Көп кесілген күн модульдері: Неліктен тақырып қайта оралды

2025 жылдан бастап «көп кесілген» күн модульдері идеясы PV индустриясында қайта ыстық тақырыпқа айналды. Биылғы SNEC көрмесінде көптеген модуль өндірушілер үштен бір кесілген және ширек кесілген модульдер сияқты жаңа конструкцияларды ұсынды. Өндірушілер енді кәдімгі жартылай кесілген форматпен шектелмейтін сияқты. Индустрия өте практикалық сұрақ қойып отыр: бір күн элементін қанша рет кесуге болады және бұл қандай нақты құндылық әкеледі?

Бұл мақала көп кесілген модульдердің не екенін, неліктен олар қайта талқыланып жатқанын және көлеңкеге төзімділік тұрғысынан қандай артықшылықтары мен шектеулері бар екенін егжей-тегжейлі қарастырады.

Көп кесілген күн модулі дегеніміз не?

«Көп кесілген» күн модулі әдетте толық өлшемді күн элементінің бірнеше кішірек элемент бірліктеріне кесілуін, содан кейін олардың тізбектей немесе параллель тізбек конструкциясы арқылы өзара қосылып, толық PV модуліне ламинациялануын білдіреді.

Кең таралған форматтарға мыналар жатады:

• Жартылай кесілген элементтер: бір толық элемент 2 бөлікке кесіледі, қазіргі уақытта негізгі конструкция

• Үштен бір кесілген элементтер: бір элемент 3 бөлікке кесіледі

• Көп кесілген элементтер: бір элемент одан да көп ұсақ бөліктерге кесіледі, мысалы, 4 кесілген, 5 кесілген немесе 6 кесілген конструкциялар

• Шыны тәрізді модульдер: сонымен қатар көп кесілген қолданудың ерекше түрі, қабаттасатын элемент жолақтарымен

Ескерту: Жоғарыдағы диаграммалар тек типтік тізбек тұжырымдамаларын көрсетеді. Олар нақты өндірушілердің нақты өнім конструкцияларын білдірмейді.

Неліктен өндірушілер көп кесілген конструкцияларды қолданады

Көп кесінділі дизайнның негізгі мақсаты - әрбір ұяшық блогының жұмыс токын азайту және модульдің ішкі тізбек қосылымын оңтайландыру. Осылайша, модуль күрделі нақты жағдайларда электр шығындарын азайтып, энергия өндіруді жақсарта алады.

Негізгі артықшылықтарға мыналар жатады:

• Төмен жұмыс тогы: Күн ұяшығы кішірек бөліктерге кесілгеннен кейін, әрбір кіші ұяшықтың тогы сәйкесінше азаяды.

• Төмен кедергі шығыны: Фотоэлектрлік модульдің ішкі кедергі шығыны токтың квадратына пропорционал.

Ploss = I²R

Сондықтан ток азайған кезде, таспалардағы, шиналардағы және ішкі өткізгіш жолдардағы кедергі шығындары да азаяды.

• Модульдің жоғары шығыс қуаты: Ішкі электр шығыны аз болғандықтан, модуль әдетте стандартты сынақ жағдайында белгілі бір қуат өсіміне қол жеткізе алады.

• Ыстық нүкте қаупінің төмендеуі: Төмен ток ішінара көлеңкелеу кезінде қызуды азайтуға көмектеседі, модульдің ыстық нүкте әрекетін жақсартады.

• Көлеңкеге төзімділіктің жақсаруы: Дұрыс тізбек дизайнымен жергілікті көлеңкелеудің әсері кішірек аймақпен шектелуі мүмкін, бұл көлеңкеленбеген аймақтардың қуат өндіруді жалғастыруына мүмкіндік береді.

Тізбек дизайны: Жергілікті көлеңкелеу күн модулінің шығысына қалай әсер етеді

Күн ұяшығын шамамен ток көзі ретінде қарастыруға болады. Жақсы күн сәулесінде ұяшық ток өндіреді. Ұяшықтың бір бөлігі көлеңкеленгенде, оның қуат өндіру қабілеті төмендейді, ал шығыс тогы да азаяды.

6-сурет: Көлеңкелеудің бір ұяшықты тізбектің шығысына әсері

Дәстүрлі толық ұяшықты модульде бірнеше ұяшықтар тізбектей жалғанып, ұяшық тізбегін құрайды. Егер бір немесе бірнеше ұяшық көлеңкеленсе, көлеңкеленген ұяшықтар бүкіл тізбектің ток шығысын шектейді. Қарапайым сөзбен айтқанда, бір ұяшық тізбегінің шығыс тогы әдетте ең әлсіз ұяшықпен анықталады, ол көбінесе ең қатты көлеңкеленген ұяшық болып табылады.

