Szeregowe łączenie paneli fotowoltaicznych: zasada działania, zalety i wady

Zastanówmy się na chwilę nad sercem każdej instalacji fotowoltaicznej. To nie pojedynczy panel, ale przemyślany system ich wzajemnych połączeń, z których kluczowym bywa często szeregowe łączenie paneli fotowoltaicznych. W najprostszym ujęciu, polega ono na łączeniu dodatniego bieguna jednego modułu z ujemnym kolejnego, co sumarycznie podnosi napięcie całego obwodu. Dzięki tej metodzie panele spina się w dłuższe "łańcuchy", czyli tak zwane stringi, dostosowując parametry elektryczne do wymagań falownika.

Analizując dostępne dane i obserwacje rynkowe, widzimy wyraźnie, jak sposób połączenia paneli wpływa na faktycznie uzyskiwaną produkcję energii, szczególnie w zmiennych warunkach środowiskowych.

Powyższa analiza sugeruje, że choć czyste łączenie szeregowe jest podstawowym i efektywnym sposobem organizacji paneli, jego wydajność może być bardziej wrażliwa na niekorzystne czynniki zewnętrzne, zwłaszcza nierównomierne nasłonecznienie w obrębie pojedynczego stringu. Systemy wykorzystujące bardziej zaawansowaną elektronikę, jak optymalizatory czy mikroinwertery, wydają się oferować lepszą odporność na te wyzwania, przekładając się na potencjalnie wyższą roczną produkcję, choć często kosztem wyższych inwestycyjnych nakładów początkowych. Wybór metody połączenia to zawsze kompromis między kosztami, oczekiwaną wydajnością w specyficznych warunkach lokalizacji oraz preferowaną architekturą systemu.

Wpływ łączenia szeregowego na napięcie i natężenie prądu

Gdy łączymy panele fotowoltaiczne w szereg, zachodzi pewna fundamentalna zasada elektryczna, która ma kluczowe znaczenie dla całej instalacji. Mianowicie, napięcie poszczególnych modułów w stringu sumuje się. To trochę jak dokładać kolejne baterie do latarki – każda kolejna zwiększa ogólne napięcie zasilania.

Przyjmijmy dla przykładu typowy panel o napięciu w punkcie maksymalnej mocy (Vmp) wynoszącym 32V i natężeniu w tym samym punkcie (Imp) równym 10A. Gdy połączymy dwa takie panele szeregowo, sumaryczne napięcie stringu wyniesie 32V + 32V = 64V. Połączenie dziesięciu takich paneli da już imponujące 320V.

Zupełnie inaczej dzieje się z natężeniem prądu. W połączeniu szeregowym natężenie w całym obwodzie jest determinowane przez natężenie prądu modułu z najniższym natężeniem prądu w danej chwili. To słynny efekt "wąskiego gardła", gdzie cały "ruch" (prąd) jest ograniczany przez najwolniejszy punkt w szeregu.

Wracając do naszego przykładu paneli 10A, jeśli wszystkie pracują optymalnie, natężenie w całym stringu pozostanie na poziomie 10A. Jeśli jednak jeden panel z powodu zacienienia czy zabrudzenia wygeneruje tylko 5A, natężenie w całym stringu spadnie do tych 5A, drastycznie obniżając moc całego łańcucha (P = V * I).

Wzrost napięcia jest z punktu widzenia projektanta bardzo pożądany. Wyższe napięcie systemowe przy tej samej mocy oznacza niższe natężenie prądu (P = V * I, więc I = P / V). Niższe natężenie prądu przekłada się na mniejsze straty energii na przewodach (straty mocy = R * I², gdzie R to rezystancja przewodu), co pozwala stosować cieńsze (a więc tańsze) okablowanie przy zachowaniu akceptowalnego poziomu strat przesyłowych na dłuższych dystansach od paneli do falownika.

Ma to również bezpośredni wpływ na dobór falownika. Większość standardowych falowników sieciowych (stringowych) wymaga pracy z relatywnie wysokim napięciem wejściowym, typowo w zakresie od 100V do nawet 1000V lub więcej, w zależności od modelu. Połączenie szeregowe pozwala szybko osiągnąć wymagany zakres napięć, często już przy kilku panelach, umożliwiając uruchomienie falownika i rozpoczęcie produkcji energii.

