Multi-Cut Zonnepanelen: Een Praktische Analyse van Schaduwbestendigheid

Multi-Cut Zonnemodules: Waarom het Onderwerp Terug is

Vanaf 2025 is het idee van 'multi-cut' zonnemodules weer actueel geworden in de PV-industrie. Op de SNEC-beurs van dit jaar presenteerden veel modulefabrikanten nieuwe ontwerpen zoals third-cut en quarter-cut modules. Het lijkt erop dat fabrikanten niet langer tevreden zijn met het conventionele half-cut formaat. De industrie stelt een zeer praktische vraag: hoe vaak kan een zonnecel worden gesneden en welke echte waarde levert dat op?

Dit artikel gaat dieper in op wat multi-cut modules zijn, waarom ze opnieuw worden besproken en welke voor- en nadelen ze hebben op het gebied van schaduwbestendigheid.

Wat is een Multi-Cut Zonnemodule?

Een 'multi-cut' zonnemodule betekent meestal dat een volledige zonnecel in meerdere kleinere celeenheden wordt gesneden, die vervolgens worden verbonden via een serie- of parallel circuitontwerp en worden gelamineerd tot een complete PV-module.

Veelvoorkomende formaten zijn:

• Half-cut cellen: één volledige cel wordt in 2 stukken gesneden, momenteel het gangbare ontwerp

• Third-cut cellen: één cel wordt in 3 stukken gesneden

• Multi-cut cellen: één cel wordt in meer kleine stukken gesneden, zoals 4-cut, 5-cut of 6-cut ontwerpen

• Shingled modules: ook een speciaal type multi-cut toepassing, met overlappende celstroken

Opmerking: De bovenstaande diagrammen tonen alleen typische circuitconcepten. Ze vertegenwoordigen niet de exacte productontwerpen van specifieke fabrikanten.

Waarom Fabrikanten Multi-Cut Ontwerpen Gebruiken

Het belangrijkste doel van het multi-cut ontwerp is het verlagen van de bedrijfsstroom van elke cel-eenheid en het optimaliseren van de interne circuitverbinding van de module. Hierdoor kan de module elektrische verliezen verminderen en de energieopwekking verbeteren onder complexe praktijkomstandigheden.

De belangrijkste voordelen zijn:

• Lagere bedrijfsstroom: Nadat een zonnecel in kleinere eenheden is gesneden, wordt de stroom van elke subcel dienovereenkomstig verlaagd.

• Lagere weerstandsverliezen: Het interne weerstandsverlies van een PV-module is evenredig met het kwadraat van de stroom.

Ploss = I²R

Dus wanneer de stroom wordt verlaagd, nemen ook de weerstandsverliezen in ribbons, busbars en interne geleidingspaden af.

• Hoger module-uitgangsvermogen: Met lagere interne elektrische verliezen kan de module doorgaans een bepaalde vermogenswinst behalen onder standaard testomstandigheden.

• Verminderd risico op hotspots: Lagere stroom helpt opwarming bij gedeeltelijke schaduw te verminderen, wat het hotspotgedrag van de module verbetert.

• Betere schaduwtolerantie: Met een goed circuitontwerp kan de impact van lokale schaduw worden beperkt tot een kleiner gebied, waardoor onbeschaduwde gebieden stroom kunnen blijven opwekken.

Circuitontwerp: Hoe lokale schaduw de zonnemodule-output beïnvloedt

Een zonnecel kan ruwweg worden beschouwd als een stroombron. Bij goed zonlicht genereert de cel stroom. Wanneer een deel van de cel in de schaduw ligt, neemt het vermogen om stroom op te wekken af en daalt ook de uitgangsstroom.

Figuur 6: Effect van schaduw op de output van een enkele celstring

In een traditionele full-cell module zijn meerdere cellen in serie geschakeld om een celstring te vormen. Als één cel of een paar cellen in de schaduw liggen, zullen de beschaduwde cellen de stroomoutput van de hele string beperken. Simpel gezegd wordt de uitgangsstroom van dezelfde celstring meestal bepaald door de zwakste cel, vaak de cel met de meeste schaduw.

Bij ernstige schaduw kan de beschaduwde cel zelfs in omgekeerde richting worden voorgespannen. In plaats van stroom op te wekken, wordt het een elektrische belasting en produceert het lokale warmte. Dit is het bekende hotspoteffect.

Om het risico op hotspots te verminderen, worden PV-modules normaal gesproken uitgerust met bypass-diodes. Wanneer een celstring ernstig wordt beschaduwd, geleidt de bypass-diode en laat stroom de getroffen string omzeilen. Dit beschermt de cellen, maar de omzeilde string kan geen vermogen meer leveren. Als gevolg hiervan daalt het uitgangsvermogen van de module aanzienlijk.

