Мульти-резные солнечные модули: почему тема вернулась

Начиная с 2025 года, идея «мульти-резных» солнечных модулей снова стала горячей в фотоэлектрической отрасли. На выставке SNEC этого года многие производители модулей представили новые конструкции, такие как модули с третьим и четвертным резом. Похоже, производители больше не удовлетворены обычным форматом с половинным резом. Отрасль задает очень практичный вопрос: сколько раз можно разрезать один солнечный элемент и какую реальную ценность это приносит?

Эта статья подробно рассматривает, что такое мульти-резные модули, почему они снова обсуждаются, и какие преимущества и ограничения они имеют с точки зрения устойчивости к затенению.

Что такое мульти-резной солнечный модуль?

«Мульти-резной» солнечный модуль обычно означает, что полноразмерный солнечный элемент разрезается на несколько более мелких ячеек, которые затем соединяются последовательно или параллельно по схеме и ламинируются в готовый фотоэлектрический модуль.

Распространенные форматы включают:

• Элементы с половинным резом: один полный элемент разрезается на 2 части, в настоящее время это主流 дизайн

• Элементы с третьим резом: один элемент разрезается на 3 части

• Мульти-резные элементы: один элемент разрезается на большее количество мелких частей, например, на 4, 5 или 6 частей

• Черепичные модули: также особый тип мульти-резного применения, с перекрывающимися полосками элементов

Примечание: приведенные выше схемы показывают только типичные концепции цепей. Они не представляют точные конструкции продуктов конкретных производителей.

Почему производители используют мульти-резные конструкции

Основная цель мульти-разрезной конструкции — снизить рабочий ток каждой ячейки и оптимизировать внутренние электрические соединения модуля. Благодаря этому модуль может уменьшить электрические потери и повысить выработку энергии в сложных реальных условиях.

Основные преимущества включают:

• Снижение рабочего тока: После разрезания солнечной ячейки на более мелкие части ток каждой подъячейки соответственно уменьшается.

• Снижение потерь на сопротивлении: Потери на внутреннем сопротивлении фотоэлектрического модуля пропорциональны квадрату тока.

Ploss = I²R

Таким образом, при снижении тока потери на сопротивлении в лентах, шинах и внутренних токопроводящих путях также уменьшаются.

• Повышение выходной мощности модуля: С меньшими внутренними электрическими потерями модуль обычно может достичь определенного прироста мощности в стандартных условиях испытаний.

• Снижение риска горячих точек: Более низкий ток помогает уменьшить нагрев при частичном затенении, улучшая поведение модуля в отношении горячих точек.

• Лучшая толерантность к затенению: При правильной схемотехнике влияние локального затенения может быть ограничено меньшей областью, позволяя незатененным участкам продолжать вырабатывать энергию.

Схемотехника: Как локальное затенение влияет на выходную мощность солнечного модуля

Солнечную ячейку можно приблизительно рассматривать как источник тока. При хорошем солнечном освещении ячейка генерирует ток. Когда часть ячейки затенена, ее способность генерировать энергию падает, и выходной ток также уменьшается.

Рисунок 6: Влияние затенения на выходную мощность цепочки из одной ячейки

В традиционном полноячеистом модуле несколько ячеек соединяются последовательно, образуя цепочку ячеек. Если одна или несколько ячеек затенены, затененные ячейки будут ограничивать выходной ток всей цепочки. Проще говоря, выходной ток одной и той же цепочки ячеек обычно определяется самой слабой ячейкой, которой часто является ячейка с наибольшим затенением.

При сильном затенении затененная ячейка может даже стать обратно смещенной. Вместо генерации энергии она становится электрической нагрузкой и выделяет локальное тепло. Это известный эффект горячей точки.

Для снижения риска горячих точек фотоэлектрические модули обычно оснащаются байпасными диодами. Когда одна цепочка ячеек сильно затенена, байпасный диод открывается и позволяет току обходить затронутую цепочку. Это защищает ячейки, но обойденная цепочка больше не может генерировать мощность. В результате выходная мощность модуля значительно падает.

