Moduli solari multi-taglio: un'analisi pratica

Risposta rapida: I moduli solari multi-taglio dividono una cella intera in tre, quattro o più strisce e le dispongono in modo che la corrente per striscia sia inferiore e la perdita resistiva nella ribbon sia minore. L'idea non è nuova — il half-cut è stato il primo passo nella stessa direzione — ma è tornata in primo piano dal 2025 man mano che gli obiettivi di potenza dei moduli aumentavano e diventavano disponibili gli utensili per il four-cut. Il guadagno deriva da due effetti: le strisce più sottili trasportano meno corrente, il che consente una ribbon più sottile e una resistenza in serie inferiore, e l'area della cella più piccola significa che una striscia incrinata costa meno in termini di produzione. I costi sono moltiplicati dal lavoro di taglio e stringing, tolleranze di posizionamento più strette e più giunzioni per modulo. L'analisi pratica di una linea multi-taglio quindi si riduce sempre allo stesso compromesso: l'efficienza guadagnata a livello di cella contro il rendimento perso nelle stazioni di taglio e stringing.

Produzione di moduli fotovoltaici · di Jerry, Ooitech

Moduli Solari Multi-Cut: Perché l'Argomento è di Nuovo Attuale

A partire dal 2025, l'idea dei moduli solari "multi-cut" è tornata di moda nell'industria fotovoltaica. All'ultima fiera SNEC, molti produttori di moduli hanno presentato nuovi design come moduli third-cut e quarter-cut. Sembra che i produttori non siano più soddisfatti del formato half-cut convenzionale. L'industria si sta ponendo una domanda molto pratica: quante volte può essere tagliata una cella solare e quale valore reale porta?

Questo articolo esamina più da vicino cosa sono i moduli multi-cut, perché se ne discute di nuovo e quali vantaggi e limitazioni hanno in termini di resistenza all'ombreggiamento.

Cos'è un Modulo Solare Multi-Cut?

Un modulo solare "multi-cut" di solito significa che una cella solare a grandezza naturale viene tagliata in diverse unità di cella più piccole, che vengono poi interconnesse tramite un design di circuito in serie o parallelo e laminate in un modulo fotovoltaico completo.

I formati comuni includono:

• Celle half-cut: una cella intera viene tagliata in 2 pezzi, attualmente il design mainstream

• Celle third-cut: una cella viene tagliata in 3 pezzi

• Celle multi-cut: una cella viene tagliata in più pezzi piccoli, come design a 4, 5 o 6 tagli

• Moduli shingled: anche un tipo speciale di applicazione multi-cut, con strisce di celle sovrapposte

Nota: I diagrammi sopra mostrano solo concetti di circuito tipici. Non rappresentano i design esatti dei prodotti di specifici produttori.

Perché i Produttori Usano Design Multi-Cut

Lo scopo principale del design multi-cut è ridurre la corrente operativa di ogni unità di cella e ottimizzare la connessione del circuito interno del modulo. In questo modo, il modulo può ridurre le perdite elettriche e migliorare la generazione di energia in condizioni reali complicate.

I principali vantaggi includono:

• Corrente operativa inferiore: Dopo che una cella solare viene tagliata in unità più piccole, la corrente di ciascuna sub-cella viene ridotta di conseguenza.

• Minore perdita per resistenza: La perdita per resistenza interna di un modulo fotovoltaico è proporzionale al quadrato della corrente.

Ploss = I²R

Quindi quando la corrente viene ridotta, anche le perdite per resistenza nei nastri, nelle barre collettrici e nei percorsi conduttivi interni diminuiscono.

• Maggiore potenza di uscita del modulo: Con minori perdite elettriche interne, il modulo può solitamente ottenere un certo guadagno di potenza in condizioni di test standard.

• Ridotto rischio di hot spot: Una corrente più bassa aiuta a ridurre il riscaldamento in condizioni di ombreggiamento parziale, migliorando il comportamento del modulo in caso di hot spot.

• Migliore tolleranza all'ombreggiamento: Con un corretto design del circuito, l'impatto dell'ombreggiamento locale può essere limitato a un'area più piccola, consentendo alle aree non ombreggiate di continuare a generare energia.

Progettazione del circuito: come l'ombreggiamento locale influisce sulla potenza di uscita del modulo solare

Una cella solare può essere considerata approssimativamente come una sorgente di corrente. In condizioni di buona luce solare, la cella genera corrente. Quando parte della cella è ombreggiata, la sua capacità di generare energia diminuisce e anche la corrente di uscita si riduce.

Figura 6: Effetto dell'ombreggiamento sulla potenza di uscita di una stringa di celle singole

In un modulo tradizionale a celle intere, più celle sono collegate in serie per formare una stringa di celle. Se una cella, o poche celle, sono ombreggiate, le celle ombreggiate limiteranno la corrente di uscita dell'intera stringa. In parole semplici, la corrente di uscita della stessa stringa di celle è solitamente determinata dalla cella più debole, che spesso è quella con l'ombreggiamento più intenso.

