โมดูลโซลาร์แบบหลายตัด: ทำไมหัวข้อนี้กลับมาอีกครั้ง

เริ่มตั้งแต่ปี 2025 แนวคิดของโมดูลโซลาร์แบบหลายตัดกลับมาได้รับความนิยมอีกครั้งในอุตสาหกรรม PV ในงาน SNEC ปีนี้ ผู้ผลิตโมดูลหลายรายนำเสนอการออกแบบใหม่ เช่น โมดูลแบบสามตัดและสี่ตัด ดูเหมือนว่าผู้ผลิตไม่พอใจกับรูปแบบครึ่งตัดแบบเดิมอีกต่อไป อุตสาหกรรมกำลังตั้งคำถามเชิงปฏิบัติว่า เซลล์โซลาร์หนึ่งเซลล์สามารถถูกตัดได้กี่ครั้ง และมันให้คุณค่าที่แท้จริงอะไรบ้าง

บทความนี้จะเจาะลึกว่าโมดูลแบบหลายตัดคืออะไร ทำไมถึงถูกพูดถึงอีกครั้ง และมีข้อดีและข้อจำกัดอะไรบ้างในแง่ของความต้านทานต่อเงา

โมดูลโซลาร์แบบหลายตัดคืออะไร?

โมดูลโซลาร์แบบหลายตัดหมายถึงการตัดเซลล์โซลาร์ขนาดเต็มออกเป็นชิ้นเล็กๆ หลายชิ้น จากนั้นเชื่อมต่อกันผ่านการออกแบบวงจรแบบอนุกรมหรือขนาน และประกอบเป็นโมดูล 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

วัตถุประสงค์หลักของการออกแบบแบบหลายชิ้นคือการลดกระแสการทำงานของแต่ละเซลล์ยูนิตและปรับปรุงการเชื่อมต่อวงจรภายในของโมดูล โดยการทำเช่นนี้ โมดูลสามารถลดการสูญเสียทางไฟฟ้าและเพิ่มการผลิตพลังงานภายใต้สภาพจริงที่ซับซ้อน

ประโยชน์หลักได้แก่:

• กระแสการทำงานที่ต่ำลง: หลังจากตัดเซลล์แสงอาทิตย์เป็นหน่วยย่อย กระแสของแต่ละเซลล์ย่อยจะลดลงตามไปด้วย

• การสูญเสียความต้านทานที่ต่ำลง: การสูญเสียความต้านทานภายในของโมดูล PV เป็นสัดส่วนกับกำลังสองของกระแส

Ploss = I²R

ดังนั้นเมื่อกระแสลดลง การสูญเสียความต้านทานในริบบอน บัสบาร์ และเส้นทางนำไฟฟ้าภายในก็ลดลงด้วย

• กำลังไฟฟ้าขาออกของโมดูลที่สูงขึ้น: ด้วยการสูญเสียทางไฟฟ้าภายในที่ต่ำลง โมดูลมักจะได้รับกำลังไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นภายใต้เงื่อนไขการทดสอบมาตรฐาน

• ความเสี่ยงจุดร้อนที่ลดลง: กระแสที่ต่ำลงช่วยลดความร้อนภายใต้การบังเงาบางส่วน ปรับปรุงพฤติกรรมจุดร้อนของโมดูล

• ความทนทานต่อการบังเงาที่ดีขึ้น: ด้วยการออกแบบวงจรที่เหมาะสม ผลกระทบของการบังเงาเฉพาะที่สามารถจำกัดให้อยู่ในพื้นที่เล็กกว่า ทำให้พื้นที่ที่ไม่ถูกบังเงายังคงผลิตพลังงานต่อไป

การออกแบบวงจร: การบังเงาเฉพาะที่ส่งผลต่อกำลังไฟฟ้าขาออกของโมดูลแสงอาทิตย์อย่างไร

เซลล์แสงอาทิตย์สามารถมองคร่าวๆ ได้ว่าเป็นแหล่งจ่ายกระแส ภายใต้แสงแดดที่ดี เซลล์จะสร้างกระแส เมื่อส่วนหนึ่งของเซลล์ถูกบังเงา ความสามารถในการผลิตพลังงานจะลดลง และกระแสขาออกก็ลดลงเช่นกัน

รูปที่ 6: ผลของการบังเงาต่อกำลังไฟฟ้าขาออกของสตริงเซลล์เดี่ยว

ในโมดูลแบบเซลล์เต็มรูปแบบดั้งเดิม เซลล์หลายเซลล์ถูกต่ออนุกรมกันเป็นสตริงเซลล์ หากเซลล์หนึ่งหรือสองสามเซลล์ถูกบังเงา เซลล์ที่ถูกบังเงาจะจำกัดกระแสขาออกของทั้งสตริง พูดง่ายๆ คือ กระแสขาออกของสตริงเซลล์เดียวกันมักจะถูกกำหนดโดยเซลล์ที่อ่อนแอที่สุด ซึ่งมักจะเป็นเซลล์ที่มีการบังเงาหนักที่สุด

