โมดูลโซลาร์แบบหลายตัด: การวิเคราะห์เชิงปฏิบัติของความทนทานต่อร่มเงา

โมดูลโซลาร์แบบหลายตัด: ทำไมหัวข้อนี้กลับมาอีกครั้ง

ตั้งแต่ปี 2025 แนวคิดของโมดูลโซลาร์แบบ "หลายตัด" กลับมาเป็นที่สนใจอีกครั้งในอุตสาหกรรม PV ในงาน SNEC ปีนี้ ผู้ผลิตโมดูลหลายรายได้นำเสนอการออกแบบใหม่ เช่น โมดูลแบบสามตัดและสี่ตัด ดูเหมือนว่าผู้ผลิตไม่พอใจกับรูปแบบครึ่งตัดแบบเดิมอีกต่อไป อุตสาหกรรมกำลังถามคำถามเชิงปฏิบัติ: สามารถตัดเซลล์โซลาร์หนึ่งเซลล์ได้กี่ครั้ง และมันให้คุณค่าที่แท้จริงอะไรบ้าง?

บทความนี้จะเจาะลึกว่าโมดูลแบบหลายตัดคืออะไร ทำไมถึงถูกพูดถึงอีกครั้ง และมีข้อดีและข้อจำกัดอะไรบ้างในแง่ของความต้านทานต่อเงา

โมดูลโซลาร์แบบหลายตัดคืออะไร?

โมดูลโซลาร์แบบ "หลายตัด" โดยทั่วไปหมายถึงเซลล์โซลาร์ขนาดเต็มถูกตัดเป็นหน่วยเซลล์ขนาดเล็กหลายหน่วย จากนั้นเชื่อมต่อกันผ่านการออกแบบวงจรแบบอนุกรมหรือขนาน และเคลือบเป็นโมดูล PV ที่สมบูรณ์

รูปแบบทั่วไปได้แก่:

• เซลล์ครึ่งตัด: เซลล์เต็มหนึ่งเซลล์ถูกตัดเป็น 2 ชิ้น ปัจจุบันเป็นการออกแบบหลัก

• เซลล์สามตัด: เซลล์หนึ่งถูกตัดเป็น 3 ชิ้น

• เซลล์หลายตัด: เซลล์หนึ่งถูกตัดเป็นชิ้นเล็กๆ มากขึ้น เช่น การออกแบบ 4 ตัด 5 ตัด หรือ 6 ตัด

• โมดูลแบบชิงเกิล: เป็นการประยุกต์ใช้แบบหลายตัดชนิดพิเศษ โดยมีแถบเซลล์ซ้อนทับกัน

หมายเหตุ: แผนภาพด้านบนแสดงเฉพาะแนวคิดวงจรทั่วไป ไม่ได้แสดงถึงการออกแบบผลิตภัณฑ์ที่แน่นอนของผู้ผลิตรายใด

ทำไมผู้ผลิตถึงใช้การออกแบบแบบหลายตัด

วัตถุประสงค์หลักของการออกแบบแบบหลายตัดคือการลดกระแสการทำงานของแต่ละเซลล์ยูนิตและปรับปรุงการเชื่อมต่อวงจรภายในของโมดูล โดยการทำเช่นนี้ โมดูลสามารถลดการสูญเสียทางไฟฟ้าและเพิ่มการผลิตพลังงานภายใต้สภาพจริงที่ซับซ้อน

ประโยชน์หลักได้แก่:

• กระแสการทำงานที่ต่ำลง: หลังจากตัดเซลล์แสงอาทิตย์เป็นหน่วยย่อย กระแสของแต่ละเซลล์ย่อยจะลดลงตามไปด้วย

• การสูญเสียความต้านทานที่ต่ำลง: การสูญเสียความต้านทานภายในของโมดูล PV เป็นสัดส่วนกับกำลังสองของกระแส

Ploss = I²R

ดังนั้นเมื่อกระแสลดลง การสูญเสียความต้านทานในริบบอน บัสบาร์ และเส้นทางนำไฟฟ้าภายในก็ลดลงด้วย

• กำลังไฟฟ้าขาออกของโมดูลที่สูงขึ้น: ด้วยการสูญเสียทางไฟฟ้าภายในที่ต่ำลง โมดูลมักจะได้รับกำลังไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นภายใต้สภาวะการทดสอบมาตรฐาน