In caso di ombreggiamento grave, la cella ombreggiata può anche diventare polarizzata inversamente. Invece di generare energia, diventa un carico elettrico e produce calore locale. Questo è il noto effetto hot spot.

Per ridurre il rischio di hot spot, i moduli fotovoltaici sono normalmente dotati di diodi di bypass. Quando una stringa di celle è seriamente ombreggiata, il diodo di bypass conduce e consente alla corrente di bypassare la stringa interessata. Questo protegge le celle, ma la stringa bypassata non può più contribuire alla potenza. Di conseguenza, la potenza di uscita del modulo diminuisce significativamente.

Pertanto, la resistenza all'ombreggiamento di un modulo non è determinata solo dalla cella solare stessa. Dipende anche fortemente dal design del circuito interno del modulo.

La logica di base dei moduli multi-cut: dividere la corrente elevata in correnti più basse

Un modulo multi-cut taglia le celle standard in unità di cella più piccole e poi le collega tramite circuiti in serie e parallelo adatti. Rispetto ai moduli tradizionali a cella intera, una caratteristica importante del design multi-cut è che ogni unità di cella tagliata lavora a una corrente più bassa.

Supponiamo che la corrente operativa di una cella intera sia I0. Se viene tagliata uniformemente in n pezzi, la corrente teorica di ogni unità di cella tagliata è approssimativamente:

Icell = I0 / n

Per esempio:

• In un modulo half-cut, ogni unità di mezza cella ha una corrente di circa I0/2.

• In un modulo third-cut, ogni unità di cella tagliata in terzi ha una corrente di circa I0/3.

• In un modulo quarter-cut, ogni unità di cella tagliata in quarti ha una corrente di circa I0/4.

Naturalmente, anche i valori reali di corrente sono influenzati da taglio laser qualità, passivazione dei bordi, design dei ribbon, perdita di resistenza e layout del modulo. Ma in base al principio di base, la corrente operativa delle celle multi-cut è chiaramente inferiore a quella delle celle intere.

Quando la corrente viene ridotta, emergono due benefici diretti.

Minore perdita resistiva

Quando la corrente diminuisce, le perdite resistive nei ribbon e nelle aree di interconnessione calano significativamente. Prendendo come esempio un modulo quarter-cut, in condizioni ideali con altri fattori invariati, la sua perdita resistiva potrebbe teoricamente essere ridotta a un sedicesimo di quella di un modulo a cella intera.

L'impatto dell'ombreggiamento locale può essere limitato più facilmente

Con un design del circuito più segmentato, il disallineamento di corrente causato dall'ombra può essere limitato a un'area locale invece di influenzare una stringa di celle più grande.

Per esempio, quando due oggetti ombreggianti della stessa area cadono su un modulo a cella intera e su un modulo half-cut, l'oggetto può coprire l'80% di una cella intera nel modulo a cella intera. Nel modulo half-cut, lo stesso oggetto può essere distribuito su due mezze celle, ombreggiando il 30% di una mezza cella e il 50% di un'altra. In questo caso, il modello di disallineamento di corrente e l'area interessata saranno diversi.

Il punto chiave: design del circuito in serie e parallelo più flessibile

Il design del modulo multi-cut non riguarda solo il taglio delle celle in pezzi più piccoli. Il fattore reale che determina la resistenza all'ombreggiamento è come le celle vengono collegate dopo il taglio.

In un modulo tradizionale a cella intera, le celle sono solitamente collegate in serie e il modulo è diviso in tre sezioni di circuito da tre diodi di bypass. Quando una cella è seriamente ombreggiata, può influenzare l'uscita di circa un terzo dell'intera area del modulo.

In un modulo multi-taglio, la stringa di celle grandi originale può essere divisa in unità di generazione di potenza più piccole attraverso un design serie-parallelo più dettagliato. I percorsi paralleli consentono anche una distribuzione della corrente più flessibile.

Prendendo come esempio un modulo a quarto di taglio, con un layout di circuito appropriato, l'impatto dell'ombreggiamento su una singola cella tagliata può essere limitato a circa un dodicesimo dell'area del circuito. In confronto, nei moduli tradizionali a cella intera o a metà taglio, l'ombreggiamento nella stessa posizione può influenzare una parte molto più ampia dell'uscita della stringa di celle.

