怎么使用串联或并联太阳能光伏阵列与电池的串联或并联

怎么使用串联或并联太阳能光伏阵列与电池的串联或并联

有两种连接太阳能光伏板的方式 – 串联或并联或两者兼而有之。如何连线你的面板将取决于你的目标和后续设备可以支持什么。

串联或并联配置

类似于将电池串联，每次连接后都会有复合电压。如果将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正极连接，则将产生总共3（1.5 + 1.5）伏特的电压。串联越多，移动电压就会在链路之后传输。然而安培数将是相同的，并且仅限于链中电阻最高的电池。

串联配置的太阳能光伏电池板。它将有效地使用144个太阳能光伏电池组。

在太阳能光伏电池板中，所有太阳能光伏电池串联连接以产生足够的电压用于对电池系统充电。请记住，在标准测试条件下，每个太阳能电池单元通常会产生约0.5伏的电压。

在太阳能光伏阵列中，许多人希望将其面板串联以产生太阳能充电控制器或逆变器可接受的最高电压。在MPPT控制器中它将高达150伏直流电。在太阳能光伏设置中，它被称为“串”，就像一连串的圣诞灯串连在一起。

串联连接面板的优点：

允许使用较小的电线：如果您增加电压，请务必知道电线将在更小的电线上承载更多电力。有没有想过悬挂在电力公用电网（国家电网）上的小电线能够提供足够的电力来为城市供电？这些技巧使用的电压非常高，通常为33千伏（33000伏），可以高达765千伏（在发电站的输电线路中）。由于电压很高，导线上的安培数将会很小，功率（功率）等于电位差（伏特）乘以电流（安培）。较小尺寸的导线通常比具有较大导线更便宜。

减少传输过程中的损失： 在高电压低电流安培下，导线传输过程中的热量损失将更小。它将使太阳能光伏系统有更高的工作效率。

允许较长布线，从太阳能光伏电池板到其他设备： 如果电压较高，安培数较低，传输过程中的热量损失较低，则可以允许较长的导线来连接设备。面板在阳光下会很热，这种热量不利于其他设备（例如逆变器，充电控制器和电池）的长期使用。较长布线将允许这种热敏装置放置在阴凉处或凉爽的房间。

适用于MPPT控制器：最大功率点跟踪（MPPT – Maximum Power Point Tracking）是通过数字跟踪太阳能光伏电池板的输出并向系统其余部分（电池和负载）提供正确电压来有效利用最大功率输出的绝佳装置。MPPT通常可以接受较高的直流电压（通常高达150伏直流电，取决于制造商），因此允许使用更大的太阳能光伏阵列。

串联连接面板的缺点：

一个薄弱环节会减少整个系统的连续性：就像一串圣诞灯一样，一个坏掉的灯泡会让圣诞灯的一部分熄灭。同样，如果由于面板故障或由于该单个PV面板的部分阴影而使面板串联中的一个具有较高电阻，则整个串将受到影响，并且将拉低整体表现，依据最弱单元的局限。一种解决方案是应用旁路二极管，以允许电流绕过性能最差的面板，这是由于该单个面板的局部着色。更多的面板部分阴影也会导致总效率的有效降低。由于二极管的半导体性质，当通过每个二极管时会有一些电压下降。

较高的电压是危险的： 由于电压会随着每个后续面板而加起来，因此通常会需要专业安装的高压系统以便更安全。

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，负极连在一起。这将有效地增加安培数并传输更多功率，即使电压相同。

并联配置的太阳能光伏电池板。它将有效地并联配置36个太阳能光伏电池串。

5个12伏5安培的太阳能光伏电池板如果并联连接将产生12伏25安培，或者如果串联连接，将产生60伏5安培。

并联连接面板的优点：

允许处理更安全的电压： 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，我们可以找到从灯光到立体声的各种设备，以及以12伏运行的电机。即使汽车电池电压为12伏。所有这些电压都可以由一个非专业人员“安全”处理。当了解电击时，人体抵抗力将起作用。在低于25伏特（或低于20伏特）的低电压时，将会有更高的体电阻抗冲击（大多数人（接近50%人口）当受到25伏电压冲击时身体将具有3,250Ω的阻抗，而当受到220伏电压冲击时阻抗减小到1350Ω伏）。虽然目前是导致组织损伤的罪魁祸首，但更高的电压会增加电击的机会。

