Flerklippta solcellsmoduler: En praktisk analys

Snabbt svar: Flerskurna solmoduler delar en full cell i tre, fyra eller fler remsor och arrangerar dem så att strömmen per remsa blir lägre och resistansförlusten i bandet blir mindre. Idén är inte ny — halvskuren var det första steget i samma riktning — men den återkom till framträdande plats från 2025 i takt med att moduleffektmålen ökade och verktyg för fyrdelning blev tillgängliga. Vinsten kommer från två effekter: tunnare remsor bär mindre ström, vilket möjliggör tunnare band och lägre serieresistans, och den mindre cellarean innebär att en sprucken remsa kostar mindre uteffekt. Kostnaderna är multiplicerat skär- och strängningsarbete, snävare platstoleranser och fler fogar per modul. Praktisk analys av en flerskuren linje handlar därför alltid om samma avvägning: den effektivitet som vinns på cellnivå mot det utbyte som förloras vid skär- och strängningsstationerna.

PV-modultillverkning · av Jerry, Ooitech

Multi-Cut solpaneler: Varför ämnet är tillbaka

Från och med 2025 har idén om ”multi-cut” solpaneler blivit het igen inom PV-industrin. På årets SNEC-mässa presenterade många modultillverkare nya konstruktioner som tredjedels-cut och kvart-cut moduler. Det verkar som att tillverkare inte längre är nöjda med det konventionella halv-cut formatet. Industrin 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 skuggtolerans.

Vad är en multi-cut solpanel?

En ”multi-cut” solpanel 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:

• Halv-cut celler: en full cell skärs i 2 bitar, för närvarande den vanligaste konstruktionen

• Tredjedels-cut celler: en cell skärs i 3 bitar

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

• Shingled moduler: också 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 konstruktioner

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 huvudsakliga fördelarna inkluderar:

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

• Lägre resistansförluster: Den interna resistansförlusten i en solcellsmodul är proportionell mot kvadraten på strömmen.

Ploss = I²R

Så när strömmen minskar, minskar även 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 bidrar till att minska uppvärmningen vid partiell skuggning, vilket förbättrar modulens beteende vid varma fläckar.

• Bättre skuggtolerans: Med korrekt 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 solcellsmodulens effekt

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

Figur 6: Effekt av skuggning på utsignalen från en enda cellsträng

I en traditionell fullcellsmodul är flera celler seriekopplade för att bilda en cellsträng. Om en cell, eller några få 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 den cell som är mest skuggad.

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 fläckar är solcellsmoduler normalt utrustade med förbikopplingsdioder. När en cellsträng är kraftigt skuggad leder förbikopplingsdioden och tillåter ström att förbigå 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 själva solcellen. Den beror också i hög grad på modulens interna kretsdesign.

Grundlogiken bakom multi-cut-moduler: Dela hög ström i lägre ström

En multi-cut-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 multi-cut-design att varje skuren cellenhet arbetar med 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 halvcellsmodul har varje halvcellsenhet en ström på ungefär I0/2.

• I en tredjedelscellsmodul har varje tredjedelscellenhet en ström på ungefär I0/3.

• I en kvartscellsmodul har varje kvartscellsenhet en ström på ungefär I0/4.

Naturligtvis påverkas även verkliga strömvärden av laserskärning kvalitet, kantpassivering, banddesign, resistansförlust och modullayout. Men utifrån grundprincipen är driftströmmen för multikapslade cellenheter klart lägre än för fullceller.

När strömmen minskar uppstår två direkta fördelar.

Lägre resistansförlust

När strömmen minskar sjunker resistansförlusten i band och sammanfogningsområden avsevärt. Med en kvartscellsmodul 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 skuggbjekt av 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, skugga 30% av en halvcell och 50% av en annan. I detta fall blir strömobalansmönstret och det påverkade området annorlunda.

Nyckelpunkten: Mer flexibel serie- och parallellkopplingsdesign

Multi-cut-moduldesign handlar inte bara om att skära celler i mindre bitar. Den verkliga faktorn som avgör skuggtålighet är hur cellerna kopplas samman efter skärningen.

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

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

Med en kvartscut-modul som exempel, med en korrekt kretslayout, kan påverkan av skuggning på en enskild cut-cell begränsas till ungefär en tolftedel av kretsarean. Som jämförelse, i traditionella fullcells- eller halvcellsmoduler kan skuggning på samma position påverka en mycket större del av cellsträngens utsignal.

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 multi-cut-moduler bibehålla bättre utsignal under partiell skuggning genom att använda mer detaljerade kretssektioner och parallella strömvägar. Den centrala designlogiken inkluderar:

• Skära celler i mindre kraftgenereringsenheter

• Använda korrekt seriekoppling för att uppnå den erforderliga modulspänningen

• Använda parallella grenar för att minska strömmen i varje gren

• Använda bypassdioder för att begränsa effektförluster i skuggade områden

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

Viktiga begränsningar: Multi-cut är inte alltid bättre under varje skuggmönster

Även om denna artikel fokuserar på hur multi-cut-kretsdesign kan förbättra skuggtålighet, har multi-cut-moduler inte alltid en fördel i varje skuggningsscenario.

Den viktiga punkten som diskuterats ovan är detta: när den skuggade andelen av cellenheten är densamma, uppnår multi-cut-moduler ofta högre uteffekt. Men under samma skuggstorlek och form, eftersom varje cut-cell har en mindre area, kan den skuggade andelen av den enheten faktiskt bli högre. Detta kan orsaka 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 endast vara 70 % skuggad. Men för en kvartsskuren modul, eftersom varje skuren cell är kortare på höjden, kan samma skugga helt täcka den nedre raden av kvartsskurna celler. Detta kan leda till en betydande effektminskning i motsvarande kretssektion, eller till och med göra att en del av cellsträngen förlorar sin effektförmåga.

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 effektförlusten inte vara densamma. 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 beakta den faktiska interna serie-parallella kretsfördelningen, bypassdiodernas skyddszoner, skuggans form och skuggans position.

Från hög effekt till hög energiresiliens

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

Kvartsskurna och andra flerskurna moduler använder mindre cellenheter, lägre driftström och mer flexibla serie-parallella kretsar för att minska påverkan av lokal skuggning på modulens totala effekt. Deras kärnvärde är enkelt: lokalisera skuggans effekt, håll den oskuggade ytan i drift 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 tillverkningslinjer för solcellsmoduler ser Ooitech multi-cut-teknik som mer än en förändring av cellformatet; 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 i hög grad beror på hur varje liten cellenhet är sammankopplad och skyddad. Enligt vår uppfattning kommer nästa steg i modulkonkurrensen inte bara att jämföra märkeffekt, utan också jämföra hur tillförlitligt en modul fortsätter att producera energi under damm, löv, takhinder och lågvinkelskuggor.