Figura 7: Schemi di circuito equivalente di moduli a cella intera, metà taglio, terzo taglio e quarto di taglio

Figura 8: Con lo stesso 50% di ombreggiamento dell'unità minima di generazione di potenza, i moduli shingled possono mantenere una potenza più elevata

Pertanto, i moduli multi-taglio possono mantenere una migliore uscita in condizioni di ombreggiamento parziale utilizzando sezioni di circuito più dettagliate e percorsi di corrente paralleli. La logica di progettazione principale include:

• Tagliare le celle in unità di generazione di potenza più piccole

• Utilizzare una connessione in serie appropriata per ottenere la tensione del modulo richiesta

• Utilizzare rami paralleli per ridurre la corrente in ciascun ramo

• Utilizzare diodi di bypass per limitare la perdita di potenza nelle aree ombreggiate

• Consentire alle aree non ombreggiate di continuare a generare potenza il più possibile

Limitazioni importanti: il multi-taglio non è sempre migliore in ogni schema di ombreggiamento

Sebbene questo articolo si concentri su come il design del circuito multi-taglio possa migliorare la resistenza all'ombreggiamento, i moduli multi-taglio non hanno sempre un vantaggio in ogni scenario di ombreggiamento.

Il punto chiave discusso sopra è questo: quando la proporzione ombreggiata dell'unità di cella è la stessa, i moduli multi-taglio spesso raggiungono una potenza di uscita più elevata. Tuttavia, con la stessa dimensione e forma dell'ombra, poiché ogni unità di cella tagliata ha un'area più piccola, la proporzione ombreggiata di quell'unità può effettivamente diventare più alta. Questo può causare un calo della potenza di uscita.

Ad esempio, quando l'ombreggiamento si verifica lungo il lato corto di un modulo, specialmente al mattino presto o nel tardo pomeriggio quando l'angolo del sole è basso, l'ombra può coprire la fila inferiore di celle. Per un modulo a metà taglio, la fila inferiore può essere ombreggiata solo al 70%. Ma per un modulo a quarto di taglio, poiché ogni cella tagliata è più corta in altezza, la stessa ombra può coprire completamente la fila inferiore di celle a quarto di taglio. Ciò può portare a una significativa diminuzione della produzione nella sezione di circuito corrispondente, o addirittura far perdere capacità di produzione a parte della stringa di celle.

Inoltre, i moduli a terzo di taglio possono presentare asimmetria superiore-inferiore a causa del layout e del design del circuito. Quando la stessa area o forma d'ombra appare su lati diversi del modulo, la perdita di produzione effettiva potrebbe non essere la stessa. In alcune condizioni specifiche di ombreggiamento, un modulo a terzo di taglio può persino avere una perdita di potenza maggiore rispetto a un modulo a metà taglio.

Quindi, quando si valuta la perdita di potenza causata dall'ombra, non possiamo guardare solo all'area ombreggiata. Dobbiamo anche considerare la distribuzione effettiva del circuito interno in serie-parallelo, le zone di protezione dei diodi di bypass, la forma dell'ombra e la posizione dell'ombra.

Dall'Alta Potenza all'Alta Resilienza Energetica

Poiché la potenza dei moduli fotovoltaici continua ad aumentare, la concorrenza nel settore non riguarda più solo la potenza di picco in condizioni di test standard. Per i veri impianti solari, la resa energetica a lungo termine e la stabilità in ambienti operativi complessi stanno diventando più importanti.

I moduli a quarto di taglio e altri moduli multi-taglio utilizzano unità di celle più piccole, corrente operativa inferiore e circuiti in serie-parallelo più flessibili per ridurre l'impatto dell'ombreggiamento locale sulla produzione totale del modulo. Il loro valore principale è semplice: localizzare l'effetto dell'ombra, mantenere in funzione l'area non ombreggiata e migliorare la stabilità della generazione di energia nelle applicazioni reali.

Nei tetti commerciali e industriali, nei tetti residenziali, nei progetti BIPV e in altri scenari con rischio di ombreggiamento locale, i moduli a quarto di taglio possono diventare un'importante via tecnica per migliorare la resa del sistema e l'affidabilità operativa.

Il Punto di Vista di Ooitech

Come fornitore di apparecchiature che lavora a stretto contatto con le linee di produzione di moduli solari, Ooitech vede la tecnologia multi-taglio come più di un semplice cambiamento del formato delle celle; è una sfida combinata che coinvolge la precisione del taglio laser, la stabilità dell'infilatura, il layout del circuito e l'ispezione della qualità. Per i produttori che considerano prodotti half-cut, third-cut, quarter-cut o shingled, la linea di produzione deve essere valutata insieme all'architettura elettrica del modulo, perché le prestazioni in condizioni di ombreggiamento dipendono fortemente da come ogni piccola unità di cella è interconnessa e protetta. A nostro avviso, la prossima fase della competizione sui moduli non confronterà solo la potenza nominale, ma anche l'affidabilità con cui un modulo continua a produrre energia in presenza di polvere, foglie, ostacoli sul tetto e ombre a basso angolo.