ภายใต้การบังเงาที่รุนแรง เซลล์ที่ถูกบังเงาอาจกลายเป็นไบอัสกลับ แทนที่จะผลิตพลังงาน มันจะกลายเป็นโหลดทางไฟฟ้าและสร้างความร้อนเฉพาะที่ นี่คือปรากฏการณ์จุดร้อนที่รู้จักกันดี

เพื่อลดความเสี่ยงจากจุดร้อน โดยปกติแผงโซลาร์เซลล์จะติดตั้งไดโอดบายพาส เมื่อเซลล์หนึ่งแถวถูกบังอย่างรุนแรง ไดโอดบายพาสจะนำกระแสและปล่อยให้กระแสไหลผ่านแถวที่ถูกบัง ซึ่งช่วยปกป้องเซลล์ แต่แถวที่ถูกบายพาสจะไม่สามารถผลิตพลังงานได้อีกต่อไป ส่งผลให้กำลังไฟฟ้าขาออกของแผงลดลงอย่างมาก

ดังนั้น ความต้านทานต่อการบังแสงของแผงไม่ได้ถูกกำหนดโดยตัวเซลล์แสงอาทิตย์เท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับการออกแบบวงจรภายในของแผงเป็นอย่างมาก

หลักการพื้นฐานของแผงแบบหลายตัด: การแบ่งกระแสสูงเป็นกระแสต่ำ

แผงแบบหลายตัดจะตัดเซลล์มาตรฐานเป็นหน่วยเซลล์ที่เล็กลง จากนั้นเชื่อมต่อผ่านวงจรอนุกรมและขนานที่เหมาะสม เมื่อเทียบกับแผงเซลล์เต็มแบบดั้งเดิม คุณสมบัติที่สำคัญอย่างหนึ่งของการออกแบบหลายตัดคือแต่ละหน่วยเซลล์ที่ตัดแล้วทำงานที่กระแสต่ำกว่า

สมมติว่ากระแสทำงานของเซลล์เต็มคือ I0 หากตัดเป็น n ชิ้นอย่างเท่าๆ กัน กระแสตามทฤษฎีของแต่ละหน่วยเซลล์ที่ตัดแล้วจะประมาณ:

Icell = I0 / n

ตัวอย่างเช่น:

• ในแผงแบบครึ่งตัด แต่ละหน่วยเซลล์ครึ่งตัดมีกระแสประมาณ I0/2

• ในแผงแบบหนึ่งในสามตัด แต่ละหน่วยเซลล์หนึ่งในสามตัดมีกระแสประมาณ I0/3

• ในแผงแบบหนึ่งในสี่ตัด แต่ละหน่วยเซลล์หนึ่งในสี่ตัดมีกระแสประมาณ I0/4

แน่นอนว่าค่ากระแสจริงยังได้รับผลกระทบจากคุณภาพการตัดด้วยเลเซอร์ การพาสซีฟขอบ การออกแบบริบบอน การสูญเสียความต้านทาน และการจัดวางแผง แต่จากหลักการพื้นฐาน กระแสทำงานของหน่วยเซลล์แบบหลายตัดนั้นต่ำกว่าเซลล์เต็มอย่างชัดเจน

เมื่อกระแสลดลง จะเกิดประโยชน์โดยตรงสองประการ

การสูญเสียความต้านทานลดลง

เมื่อกระแสลดลง การสูญเสียความต้านทานในริบบอนและพื้นที่เชื่อมต่อจะลดลงอย่างมาก ยกตัวอย่างแผงแบบหนึ่งในสี่ตัด ภายใต้สภาวะที่เหมาะสมและปัจจัยอื่นๆ คงที่ การสูญเสียความต้านทานอาจลดลงเหลือหนึ่งในสิบหกของแผงเซลล์เต็มตามทฤษฎี

ผลกระทบจากการบังแสงเฉพาะจุดสามารถจำกัดได้ง่ายขึ้น

ด้วยการออกแบบวงจรที่แบ่งส่วนมากขึ้น ความไม่สมดุลของกระแสที่เกิดจากเงาสามารถจำกัดอยู่ในพื้นที่เฉพาะ แทนที่จะส่งผลกระทบต่อแถวเซลล์ที่ใหญ่กว่า

