Multi-Cut Solcellsmoduler: Varför Ämnet Är Tillbaka

Från och med 2025 har idén om "multi-cut" solcellsmoduler blivit het igen inom PV-industrin. På årets SNEC-utställning presenterade många modultillverkare nya konstruktioner som tredjedelsskurna och kvartsskurna moduler. Det verkar som att tillverkarna inte längre är nöjda med den konventionella halvskurna designen. Branschen ställer en mycket praktisk fråga: hur många gånger kan en solcell skäras, och vilket verkligt värde ger det?

Denna artikel tittar närmare på vad multi-cut moduler är, varför de diskuteras igen, och vilka fördelar och begränsningar de har när det gäller skuggtålighet.

Vad Är en Multi-Cut Solcellsmodul?

En "multi-cut" solcellsmodul innebär vanligtvis att en fullstor solcell skärs i flera mindre cellenheter, som sedan sammankopplas genom serie- eller parallellkretsdesign och lamineras till en komplett PV-modul.

Vanliga format inkluderar:

• Halvskurna celler: en hel cell skärs i 2 delar, för närvarande den dominerande designen

• Tredjedelsskurna celler: en cell skärs i 3 delar

• Multi-cut celler: en cell skärs i fler små bitar, såsom 4-skurna, 5-skurna eller 6-skurna konstruktioner

• Shinglade moduler: även en speciell typ av multi-cut tillämpning, med överlappande cellremsor

Obs: Diagrammen ovan visar endast typiska kretskoncept. De representerar inte exakta produktdesigner från specifika tillverkare.

Varför Tillverkare Använder Multi-Cut Designer

Huvudsyftet med multi-cut-design är att minska driftströmmen för varje cellenhet och optimera modulens interna kretsanslutning. Genom att göra detta kan modulen minska elektriska förluster och förbättra energiproduktionen under komplicerade verkliga förhållanden.

De främsta fördelarna inkluderar:

• Lägre driftström: Efter att en solcell skärs i mindre enheter minskas strömmen för varje delcell i motsvarande grad.

• Lägre resistansförlust: Den interna resistansförlusten i en PV-modul är proportionell mot kvadraten på strömmen.

Ploss = I²R

Så när strömmen minskar minskar också resistansförlusterna i band, samlingsskenor och interna ledningsbanor.

• Högre moduleffekt: Med lägre interna elektriska förluster kan modulen vanligtvis uppnå en viss effektökning under standardtestförhållanden.

• Minskad risk för varma fläckar: Lägre ström hjälper till att minska uppvärmning vid partiell skuggning, vilket förbättrar modulens beteende vid varma fläckar.

• Bättre skuggtolerans: Med rätt kretsdesign kan påverkan av lokal skuggning begränsas till ett mindre område, vilket gör att oskuggade områden kan fortsätta generera ström.

Kretsdesign: Hur lokal skuggning påverkar solmodulens uteffekt

En solcell kan ungefär betraktas som en strömkälla. Under bra solljus genererar cellen ström. När en del av cellen är skuggad minskar dess kraftgenereringsförmåga, och utströmmen minskar också.

Figur 6: Effekt av skuggning på uteffekten från en enkel cellsträng

I en traditionell fullcellsmodul är flera celler seriekopplade för att bilda en cellsträng. Om en cell, eller några celler, är skuggade kommer de skuggade cellerna att begränsa strömuttaget från hela strängen. Enkelt uttryckt bestäms utströmmen från samma cellsträng vanligtvis av den svagaste cellen, vilket ofta är cellen med tyngst skuggning.

Vid kraftig skuggning kan den skuggade cellen till och med bli omvänt förspänd. Istället för att generera ström blir den en elektrisk last och producerar lokal värme. Detta är den välkända effekten av varma fläckar.

För att minska risken för varma punkter är solcellsmoduler normalt utrustade med bypass-dioder. När en cellsträng är kraftigt skuggad leder bypass-dioden och tillåter ström att gå förbi den påverkade strängen. Detta skyddar cellerna, men den förbikopplade strängen kan inte längre bidra med effekt. Som ett resultat sjunker modulens uteffekt avsevärt.