Co więcej, wyższe napięcie na wejściu falownika może wpływać na jego sprawność. Wiele falowników osiąga najwyższą sprawność w środkowym lub górnym zakresie swojego napięcia pracy MPPT (Maximum Power Point Tracking). Projektując stringi szeregowe, staramy się umieścić napięcie operacyjne stringu (szczególnie Vmp w typowych warunkach) w tym optymalnym zakresie dla danego falownika.

Nie bez znaczenia jest też kwestia maksymalnego napięcia obwodu otwartego (Voc), które panele generują bez obciążenia (np. wczesnym rankiem, zanim falownik się uruchomi). Napięcie to jest wyższe od napięcia w punkcie maksymalnej mocy. Sumaryczne Voc stringu (suma Voc pojedynczych paneli) nie może przekroczyć maksymalnego napięcia wejściowego dopuszczalnego przez falownik, typowo określanego dla temperatury -10°C lub -20°C, gdzie napięcie paneli jest najwyższe. Przekroczenie tej wartości może prowadzić do uszkodzenia falownika, co jest surowo zabronione z punktu widzenia bezpieczeństwa i gwarancji.

Zatem, chociaż natężenie prądu w stringu szeregowym jest ograniczone przez najsłabsze ogniwo, wzrost napięcia jest głównym, pożądanym efektem tego typu połączenia. Jest on fundamentalny dla sprawności przesyłu energii i poprawnego działania większości tradycyjnych falowników.

Projektowanie stringów w ten sposób to sztuka znalezienia równowagi. Musimy zapewnić, że minimalne napięcie stringu (Voc w najwyższej temperaturze pracy) jest wystarczająco wysokie, aby uruchomić falownik i pozostać w jego zakresie pracy MPPT. Jednocześnie musimy zagwarantować, że maksymalne napięcie stringu (Voc w najniższej przewidywanej temperaturze) nie przekroczy maksymalnego napięcia wejściowego falownika.

Taka analiza napięć, uwzględniająca temperatury pracy i parametry paneli oraz falownika, stanowi podstawę prawidłowego zaprojektowania liczby paneli w pojedynczym szeregu.

W praktyce, każde łączenie szeregowe wpływa nie tylko na sumę napięć, ale też na sposób, w jaki system reaguje na indywidualne panele. Jeśli jeden panel w stringu ulegnie awarii lub jego wydajność drastycznie spadnie (np. uszkodzenie diody bocznikującej), cały string może przestać produkować energię lub działać ze znacznie obniżoną mocą. To kluczowa kwestia, o której należy pamiętać.

Ten ścisły związek parametrów elektrycznych z architekturą połączeń sprawia, że odpowiednie zrozumienie wpływu łączenia szeregowego jest absolutną podstawą dla każdego, kto zajmuje się projektowaniem lub eksploatacją instalacji fotowoltaicznych. To fundament, na którym buduje się efektywność i niezawodność całego systemu, od dachu aż do punktu przyłączenia do sieci.

Każdy metr kabla, każdy punkt styku w szeregu, ma znaczenie. Spadek napięcia na połączeniach, opór wewnętrzny modułów – wszystko to sumuje się i wpływa na finalne napięcie i moc dostarczaną do falownika. Stąd tak ważna jest jakość komponentów i precyzja montażu.

Zalety szeregowego łączenia paneli fotowoltaicznych

Choć temat szeregowego łączenia paneli fotowoltaicznych często przywołuje dyskusje o jego ograniczeniach, prawda jest taka, że metoda ta niesie ze sobą szereg istotnych korzyści, które sprawiają, że jest ona wciąż najczęściej stosowaną konfiguracją w instalacjach o mocy od kilku do kilkuset kilowatów. Przede wszystkim, połączenie szeregowe w naturalny sposób prowadzi do zwiększenia napięcia w systemie, co ma daleko idące pozytywne konsekwencje.

Jak już wspominaliśmy, wysokie napięcie systemowe pozwala na minimalizację strat energii podczas jej przesyłu z dachu do falownika. Strata mocy w przewodach jest proporcjonalna do kwadratu natężenia prądu (P_strata = R * I²). Przy danej mocy (P = V * I), im wyższe napięcie (V), tym niższe natężenie (I). Mniejsze natężenie oznacza drastyczne zmniejszenie strat na rezystancji kabli, zwłaszcza gdy dystans między panelami a falownikiem jest znaczący. W ten sposób, energię wyprodukowaną przez panele faktycznie dostarczamy tam, gdzie jest potrzebna, a nie marnujemy jej w postaci ciepła na okablowaniu.

