Fotowoltaika: String SE+SW o różnych kątach – czy można łączyć panele na jednym stringu?

Pytanie

Czy mazna założyć panele fotowoltaiczne na południowy zachód i południowy wschód o różnych kacie położenia na jednym stringu

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Technicznie da się połączyć w jeden string moduły skierowane na południowy-wschód (SE) i południowy-zachód (SW) o różnych kątach nachylenia, lecz nie jest to zalecane – spowoduje to straty od kilkunastu do kilkudziesięciu % energii.
• Jeżeli tylko to możliwe, należy:
  • rozdzielić połacie na dwa niezależne stringi do dwóch wejść MPPT, albo
  • zastosować optymalizatory mocy / mikroinwertery.

Szczegółowa analiza problemu

1. Zasada pracy stringu
   • W połączeniu szeregowym suma napięć \(V\) wszystkich modułów daje napięcie stringu, natomiast prąd \(I\) jest identyczny dla każdego panelu i ograniczany przez panel „najsłabszy” w danej chwili.
   • Maksymalny punkt mocy (MPP) całego łańcucha wyznacza pojedynczy algorytm MPPT falownika.

2. Wpływ różnych azymutów (SE vs SW)
   • Profile nasłonecznienia są przesunięte w czasie: SE generuje szczyt ok. 9-11 LT, SW ok. 15-17 LT.
   • Rano SE chciałby pracować przy wyższym prądzie niż SW – cały string zostaje „zdławiony” do niższego prądu. Po południu sytuacja się odwraca.
   • Symulacje PVsyst/Fronius Solar-Configurator pokazują dla Polski (52° N, kąt 25°) straty mismatch 18-24 % przy układzie SE-SW w jednym stringu już bez różnicy w kącie; z dodatkową różnicą kąta (np. 20° vs 35°) straty rosną do 25-30 %.

3. Wpływ różnych kątów nachylenia
   • Kąt nachylenia wpływa na bezpośredni i rozproszony składnik irradiancji, a także na temperaturę modułów.
   • Różne kąty ⇒ różne punkty \(V_{mpp}\) i \(I_{mpp}\) nawet przy tym samym azymucie – pogłębia to efekt mismatch.

4. Dodatkowe ryzyka
   • Niestabilna praca MPPT, zjawisko „wędrówki” punktu MPP i możliwe okresowe zrywanie pracy falownika.
   • Podwyższona temperatura źle doświetlonych modułów (hot-spot danger) – skrócenie żywotności.

Aktualne informacje i trendy

• Falowniki stringowe z 3–4 niezależnymi MPPT (Huawei SUN2000-M1, Sungrow SG-RT) stały się standardem dla dachów multipołaciowych – kosztowo konkurencyjne wobec optymalizatorów.
• Systemy MLPE (Module Level Power Electronics) – SolarEdge S440, Tigo TS4-A-O, Enphase IQ8 – umożliwiają dowolny miks azymutów/kątów bez strat mismatch.
• Najnowsze falowniki wykorzystują ShadeScan / Opti-Track Global Peak (SMA) lub Smart IV-Curve (GoodWe) – algorytmy wyszukujące „drugie” i „trzecie” MPP dla stringu, lecz efektywność nadal niższa niż przy fizycznym rozdzieleniu stringów.
• Rozporządzenie UE (projekt „Solar Rooftops”) od 2026 r. ma wymagać PV na nowych budynkach; zwiększa się popyt na rozwiązania tolerujące skomplikowane dachy (więcej MPPT, MLPE).

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Diody bocznikujące pomagają jedynie w przypadku silnego zacienienia pojedynczych sekcji, nie rozwiązują niedopasowania energii między całą grupą modułów.
• Jeżeli z ekonomii projektu wynika konieczność jednego stringu, można minimalizować straty:
  • Stosując identyczne moduły z przewagą tolerancji prądowej.
  • Grupując kolejność w stringu (np. SE-SE-SE-SW-SW-SW) – praktycznie mały wpływ, bo prąd i tak jest wspólny.
  • Lekkie przewymiarowanie mocy DC (DC/AC ratio ≈ 1.2-1.3) – częściowo kompensuje mniejsze uzyski.

Aspekty etyczne i prawne

• Projektant musi spełnić wymagania normy PN-HD 60364-7-712:2017 oraz IEC 62548 (dokumentacja instalacji PV).
• Niewłaściwe zestawienie modułów zwiększa ryzyko nadmiernego nagrzewania pojedynczych ogniw, co podlega gwarancji producenta – może skutkować utratą rękojmi.
• Prawo budowlane wymaga, by instalacja była zaprojektowana „zgodnie z zasadami wiedzy technicznej” – zbyt duże straty mogą zostać uznane za błąd projektowy.

Praktyczne wskazówki

1. Jeżeli dach wymusza SE + SW:
   • Wybierz falownik 2 × MPPT; do każdego MPPT podłącz oddzielny string z identycznym kątem i azymutem.
2. Gdy połacie mają dodatkowo różne nachylenia:
   • Rozważ 3-MPPT lub MLPE.
3. Optymalizatory/mikroinwertery:
   • >15 modułów w wielu kierunkach – ekonomia MLPE zaczyna się spinać.
4. Testy odbiorcze:
   • Pomiary IV-curve dla każdego stringu w warunkach STC oraz przy 200-300 W/m² w celu identyfikacji strat mismatch.
   • Termowizja PV (IR) w godzinach porannych i popołudniowych.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• W przypadku instalacji off-grid lub z falownikiem hybrydowym z baterią, straty mismatch wpływają podwójnie: mniej energii dla odbiorów i mniejszy ładunek akumulatorów.
• Istnieją niszowe rozwiązania (falowniki z tzw. four-quadrant converter lub string equalizer), ale są mało dostępne i kosztowne.
• Symetryczny układ „wschód-zachód” przy tym samym kącie i dwóch MPPT bywa korzystny dla profilu autokonsumpcji, lecz nie zmienia zasad niedopasowania w jednym stringu.

Sugestie dalszych badań

• Porównanie rzeczywistych pomiarów instalacji SE-SW na MLPE vs 2 × MPPT w warunkach polskich.
• Badania trwałości termicznej ogniw przy chronicznym niedopasowaniu prądu.
• Analiza LCOE dla budynków wielopołaciowych przy różnych strategiach (string, optymalizatory, mikroinwertery).
• Rozwój algorytmów multi-peak MPPT dedykowanych układom „east-west”.

Krótkie podsumowanie

Łączenie w jeden string modułów skierowanych na południowy-wschód i południowy-zachód, dodatkowo o różnych kątach, jest wykonalne, ale nieekonomiczne – straty energii przekraczają zwykle 20 %. Optymalnym rozwiązaniem jest:
1) zastosowanie falownika z co najmniej dwoma niezależnymi MPPT i podzielenie modułów na osobne stringi lub
2) użycie optymalizatorów/mikroinwerterów, gdy dach jest silnie rozdrobniony.
Takie podejście minimalizuje straty mismatch, zapewnia wyższy uzysk, dłuższą żywotność modułów i pełne bezpieczeństwo eksploatacyjne.