Daarom wordt de schaduwbestendigheid van een module niet alleen bepaald door de zonnecel zelf. Het hangt ook sterk af van het interne circuitontwerp van de module.

De Basislogica van Multi-Cut Modules: Het Splitsen van Hoge Stroom in Lagere Stroom

Een multi-cut module snijdt standaardcellen in kleinere celeenheden en verbindt ze vervolgens via geschikte serie- en parallelschakelingen. Vergeleken met traditionele full-cell modules is een belangrijk kenmerk van multi-cut ontwerp dat elke gesneden celeenheid werkt met een lagere stroom.

Stel dat de bedrijfsstroom van een volledige cel I0 is. Als deze gelijkmatig in n stukken wordt gesneden, is de theoretische stroom van elke gesneden celeenheid ongeveer:

Icel = I0 / n

Bijvoorbeeld:

• In een half-cut module heeft elke halfceleenheid een stroom van ongeveer I0/2.

• In een third-cut module heeft elke derde-gesneden celeenheid een stroom van ongeveer I0/3.

• In een quarter-cut module heeft elke kwart-gesneden celeenheid een stroom van ongeveer I0/4.

Natuurlijk worden werkelijke stroomwaarden ook beïnvloed door de kwaliteit van het lasersnijden, randpassivering, lintontwerp, weerstandsverliezen en modulelay-out. Maar vanuit het basisprincipe is de bedrijfsstroom van multi-cut celeenheden duidelijk lager dan die van volledige cellen.

Wanneer de stroom wordt verminderd, verschijnen er twee directe voordelen.

Lagere Weerstandsverliezen

Wanneer de stroom afneemt, dalen de weerstandsverliezen in linten en interconnectiegebieden aanzienlijk. Neem een quarter-cut module als voorbeeld: onder ideale omstandigheden met andere factoren ongewijzigd, kan het weerstandsverlies theoretisch worden teruggebracht tot een zestiende van dat van een full-cell module.

Lokale Schaduwimpact Kan Gemakkelijker Worden Beperkt

Met een meer gesegmenteerd circuitontwerp kan stroomongelijkheid veroorzaakt door schaduw worden beperkt tot een lokaal gebied in plaats van een grotere celstring te beïnvloeden.

Bijvoorbeeld, wanneer twee schaduwobjecten van hetzelfde oppervlak vallen op een volledige celmodule en een half-gesneden module, kan het object 80% van één volledige cel in de volledige celmodule bedekken. In de half-gesneden module kan hetzelfde object worden verdeeld over twee halve cellen, waarbij 30% van één halve cel en 50% van een andere wordt beschaduwd. In dit geval zullen het stroommismatchpatroon en het getroffen gebied verschillend zijn.

Het Kernpunt: Flexibelere Serie- en Parallelschakeling Ontwerp

Multi-cut moduleontwerp gaat niet alleen over het snijden van cellen in kleinere stukjes. De echte factor die schaduwweerstand bepaalt, is hoe de cellen na het snijden worden verbonden.

In een traditionele volledige celmodule zijn cellen meestal in serie geschakeld en is de module verdeeld in drie circuitsecties door drie bypass-diodes. Wanneer één cel ernstig wordt beschaduwd, kan dit de output van ongeveer een derde van het gehele moduleoppervlak beïnvloeden.

In een multi-cut module kan de oorspronkelijke grote celstring worden verdeeld in kleinere stroomopwekkingseenheden door een gedetailleerder serie-parallel ontwerp. Parallelle paden maken ook een flexibelere stroomverdeling mogelijk.

Neem een quarter-cut module als voorbeeld: met een juiste circuitindeling kan de impact van schaduw op een enkele gesneden cel worden beperkt tot ongeveer een twaalfde van het circuitgebied. Ter vergelijking: in traditionele volledige cel- of half-gesneden modules kan schaduw op dezelfde positie een veel groter deel van de celstringoutput beïnvloeden.