Kolejną znaczącą zaletą jest lepsza współpraca z większością tradycyjnych falowników stringowych. Te urządzenia są zaprojektowane do pracy z relatywnie wysokimi napięciami wejściowymi. Szeregowe połączenie pozwala łatwo i efektywnie osiągnąć wymagane przez falownik napięcie robocze (MPPT) oraz napięcie minimalne potrzebne do jego startu. Oznacza to prostszą integrację paneli z falownikiem bez potrzeby dodatkowych konwerterów napięcia, co przekłada się na niższe koszty sprzętu.

Systemy oparte na łączeniu szeregowym są również często prostsze w instalacji w porównaniu do rozwiązań z mikroinwerterami czy optymalizatorami mocy. Wystarczy połączyć ze sobą "plusa" z "minusem" między kolejnymi panelami w ramach jednego stringu i podłączyć końce stringów do odpowiednich złącz falownika. Mniej punktów połączeń oznacza potencjalnie mniej miejsc, w których mogłaby wystąpić usterka w przyszłości (oczywiście przy zachowaniu wysokiej jakości złącz MC4 i odpowiedniego montażu).

Z punktu widzenia kosztów, łączenie szeregowe jest zazwyczaj najbardziej opłacalne w przeliczeniu na wat zainstalowanej mocy. Tradycyjne falowniki stringowe są tańsze niż systemy oparte na mikroinwerterach (gdzie każdy panel ma własny inwerter) czy optymalizatorach (które wymagają dodatkowego urządzenia na każdym module). Przy optymalnych warunkach (jednolita orientacja dachu, brak zacienienia) instalacja szeregowa potrafi osiągnąć wydajność bardzo zbliżoną do droższych systemów, co czyni ją atrakcyjną z ekonomicznego punktu widzenia.

Systemy szeregowe bywają również postrzegane jako bardziej niezawodne z perspektywy mniejszej liczby aktywnych elementów elektronicznych rozproszonych na dachu. W standardowej instalacji szeregowej jedynym zaawansowanym urządzeniem elektronicznym jest falownik, umieszczony zazwyczaj w łatwo dostępnym miejscu (np. w garażu, kotłowni). W przypadku problemu, diagnoza i ewentualna naprawa czy wymiana falownika jest prostsza niż w przypadku awarii jednego z wielu mikroinwerterów czy optymalizatorów zainstalowanych pod panelami na dachu.

Ta prostota architektury sprawia, że monitoring wydajności systemu szeregowego koncentruje się głównie na danych z falownika (produkcja całkowita, napięcia stringów, prądy stringów). Choć brak jest monitoringu na poziomie pojedynczego modułu (co oferują optymalizatory/mikroinwertery), w systemach niezagrożonych znaczącym zacienieniem taka szczegółowość nie jest często krytycznie potrzebna, a jej brak upraszcza system monitorowania.

Szeregowe połączenia są również domyślnym sposobem działania dla większości paneli bifacjalnych, które generują moc z obu stron. Integrują się one bez problemu z tradycyjną architekturą stringową. Dotyczy to również większości paneli typu half-cut czy shingled, które same w sobie są wewnętrznie złożonym połączeniem szeregowym mniejszych ogniw.

W wielu instalacjach gruntowych na dużych, otwartych przestrzeniach, gdzie ryzyko zacienienia jest minimalne (np. pola uprawne pod farmy PV), szeregowe łączenie jest standardem. Jego prostota, opłacalność i wydajność w takich warunkach czynią je optymalnym rozwiązaniem. Również na dachach skośnych, nie posiadających kominów, lukarn, czy drzew w pobliżu, klasyczny string szeregowy jest często najlepszym wyborem.

Warto podkreślić, że współczesne falowniki stringowe często posiadają zaawansowane funkcje śledzenia punktu maksymalnej mocy (MPPT), z możliwością obsługi od jednego do nawet kilkunastu niezależnych trackerów MPPT. Każdy tracker MPPT może obsługiwać jeden lub kilka stringów. Dzięki temu możliwe jest szeregowe łączenie paneli o różnych orientacjach czy nachyleniach, pod warunkiem, że każdy taki string zostanie podłączony do osobnego trackera MPPT w falowniku. Choć idealnie jest, gdy wszystkie panele w jednym stringu szeregowym mają te same warunki pracy, falownik wielotrakerowy daje pewną elastyczność.