Поэтому устойчивость модуля к затенению определяется не только самой солнечной ячейкой. Она также сильно зависит от внутренней схемотехники модуля.

Основная логика мульти-резных модулей: разделение высокого тока на более низкий

Мульти-резной модуль разрезает стандартные ячейки на более мелкие элементы, а затем соединяет их через подходящие последовательные и параллельные цепи. По сравнению с традиционными полноячеечными модулями, одной из важных особенностей мульти-резной конструкции является то, что каждый разрезанный элемент работает при более низком токе.

Предположим, что рабочий ток полноразмерной ячейки равен I0. Если ее равномерно разрезать на n частей, теоретический ток каждого разрезанного элемента составит примерно:

Icell = I0 / n

Например:

• В половинном модуле каждый половинный элемент имеет ток примерно I0/2.

• В модуле с резкой на трети каждый элемент имеет ток примерно I0/3.

• В модуле с резкой на четверти каждый элемент имеет ток примерно I0/4.

Конечно, реальные значения тока также зависят от качества лазерной резки, пассивации краев, конструкции шин, потерь сопротивления и компоновки модуля. Но по основному принципу рабочий ток мульти-резных элементов явно ниже, чем у полноразмерных ячеек.

При снижении тока появляются два прямых преимущества.

Меньшие потери на сопротивление

При уменьшении тока потери на сопротивление в шинах и областях соединения значительно снижаются. Взяв в качестве примера модуль с резкой на четверти, в идеальных условиях при неизменности других факторов его потери на сопротивление теоретически могут быть уменьшены до одной шестнадцатой от потерь полноячеечного модуля.

Влияние локального затенения можно легче ограничить

Благодаря более сегментированной схемотехнике, рассогласование тока, вызванное затенением, может быть ограничено локальной областью, а не затрагивать более крупную цепочку ячеек.

Например, когда два объекта затенения одинаковой площади падают на полноячеистый модуль и модуль с половинной резкой, объект может закрывать 80% одной полной ячейки в полноячеистом модуле. В модуле с половинной резкой тот же объект может распределяться по двум половинным ячейкам, затеняя 30% одной половинной ячейки и 50% другой. В этом случае характер несоответствия тока и затронутая область будут разными.

Ключевой момент: более гибкая конструкция последовательной и параллельной цепи

Конструкция модуля с множественной резкой заключается не просто в разрезании ячеек на более мелкие части. Реальный фактор, определяющий устойчивость к затенению, — это то, как ячейки соединяются после резки.

В традиционном полноячеистом модуле ячейки обычно соединены последовательно, и модуль разделен на три секции цепи тремя байпасными диодами. Когда одна ячейка сильно затенена, это может повлиять на выход примерно одной трети всей площади модуля.

В модуле с множественной резкой исходная цепочка больших ячеек может быть разделена на более мелкие блоки генерации энергии за счет более детальной последовательно-параллельной конструкции. Параллельные пути также обеспечивают более гибкое распределение тока.

На примере модуля с четвертной резкой, при правильной компоновке цепи влияние затенения на одну разрезанную ячейку может быть ограничено примерно одной двенадцатой площади цепи. Для сравнения, в традиционных полноячеистых модулях или модулях с половинной резкой затенение в том же положении может повлиять на гораздо большую часть выхода цепочки ячеек.

