوج می‌زند. Vmp (ولتاژ توان بیشینه) جایی است که استرینگ در تولید کار می‌کند. Isc (جریان اتصال کوتاه) و Imp (جریان توان بیشینه) اندازه سیم و حفاظت اضافه‌جریان را تغذیه می‌کنند. ضریب دما Voc و Vmp را تنظیم می‌کند: روز سرد ولتاژ را بالا می‌برد، روز گرم پایین. نصاب Voc سردترین شب ضرب تعداد ماژول را با حداکثر DC اینورتر مقایسه می‌کند، سپس Vmp گرم‌ترین روز را داخل بازه MPPT تأیید می‌کند.

MPPT (ردیابی نقطه توان بیشینه) تابع اینورتر است که بار را تنظیم می‌کند تا بیشترین توان را از هر استرینگ با تغییر تابش بگیرد. اینورتر دو MPPT می‌تواند دو استرینگ با جهت متفاوت را با ردیاب جدا مدیریت کند. طراحی تک MPPT استرینگ با منحنی ولتاژ مشابه می‌خواهد. ناهماهنگی از سن یا جهت مخلوط ماژول روی یک MPPT برداشت را کم می‌کند.

جعبه ترکیب استرینگ‌های موازی را با فیوز یا قطع‌کننده به ازای استرینگ، حفاظت سرج و گاهی قطع‌کننده جمع می‌کند. سیم اصلی جریان ترکیبی را با کابل DC اندازه‌دار به اینورتر می‌برد. افت ولتاژ روی مسیر بلند مهم است: سیم کم‌اندازه انرژی تلف می‌کند و می‌تواند MPPT را گیج کند. آرایه تجاری ترکیب‌کننده و اینورتر بزرگ‌تری دارد.

سایه و استرینگ: در سری، سایه روی یک ماژول جریان کل استرینگ را کم می‌کند و خروجی را نامتناسب می‌برد. دیود بای‌پس داخل ماژول اجازه می‌دهد جریان جزئی از بخش سایه دور بزند، اما سایه قابل توجه هنوز آسیب می‌زند. به همین دلیل میکرواینورتر یا بهینه‌ساز DC در بام‌های نیمه‌سایه رشد کرد: ماژول‌ها را جدا می‌کنند تا واحد سایه‌دار جریان کل استرینگ را دیکته نکند.

بده‌بستان طول استرینگ: استرینگ بلندتر ولتاژ را بالا می‌برد و پیچیدگی ترکیب را کم می‌کند، اما به حد ولتاژ اینورتر نزدیک می‌شود و حساسیت سایه بیشتر می‌شود. استرینگ کوتاه‌تر با مسیر موازی بیشتر ظرفیت جریان بالاتر در ترکیب و ورودی اینورتر می‌خواهد. سامانه بهینه‌ساز گاهی استرینگ بلندتر دارد چون الکترونیک هر ماژول ناهماهنگی را مدیریت می‌کند.

زمین و اتصال، قاب ماژول، ریل و هادی زمین تجهیز را طبق کد وصل می‌کند. سیم‌کشی استرینگ از کانکتور MC4 یا معادل برای DC بیرونی استفاده می‌کند. انضباط قطبیت از سیم‌کشی خطرناک اشتباه در ترکیب جلوگیری می‌کند. دستگاه خاموشی سریع روی هادی بام ولتاژ را برای دسترسی اضطراری در صورت نیاز قطع می‌کند.

راه‌اندازی Voc و Isc استرینگ را با مقادیر مورد انتظار چک می‌کند تا کانکتور معکوس، سلول ترک‌خورده یا تعداد اشتباه ماژول را بگیرد. یک استرینگ با نصف ولتاژ انتظاری اغلب اتصال باز وسط زنجیره است. پایش روی اینورتر استرینگ تولید به ازای MPPT را نشان می‌دهد؛ واگرایی بزرگ بین ردیاب‌ها به جهت یا عدم تعادل سایه اشاره می‌کند.

گسترش و تعویض: افزودن ماژول به استرینگ موجود ممکن است از حد ولتاژ بگذرد یا با ماژول قدیمی ناهماهنگ شود. اغلب استرینگ جدید روی ورودی MPPT باز تمیزتر است. تعویض یک ماژول خراب با مدل متفاوت در استرینگ پیر ناهماهنگی جریان ایجاد می‌کند؛ نصاب تعویض یکسان یا طراحی مجدد را ترجیح می‌دهد.