Podsumowując ten aspekt, efektywność kosztowa i prostota są niezaprzeczalnymi zaletami szeregowego łączenia paneli. Przy odpowiednim projektowaniu, uwzględniającym specyfikę lokalizacji i unikanie problematycznych scenariuszy (głównie zacienienia), instalacja szeregowa stanowi solidne i wydajne rozwiązanie dla większości typowych dachów i instalacji PV.

Kiedy planuje się instalację i widzi się piękną, jednolitą połać dachu, bez żadnych przeszkód i zagrożeń ze strony drzew, anten czy pobliskich budynków, automatycznie myśli się o klasycznych stringach szeregowych. To scenariusz idealny, w którym wady tego połączenia są zminimalizowane, a zalety dominują.

Pamiętajmy, że technologia PV ciągle się rozwija. Nowsze generacje paneli i falowników coraz lepiej radzą sobie z pewnymi wyzwaniami łączenia szeregowego (np. poprzez ulepszone diody bocznikujące, szybsze i bardziej precyzyjne algorytmy MPPT falowników). Ale fundamentalne zasady fizyki stojące za łączeniem szeregowym pozostają niezmienione, a z nimi jego podstawowe zalety.

Można by rzec, że szeregowe łączenie to klasyka gatunku w fotowoltaice. Prosta, sprawdzona metoda, która doskonale spełnia swoją rolę, gdy warunki na to pozwalają. Stanowi bazę do budowania większości średnich i dużych instalacji PV na świecie.

Wady i ograniczenia łączenia szeregowego paneli PV

Choć szeregowe łączenie paneli fotowoltaicznych ma wiele zalet, nie jest pozbawione wad i ograniczeń, które mogą w pewnych sytuacjach znacząco wpływać na wydajność całej instalacji. Głównym problemem, który jest intensywnie dyskutowany w kontekście tej metody, jest podatność na wpływ nierównomiernych warunków pracy poszczególnych modułów w jednym stringu. To wada, której zrozumienie jest kluczowe przy projektowaniu każdej instalacji PV.

Najbardziej palącym problemem jest wpływ częściowego zacienienia. Jeśli choć jeden panel w stringu szeregowym zostanie zacieniony – czy to przez komin, lukarnę, liście drzewa, antenę, a nawet zalegający brud lub śnieg – jego zdolność do produkcji energii spada. Ponieważ w połączeniu szeregowym natężenie prądu w całym stringu jest limitowane przez moduł generujący najniższe natężenie, zacieniony panel działa jak "wąskie gardło" dla całego łańcucha. Efektem jest znaczący spadek produkcji energii przez wszystkie panele w tym stringu, nawet jeśli pozostałe są w pełni nasłonecznione. To zjawisko potrafi zredukować produkcję całego stringu nawet o kilkadziesiąt procent, choćby tylko niewielki obszar jednego panelu był zacieniony.

Aby ograniczyć negatywne skutki częściowego zacienienia, nowoczesne panele wyposażone są w tzw. diody bocznikujące (bypass diodes). Są one wbudowane w skrzynkę przyłączeniową każdego modułu i zazwyczaj bocznikują grupy ogniw (np. co 1/3 modułu). Gdy sekcja ogniw jest zacieniona i jej opór rośnie, dioda bocznikująca otwiera się, tworząc alternatywną ścieżkę dla prądu, omijając tę zacienioną sekcję lub cały zacieniony fragment modułu. Dzięki temu, zamiast całkowicie blokować przepływ prądu w stringu, zacieniony panel jest "obchodzony", a reszta stringu może w pewnym stopniu nadal produkować energię. Jednak nawet diody bocznikujące nie eliminują problemu w 100%, a ich częste aktywowanie może prowadzić do ich szybszego zużycia i generować dodatkowe ciepło na tylnej stronie modułu.