与PWM控制器更好的匹配： 如果面板电压输出和电池电压几乎相同，则充电控制器的效率将高于那些面板和电池之间严重不匹配电压的系统，因为没有像MPPT控制器那样的DC至DC转换器。 PWM控制器更便宜，因此可以为普通的DIY太阳能应用提供实惠。 PWM控制器将降低来自面板电压输出的电压，并允许底电压电池充电和负载运作。

太阳能光伏总产量不受弱链路的影响：由于每个太阳能光伏电池板都有一个共同的连接，因此每块电池板都将按照自己的步调运行。无遮阴的面板将在高功效运作，而遮阴影响的面板将以降低的效率独立执行。然而，仍然建议使用阻塞二极管以确保面板的所有电流都朝向一个方向。

并联连接面板的缺点：

需要使用笨重的电线： 由于太阳能电池板的安培产量是加起来的，因此最终的安培产量会更高，这需要更大尺寸的电线，而电线的价格更昂贵且体积更大。这也间接增加了安装的前期成本。

当涉及较长的电缆运行时效率较低： 由于电流过大，传输过程中的热量损失会更高。如果您打算运行较长的电线，这也间接增加了前期成本，您需要进一步增加电线的尺寸。

混合串联和并联配置

为了消除两种配置的优缺点，建议将两者混合使用以获得所有优势。您可以将多组太阳能光伏电池板串起来进行并联配置。在这种情况下，您可以获得更好的能量产出，更低的配线成本，并且可以在面板部分遮光的情况下实现更好的效果。

以相同的串联和并联配置混合太阳能光伏电池板可以同时增加电压和安培数。

为了确保最高的效率，建议将独立面板连接到独立逆变器，正如在并网系统中带有微逆变器的太阳能光伏板中所见。与串逆变器相比，每个连接有微逆变器的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。

具有微逆变器的太阳能光伏阵列的典型配置。

混合不同额定功率的太阳能光伏电池板

当需要将多个面板连接在一起时，建议将类似的太阳能光伏组件（相同品牌的相同电压瓦数额定值）连接在一起，以防止由于较弱的面板限制而导致总效率下降。同样，我们不会在使用时将新旧电池混合在一起。

在串联系列中，低性能面板将对整个系列产生重大影响。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组成一串联系列时，整个系统将具有电压累积，但净电流只有接近1安培或最小短路电流运行（1安培面板成为限制）。

当涉及混合不同功率额定值的太阳能电池板时，请确保它在其他额定值（如电压和电流强度）中保持平衡。

在并联配置中，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。如果一个面板产生比另一个面板高得多的电压（例如，24伏面板与12伏面板混合），则由于较低电压面板不能产生竞争电势差以有效地将电流注入到系统里，所以较低电压面板将显着表现性能降低。

当您手上有不同的额定面板的情况下，推荐的方法是将每个类似的面板连接到独立逆变器（例如微型逆变器）以便获得每一个光伏最大面板效率。

          电池的串联或并联

  在锂电池组中是把多个锂电池串联起来，得到所需要的工作电压。如果所需要的是更高的容量和更大的电流，那就应该把锂电池并联起来。另外还有一些电池组，把串联和并联这两种方法结合起来。一个笔记本电脑的电池有可能是把四节3.6V锂离子电池串联起来，总电压达到14.4V;然后，再把两组串联在一起的电池并联起来，这样，电池组的总电量就可以从2000毫安时提高到4000毫安时。这种接法称作“四串两并”，它的意思是：把两组由四节电池串联在一起的电池组并联起来。锂离子电池的标称电压则是3.6V。使用锂离子聚合物和其他类型的锂电池，它的额定电压一般为3.7V。如果要想得到像11.1V这种不常见的电压，就得把三节这种电池串联在一起。串联需要高电量的便携设备，一般是由两节或更多节电池串联起来的电池组供电。使用高电压电池组所带来的另一个问题，就是有可能遇到电池组里的某一节电池失效的情况。这就像一个链条，串联在一起的电池越多，出现这种情况的几率就越高。只要一节电池有问题，它的电压就会降低。到最后，一节“断开”的电池可能会中断电流的输送。而要更换“坏”电池也绝非易事，因为新老电池是互不匹配的。一般说来，新电池的容量要比老电池的高得多。随着工作电压的下降，它比正常电池组更快地达到放电结束的临界点，同时，它的使用时间也急剧缩短。一旦设备因电压过低而切断电源，其余单体电池仍然完好的电池就不能把所存储的电量送出来了。这时，坏的那节电池电池还呈现很大的内阻，如果此时还带有负载，那么，将会导致整个电池链的输出电压将大幅度下降。在一组串联电池中，一节性能差的电池，就像是一个堵住水管的塞子，会产生巨大的阻力，阻止电流流过去。其它电池也会短路，这将使终端的电压降低至3.6V，或者，使电池组链路断开并切断电流。一个电池组的性能是取决于电池组里最差的那块电池的性能。