Қатты көлеңкелеу кезінде көлеңкеленген ұяшық тіпті кері ығысуы мүмкін. Қуат өндірудің орнына, ол электр жүктемесіне айналады және жергілікті жылу шығарады. Бұл белгілі ыстық нүкте эффектісі.

Ыстық нүкте қаупін азайту үшін күн панельдері әдетте айналма диодтармен жабдықталған. Бір ұяшық тізбегі қатты көлеңкеленгенде, айналма диод өткізеді және токтың зардап шеккен тізбекті айналып өтуіне мүмкіндік береді. Бұл ұяшықтарды қорғайды, бірақ айналып өтілген тізбек енді қуат бере алмайды. Нәтижесінде модульдің шығыс қуаты айтарлықтай төмендейді.

Сондықтан модульдің көлеңкеге төзімділігі тек күн ұяшығының өзімен ғана анықталмайды. Ол сонымен қатар модульдің ішкі схемасының дизайнына да байланысты.

Көп кесілген модульдердің негізгі логикасы: жоғары токты төмен токқа бөлу

Көп кесілген модуль стандартты ұяшықтарды кішірек ұяшық бірліктеріне кеседі, содан кейін оларды тиісті тізбектей және параллель тізбектер арқылы қосады. Дәстүрлі толық ұяшықты модульдермен салыстырғанда, көп кесілген дизайнның маңызды ерекшелігі - әрбір кесілген ұяшық бірлігі төмен токпен жұмыс істейді.

Толық ұяшықтың жұмыс тогы I0 деп алайық. Егер ол n бөлікке біркелкі кесілсе, әрбір кесілген ұяшық бірлігінің теориялық тогы шамамен:

Icell = I0 / n

Мысалы:

• Жартылай кесілген модульде әрбір жарты ұяшық бірлігінің тогы шамамен I0/2 құрайды.

• Үштен бір кесілген модульде әрбір үштен бір кесілген ұяшық бірлігінің тогы шамамен I0/3 құрайды.

• Төрттен бір кесілген модульде әрбір төрттен бір кесілген ұяшық бірлігінің тогы шамамен I0/4 құрайды.

Әрине, нақты ток мәндеріне лазерлік кесу сапасы, шеткі пассивация, таспа дизайны, кедергі шығыны және модульдің орналасуы да әсер етеді. Бірақ негізгі принцип бойынша, көп кесілген ұяшық бірліктерінің жұмыс тогы толық ұяшықтарға қарағанда айтарлықтай төмен.

Ток азайған кезде екі тікелей пайда пайда болады.

Төмен кедергі шығыны

Ток азайған кезде таспалар мен өзара қосылу аймақтарындағы кедергі шығыны айтарлықтай төмендейді. Төрттен бір кесілген модульді мысалға алайық, басқа факторлар өзгермеген идеалды жағдайларда оның кедергі шығыны теориялық тұрғыдан толық ұяшықты модульдің он алтыдан бір бөлігіне дейін төмендеуі мүмкін.

Жергілікті көлеңкелеу әсерін оңай шектеуге болады

Неғұрлым сегменттелген схема дизайнымен көлеңкеден туындаған ток сәйкессіздігі үлкенірек ұяшық тізбегіне әсер етпей, жергілікті аймақпен шектелуі мүмкін.

Мысалы, бірдей аудандағы екі көлеңкелеу объектісі толық ұяшықты модульге және жартылай кесілген модульге түскенде, объект толық ұяшықты модульдегі бір толық ұяшықтың 80% жабуы мүмкін. Жартылай кесілген модульде сол объект екі жарты ұяшыққа таралып, бір жарты ұяшықтың 30% және екіншісінің 50% көлеңкелеуі мүмкін. Бұл жағдайда токтың сәйкессіздік үлгісі мен зардап шеккен аудан әртүрлі болады.

Негізгі мәселе: Икемді тізбектей және параллель тізбек құрастыру

Көп кесінділі модуль дизайны тек ұяшықтарды кішірек бөліктерге кесу емес. Көлеңкеге төзімділікті анықтайтын нақты фактор - кесу кезінде ұяшықтардың қалай жалғануы.

Дәстүрлі толық ұяшықты модульде ұяшықтар әдетте тізбектей жалғанады және модуль үш айналма диод арқылы үш тізбек бөліміне бөлінеді. Бір ұяшық қатты көлеңкеленгенде, ол бүкіл модуль ауданының шамамен үштен бірінің шығысына әсер етуі мүмкін.

Көп кесінділі модульде бастапқы үлкен ұяшық тізбегін егжей-тегжейлі тізбектей-параллель дизайн арқылы кішірек электр генерациялау бірліктеріне бөлуге болады. Параллель жолдар сонымен қатар икемді ток таратуға мүмкіндік береді.

