Солнечная панель на 12 и 24 В: какое у неё напряжение на самом деле и какую брать под аккумулятор

«12 В» на солнечной панели — это не рабочее напряжение, а класс системы: такая панель рассчитана на заряд 12-вольтового аккумулятора. Для этого у неё 36 ячеек и около 18 В в точке максимальной мощности, потому что заряжать свинцовую или литиевую батарею нужно до 14,4 В, а часть напряжения теряется на проводах, контроллере и нагреве. Панель «24 В» — это 72 ячейки и около 36 В. Современные большие модули на 400–600 Вт под эти классы не подпадают: их напряжение 30–45 В, и ставят их только с MPPT-контроллером.

Почему у панели «12 В» около 18 В

Одна кремниевая ячейка при солнечном свете даёт около 0,5–0,6 В независимо от размера. Размер определяет ток, а не напряжение. Чтобы получить нужное напряжение, ячейки соединяют последовательно. 36 ячеек × около 0,5 В в рабочей точке — примерно 18 В; напряжение холостого хода (без нагрузки) выше, около 21–22,5 В, потому что 36 × 0,6 ≈ 21,6 В.

Зачем такой запас? Для заряда 12-вольтового свинцового аккумулятора нужно до 14,4 В, а у LiFePO4 на четыре последовательные ячейки зарядное напряжение около 14,2–14,6 В (точное значение указано в паспорте). Панель на жаре теряет напряжение: у кремния температурный коэффициент по напряжению около −0,3 %/°C, и при нагреве до 60–70 °C в рабочей точке остаётся уже заметно меньше 18 В. К этому добавляются потери в проводах и контроллере. Если бы панель «на 12 В» выдавала реально 12 В, она не смогла бы довести батарею до конца заряда ни в какую погоду.

Таблица: класс панели, число ячеек, напряжение, подходящий контроллер

Класс	Ячейки	Vmp / Voc, ориентир	Аккумулятор	Контроллер
«12 В»	36 (иногда 32–40)	около 17–18 В / 21–22,5 В	12 В	PWM или MPPT
«24 В»	72 (иногда 60)	около 30–36 В / 37–45 В	24 В; через MPPT — также 12 В	PWM (для 72 ячеек) или MPPT
Крупный современный модуль 108–144 половинки, 400–600 Вт	эквивалент 54–72 ячеек	около 30–45 В / 37–52 В	12, 24 или 48 В	только MPPT
Малые панели 5 В, 3,7 В	несколько ячеек	около 5 В, 3,7–4 В	литиевый элемент, USB-порт	встроенная схема заряда

Цифры ориентировочные: точные Vmp, Voc, Imp и Isc берите из паспорта конкретной панели — как читать этот документ, описано в статье про даташит. 60-ячеечные панели (около 30 В в рабочей точке) тоже встречаются в «24-вольтовых» системах, но чаще с MPPT.

Зачем PWM-контроллеру «родная» панель, а MPPT — нет

PWM-контроллер, по сути, подключает панель напрямую к аккумулятору и прерывает заряд, когда нужно. Панель при этом работает на напряжении аккумулятора, а не на своём оптимальном. У панели «12 В» оптимум около 18 В, при подключении к батарее с напряжением 13 В она отдаёт примерно 13 ÷ 18 ≈ 72 % паспортной мощности — потери ощутимые, но терпимые для малых систем. А вот панель с рабочим напряжением 37 В, прижатая PWM-контроллером к 14 В, отдаёт ток, близкий к своему рабочему (Imp ≈ 10,8 А), и мощность падает: 10,8 А × 14 В ≈ 151 Вт из 400 Вт. Остальное теряется. Поэтому PWM работает только с «родными» панелями того же класса, что и аккумулятор.

MPPT-контроллер отслеживает точку максимальной мощности панели и понижает напряжение до уровня аккумулятора с сохранением мощности: он «меняет вольты на амперы». Тот же пример: панель 400 Вт с Vmp = 37 В на 12-вольтовую батарею. Мощность на входе — 400 Вт, на выходе при напряжении около 14 В ток заряда составит 400 ÷ 14 ≈ 28,6 А. С учётом КПД MPPT (обычно 95–98 %) выйдет около 27–28 А. Но надо помнить, что контроллер должен быть рассчитан на такой выходной ток, а аккумулятор — допускать его. Общая разница двух типов контроллеров подробно разобрана в статье MPPT и PWM контроллер.

