如何串联或并联使用太阳能光伏阵列和电池

如何串联或并联使用太阳能光伏阵列和电池

有两种连接太阳能光伏板的方法: 串联或并联或两者. 如何连接面板取决于您的目标和后续设备可以支持什么.

串联或并联配置

类似于串联连接电池，每次连接后会有复合电压. 如果一个电池连接到另一个电池的负极，则两个1.5伏电池（如果一个接一个地连接到正极）将产生总计3（1.5 + 1.5）伏的电压. 连接的串联越多，链接后将传输移动电压. 但是，安培数将相同，并且仅限于链中电阻最高的电池.

太阳能光伏板串联排列. 它将有效使用144个太阳能光伏电池.

在太阳能光伏板中，所有太阳能光伏电池都串联连接以产生足够的电压来为电池系统充电. 请记住，在标准测试条件下，每个太阳能电池通常会产生约0.5伏的电压.

在太阳能光伏阵列中，许希望将其面板串联连接，以产生太阳能控制器或逆变器可接受的最高电压. MPPT控制器中的直流电压最高为150伏. 在太阳能光伏装置中，它被称为“灯串”，就像一系列连接在一起的圣诞灯一样.

串联连接面板的优点:

允许使用更细的电线: 如果增加电压，请确保知道电线将在较小的电线上承载更多功率. 您是否曾经想到过，悬挂在公用电网（国家电网）上的细电线可以提供足够的电力来为城市供电？这些技术使用非常高的电压，通常为33 kV（33,000伏），并且可以高达765 kV（在电站的传输线中）. 由于高电压，导线上的安培数将很小，并且功率（功率）等于电势差（伏特）乘以电流（安培）. 通常，较小尺寸的电线比具有较大电线的电线便宜.

减少传输过程中的损耗: 在高电压和低电流的情况下，导线传输过程中的热损耗将较小. 它将使太阳能光伏系统具有更高的工作效率.

允许从太阳能光伏板到其他设备的更长的布线: 如果电压更高，安培数更低，并且传输过程中的热损耗更低，则可以允许更长的电线来连接设备. 面板在阳光下会非常热，并且这种热量不利于长期使用其他设备（例如逆变器，充电控制器和电池）. 更长的布线将使该热敏设备可以放置在阴凉的地方或凉爽的房间.

适用于MPPT控制器: 最大功率点跟踪（MPPT-最大功率点跟踪）用于数字跟踪太阳能光伏板的输出，并为系统的其余部分（电池和负载）提供正确的电压，以有效地利用最大功率输出出色的设备. MPPT通常可以接受更高的DC电压（通常取决于制造商，最高DC 150 V），因此可以使用更大的太阳能光伏阵列.

串行连接面板的缺点:

薄弱的链接会降低整个系统的连续性: 就像一串圣诞灯一样，破损的灯泡会使圣诞灯的一部分熄灭. 同样，如果由于面板故障或单个PV面板的部分阴影而导致该系列面板中的一个具有较高的电阻，则根据最弱组件的局限性，整个串会受到影响，整体性能会降低. 一种解决方案是应用旁路二极管，以使电流绕过性能最差的面板，因为该面板的局部着色. 面板的更多局部阴影还将导致总体效率的有效降低. 由于二极管的半导体特性，通过每个二极管时会有一定的电压降.

较高的电压是危险的: 由于该电压将与随后的每个面板相加，因此通常需要安装的高压系统以确保安全.

并联连接面板的优点

但是，有些人更喜欢并行配置. 类似于并联电池组，所有正极连接在一起，负极连接在一起. 即使电压相同，这也将有效地增加安培数并传输更多的功率.

平行排列的太阳能光伏板. 它将有效地并行配置36个太阳能光伏电池串.

如果并联连接，五块12伏5安培的太阳能光伏板将产生12伏25安培，如果串联则将产生60伏5安培.

并联连接面板的优点:

允许更安全的电压处理: 大多数电子设备的电压范围为5伏，12伏或24伏. 在大多数汽车电气系统中，标准电压为12伏特，我们可以找到从灯到立体声以及以12伏特运行的电动机的所有信息. 即使汽车电池电压为12伏. 非人员可以“安全地”处理所有这些电压. 了解电击后，身体的电阻就会起作用. 在低于25伏（或低于20伏）的低压下，人体电阻和抗冲击性会更高（在承受25伏阻抗的情况下，大多数人（占人口的50％）的人体电阻为3,250Ω，并在受到220伏电压冲击时将阻抗降低到1350Ω伏）. 尽管目前是造成组织损伤的罪魁祸首，但是更高的电压会增加电击的机会.