• ความเสี่ยงจุดร้อนที่ลดลง: กระแสที่ต่ำลงช่วยลดความร้อนภายใต้การบังเงาบางส่วน ปรับปรุงพฤติกรรมจุดร้อนของโมดูล

• ความทนทานต่อการบังเงาที่ดีขึ้น: ด้วยการออกแบบวงจรที่เหมาะสม ผลกระทบของการบังเงาเฉพาะที่สามารถจำกัดให้อยู่ในพื้นที่เล็กกว่า ทำให้พื้นที่ที่ไม่ถูกบังเงายังคงผลิตไฟฟ้าต่อไป

การออกแบบวงจร: การบังเงาเฉพาะที่ส่งผลต่อกำลังไฟฟ้าขาออกของโมดูลแสงอาทิตย์อย่างไร

เซลล์แสงอาทิตย์สามารถมองคร่าวๆ ได้ว่าเป็นแหล่งจ่ายกระแส ภายใต้แสงแดดที่ดี เซลล์จะสร้างกระแส เมื่อส่วนหนึ่งของเซลล์ถูกบังเงา ความสามารถในการผลิตไฟฟ้าจะลดลง และกระแสขาออกก็ลดลงด้วย

รูปที่ 6: ผลของการบังเงาต่อกำลังไฟฟ้าขาออกของสตริงเซลล์เดี่ยว

ในโมดูลเซลล์เต็มรูปแบบดั้งเดิม เซลล์หลายเซลล์ถูกต่ออนุกรมกันเป็นสตริงเซลล์ หากเซลล์หนึ่งหรือสองสามเซลล์ถูกบังเงา เซลล์ที่ถูกบังเงาจะจำกัดกระแสขาออกของทั้งสตริง พูดง่ายๆ คือ กระแสขาออกของสตริงเซลล์เดียวกันมักจะถูกกำหนดโดยเซลล์ที่อ่อนแอที่สุด ซึ่งมักจะเป็นเซลล์ที่มีการบังเงาหนักที่สุด

ภายใต้การบังเงาที่รุนแรง เซลล์ที่ถูกบังเงาอาจกลายเป็นไบอัสกลับ แทนที่จะผลิตไฟฟ้า มันจะกลายเป็นโหลดทางไฟฟ้าและสร้างความร้อนเฉพาะที่ นี่คือปรากฏการณ์จุดร้อนที่รู้จักกันดี

เพื่อลดความเสี่ยงจากจุดร้อน โดยปกติแผงโซลาร์เซลล์จะติดตั้งไดโอดบายพาส เมื่อเซลล์หนึ่งแถวถูกบังอย่างรุนแรง ไดโอดบายพาสจะนำกระแสและปล่อยให้กระแสไหลผ่านแถวที่ถูกบัง ซึ่งช่วยปกป้องเซลล์ แต่แถวที่ถูกบายพาสจะไม่สามารถผลิตพลังงานได้อีก ส่งผลให้กำลังไฟฟ้าขาออกของแผงลดลงอย่างมาก

ดังนั้น ความต้านทานการบังเงาของแผงไม่ได้ขึ้นอยู่กับเซลล์แสงอาทิตย์เท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับการออกแบบวงจรภายในของแผงเป็นอย่างมาก

ตรรกะพื้นฐานของโมดูลแบบหลายตัด: การแบ่งกระแสสูงเป็นกระแสต่ำ

โมดูลแบบหลายตัดจะตัดเซลล์มาตรฐานเป็นหน่วยเซลล์ที่เล็กลง จากนั้นเชื่อมต่อผ่านวงจรอนุกรมและขนานที่เหมาะสม เมื่อเทียบกับโมดูลเซลล์เต็มแบบดั้งเดิม คุณสมบัติที่สำคัญอย่างหนึ่งของการออกแบบหลายตัดคือแต่ละหน่วยเซลล์ที่ตัดแล้วทำงานที่กระแสต่ำกว่า

สมมติว่ากระแสทำงานของเซลล์เต็มคือ I0 หากตัดเป็น n ชิ้นอย่างเท่าๆ กัน กระแสตามทฤษฎีของแต่ละหน่วยเซลล์ที่ตัดแล้วจะประมาณ:

