Într-o discuție despre o instalație fotovoltaică apare inevitabil cuvântul „string”. Instalatorul spune că panourile sunt împărțite în două string-uri, că unul are unsprezece panouri și celălalt nouă, că trebuie verificată tensiunea la rece. Pentru beneficiar, toate acestea sună a detaliu tehnic fără consecințe. În realitate, modul în care sunt legate panourile determină producția, siguranța instalației și ce se întâmplă când un singur panou este umbrit.
Ce se întâmplă electric la legarea în serie și la cea în paralel
Fiecare panou are doi parametri de bază: o tensiune și un curent. Regulile de combinare sunt simple și nu au excepții.
La legarea în serie — borna plus a unui panou la borna minus a următorului — tensiunile se adună, iar curentul rămâne cel al unui singur panou. Zece panouri de aproximativ 40 de volți fiecare dau, în serie, în jur de 400 de volți, la același curent de câțiva amperi.
La legarea în paralel — toate bornele plus împreună și toate bornele minus împreună — curenții se adună, iar tensiunea rămâne cea a unui singur panou. Zece panouri în paralel dau 40 de volți și un curent de zece ori mai mare.
Un string este, prin definiție, un grup de panouri legate în serie, conectat ca un tot la o intrare a invertorului. Instalațiile mai mari au mai multe string-uri, legate în paralel între ele, fie direct în invertor, fie într-o cutie de conexiuni.
De ce proiectanții preferă tensiunea mare
Alegerea nu este arbitrară. Pentru a transporta aceeași putere, un curent mai mic înseamnă pierderi mai mici pe cabluri și secțiuni mai reduse de conductor. Pierderea de putere într-un cablu crește cu pătratul curentului: dublarea curentului înseamnă pierderi de patru ori mai mari. De aceea, o instalație construită la tensiune mare și curent mic folosește cabluri mai subțiri, mai ieftine și mai ușor de tras, cu pierderi mai mici pe traseu.
Al doilea motiv ține de invertor. Fiecare invertor are un interval de tensiune în care urmăritorul punctului de putere maximă poate lucra, și o tensiune minimă de pornire. Sub acea valoare, invertorul pur și simplu nu funcționează. Un string prea scurt nu produce nimic dimineața devreme și seara, tocmai în orele în care lumina este slabă, dar consumul casei este mare. Un string bine dimensionat pornește mai devreme și se oprește mai târziu, câștigând ore de producție în fiecare zi a anului.
Există și o limită superioară, iar aceasta este o chestiune de siguranță, nu de performanță. Fiecare invertor are o tensiune maximă absolută de intrare, iar depășirea ei îl distruge. Panourile au și ele o tensiune maximă a sistemului, înscrisă în fișa tehnică.
Calculul care nu poate fi sărit: tensiunea la temperatura minimă
Aici se ascunde cea mai frecventă și mai costisitoare eroare de proiectare. Tensiunea unui panou crește pe măsură ce temperatura scade. Valoarea din fișa tehnică este dată la 25 de grade, dar panoul dumneavoastră va ajunge, într-o dimineață de ianuarie, la minus cincisprezece sau minus douăzeci de grade, iar tensiunea lui de mers în gol va fi cu zece procente sau mai mult peste valoarea nominală.
Calculul corect ia tensiunea de mers în gol, coeficientul de temperatură al tensiunii și temperatura minimă istorică din zona respectivă, apoi verifică dacă numărul de panouri din string, înmulțit cu tensiunea rezultată, rămâne sub limita invertorului, cu o marjă de siguranță. Momentul critic este exact răsăritul unei zile geroase și senine, când panourile sunt reci și primesc lumină, iar invertorul încă nu a început să extragă curent.
În sens invers, se verifică și tensiunea la temperatura maximă a celulei, ca string-ul să rămână peste pragul minim de funcționare al urmăritorului de putere în plină vară. Între aceste două limite se află numărul admisibil de panouri pe string — de obicei un interval de câteva unități, nu o valoare unică.
Umbrirea, orientarea și motivul pentru care string-urile se separă
Panourile legate în serie împart același curent. Dacă unul dintre ele este umbrit de un coș de fum, de o antenă sau de o creangă, el limitează curentul întregului string. Diodele de by-pass din cutia de conexiuni reduc efectul, ocolind partea afectată a panoului, dar nu îl elimină. Consecința practică: o umbră pe un singur panou poate reduce sensibil producția a zece panouri.
De aici derivă câteva reguli de proiectare pe care merită să le cunoașteți:
- Panourile cu orientări diferite — o pantă estică și una vestică, de exemplu — nu se pun în același string, pentru că nu produc simultan.
- Panourile cu înclinări diferite se separă din același motiv.
- Zonele expuse la umbrire în anumite ore se grupează separat, ca efectul să rămână localizat.
- Toate panourile dintr-un string ar trebui să fie de același model și din același lot de putere.
Acolo unde umbrirea nu poate fi evitată — acoperișuri complicate, vecinătăți înalte, copaci care nu se pot tăia — există soluții la nivel de panou: optimizatoare de putere sau microinvertoare. Fiecare panou lucrează atunci independent, iar o umbră afectează doar panoul respectiv. Costul este mai mare, iar numărul de componente electronice de pe acoperiș crește, ceea ce înseamnă mai multe puncte posibile de defect. Alegerea între cele două abordări este exact genul de decizie pe care ar trebui să o discutați în detaliu atunci când stabiliți configurația sistemului fotovoltaic pentru casă.
Ce înseamnă asta pentru siguranța instalației și pentru exploatare
Un string modern de casă lucrează la câteva sute de volți în curent continuu. Această tensiune este periculoasă și, spre deosebire de curentul alternativ, nu se întrerupe la trecerea prin zero, ceea ce face arcul electric mai greu de stins. Din acest motiv, instalația are componente specifice: întrerupător de curent continuu, siguranțe pe string acolo unde numărul de string-uri în paralel o cere, protecție la supratensiuni și o legare la pământ executată corect.
Două lucruri sunt esențiale pentru cine locuiește în casă. Primul: panourile produc tensiune ori de câte ori sunt luminate, chiar și cu invertorul oprit și cu siguranța generală scoasă. Nu există „instalație fără tensiune” cât timp este lumină afară. Al doilea: conectorii de pe acoperiș nu se desfac și nu se refac niciodată sub sarcină și nu se amestecă modele de conectori de la producători diferiți, chiar dacă se îmbină mecanic. O rezistență de contact crescută într-un conector nepotrivit este una dintre cauzele documentate de incendii la instalațiile fotovoltaice.
Orice intervenție pe partea de curent continuu se face de un electrician autorizat, cu echipament și instrumente potrivite pentru tensiune continuă. Verificarea periodică a string-urilor — tensiune de mers în gol, curent de scurtcircuit, rezistență de izolație — face parte din operațiunile descrise în calendarul de verificări al unui sistem fotovoltaic și este cea mai bună metodă de a descoperi din timp un conector care se încălzește sau un panou care a început să cedeze.
Pentru un proprietar care primește o ofertă, câteva întrebări simple arată dacă proiectul a fost gândit sau doar desenat: câte string-uri sunt, câte panouri are fiecare, cum au fost grupate în funcție de orientare și de umbrire, la ce temperatură minimă a fost verificată tensiunea maximă și cât rezultă față de limita invertorului. Un instalator serios răspunde cu cifre și cu schema de conexiuni; unul care nu poate răspunde nu a făcut calculul. Pentru restul criteriilor de selecție, articolul despre cum verifici competența unei firme de montaj completează lista de verificări pe care merită să le faceți înainte de a semna.