Därför bestäms en moduls skuggtålighet inte bara av solcellen själv. Den beror också starkt på modulens interna kretsdesign.

Grundlogiken för flerskurna moduler: Dela hög ström till lägre ström

En flerskuren modul skär standardceller i mindre cellenheter och kopplar sedan samman dem genom lämpliga serie- och parallellkopplingar. Jämfört med traditionella fullcellsmoduler är en viktig egenskap hos flerskuren design att varje skuren cellenhet arbetar med en lägre ström.

Antag att driftströmmen för en full cell är I0. Om den delas jämnt i n bitar är den teoretiska strömmen för varje skuren cellenhet ungefär:

Icell = I0 / n

Till exempel:

• I en halvskuren modul har varje halvcellsenhet en ström på ungefär I0/2.

• I en tredjedelsskuren modul har varje tredjedelsskuren cellenhet en ström på ungefär I0/3.

• I en fjärdedelsskuren modul har varje fjärdedelsskuren cellenhet en ström på ungefär I0/4.

Naturligtvis påverkas verkliga strömvärden också av laserskärningskvalitet, kantpassivering, banddesign, resistansförluster och modullayout. Men från grundprincipen är driftströmmen för flerskurna cellenheter klart lägre än för fullceller.

När strömmen minskar uppstår två direkta fördelar.

Lägre resistansförlust

När strömmen minskar minskar resistansförlusten i band och anslutningsområden avsevärt. Med en fjärdedelsskuren modul som exempel, under ideala förhållanden med andra faktorer oförändrade, kan dess resistansförlust teoretiskt minskas till en sextondel av en fullcellsmoduls.

Lokal skuggpåverkan kan begränsas lättare

Med en mer segmenterad kretsdesign kan strömobalans orsakad av skugga begränsas till ett lokalt område istället för att påverka en större cellsträng.

Till exempel, när två skuggningsobjekt med samma area faller på en fullcellsmodul och en halvcellsmodul, kan objektet täcka 80% av en full cell i fullcellsmodulen. I halvcellsmodulen kan samma objekt fördelas över två halvceller, vilket skuggar 30% av en halvcell och 50% av en annan. I detta fall kommer strömobalansmönstret och det påverkade området att vara annorlunda.

Nyckelpunkten: Mer flexibel serie- och parallellkretsdesign

Multicellsmoduldesign handlar inte bara om att skära celler i mindre bitar. Den verkliga faktorn som bestämmer skuggningsresistans är hur cellerna kopplas efter skärning.

I en traditionell fullcellsmodul är cellerna vanligtvis seriekopplade, och modulen är uppdelad i tre kretssektioner med tre bypassdioder. När en cell är allvarligt skuggad kan det påverka utmatningen från ungefär en tredjedel av hela modularean.

I en multicellsmodul kan den ursprungliga stora cellsträngen delas upp i mindre kraftgenereringsenheter genom en mer detaljerad serie-parallell design. Parallella vägar möjliggör också mer flexibel strömfördelning.

Ta en kvartscellsmodul som exempel, med en lämplig kretslayout kan påverkan av skuggning på en enskild skuren cell begränsas till ungefär en tolftedel av kretsarean. Som jämförelse, i traditionella fullcells- eller halvcellsmoduler kan skuggning på samma plats påverka en mycket större del av cellsträngens utmatning.