Icell = I0 / n

ตัวอย่างเช่น:

• ในโมดูลแบบครึ่งตัด แต่ละหน่วยเซลล์ครึ่งหนึ่งมีกระแสประมาณ I0/2

• ในโมดูลแบบสามตัด แต่ละหน่วยเซลล์ที่ตัดหนึ่งในสามมีกระแสประมาณ I0/3

• ในโมดูลแบบสี่ตัด แต่ละหน่วยเซลล์ที่ตัดหนึ่งในสี่มีกระแสประมาณ I0/4

แน่นอนว่าค่ากระแสจริงยังได้รับผลกระทบจากคุณภาพการตัดด้วยเลเซอร์ การพาสซีฟขอบ การออกแบบริบบอน การสูญเสียความต้านทาน และการจัดวางโมดูล แต่จากหลักการพื้นฐาน กระแสทำงานของหน่วยเซลล์แบบหลายตัดนั้นต่ำกว่าเซลล์เต็มอย่างชัดเจน

เมื่อกระแสลดลง จะเกิดประโยชน์โดยตรงสองประการ

การสูญเสียความต้านทานที่ต่ำลง

เมื่อกระแสลดลง การสูญเสียความต้านทานในริบบอนและพื้นที่เชื่อมต่อจะลดลงอย่างมาก ยกตัวอย่างโมดูลแบบสี่ตัด ภายใต้สภาวะที่เหมาะสมและปัจจัยอื่นๆ คงที่ การสูญเสียความต้านทานอาจลดลงเหลือหนึ่งในสิบหกของโมดูลเซลล์เต็มตามทฤษฎี

ผลกระทบจากการบังเงาเฉพาะจุดสามารถจำกัดได้ง่ายขึ้น

ด้วยการออกแบบวงจรที่แบ่งส่วนมากขึ้น ความไม่สมดุลของกระแสที่เกิดจากเงาสามารถจำกัดอยู่ในพื้นที่เฉพาะ แทนที่จะส่งผลกระทบต่อแถวเซลล์ที่ใหญ่ขึ้น

ตัวอย่างเช่น เมื่อวัตถุบังแสงสองชิ้นที่มีพื้นที่เท่ากันตกกระทบบนโมดูลแบบเต็มเซลล์และโมดูลแบบครึ่งเซลล์ วัตถุอาจบังแสง 80% ของเซลล์เต็มหนึ่งเซลล์ในโมดูลแบบเต็มเซลล์ ในโมดูลแบบครึ่งเซลล์ วัตถุเดียวกันอาจกระจายไปบนสองครึ่งเซลล์ โดยบังแสง 30% ของครึ่งเซลล์หนึ่งและ 50% ของอีกครึ่งเซลล์ ในกรณีนี้ รูปแบบความไม่สมดุลของกระแสและพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจะแตกต่างกัน

ประเด็นสำคัญ: การออกแบบวงจรอนุกรมและขนานที่ยืดหยุ่นมากขึ้น

การออกแบบโมดูลแบบหลายตัดไม่ได้เป็นเพียงการตัดเซลล์เป็นชิ้นเล็กๆ ปัจจัยที่แท้จริงที่กำหนดความต้านทานต่อการบังแสงคือวิธีการเชื่อมต่อเซลล์หลังจากตัด

ในโมดูลแบบเต็มเซลล์แบบดั้งเดิม เซลล์มักจะเชื่อมต่อแบบอนุกรม และโมดูลถูกแบ่งออกเป็นสามส่วนวงจรด้วยไดโอดบายพาสสามตัว เมื่อเซลล์หนึ่งถูกบังแสงอย่างรุนแรง อาจส่งผลต่อเอาต์พุตประมาณหนึ่งในสามของพื้นที่โมดูลทั้งหมด

ในโมดูลแบบหลายตัด สตริงเซลล์ขนาดใหญ่เดิมสามารถแบ่งออกเป็นหน่วยผลิตไฟฟ้าขนาดเล็กผ่านการออกแบบอนุกรม-ขนานที่ละเอียดมากขึ้น เส้นทางขนานยังช่วยให้การกระจายกระแสมีความยืดหยุ่นมากขึ้น