ตัวอย่างเช่น เมื่อวัตถุบังเงาสองชิ้นที่มีพื้นที่เท่ากันตกบนโมดูลแบบเต็มเซลล์และโมดูลแบบครึ่งเซลล์ วัตถุอาจบัง 80% ของเซลล์เต็มหนึ่งเซลล์ในโมดูลแบบเต็มเซลล์ ในโมดูลแบบครึ่งเซลล์ วัตถุเดียวกันอาจกระจายไปบนสองครึ่งเซลล์ โดยบัง 30% ของครึ่งเซลล์หนึ่งและ 50% ของอีกครึ่งเซลล์ ในกรณีนี้ รูปแบบความไม่สมดุลของกระแสและพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจะแตกต่างกัน

ประเด็นสำคัญ: การออกแบบวงจรอนุกรมและขนานที่ยืดหยุ่นมากขึ้น

การออกแบบโมดูลแบบหลายตัดไม่ได้เป็นเพียงการตัดเซลล์เป็นชิ้นเล็กๆ ปัจจัยที่แท้จริงที่กำหนดความต้านทานต่อการบังเงาคือวิธีการเชื่อมต่อเซลล์หลังการตัด

ในโมดูลแบบเต็มเซลล์แบบดั้งเดิม เซลล์มักจะเชื่อมต่อแบบอนุกรม และโมดูลถูกแบ่งออกเป็นสามส่วนวงจรด้วยไดโอดบายพาสสามตัว เมื่อเซลล์หนึ่งถูกบังอย่างรุนแรง อาจส่งผลต่อเอาต์พุตประมาณหนึ่งในสามของพื้นที่โมดูลทั้งหมด

ในโมดูลแบบหลายตัด สายเซลล์ขนาดใหญ่เดิมสามารถแบ่งออกเป็นหน่วยผลิตไฟฟ้าขนาดเล็กผ่านการออกแบบอนุกรม-ขนานที่ละเอียดมากขึ้น เส้นทางขนานยังช่วยให้การกระจายกระแสมีความยืดหยุ่นมากขึ้น

ยกตัวอย่างโมดูลแบบหนึ่งในสี่ตัด ด้วยการจัดวางวงจรที่เหมาะสม ผลกระทบของการบังเงาต่อเซลล์ตัดเดี่ยวสามารถจำกัดให้เหลือประมาณหนึ่งในสิบสองของพื้นที่วงจร เมื่อเปรียบเทียบกัน ในโมดูลแบบเต็มเซลล์หรือครึ่งเซลล์แบบดั้งเดิม การบังเงาในตำแหน่งเดียวกันอาจส่งผลต่อเอาต์พุตของสายเซลล์ในส่วนที่ใหญ่กว่ามาก

รูปที่ 7: แผนภาพวงจรสมมูลของโมดูลแบบเต็มเซลล์ ครึ่งเซลล์ หนึ่งในสามตัด และหนึ่งในสี่ตัด

รูปที่ 8: ภายใต้การบังเงา 50% เท่ากันของหน่วยผลิตไฟฟ้าขนาดเล็กที่สุด โมดูลแบบชิงเกิลสามารถรักษากำลังไฟฟ้าได้สูงกว่า

ดังนั้น โมดูลแบบหลายตัดสามารถรักษาเอาต์พุตที่ดีกว่าเมื่อถูกบังเงาบางส่วน โดยใช้ส่วนวงจรที่ละเอียดกว่าและเส้นทางกระแสขนาน ตรรกะการออกแบบหลักประกอบด้วย:

• การตัดเซลล์เป็นหน่วยผลิตไฟฟ้าที่เล็กลง

• การใช้การเชื่อมต่อแบบอนุกรมที่เหมาะสมเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าของโมดูลตามที่ต้องการ

• การใช้สาขาขนานเพื่อลดกระแสในแต่ละสาขา

• การใช้ไดโอดบายพาสเพื่อจำกัดการสูญเสียกำลังในพื้นที่ที่ถูกบัง

• ปล่อยให้พื้นที่ที่ไม่ถูกบังสามารถผลิตไฟฟ้าต่อไปได้มากที่สุด

ข้อจำกัดสำคัญ: โมดูลแบบหลายตัดไม่ได้ดีกว่าเสมอไปในทุกรูปแบบการบังเงา

แม้ว่าบทความนี้จะเน้นว่าการออกแบบวงจรแบบหลายตัดสามารถปรับปรุงความต้านทานต่อการบังเงาได้อย่างไร แต่โมดูลแบบหลายตัดไม่ได้มีข้อได้เปรียบในทุกสถานการณ์การบังเงา