　　并联为了得到更多的电量，可以把两个或者更多个电池并联起来。除了把电池并联起来，另一个办法是使用尺寸更大的电池。由于受到可以选用的电池的限制，这个办法并不适用于所有情况。此外，大尺寸的电池也不适合做成专用电池所需要的外形规格。大部分的化学电池都可以并联使用，而锂离子电池最适合并联使用。由四节电池并联而成的电池组，电压保持为3.6V，而电流和运行时间则增大到四倍。与电池串联相比，在电池并联电路中，高阻抗或“开路”电池的影响较小，但是，并联电池组会减少负载能力，并缩短运行时间。这就好比一个发动机只启动了三个汽缸。电路短路所造成的破坏会更大，这是因为，在短路时，出现故障的电池会迅速地耗尽其他电池里的电量，并引起火灾.

　　使用串并联这种连接方法时，在设计上很灵活，可以用标准的电池尺寸达到所需要的额定电压和电流。应当注意：总功率不会因为电池的不同连接方法而改变。功率等于电压乘电流。对锂离子电池而言，串并联的连接方法很常见。

　　最常用的一种电池组是18650(直径为18mm，长度为650mm)，它带有保护电路即锂电池保护板，锂电池保护板能够监视串联在一起的每一节电池，因此，它的最大实际电压为14.4V。这个锂电池保护电路(即锂电保护板)也可以用于监视串联在一起的每一节电池的状态。在把几个电池串联起来使用时，必须遵照下面的基本要求：保持电池的连接点的洁净。把四节电池串联起来使用时，共有八个连接点(电池到电池室的连接点，电池室到下一节电池的连接点)。每个连接点都存在一定的电阻，如果增加连接点，有可能会影响整个电池组的性能。不要混用电池，选择性能一致的电池。当电池的电量不足时，更换所有的电池。在串联使用时，要用同一种类型的电池。要注意电池的极性。如果有一节电池的极性装反了，就会减少整串电池的电压，而不是增加电压。如何正确地把电池串联和并联起来使用，这听起来好象很简单，但是，遵循一些简单的规则，就可以避免不必要的问题。

　　在电池组中是把多个电池串联起来，得到所需要的工作电压。如果所需要的是更高的容量和更大的电流，那就应该把电池并联起来。另外还有一些电池组，把串联和并联这两种方法结合起来。一个膝上型电脑的电池有可能是把四节3.6V锂离子电池串联起来，总电压达到14.4V；然后，再把两组串联在一起的电池并联起来，这样，电池组的总电量就可以从2000毫安时提高到4000毫安时。这种接法称作“四串两并”，它的意思是：把两组由四节电池串联在一起的电池组并联起来。

　　在手表、备份用的存储器和蜂窝电话里一般使用一节电池。一节镍基电池的标称电压是1.2V，碱性电池是1.5V，氧化银电池是1.6V，铅酸性电池是2V，锂电池是3V，而锂离子电池的标称电压则是3.6V。使用锂离子聚合物和其他类型的锂电池，它的额定电压一般为3.7V。如果要想得到像11.1V这种不常见的电压，就得把三节这种电池串联在一起。随着现代微电子技术的发展，我们已经可以用一节3.6V的锂离子电池，为蜂窝电话和低功耗的便携通讯产品供电。在上世纪六十年代，在照度计中广泛使用的汞电池，出于环境保护方面的考虑，如今已经完全退出市场。

　　镍基电池的标称电压为1.2V或1.25V。它们之间，除了市场偏好之外，没有任何差别。大部分的商用电池，每节电池的电压为1.2V；工业电池、航空电池和军用电池，每节电池的电压仍是1.25V。

　　串联

　　需要高电量的便携设备，一般是由两节或更多节电池串联起来的电池组供电。如果使用高电压的电池，导体和开关的尺寸可以做得很小。中等价位的工业电动工具一般使用电压为12V至19.2V的电池供电；而高级电动工具使用电压为24V至36V的电池，以获得更大的电力。汽车工业最终把启动器的点火电池电压从12V（实际上是14V）提高到36V，甚至是42V。这些电池组是由18节串联起来铅酸性电池组成。在早期的混合型汽车中，用来供电的电池组，电压为148V。比较新的车型所使用的电池组，电压高达450V至500V，大部分是镍基化学电池。一个电压为480V的镍金属氢电池组是由400节镍金属氢电池串联而成。有一些混合型汽车也用铅酸性电池做过试验。