Рисунок 7: Эквивалентные схемы полноячеистого модуля, модуля с половинной резкой, с третью резкой и с четвертной резкой

Рисунок 8: При одинаковом 50% затенении минимального блока генерации энергии черепичные модули могут поддерживать более высокую мощность

Таким образом, модули с множественной резкой могут поддерживать лучший выход при частичном затенении за счет использования более детальных секций цепи и параллельных путей тока. Основная логика конструкции включает:

• Разрезание ячеек на более мелкие блоки генерации энергии

• Использование правильного последовательного соединения для достижения требуемого напряжения модуля

• Использование параллельных ветвей для уменьшения тока в каждой ветви

• Использование байпасных диодов для ограничения потерь мощности в затененных областях

• Обеспечение максимально возможной генерации энергии незатененными областями

Важные ограничения: множественная резка не всегда лучше при любом характере затенения

Хотя эта статья посвящена тому, как конструкция цепи с множественной резкой может улучшить устойчивость к затенению, модули с множественной резкой не всегда имеют преимущество в каждом сценарии затенения.

Ключевой момент, обсуждаемый выше, заключается в следующем: когда затененная доля ячейки одинакова, мультирезные модули часто достигают более высокой выходной мощности. Однако при одинаковом размере и форме тени, поскольку каждая разрезанная ячейка имеет меньшую площадь, затененная доля этой ячейки может фактически стать выше. Это может привести к падению выходной мощности.

Например, когда затенение происходит вдоль короткой стороны модуля, особенно ранним утром или поздним вечером, когда угол солнца низкий, тень может покрывать нижний ряд ячеек. Для полурезного модуля нижний ряд может быть затенен только на 70%. Но для четвертьрезного модуля, поскольку каждая разрезанная ячейка короче по высоте, та же тень может полностью покрыть нижний ряд четвертьрезных ячеек. Это может привести к значительному падению выходной мощности в соответствующей цепи или даже к потере выходной способности части струны ячеек.

Кроме того, третьерезные модули могут иметь асимметрию верха и низа из-за компоновки и схемы цепи. Когда одна и та же площадь или форма тени появляется на разных сторонах модуля, фактические потери выходной мощности могут быть неодинаковыми. В некоторых специфических условиях затенения третьерезный модуль может даже иметь большие потери мощности, чем полурезный.

Поэтому при оценке потерь мощности, вызванных тенью, нельзя смотреть только на затененную площадь. Также необходимо учитывать фактическое внутреннее распределение последовательно-параллельных цепей, зоны защиты байпасных диодов, форму тени и положение тени.

От высокой мощности к высокой энергетической устойчивости

Поскольку мощность фотоэлектрических модулей продолжает расти, конкуренция в отрасли больше не ограничивается пиковой мощностью в стандартных условиях испытаний. Для реальных солнечных электростанций долгосрочная выработка энергии и стабильность в сложных условиях эксплуатации становятся все более важными.

Четвертьрезные и другие мультирезные модули используют более мелкие ячейки, более низкий рабочий ток и более гибкие последовательно-параллельные цепи, чтобы уменьшить влияние локального затенения на общую выходную мощность модуля. Их основная ценность проста: локализовать эффект тени, сохранить работу незатененной области и повысить стабильность выработки энергии в реальных приложениях.

В коммерческих и промышленных крышах, жилых крышах, проектах BIPV и других сценариях с риском локального затенения четвертьрезные модули могут стать важным техническим решением для повышения выработки системы и эксплуатационной надежности.

Мнение Ooitech

Как поставщик оборудования, тесно работающий с линиями производства солнечных модулей, Ooitech рассматривает технологию мульти-резки как нечто большее, чем просто изменение формата ячеек; это комплексная задача, включающая точность лазерной резки, стабильность стрингования, компоновку цепей и контроль качества. Для производителей, рассматривающих продукты с половинной, третьей, четвертной резкой или шинглированные изделия, производственная линия должна оцениваться совместно с электрической архитектурой модуля, поскольку работа в условиях затенения сильно зависит от того, как каждый маленький элемент ячейки соединен и защищен. По нашему мнению, следующий этап конкуренции модулей будет сравнивать не только паспортную мощность, но и то, насколько надежно модуль продолжает вырабатывать энергию при наличии пыли, листьев, препятствий на крыше и теней под низким углом.