ยกตัวอย่างโมดูลแบบตัดสี่ส่วน ด้วยการจัดวางวงจรที่เหมาะสม ผลกระทบของการบังแสงต่อเซลล์ตัดเดี่ยวสามารถจำกัดให้เหลือประมาณหนึ่งในสิบสองของพื้นที่วงจร เมื่อเปรียบเทียบกัน ในโมดูลแบบเต็มเซลล์หรือครึ่งเซลล์แบบดั้งเดิม การบังแสงในตำแหน่งเดียวกันอาจส่งผลต่อเอาต์พุตของสตริงเซลล์ในส่วนที่ใหญ่กว่ามาก

รูปที่ 7: แผนภาพวงจรสมมูลของโมดูลแบบเต็มเซลล์ ครึ่งเซลล์ หนึ่งในสามเซลล์ และหนึ่งในสี่เซลล์

รูปที่ 8: ภายใต้การบังแสง 50% เท่ากันของหน่วยผลิตไฟฟ้าขนาดเล็กที่สุด โมดูลแบบชิงเกิลสามารถรักษากำลังไฟฟ้าที่สูงกว่า

ดังนั้น โมดูลแบบหลายตัดสามารถรักษาเอาต์พุตที่ดีกว่าภายใต้การบังแสงบางส่วนโดยใช้ส่วนวงจรที่ละเอียดมากขึ้นและเส้นทางกระแสขนาน ตรรกะการออกแบบหลักประกอบด้วย:

• การตัดเซลล์เป็นหน่วยผลิตไฟฟ้าขนาดเล็ก

• การใช้การเชื่อมต่ออนุกรมที่เหมาะสมเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าของโมดูลตามที่ต้องการ

• การใช้สาขาขนานเพื่อลดกระแสในแต่ละสาขา

• การใช้ไดโอดบายพาสเพื่อจำกัดการสูญเสียกำลังในพื้นที่ที่ถูกบังแสง

• ปล่อยให้พื้นที่ที่ไม่ถูกบังแสงสามารถผลิตไฟฟ้าต่อไปได้มากที่สุด

ข้อจำกัดสำคัญ: โมดูลแบบหลายตัดไม่ได้ดีกว่าเสมอไปภายใต้รูปแบบการบังแสงทุกแบบ

แม้ว่าบทความนี้จะเน้นว่าการออกแบบวงจรแบบหลายตัดสามารถปรับปรุงความต้านทานต่อการบังแสงได้ แต่โมดูลแบบหลายตัดไม่ได้มีข้อได้เปรียบในทุกสถานการณ์การบังแสง

ประเด็นสำคัญที่กล่าวถึงข้างต้นคือ: เมื่อสัดส่วนของเซลล์ที่ถูกบังเท่ากัน โมดูลแบบหลายตัดมักจะให้กำลังไฟฟ้าสูงกว่า อย่างไรก็ตาม ภายใต้ขนาดและรูปร่างของเงาที่เท่ากัน เนื่องจากเซลล์ที่ถูกตัดแต่ละหน่วยมีพื้นที่เล็กลง สัดส่วนที่ถูกบังของหน่วยนั้นอาจสูงขึ้นจริง ซึ่งอาจทำให้กำลังไฟฟ้าลดลง

ตัวอย่างเช่น เมื่อเกิดการบังเงาตามด้านสั้นของโมดูล โดยเฉพาะในตอนเช้าตรู่หรือบ่ายแก่ๆ ที่มุมแสงอาทิตย์ต่ำ เงาอาจปกคลุมแถวล่างของเซลล์ สำหรับโมดูลแบบครึ่งตัด แถวล่างอาจถูกบังเพียง 70% แต่สำหรับโมดูลแบบหนึ่งในสี่ตัด เนื่องจากเซลล์ที่ถูกตัดแต่ละเซลล์มีความสูงสั้นกว่า เงาเดียวกันอาจปกคลุมแถวล่างของเซลล์แบบหนึ่งในสี่ตัดทั้งหมด ซึ่งอาจทำให้กำลังไฟฟ้าลดลงอย่างมากในส่วนวงจรที่เกี่ยวข้อง หรือแม้กระทั่งทำให้ส่วนหนึ่งของสตริงเซลล์สูญเสียความสามารถในการผลิตไฟฟ้า

