Comprendere i moduli solari quarter-cut: il vantaggio del risparmio energetico e i compromessi nascosti, spiegati dalla perdita I²

Introduzione

Chiunque lavori nel fotovoltaico sa che i moduli con celle tagliate a metà sono già ovunque. Il taglio in quarti, il passo successivo, viene pubblicizzato come "minori perdite di linea, maggiore potenza". Ma la maggior parte delle persone conosce solo l'affermazione, non la ragione che la sostiene. Dove esattamente una cella tagliata in quarti riduce le sue perdite? E se pezzi più piccoli significano corrente minore, perché l'industria non taglia semplicemente in 16 o 32 pezzi? Lasciamo da parte le formule complesse e usiamo analogie semplici per esaminare la logica sottostante, i vantaggi e i limiti del fotovoltaico tagliato in quarti in un colpo solo.

Principio Fondamentale: La Legge del Quadrato della Corrente Dietro il Taglio delle Celle

Ogni volta che la corrente scorre attraverso un conduttore fotovoltaico (ribbon, barra collettrice, linea di griglia), la perdita è inevitabile. La formula della perdita di potenza è:

P = I²R (perdita di potenza = corrente al quadrato × resistenza)

Il quadrato è il punto centrale qui. Perdita e corrente non si muovono insieme in linea retta. Una piccola diminuzione della corrente porta a una grande diminuzione della perdita.

1. Cella intera → mezza cella (modulo half-cut)

La corrente per pezzo scende a 1/2 dell'originale, quindi la perdita = (1/2)² = 1/4. La perdita di linea diminuisce subito del 75%. Questa è la ragione principale per cui i moduli half-cut hanno preso il sopravvento.

2. Half-cut migliorato in quarter-cut

La corrente per pezzo si riduce a 1/4 della cella intera originale, quindi la perdita = (1/4)² = 1/16. Rispetto a una cella intera, la perdita interna diminuisce di oltre il 90%. Rispetto a un modulo half-cut, la perdita diminuisce nuovamente in modo significativo.

Il taglio porta anche un vantaggio aggiuntivo. Celle più piccole significano che il ribbon corrispondente può essere più sottile. Un ribbon più sottile copre meno della parte frontale della cella, quindi la perdita per ombreggiamento diminuisce, la cella assorbe più luce e la potenza aumenta leggermente.

A questo punto molti chiedono: se pezzi più piccoli significano corrente minore e perdite inferiori, perché l'industria non taglia le celle in 16, 32 o addirittura 64 pezzi?

La risposta è chiara: più tagli non sempre è meglio. Il taglio in quarti comporta un compromesso tra costo e perdita che non si può ignorare.

Visualizziamolo: dove avviene effettivamente la riduzione delle perdite di linea?

Molti sanno che il taglio in quarti ha minori perdite di linea, ma non riescono a individuare dove si verifica la riduzione. Immaginate il percorso della corrente come acqua che scorre in discesa e tutto diventa chiaro.

La corrente fotogenerata è come pioggia che cade uniformemente dalla cima della montagna. Il percorso completo attraversa 5 fasi: giunzione PN → linea del dito (ruscello) → linea del busbar (fiumiciattolo) → ribbon (fiume grande) → busbar (fiume enorme). Ogni tratto produce perdite.

1. La parte che non cambia: perdita delle linee

Non importa in quanti pezzi venga tagliata la cella, la luce totale che colpisce un'unità di area della cella rimane la stessa. Il flusso di corrente e la velocità all'interno delle linee non cambiano, quindi la perdita delle linee dei finger e dei busbar non diminuisce.

2. La parte che diminuisce molto: il ribbon cella-cella

Cella intera: la corrente di un'intera cella confluisce in un unico ribbon, alta corrente e alta perdita.

Cella tagliata in quarti: solo 1/4 dell'area della cella fa fluire la corrente attraverso ciascun ribbon, quindi la corrente nel ribbon diminuisce drasticamente.

I dati del settore mostrano che la perdita del ribbon rappresenta il 60% della perdita interna totale di un modulo. Riducendo la corrente nel ribbon, il taglio in quarti recupera gran parte di quella perdita di potenza.

Il difetto nascosto: la perdita del busbar intacca i guadagni

La perdita del ribbon diminuisce molto, il che sembra tutto vantaggio. Ma il taglio in quarti richiede un layout circuitale ridisegnato, e questo comporta due svantaggi.

1. La lunghezza del busbar aumenta

Un modulo tagliato in quarti necessita di busbar aggiuntivi. La lunghezza totale del busbar passa da 3,4 metri a 8 metri, quasi il doppio, e il costo del materiale aumenta di conseguenza.

2. La nuova perdita del busbar annulla parte del guadagno

La perdita del busbar costituisce il 20% della perdita totale del modulo. Una volta allungato, la perdita complessiva del busbar aumenta del 50%.

Calcolo rapido: quasi il 40% di ciò che il taglio in quarti risparmia sul ribbon viene consumato dalla maggiore perdita del busbar. Il guadagno reale di potenza risulta molto meno drammatico di quanto suggerito dalla teoria.

Opinione del settore: vale la pena lanciare il quarto di taglio?

Ecco tutti i pro e i contro dei moduli a quarto di taglio:

Vantaggi

• Sfruttando la legge del quadrato della corrente, la perdita di linea del nastro diminuisce drasticamente, quindi la resa teorica supera i moduli a cella intera e a metà taglio.

• Si abbina a nastri più sottili per ridurre l'ombreggiamento frontale e aumentare l'area di ricezione della luce della cella.

Svantaggi

• La disposizione del circuito cambia, l'uso e la lunghezza delle barre collettrici raddoppiano e il costo dei materiali aumenta.

• La nuova perdita delle barre collettrici annulla la maggior parte del risparmio energetico, quindi il guadagno reale è limitato.

• Nessun taglio infinito: più tagli, più complesse diventano le linee della griglia, i punti di saldatura e la struttura delle barre collettrici, e la perdita aggiuntiva e il costo di produzione superano rapidamente i risparmi.

Parliamone

Il quarto di taglio è un passo avanti rispetto al mezzo taglio. La riduzione teorica delle perdite sembra ottima, ma il costo delle barre collettrici e le perdite extra pongono un limite al reale beneficio. Nel fotovoltaico distribuito e nei grandi impianti a terra, pensi che i moduli a quarto di taglio siano convenienti? Lascia i tuoi commenti qui sotto.

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Il punto di vista di Ooitech

Ciò che questo dimostra veramente è che i guadagni dei moduli vivono o muoiono nella fase di interconnessione, non solo nella cella. Quando si definiscono la larghezza del nastro e il percorso delle barre collettrici su una linea a quarto di taglio, la precisione della tabber-stringer e l'accuratezza dell'assemblaggio determinano se si cattura effettivamente quel risparmio I² o lo si perde attraverso barre collettrici più lunghe. Lo abbiamo visto sulle linee di moduli chiavi in mano di Ooitech, dove lo stesso design della cella può variare di diversi watt a seconda di quanto sia stretto il processo di stringatura e collegamento. Se vuoi vedere come questi passaggi si combinano su un vero pavimento di produzione, il nostro canale YouTube all'indirizzo www.youtube.com/ooitech ha molte riprese di linea che vale la pena vedere.