与PWM控制器更好地匹配: 如果面板电压输出与电池电压几乎相同，则充电控制器的效率将高于面板和电池之间电压严重不匹配的系统，因为没有像此类DC-DC转换器那样的MPPT控制器. PWM控制器更便宜，因此可以为普通的DIY太阳能应用带来好处. PWM控制器将降低面板电压的输出电压，并允许底部电压的电池充电并使负载工作.

太阳能光伏发电的总产量不受薄弱环节的影响: 由于每个太阳能光伏电池板都有共同的连接，因此每个面板将按照自己的步调运行. 没有阴影的面板将以高效率运行，而具有阴影效果的面板将以降低的效率独立运行. 但是，仍然建议使用隔离二极管，以确保面板中的所有电流都朝一个方向流动.

并行连接面板的缺点:

需要使用笨重的电线: 由于将太阳能电池板的安培输出相加，最终的安培输出将更高，这需要更大尺寸的电线，这更昂贵且更笨重. 这也间接增加了初始安装成本.

当使用更长的电缆时，效率会降低: 由于电流过大，传输过程中的热损耗会更高. 如果计划使用更长的电线，这也间接增加了前期成本，则需要进一步增加电线的尺寸.

混合串联和并联配置

为了消除这两种配置的优缺点，建议将两者混合使用以获得所有优点. 您可以串联连接多组太阳能光伏面板以进行并行配置. 在这种情况下，当面板部分阴影时，可以获得更好的能量输出，更低的接线成本并获得更好的效果.

相同串联和并联配置的混合太阳能光伏电池板可以同时增加电压和安培数.

为了确保最高效率，建议将独立的面板连接到独立的逆变器，如在并网系统中具有微型逆变器的太阳能光伏面板中所见. 与串式逆变器相比，与微型逆变器相连的每个面板都将减少部分着色的影响，因为所有面板都可以独立工作.

带有微型逆变器的太阳能光伏阵列的典型配置.

具有不同额定功率的混合太阳能光伏板

当需要将多个面板连接在一起时，建议将相似的太阳能光伏模块（相同品牌的相同电压和瓦特数）连接在一起，以防止由于面板限制较弱而导致整体效率下降. 同样，在使用过程中，我们不会将新旧电池混在一起.

在系列产品系列中，低性能面板将对整个系列产品产生重大影响. 较低瓦数的面板通常具有较低的安培额定值和较小的单元尺寸. 例如，当10安培面板，5安培面板和1安培面板的光伏电池形成串联系列时，整个系统将具有电压累积，但净电流仅接近1安培或最小短路电流运行（1安培面板成为限制.

在混合具有不同额定功率的太阳能电池板时，请确保在其他额定值（例如电压和电流强度）之间保持平衡.

在并行配置中，不同的电源控制面板也可能会相互影响，因为并行配置中的每个面板将具有不同的电阻和电位差. 如果一个面板产生的电压比另一个面板高得多（例如，一个24伏面板与一个12伏面板混合），则较低电压面板无法产生竞争电位差来有效地向系统中注入电流，因此较低的电压该面板将大大降低性能.

当您使用不同的额定面板时，建议的方法是将每个相似的面板连接到独立的逆变器（例如微型逆变器），以获得每个光伏电池的最大面板效率.