Poza zacienieniem, na pracę stringu szeregowego mogą wpływać inne niezgodności (mismatch) między panelami. Chodzi o różnice w parametrach modułów spowodowane tolerancją produkcyjną (mimo że producenci starają się ją minimalizować), różnym stopniem degradacji w czasie (np. efekt PID - Potential Induced Degradation, czy LID - Light Induced Degradation), różnicami w temperaturze pracy między panelami w tym samym stringu, czy zabrudzeniem o różnym natężeniu. Każda z tych niezgodności może prowadzić do tego, że jeden moduł będzie pracował na innym optymalnym punkcie mocy (MPP) niż reszta, ograniczając wydajność całego szeregu do tego najsłabszego modułu.

Szeregowe łączenie paneli fotowoltaicznych jest również problematyczne w przypadku skomplikowanych architektur dachów – z wieloma połaciami o różnej orientacji i kącie nachylenia. Idealnie, wszystkie panele w jednym stringu powinny być skierowane w tym samym kierunku i mieć ten sam kąt nachylenia, aby otrzymywać podobną ilość nasłonecznienia. Łączenie w jeden szereg paneli z różnych połaci dachowych prowadzi do dużych niezgodności w nasłonecznieniu w ciągu dnia i spadków wydajności, nawet bez punktowego zacienienia. Chociaż nowoczesne falowniki wielotrakerowe częściowo rozwiązują ten problem, pozwalając na tworzenie stringów na różnych połaciach podłączonych do oddzielnych trackerów, w obrębie pojedynczego trackera problem niezgodności wciąż pozostaje.

Innym ograniczeniem jest wysokie napięcie w stringu szeregowym, które, choć pożądane ze względu na straty przesyłu, stanowi potencjalne zagrożenie dla bezpieczeństwa w przypadku instalacji lub prac serwisowych. Napięcie kilkuset woltów prądu stałego DC generowane przez string może być niebezpieczne. Wymaga to szczególnych środków ostrożności podczas pracy z systemem i odpowiednich procedur bezpieczeństwa.

Wadą bywa też brak możliwości monitorowania wydajności na poziomie pojedynczego panelu w klasycznym systemie szeregowym. Jeśli produkcja całego stringu spadnie, trudno jest bez dodatkowych narzędzi (jak np. IV-charakterystyka stringu) zidentyfikować, który konkretnie panel w stringu jest źródłem problemu (zacienienie, usterka, zabrudzenie). Utrudnia to diagnostykę i lokalizację usterek.

Warto też wspomnieć, że awaria lub znaczne uszkodzenie (np. przerwa w obwodzie) jednego panela w stringu szeregowym może całkowicie przerwać przepływ prądu przez cały łańcuch, prowadząc do zerowej produkcji energii z tego stringu. Jest to przykład na to, że siła stringu jest tak duża, jak jego najsłabszy punkt, a w pewnych sytuacjach – siła najmniej niezawodnego punktu.

Dlatego też, projektując instalację PV, bezlitośnie analizuje się otoczenie i potencjalne źródła zacienienia o każdej porze roku. Czasami lepszym rozwiązaniem, pomimo wyższych kosztów, okazuje się zastosowanie optymalizatorów mocy na poszczególnych panelach (działających z falownikiem stringowym lub dedykowanym inwerterem optymalizującym) lub całkowite przejście na mikroinwertery. Te technologie mają na celu maksymalizację produkcji energii z każdego panela niezależnie, niwelując efekt "wąskiego gardła" stringu szeregowego w warunkach zacienienia czy niezgodności.

Patrząc na realia polskie, gdzie zmienne zachmurzenie, obecność drzew czy kominów jest powszechna, wybór między czystym połączeniem szeregowym a systemem z optymalizacją mocy wymaga zawsze rzetelnej analizy ekonomicznej i technicznej. Czyste połączenie szeregowe jest często wybierane tam, gdzie potencjalne zacienienie jest minimalne lub można go łatwo uniknąć poprzez odpowiednie ułożenie stringów (np. umieszczanie całego problematycznego obszaru w jednym stringu, jeśli to możliwe, by nie wpływał na inne). Natomiast na dachach skomplikowanych, z licznymi przeszkodami rzucającymi cień, wady łączenia szeregowego mogą przeważać nad jego zaletami.

Jest to ten moment, w którym projektant musi być bezkompromisowy w swojej ocenie. Lepiej zaakceptować nieco wyższe koszty inwestycyjne związane z optymalizacją, niż budować system, który od pierwszego dnia będzie pracował poniżej swojego potencjału z powodu wad inherentnych łączenia szeregowego w danej lokalizacji.