ประเด็นสำคัญที่กล่าวถึงข้างต้นคือ: เมื่อสัดส่วนของเซลล์ที่ถูกบังเท่ากัน โมดูลแบบหลายตัดมักจะให้กำลังไฟฟ้าสูงกว่า อย่างไรก็ตาม ภายใต้ขนาดและรูปร่างของเงาที่เท่ากัน เนื่องจากเซลล์ที่ถูกตัดแต่ละหน่วยมีพื้นที่เล็กกว่า สัดส่วนที่ถูกบังของหน่วยนั้นอาจสูงขึ้นจริง ซึ่งอาจทำให้กำลังไฟฟ้าลดลง

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

นอกจากนี้ โมดูลแบบหนึ่งในสามตัดอาจมีความไม่สมมาตรระหว่างบนและล่างเนื่องจากการจัดวางและการออกแบบวงจร เมื่อพื้นที่หรือรูปร่างเงาเดียวกันปรากฏบนด้านต่างๆ ของโมดูล การสูญเสียกำลังไฟฟ้าจริงอาจไม่เท่ากัน ในสภาวะการบังเงาเฉพาะบางอย่าง โมดูลแบบหนึ่งในสามตัดอาจมีการสูญเสียกำลังไฟฟ้ามากกว่าโมดูลแบบครึ่งตัดด้วยซ้ำ

ดังนั้น เมื่อประเมินการสูญเสียกำลังไฟฟ้าที่เกิดจากเงา เราไม่สามารถดูแค่พื้นที่ที่ถูกบังเท่านั้น แต่ยังต้องพิจารณาการกระจายวงจรอนุกรม-ขนานภายในจริง การป้องกันของไบพาสไดโอด รูปร่างเงา และตำแหน่งของเงา

จากกำลังสูงสู่ความยืดหยุ่นด้านพลังงานสูง

เนื่องจากกำลังของโมดูล PV เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง การแข่งขันในอุตสาหกรรมไม่ได้จำกัดอยู่แค่กำลังสูงสุดภายใต้เงื่อนไขการทดสอบมาตรฐานอีกต่อไป สำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์จริง ผลผลิตพลังงานระยะยาวและความเสถียรภายใต้สภาพแวดล้อมการทำงานที่ซับซ้อนมีความสำคัญมากขึ้น

โมดูลแบบหนึ่งในสี่ตัดและโมดูลแบบหลายตัดอื่นๆ ใช้หน่วยเซลล์ที่เล็กกว่า กระแสไฟฟ้าทำงานที่ต่ำกว่า และวงจรอนุกรม-ขนานที่ยืดหยุ่นกว่า เพื่อลดผลกระทบของการบังเงาเฉพาะจุดต่อกำลังไฟฟ้าทั้งหมดของโมดูล คุณค่าหลักของพวกมันคือ: ทำให้ผลกระทบของเงาเป็นเฉพาะจุด ทำให้ส่วนที่ไม่ถูกบังยังคงทำงานได้ และปรับปรุงความเสถียรในการผลิตพลังงานในการใช้งานจริง

ในหลังคาเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม หลังคาที่อยู่อาศัย โครงการ BIPV และสถานการณ์อื่นๆ ที่มีความเสี่ยงจากการบังเงาเฉพาะจุด โมดูลแบบหนึ่งในสี่ตัดอาจกลายเป็นเส้นทางเทคนิคที่สำคัญในการปรับปรุงผลผลิตของระบบและความน่าเชื่อถือในการทำงาน

มุมมองของ Ooitech

ในฐานะผู้จัดหาอุปกรณ์ที่ทำงานใกล้ชิดกับสายการผลิตแผงโซลาร์เซลล์ Ooitech มองว่าเทคโนโลยีการตัดหลายชิ้นเป็นมากกว่าการเปลี่ยนแปลงรูปแบบเซลล์ แต่เป็นความท้าทายที่รวมกันระหว่างความแม่นยำในการตัดด้วยเลเซอร์ ความเสถียรในการต่อสาย การจัดวางวงจร และการตรวจสอบคุณภาพ สำหรับผู้ผลิตที่พิจารณาผลิตภัณฑ์แบบ half-cut, third-cut, quarter-cut หรือ shingled สายการผลิตจะต้องได้รับการประเมินร่วมกับสถาปัตยกรรมทางไฟฟ้าของแผง เนื่องจากประสิทธิภาพในที่ร่มขึ้นอยู่กับว่าเซลล์ย่อยแต่ละหน่วยเชื่อมต่อและป้องกันกันอย่างไร ในมุมมองของเรา ขั้นตอนต่อไปของการแข่งขันด้านแผงโซลาร์เซลล์จะไม่เพียงเปรียบเทียบกำลังไฟฟ้าที่ระบุ แต่ยังเปรียบเทียบว่าแผงสามารถผลิตพลังงานได้อย่างน่าเชื่อถือภายใต้ฝุ่น ใบไม้ อุปสรรคบนหลังคา และเงามุมต่ำได้ดีเพียงใด