Figur 7: Ekvivalenta kretsscheman för fullcells-, halvcells-, tredjedelscells- och kvartscellsmoduler

Figur 8: Under samma 50% skuggning av den minsta kraftgenereringsenheten kan shinglade moduler bibehålla högre effekt

Därför kan multicellsmoduler bibehålla bättre utmatning under partiell skuggning genom att använda mer detaljerade kretssektioner och parallella strömvägar. Den centrala designlogiken inkluderar:

• Skära celler i mindre kraftgenereringsenheter

• Använda lämplig seriekoppling för att uppnå erforderlig modulspänning

• Använda parallella grenar för att minska strömmen i varje gren

• Använda bypassdioder för att begränsa effektförlust i skuggade områden

• Tillåta oskuggade områden att fortsätta generera kraft så mycket som möjligt

Viktiga begränsningar: Multicellsmoduler är inte alltid bättre under varje skuggningsmönster

Även om denna artikel fokuserar på hur multicellskretsdesign kan förbättra skuggningsresistans, har multicellsmoduler inte alltid en fördel i varje skuggningsscenario.

Den viktigaste punkten som diskuterats ovan är denna: när den skuggade andelen av cellenheten är densamma, uppnår flerskurna moduler ofta högre uteffekt. Men under samma skuggstorlek och form, eftersom varje skuren cellenhet har en mindre yta, kan den skuggade andelen av den enheten faktiskt bli högre. Detta kan leda till att uteffekten sjunker.

Till exempel, när skuggning sker längs modulens kortsida, särskilt tidigt på morgonen eller sent på eftermiddagen när solvinkeln är låg, kan skuggan täcka den nedre raden av celler. För en halvskuren modul kan den nedre raden vara endast 70 % skuggad. Men för en kvartsskuren modul, eftersom varje skuren cell är kortare i höjd, kan samma skugga helt täcka den nedre raden av kvartsskurna celler. Detta kan leda till en betydande uteffektsminskning i motsvarande kretssektion, eller till och med göra att en del av cellsträngen förlorar sin uteffektförmåga.

Dessutom kan tredjedelsskurna moduler ha asymmetri mellan topp och botten på grund av layout och kretsdesign. När samma skuggyta eller form visas på olika sidor av modulen, kan den faktiska uteffektförlusten vara olika. Under vissa specifika skuggningsförhållanden kan en tredjedelsskuren modul till och med ha större effektförlust än en halvskuren modul.

Så när man utvärderar effektförlust orsakad av skugga, kan vi inte bara titta på den skuggade ytan. Vi måste också överväga den faktiska interna serie-parallella kretsfördelningen, bypass-diodskyddszoner, skuggform och skuggposition.

Från Hög Effekt till Hög Energiresiliens

I takt med att PV-modulernas effekt fortsätter att öka, handlar industrikonkurrensen inte längre bara om toppeffekt under standardtestförhållanden. För verkliga solkraftverk blir långsiktig energiproduktion och stabilitet under komplexa driftsmiljöer allt viktigare.

Kvartsskurna och andra flerskurna moduler använder mindre cellenheter, lägre driftsström och mer flexibla serie-parallella kretsar för att minska påverkan av lokal skuggning på modulens totala uteffekt. Deras kärnvärde är enkelt: lokalisera effekten av skugga, håll den oskuggade ytan i arbete och förbättra energiproduktionens stabilitet i verkliga tillämpningar.

I kommersiella och industriella tak, bostadstak, BIPV-projekt och andra scenarier med risk för lokal skuggning, kan kvartsskurna moduler bli en viktig teknisk väg för att förbättra systemets avkastning och driftsäkerhet.

Ooitechs syn

Som en utrustningsleverantör som arbetar nära solcellsmodultillverkningslinjer ser Ooitech multiskärningsteknik som mer än en förändring av cellformat; det är en kombinerad utmaning som involverar laserskärningsprecision, stringstabilitet, kretslayout och kvalitetsinspektion. För tillverkare som överväger halvskurna, tredjedelsskurna, kvartsskurna eller shinglade produkter måste produktionslinjen utvärderas tillsammans med modulens elektriska arkitektur, eftersom skuggningsprestanda starkt beror på hur varje liten cellenhet är sammankopplad och skyddad. Enligt vår uppfattning kommer nästa steg i modulkonkurrens inte bara att jämföra märkeffekt, utan också jämföra hur tillförlitligt en modul fortsätter att producera energi under damm, löv, takhinder och lågvinkelskuggor.