Podsumowując, choć proste i efektywne kosztowo w idealnych warunkach, łączenie szeregowe paneli PV ma znaczące ograniczenia w obliczu zacienienia, niezgodności modułów i skomplikowanych architektur dachów. Te wady wymagają dokładnego przemyślenia i analizy, aby zapewnić optymalną produkcję energii i długoterminową rentowność inwestycji.

Projektowanie stringów: dobór liczby paneli w szeregu

Projektowanie stringów fotowoltaicznych, czyli decydowanie o tym, ile paneli połączyć szeregowo w jeden łańcuch, to jeden z najważniejszych i najbardziej technicznych etapów planowania instalacji PV. To właśnie na tym etapie musimy pogodzić parametry elektryczne paneli z wymaganiami wybranego falownika, a także uwzględnić warunki środowiskowe, które będą wpływać na pracę systemu.

Podstawową zasadą jest dostosowanie napięcia stringu do zakresu pracy falownika. Każdy falownik stringowy posiada określony zakres napięcia roboczego MPPT (Maximum Power Point Tracking) oraz maksymalne dopuszczalne napięcie wejściowe (V_max_DC). Liczba paneli w szeregu musi być tak dobrana, aby sumaryczne napięcie stringu w typowych warunkach pracy mieściło się w zakresie MPPT falownika, a maksymalne napięcie obwodu otwartego w najzimniejszych przewidywanych warunkach nie przekroczyło V_max_DC falownika.

Pierwszym krokiem jest analiza kart katalogowych paneli i falownika. Z paneli potrzebujemy znać przynajmniej napięcie w punkcie maksymalnej mocy (Vmp) i napięcie obwodu otwartego (Voc) w standardowych warunkach testowych (STC: 1000W/m², 25°C temp. ogniwa, AM1.5) oraz ich temperaturowe współczynniki napięcia (mV/°C lub %/°C). Z falownika potrzebujemy znać zakres napięcia MPPT, minimalne napięcie startu, oraz maksymalne napięcie wejściowe DC.

Napięcie paneli fotowoltaicznych jest silnie zależne od temperatury. Gdy temperatura ogniwa rośnie, napięcie spada, a gdy spada, napięcie rośnie. Najwyższe napięcie w stringu (sumaryczne Voc paneli) osiągamy w najniższej przewidywanej temperaturze pracy. W Polsce ta temperatura może spadać do -10°C, a nawet niżej. Musimy obliczyć maksymalne napięcie stringu w najniższej temperaturze pracy (V_string_max), korzystając z Voc paneli i ich współczynnika temperaturowego dla Voc. Przykładowo, dla panela z Voc=37V i współczynnikiem -0.3%/°C, w temperaturze ogniwa -10°C (35°C poniżej STC), Voc wzrośnie o 35 * 0.3% = 10.5% do ok. 37V * 1.105 ≈ 40.89V. Jeśli falownik ma V_max_DC=600V, możemy połączyć maksymalnie int(600V / 40.89V) = 14 paneli w takim szeregu. W praktyce stosuje się pewien margines bezpieczeństwa.

Następnie musimy upewnić się, że string "startuje" i pracuje w zakresie MPPT. Najniższe napięcie stringu w typowych warunkach wystąpi w wysokiej temperaturze, np. +70°C na dachu w pełnym słońcu. Należy obliczyć minimalne napięcie stringu w najwyższej temperaturze pracy (V_string_min), korzystając z Vmp paneli w STC i współczynnika temperaturowego dla Vmp (lub przyjmując spadek o ok. 10-15% od Vmp w STC w gorące dni). Suma Vmp paneli w najgorszym scenariuszu (gorący dzień) musi być wyższa niż minimalne napięcie MPPT falownika, a najlepiej, aby znaczną część czasu pracy stringu jego napięcie było w optymalnym zakresie MPPT falownika, często położonym bliżej górnej granicy zakresu.

Dla panela z Vmp=32V i współczynnikiem -0.4%/°C, w temperaturze ogniwa 70°C (45°C powyżej STC), Vmp spadnie o 45 * 0.4% = 18% do ok. 32V * (1-0.18) ≈ 26.24V. Jeśli minimalne napięcie MPPT falownika to 100V, potrzebujemy przynajmniej ceil(100V / 26.24V) = 4 paneli w szeregu, aby string zaczął działać w gorące dni.