นอกจากนี้ โมดูลแบบหนึ่งในสามตัดอาจมีความไม่สมมาตรระหว่างบนและล่างเนื่องจากการจัดวางและการออกแบบวงจร เมื่อพื้นที่หรือรูปร่างเงาเดียวกันปรากฏบนด้านต่างๆ ของโมดูล การสูญเสียกำลังไฟฟ้าจริงอาจไม่เท่ากัน ในสภาวะการบังเงาเฉพาะบางอย่าง โมดูลแบบหนึ่งในสามตัดอาจมีการสูญเสียกำลังไฟฟ้ามากกว่าโมดูลแบบครึ่งตัดด้วยซ้ำ

ดังนั้น เมื่อประเมินการสูญเสียกำลังไฟฟ้าที่เกิดจากเงา เราไม่สามารถดูเฉพาะพื้นที่ที่ถูกบังเท่านั้น เรายังต้องพิจารณาการกระจายวงจรอนุกรม-ขนานภายในจริง โซนป้องกันของไบพาสไดโอด รูปร่างเงา และตำแหน่งเงา

จากกำลังสูงสู่ความยืดหยุ่นด้านพลังงานสูง

เมื่อกำลังของโมดูล PV เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง การแข่งขันในอุตสาหกรรมไม่ได้จำกัดอยู่แค่กำลังสูงสุดภายใต้เงื่อนไขการทดสอบมาตรฐานอีกต่อไป สำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์จริง ผลผลิตพลังงานระยะยาวและความเสถียรภายใต้สภาพแวดล้อมการทำงานที่ซับซ้อนมีความสำคัญมากขึ้น

โมดูลแบบหนึ่งในสี่ตัดและโมดูลแบบหลายตัดอื่นๆ ใช้หน่วยเซลล์ที่เล็กลง กระแสไฟฟ้าทำงานที่ต่ำลง และวงจรอนุกรม-ขนานที่ยืดหยุ่นมากขึ้น เพื่อลดผลกระทบของการบังเงาเฉพาะที่ต่อกำลังไฟฟ้าทั้งหมดของโมดูล คุณค่าหลักของพวกมันนั้นเรียบง่าย: ทำให้ผลกระทบของเงาเป็นเฉพาะที่ ทำให้พื้นที่ที่ไม่ถูกบังยังคงทำงานได้ และปรับปรุงความเสถียรในการผลิตพลังงานในการใช้งานจริง

ในหลังคาเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม หลังคาที่อยู่อาศัย โครงการ BIPV และสถานการณ์อื่นๆ ที่มีความเสี่ยงจากการบังเงาเฉพาะที่ โมดูลแบบหนึ่งในสี่ตัดอาจกลายเป็นเส้นทางเทคนิคที่สำคัญในการปรับปรุงผลผลิตของระบบและความน่าเชื่อถือในการทำงาน

มุมมองของ Ooitech

ในฐานะผู้จัดหาอุปกรณ์ที่ทำงานใกล้ชิดกับสายการผลิตแผงโซลาร์เซลล์ Ooitech มองว่าเทคโนโลยีการตัดหลายชิ้นเป็นมากกว่าการเปลี่ยนแปลงรูปแบบเซลล์ แต่เป็นความท้าทายที่รวมกันระหว่างความแม่นยำในการตัดด้วยเลเซอร์ ความเสถียรในการต่อสาย การออกแบบวงจร และการตรวจสอบคุณภาพ สำหรับผู้ผลิตที่พิจารณาผลิตภัณฑ์แบบ half-cut, third-cut, quarter-cut หรือ shingled สายการผลิตจะต้องได้รับการประเมินร่วมกับสถาปัตยกรรมทางไฟฟ้าของโมดูล เนื่องจากประสิทธิภาพในที่ร่มขึ้นอยู่กับว่าเซลล์ย่อยแต่ละหน่วยเชื่อมต่อและป้องกันกันอย่างไร ในมุมมองของเรา การแข่งขันโมดูลในขั้นต่อไปจะไม่เพียงเปรียบเทียบกำลังวัตต์ที่ระบุ แต่ยังเปรียบเทียบว่าโมดูลสามารถผลิตพลังงานได้อย่างน่าเชื่อถือภายใต้ฝุ่น ใบไม้ อุปสรรคบนหลังคา และเงามุมต่ำได้ดีเพียงใด