کنترلر شارژ خارج از شبکه تفکر استرینگ را با پنجره ولتاژ باتری به‌جای حد اینورتر متصل به شبکه منعکس می‌کند. کنترلر MPPT ولتاژ استرینگ بالا را به ولتاژ بانک باتری با راندمان خوب پایین می‌آورد.

ایمنی: جریان مستقیم از استرینگ‌ها در نور خورشید زنده است هر وقت سلول‌ها نور ببینند. سوئیچ قطع تولید ماژول را متوقف نمی‌کند؛ پوشاندن یا کار شبانه خطر را کم می‌کند. حفاظت قوس در بعضی کدها قوس سری در کانکتور آسیب‌دیده را تشخیص می‌دهد.

مقایسه با میکرواینورتر: هر ماژول اینورتر کوچک AC خود را دارد که روی بام یا در نقطه اتصال موازی می‌شود. هادی سری ولتاژ بالا از منطقه سایه به همان شکل عبور نمی‌کند، اما تعداد سیم و نفوذ بام بیشتر است. معماری استرینگ روی بام باز یکنواخت مقرون‌به‌صرفه می‌ماند.

نرم‌افزار طراحی استرینگ‌بندی را با قوانین سازنده خودکار می‌کند. طرح دستی هنوز روی پروانه تعداد ماژول به ازای استرینگ و مسیر سیم اصلی را نشان می‌دهد. مالک در بررسی طرح باید شماره مدل ماژول یکسان و طول استرینگ یادداشت‌شده را ببیند.

خطاهای رایج: استرینگ‌بندی توان مخلوط ماژول روی یک MPPT، تجاوز Voc در زمستان، موازی کردن استرینگ با طول متفاوت بدون چک تعادل جریان، و نادیده گرفتن کاهش توان دمایی در اقلیم گرم روی بام تخت با تهویه ضعیف.

سامانه‌های ولتاژ بالای آینده و ماژول بزرگ‌تر تعداد معمول استرینگ را جابه‌جا می‌کند (ماژول کمتر در استرینگ با Voc بالاتر به ازای ماژول). اصول جمع ولتاژ سری و جمع جریان موازی تغییر نمی‌کند.

بازبین پروانه دیاگرام استرینگ را برای درجه فیوز، اندازه هادی و محل خاموشی سریع چک می‌کند. مالک لازم نیست خودش استرینگ را سیم‌کشی کند، اما شناخت تعداد استرینگ روی نقشه کمک می‌کند وقتی تکنسین در سرویس می‌پرسد کدام MPPT کدام صفحه بام را تغذیه می‌کند.

نوسان دما ولتاژ استرینگ را بیش از آنچه بسیاری مالکان انتظار دارند عوض می‌کند. استرینگی که برای Vmp تابستان اندازه شده در صبح سرد زمستان وقتی آرایه بی‌بار اما هنوز برقدار است می‌تواند به حد Voc نزدیک شود. به همین دلیل محاسبه حداکثر طول استرینگ از داده دمای کمینه ثبت‌شده برای Voc و دمای بیشینه برای اعتبارسنجی Vmp استفاده می‌کند. طراحی استرینگ پاکت الکتریکی سالانه است، نه عکس ظهر تابستان.

وقتی یک استرینگ روی اینورتر چند MPPT ضعیف عمل می‌کند، قبل از فرض خرابی گسترده ماژول، فیوز پریده در جعبه ترکیب، کانکتور شل یا یک دیود معیوب را چک کنید. بسیاری از مشکلات تولید به یک حلقه ضعیف در زنجیره سری برمی‌گردد، نه به پیرشدن هم‌زمان کل آرایه.

جمع‌بندی: استرینگ‌ها لوله‌کشی جریان مستقیم بین ماژول و اینورتر هستند. طول و چیدمان آن‌ها از حدود الکتریکی و واقعیت بام پیروی می‌کند. سایت مستعد سایه به طرح استرینگ نیاز دارد که زنجیره سری از سایه کمتر عبور کند، یا الکترونیک سطح ماژول. مستندات استرینگ شفاف عیب‌یابی را کمک می‌کند وقتی یک MPPT ضعیف عمل می‌کند در حالی که آفتاب یکنواخت است.