Łącząc obie reguły (maksymalna liczba paneli ze względu na V_max_DC i minimalna liczba paneli ze względu na MPPT/start) otrzymujemy dopuszczalny zakres liczby paneli w stringu dla danego panela i falownika. Np. od 4 do 14 paneli. Projektant wybierze liczbę paneli w tym zakresie, optymalizując wykorzystanie dostępnej powierzchni dachu, liczbę stringów (zazwyczaj staramy się, aby stringi podłączone do jednego trackera MPPT były tej samej długości, aby uniknąć problemów z niezgodnością), a także starając się, aby napięcie operacyjne stringu w większości czasu znajdowało się w optymalnym zakresie falownika.

Istnieją również ograniczenia narzucone przez sam falownik dotyczące maksymalnej i minimalnej liczby paneli w stringu (czasami podane bezpośrednio, czasami wynikające z zakresów napięć i założeń producenta) oraz maksymalnej mocy pojedynczego stringu (suma mocy nominalnych paneli w stringu nie może przekroczyć dopuszczalnej mocy na wejście DC falownika).

Projektując, patrzymy również na fizyczne ułożenie paneli na dachu. Staramy się, aby panele połączone w jeden string szeregowy znajdowały się w tej samej płaszczyźnie (ta sama orientacja, to samo nachylenie) i, co najważniejsze, aby w miarę możliwości nie rzucały na siebie nawzajem cienia ani nie były zacieniane przez pobliskie przeszkody w różnych porach dnia czy roku. Jeśli zacienienie jest nieuniknione, strategiczne łączenie paneli (np. umieszczenie wszystkich zacienianych paneli w jednym, krótszym stringu, lub całkowita zmiana strategii na system z optymalizatorami) staje się kluczowe.

Pamiętam projekt dachu z dwoma kominami i kilkoma oknami dachowymi. Nie dało się uniknąć zacienienia niektórych paneli w różnych porach dnia. Klasyczne szeregowe połączenie spowodowałoby dramatyczne straty. Musieliśmy zastosować optymalizatory, aby każdy panel mógł pracować niezależnie, niwelując efekt cienia w stringu.

Długość stringu wpływa również na konieczność stosowania większych przekrojów kabli, jeśli napięcie nie osiąga odpowiednio wysokiego poziomu w stosunku do przesyłanej mocy. Na przykład, dla falownika 10 kW, prąd po stronie DC będzie znacznie niższy, gdy napięcie stringów sumuje się do 600V, niż gdy wynosi tylko 300V, co ma bezpośredni wpływ na potrzebny przekrój kabla DC od stringów do falownika. Typowe kable DC to 4 mm², ale przy niższych napięciach lub bardzo długich przebiegach może być konieczne zastosowanie 6 mm² lub więcej, co generuje dodatkowe koszty.

Profesjonalne narzędzia do projektowania instalacji PV często posiadają funkcje automatycznego sugerowania optymalnej liczby paneli w stringu na podstawie wprowadzonych danych paneli, falownika i lokalnych danych klimatycznych (minimalne/maksymalne temperatury). Mimo to, ostateczna decyzja i odpowiedzialność za prawidłowy projekt spoczywa na projektancie.

Warto również wspomnieć o kwestii przyszłej rozbudowy. Planując pierwotną liczbę paneli w stringu, warto zastanowić się, czy w przyszłości będzie możliwość dodania kolejnych paneli. Może to wymagać zachowania pewnego zapasu w dopuszczalnej liczbie paneli w stringu dla danego falownika, jeśli początkowo nie wykorzystujemy jego pełnej pojemności.

Dobór liczby paneli w szeregu to techniczna żonglerka. Musimy upewnić się, że string nigdy nie wygeneruje napięcia DC wyższego niż limit falownika, ale jednocześnie będzie w stanie osiągnąć napięcie wystarczające do uruchomienia i pracy falownika w zakresie MPPT w normalnych warunkach operacyjnych. Zaniedbanie którejkolwiek z tych zasad prowadzi wprost do problemów: od braku startu falownika, przez niestabilną pracę, aż po trwałe uszkodzenie sprzętu. To jest punkt, w którym wiedza i doświadczenie projektanta są bezcenne.