　　42 V的汽车用电池价格昂贵，而且，比起12V电池，它在开关上会产生更多的电弧。使用高电压电池组所带来的另一个问题，就是有可能遇到电池组里的某一节电池失效的情况。这就像一个链条，串联在一起的电池越多，出现这种情况的几率就越高。只要一节电池有问题，它的电压就会降低。到最后，一节“断开”的电池可能会中断电流的输送。而要更换“坏”电池也绝非易事，因为新老电池是互不匹配的。一般说来，新电池的容量要比老电池的高得多。

　　我们来看一个电池组的实例，第三节电池仅产生0.6V的电压，而不是正常的1.2V（图1）。随着工作电压的下降，它比正常电池组更快地达到放电结束的临界点，同时，它的使用时间也急剧缩短。一旦设备因电压过低而切断电源，其余三节仍然完好的电池就不能把所存储的电量送出来了。这时，第三节电池还呈现很大的内阻，如果此时还带有负载，那么，将会导致整个电池链的输出电压将大幅度下降。在一组串行电池中，一节性能差的电池，就像是一个堵住水管的塞子，会产生巨大的阻力，阻止电流流过去。第三节电池也会短路，这将使终端的电压降低至3.6V，或者，使电池组链路断开并切断电流。一个电池组的性能是取决于电池组里最差的那块电池的性能。

　　并联

　　为了得到更多的电量，可以把两个或者更多个电池并联起来。除了把电池并联起来，另一个办法是使用尺寸更大的电池。由于受到可以选用的电池的限制，这个办法并不适用于所有情况。此外，大尺寸的电池也不适合做成专用电池所需要的外形规格。大部分的化学电池都可以并联使用，而锂离子电池最适合并联使用。由四节电池并联而成的电池组，电压保持为1.2V，而电流和运行时间则增大到四倍。

　　电池组的实例与电池串联相比，在电池并联电路中，高阻抗或“开路”电池的影响较小，但是，并联电池组会减少负载能力，并缩短运行时间。这就好比一个发动机只启动了三个汽缸。电路短路所造成的破坏会更大，这是因为，在短路时，出现故障的电池会迅速地耗尽其他电池里的电量，并引起火灾（图2）。

　　串并联

　　使用串并联这种连接方法时，在设计上很灵活，可以用标准的电池尺寸达到所需要的额定电压和电流（图3）。应当注意：总功率不会因为电池的不同连接方法而改变。功率等于电压乘电流。

　　对锂离子电池而言，串并联的连接方法很常见。最常用的一种电池组是18650（直径为18mm，长度为650mm）。它带有保护电路，能够监视串联在一起的每一节电池，因此，它的最大实际电压为14.4 V。这个保护电路也可以用于监视并联在一起的每一节电池的状态。

　　家用电池

　　前面所谈到的电池串联和并联的连接方法，针对的是可充电电池组，这些电池组里的电池都是永久性地焊接在一起的。除了把几个电池装进安装电池的电池室、串联起来之外，上面讲的那些规则也适用于家用电池。在把几个电池串联起来使用时，必须遵照下面的基本要求：

　　● 保持电池的连接点的洁净。把四节电池串联起来使用时，共有八个连接点（电池到电池室的连接点，电池室到下一节电池的连接点）。每个连接点都存在一定的电阻，如果增加连接点，有可能会影响整个电池组的性能。

　　● 不要混用电池。当电池的电量不足时，更换所有的电池。在串联使用时，要用同一种类型的电池。

　　● 不要对不可充电型电池进行充电。对不可充电池进行充电时，会产生氢，有可能会引起爆炸。

　　● 要注意电池的极性。如果有一节电池的极性装反了，就会减少整串电池的电压，而不是增加电压。

　　● 把已经完全放完电的电池从暂停使用的设备中取出。旧电池比较容易出现泄漏和腐蚀的情况。碱性电池相对于碳锌电池而言，问题不那么严重。

　　● 不要把电池都放在一个盒子里，这样可能会出现短路。电池短路会导致发热，并引发火灾。请把废弃的电池放在小塑料袋里，与外界绝缘。