Figuur 7: Equivalente circuitdiagrammen van volledige cel-, half-gesneden, derde-gesneden en kwart-gesneden modules

Figuur 8: Onder dezelfde 50% schaduw van de minimale stroomopwekkingseenheid kunnen shingled modules een hoger vermogen behouden

Daarom kunnen multi-cut modules een betere output behouden bij gedeeltelijke schaduw door gebruik te maken van meer gedetailleerde circuitsecties en parallelle stroompaden. De kernontwerplogica omvat:

• Cellen snijden in kleinere stroomopwekkingseenheden

• Gebruik van de juiste serieverbinding om de vereiste modulespanning te bereiken

• Gebruik van parallelle takken om de stroom in elke tak te verminderen

• Gebruik van bypass-diodes om vermogensverlies in beschaduwde gebieden te beperken

• Onbeschaduwde gebieden zoveel mogelijk laten doorgaan met stroomopwekking

Belangrijke Beperkingen: Multi-Cut Is Niet Altijd Beter Onder Elk Schaduwpatroon

Hoewel dit artikel zich richt op hoe multi-cut circuitontwerp de schaduwweerstand kan verbeteren, hebben multi-cut modules niet altijd een voordeel in elk schaduwscenario.

Het belangrijkste punt dat hierboven is besproken, is dit: wanneer het schaduwpercentage van de celeenheid hetzelfde is, behalen multi-cut modules vaak een hoger uitgangsvermogen. Echter, onder dezelfde schaduwgrootte en -vorm, omdat elke gesneden celeenheid een kleiner oppervlak heeft, kan het schaduwpercentage van die eenheid juist hoger worden. Dit kan ervoor zorgen dat het uitgangsvermogen daalt.

Bijvoorbeeld, wanneer schaduw optreedt langs de korte zijde van een module, vooral in de vroege ochtend of late namiddag wanneer de zonhoek laag is, kan de schaduw de onderste rij cellen bedekken. Voor een half-cut module kan de onderste rij slechts 70% in de schaduw zijn. Maar voor een quarter-cut module, omdat elke gesneden cel korter is in hoogte, kan dezelfde schaduw de onderste rij quarter-cut cellen volledig bedekken. Dit kan leiden tot een aanzienlijke daling van het uitgangsvermogen in het overeenkomstige circuitgedeelte, of zelfs een deel van de celstring zijn uitgangsvermogen verliezen.

Bovendien kunnen third-cut modules top-bottom asymmetrie vertonen door de lay-out en het circuitontwerp. Wanneer hetzelfde schaduwgebied of dezelfde schaduwvorm aan verschillende zijden van de module verschijnt, kan het werkelijke uitgangsverlies verschillend zijn. In sommige specifieke schaduwomstandigheden kan een third-cut module zelfs een groter vermogensverlies hebben dan een half-cut module.

Dus, bij het evalueren van vermogensverlies veroorzaakt door schaduw, kunnen we niet alleen naar het schaduwgebied kijken. We moeten ook rekening houden met de werkelijke interne serie-parallel circuitverdeling, bypass diode beschermingszones, schaduwvorm en schaduwpositie.

Van Hoog Vermogen naar Hoge Energieweerbaarheid

Naarmate het vermogen van PV-modules blijft toenemen, gaat de concurrentie in de industrie niet langer alleen over piekvermogen onder standaard testomstandigheden. Voor echte zonne-energiecentrales worden langetermijn energieopbrengst en stabiliteit onder complexe bedrijfsomgevingen steeds belangrijker.

Quarter-cut en andere multi-cut modules gebruiken kleinere celeenheden, lagere bedrijfsstroom en flexibelere serie-parallel circuits om de impact van lokale schaduw op de totale module-uitgang te verminderen. Hun kernwaarde is eenvoudig: het effect van schaduw lokaliseren, het onbeschaduwde gebied aan het werk houden en de stabiliteit van de energieopwekking in reële toepassingen verbeteren.

In commerciële en industriële daken, residentiële daken, BIPV-projecten en andere scenario's met risico op lokale schaduw, kunnen quarter-cut modules een belangrijke technische route worden om de systeemopbrengst en operationele betrouwbaarheid te verbeteren.

Ooitech's Visie

Als apparatuurleverancier die nauw samenwerkt met productielijnen voor zonnepanelen, ziet Ooitech multi-cut technologie als meer dan een celformaatwijziging; het is een gecombineerde uitdaging met betrekking tot laser-snijnauwkeurigheid, stringstabiliteit, circuitlay-out en kwaliteitsinspectie. Voor fabrikanten die half-cut, third-cut, quarter-cut of shingled producten overwegen, moet de productielijn worden geëvalueerd samen met de elektrische architectuur van het paneel, omdat schaduwprestaties sterk afhangen van hoe elke kleine celeenheid is verbonden en beschermd. Naar onze mening zal de volgende fase van paneelcompetitie niet alleen het nominale vermogen vergelijken, maar ook hoe betrouwbaar een paneel energie blijft produceren onder stof, bladeren, dakobstakels en laaghoekige schaduwen.