Практически это значит, что для 12-вольтового аккумулятора в автодоме или на даче можно взять одну большую панель вместо двух-трёх маленьких, но только вместе с MPPT-контроллером. Входное напряжение контроллера (максимум на входе) должно с запасом перекрывать Voc панели при низких температурах; расчёт напряжения на морозе — в материале расчёт стринга по Voc.

Панели 5 В и 3,7 В: что от них ждать

Это совсем другой класс — малые панели мощностью от долей ватта до нескольких ватт. Их ставят на USB-зарядки для телефонов, садовые светильники, датчики и маленькие вентиляторы. Панель на 5 В и 2 Вт даёт при хорошем солнце ток около 0,4 А (2 ÷ 5), а на облачном небе — в несколько раз меньше. Зарядка телефона с батареей 3 000 мА·ч при 3,7 В — это около 11 Вт·ч. Максимум, который панель 2 Вт отдаст за четыре часа ясного солнца, — 8 Вт·ч, реальная цифра обычно 3–5 Вт·ч, поэтому полный заряд телефона за один раз не гарантирован. «3,7 В» — это напряжение литий-ионного элемента, а не панели: панель к нему подключают через схему заряда, которая ограничивает ток и напряжение.

Для садовых светильников и датчиков этого хватает, для заряда ноутбука или холодильника — нет. Если нужна переносная панель для туризма, смотрите статью про складные панели и раздел портативных панелей. Маленькую панель на 100 Вт и то, что она питает, разбирает материал про панель 100 Вт.

Типичные ошибки

• Панель «12 В» без контроллера напрямую на аккумулятор. Пока батарея разряжена, всё нормально, но в конце заряда напряжение 18 В на свинцовом аккумуляторе вызывает перезаряд, выкипание электролита, а у литиевой батареи сработает защита BMS или повредится сама батарея. Исключение — очень маленькая панель мощностью в десятки ватт для подзарядки, которая допускается паспортом аккумулятора, но и там лучше поставить простой контроллер.
• Две панели разного класса последовательно. Напряжения складываются: 18 + 36 = 54 В на системе, рассчитанной на 12 или 24 В. Ток ограничен более слабой панелью, и мощность падает.
• Ожидание 220 В от панели. Панель выдаёт постоянный ток; чтобы питать розетку 220 В, нужен инвертор. Это разобрано в статье панель на 220 вольт.

Какую панель брать под свой аккумулятор

Если у вас 12-вольтовый аккумулятор и маленькая система в несколько сот ватт, проще и дешевле всего взять панели «12 В» с PWM-контроллером, но с оговоркой: мощность ограничена, а потери в кабеле растут из-за больших токов. Если нужно больше 400–500 Вт или есть возможность взять большую панель современного типа, берите её вместе с MPPT-контроллером: так напряжение батареи не диктует выбор панели. Для крупных автономных систем лучше поднять напряжение батареи до 24 или 48 В — токи станут меньше, кабели тоньше. Сколько энергии нужно накопить и как это связано с автономностью, прикиньте через калькулятор автономности, а о выборе типа батареи — в статье LiFePO4 против AGM и геля.

Частые вопросы

Сколько вольт реально выдаёт панель «12 В»?

В рабочей точке около 17–18 В, на холостом ходу около 21–22,5 В. Под нагрузкой в жару — меньше. Точные значения указаны в паспорте.

Можно ли подключить панель 24 В к аккумулятору 12 В?

Напрямую нельзя. Через MPPT-контроллер можно: он понизит напряжение и пересчитает его в ток заряда. Проверьте, что контроллер выдерживает нужный выходной ток.

Нужен ли контроллер для маленькой панели?

Для заряда аккумулятора — да, почти всегда. Без него возможен перезаряд, а для ночи нужна защита от обратного тока. Малые панели для USB и садовых фонарей уже имеют встроенную схему.

Можно ли соединить панели 12 В и 24 В?

Лучше нет: разные напряжения и токи делают такое соединение неэффективным, а последовательное — опасным для оборудования 12-вольтовой системы.