电池串联或并联

在锂电池组中，多个锂电池串联连接以获得所需的工作电压. 如果需要更高的容量和更高的电流，则应将锂电池并联. 也有一些电池组将串联和并联两种方法结合在一起. 笔记本电脑的电池可以与四节3.6V锂离子电池串联，总电压达到14.4V. 然后，将两组串联连接的电池并联连接，从而使电池组的总功率可以从2000 MAh增加到4000 mAh. 这种连接称为“四个串联，两个并联”，这意味着: 将两个电池组与四个串联的电池并联. 锂离子电池的标称电压为3.6V. 使用锂离子聚合物和其他类型的锂电池，其额定电压通常为3.7V. 如果要获得不寻常的电压（如11.1V），则必须串联连接三个这样的电池. 需要串联大功率的设备通常由电池组供电，该电池组具有两个或更多串联的电池. 使用高压电池组带来的另一个问题是电池组中的一个电池可能发生故障. 这就像一条链，串联的电池越多，发生这种情况的机会就越高. 只要电池有问题，其电压就会下降. 最后，“断开连接”的电池可能会中断当前的传送. 更换“坏”电池并不容易，因为新旧电池不匹配. 一般而言，新电池的容量比旧电池的容量高得多. 随着工作电压的下降，它比普通电池组更快地达到放电终止的临界点，同时，其使用时间也大大缩短. 一旦由于低压切断了设备，其余的电池仍保持完好无损，无法发出存储的电量. 此时，破损的电池仍会表现出较大的内部电阻. 如果此时有负载，则整个电池链的输出电压将大大降低. 在串联的一系列电池中，性能较差的电池就像堵塞水管的插头一样，会产生巨大的电阻并阻止电流流过. 其他电池也将短路，这将使端子电压降至3.6V，或断开电池组链接并切断电流. 电池组的性能取决于电池组中最差的电池的性能.

为了获得更多电力，可以并联连接两个或更多电池. 除了并联连接电池外，另一种解决方案是使用更大的电池. 由于可用电池的限制，此方法并不适合所有情况. 此外，大型电池不适合特殊电池所需的外部规格. 大多数化学电池可以并联使用，锂离子电池最适合并联使用. 由四个并联电池组成的电池组可维持3.6V的电压，而电流和运行时间则增加到四倍. 与串联电池相比，在并联电池中，高阻抗或“开路”电池的影响较小，但并联电池组会降低负载能力并缩短运行时间. 这就像只有三个汽缸被激活的发动机. 由电路短路引起的损坏会更大. 这是因为发生短路时，有故障的电池会迅速耗尽其他电池中的电量并引起火灾.

使用串并联连接方法时，设计非常灵活，使用标准电池尺寸即可达到所需的额定电压和电流. 应该注意的是，总功率不会因电池的连接方法不同而改变. 功率等于电压乘以电流. 对于锂离子电池，串联和并联连接方法很常见.

最常用的电池组是18650（直径18mm，长度650mm），它具有保护电路，即锂电池保护板. 锂电池保护板可以监视串联连接的每个电池. 因此，其最大实际电压为14.4V. 该锂电池保护电路（即锂电池保护板）也可用于监视串联连接的每个电池的状态. 串联连接多个电池时，必须遵守以下基本要求: 保持电池连接点清洁. 串联使用四节电池时，有八个连接点（从电池到电池仓的连接点，以及从电池仓到下一个电池的连接点）. 每个连接点都有一定的电阻. 如果增加连接点，则可能会影响整个电池组的性能. 请勿混用电池，请选择性能一致的电池. 电池电量不足时，请更换所有电池. 串联使用时，请使用相同类型的电池. 注意电池的极性. 如果一个电池的极性相反，则整个电池组的电压将降低而不是增加. 如何正确地串联和并联连接电池听起来很简单，但是通过遵循一些简单的规则，可以避免不必要的问题.

在电池组中，多个电池串联连接以获得所需的工作电压. 如果需要更高的容量和更高的电流，则应将电池并联. 也有一些电池组将串联和并联两种方法结合在一起. 笔记本电脑的电池可以与四节3.6V锂离子电池串联，总电压达到14.4V. 然后，将两组串联连接的电池并联连接，这样电池组的总电量就可以从2000 mAh增加到4000 mAh. 这种连接称为“四个串联，两个并联”，这意味着: 将两个电池组与四个串联的电池并联.

手表，备用存储器和手机中通常使用电池. 镍基电池的标称电压为1.2V，碱性电池为1.5V，氧化银电池为1.6V，铅酸电池为2V，锂电池为3V，锂离子电池的标称电压为3.6V. V.使用锂离子聚合物和其他类型的锂电池，其额定电压通常为3.7V. 如果要获得不寻常的电压（如11.1V），则必须串联连接三个这样的电池. 随着现代微电子技术的发展，我们已经可以使用3.6V锂离子电池为手机和低功率通信产品供电. 在1960年代，出于环保考虑，已广泛用于照度计的汞电池现已完全退出市场.

镍基电池的标称电压为1.2V或1.25V. 它们之间没有区别，除了市场偏好. 大多数商用电池每节电池的电压为1.2V. 工业电池，航空电池和军用电池每个电池的电压仍为1.25V.

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