Мысал ретінде ширек кесінділі модульді алайық, дұрыс тізбек орналасуымен бір кесілген ұяшыққа көлеңкенің әсері тізбек ауданының шамамен он екіден бірімен шектелуі мүмкін. Салыстыру үшін, дәстүрлі толық ұяшықты немесе жартылай кесілген модульдерде сол позициядағы көлеңке ұяшық тізбегінің шығысының әлдеқайда үлкен бөлігіне әсер етуі мүмкін.

7-сурет: Толық ұяшықты, жартылай кесілген, үштен бір кесінділі және ширек кесінділі модульдердің баламалы тізбек диаграммалары

8-сурет: Минималды электр генерациялау бірлігінің бірдей 50% көлеңкеленуі кезінде, шатырлы модульдер жоғары қуатты сақтай алады

Сондықтан, көп кесінділі модульдер егжей-тегжейлі тізбек бөлімдері мен параллель ток жолдарын қолдану арқылы ішінара көлеңкелену кезінде жақсы шығысты сақтай алады. Негізгі дизайн логикасы мыналарды қамтиды:

• Ұяшықтарды кішірек электр генерациялау бірліктеріне кесу

• Қажетті модуль кернеуіне жету үшін дұрыс тізбектей жалғауды қолдану

• Әр тармақтағы токты азайту үшін параллель тармақтарды қолдану

• Көлеңкеленген аймақтардағы қуат жоғалуын шектеу үшін айналма диодтарды қолдану

• Көлеңкеленбеген аймақтардың мүмкіндігінше электр қуатын өндіруді жалғастыруына мүмкіндік беру

Маңызды шектеулер: Көп кесінділі модуль әрбір көлеңке үлгісінде әрқашан жақсы бола бермейді

Бұл мақала көп кесінділі тізбек дизайны көлеңкеге төзімділікті қалай жақсартатынына бағытталғанымен, көп кесінділі модульдер әрбір көлеңке сценарийінде әрқашан артықшылыққа ие емес.

Жоғарыда талқыланған негізгі мәселе: ұяшық бірлігінің көлеңкеленген үлесі бірдей болғанда, көп кесілген модульдер жиі жоғары шығыс қуатына қол жеткізеді. Алайда, бірдей көлеңке өлшемі мен пішіні кезінде, әрбір кесілген ұяшық бірлігінің ауданы кішірек болғандықтан, сол бірліктің көлеңкеленген үлесі іс жүзінде жоғары болуы мүмкін. Бұл шығыс қуатының төмендеуіне әкелуі мүмкін.

Мысалы, көлеңке модульдің қысқа жағы бойымен түскенде, әсіресе таңертең ерте немесе кешке күн бұрышы төмен болғанда, көлеңке ұяшықтардың төменгі қатарын жабуы мүмкін. Жартылай кесілген модуль үшін төменгі қатар тек 70% көлеңкеленуі мүмкін. Бірақ ширек кесілген модуль үшін, әрбір кесілген ұяшықтың биіктігі қысқа болғандықтан, сол көлеңке төменгі ширек кесілген ұяшықтар қатарын толығымен жабуы мүмкін. Бұл сәйкес тізбек бөлігінде шығыс қуатының айтарлықтай төмендеуіне немесе тіпті ұяшық тізбегінің бір бөлігінің шығыс қабілетін жоғалтуына әкелуі мүмкін.

Сонымен қатар, үштен бір кесілген модульдерде орналасу және тізбек дизайнына байланысты жоғарғы-төменгі асимметрия болуы мүмкін. Бірдей көлеңке ауданы немесе пішіні модульдің әртүрлі жақтарында пайда болғанда, нақты шығыс жоғалтуы бірдей болмауы мүмкін. Кейбір нақты көлеңке жағдайларында үштен бір кесілген модуль жартылай кесілген модульге қарағанда үлкенірек қуат жоғалтуына ие болуы мүмкін.

Сондықтан, көлеңкеден туындаған қуат жоғалтуын бағалау кезінде тек көлеңкеленген ауданға қарауға болмайды. Сондай-ақ нақты ішкі тізбектей-параллельді тізбек таралуын, айналма диодты қорғау аймақтарын, көлеңке пішінін және көлеңке орнын ескеру қажет.

Жоғары қуаттан жоғары энергия тұрақтылығына

Фотоэлектрлік модульдердің қуаты артуын жалғастырған сайын, салалық бәсекелестік енді стандартты сынақ жағдайындағы ең жоғары қуатпен ғана шектелмейді. Нақты күн электр станциялары үшін күрделі жұмыс ортасындағы ұзақ мерзімді энергия өнімділігі мен тұрақтылық маңыздырақ бола бастады.

Ширек кесілген және басқа көп кесілген модульдер кішірек ұяшық бірліктерін, төменірек жұмыс токын және икемдірек тізбектей-параллельді тізбектерді пайдаланып, жергілікті көлеңкеленудің жалпы модуль шығысына әсерін азайтады. Олардың негізгі құндылығы қарапайым: көлеңке әсерін жергіліктендіру, көлеңкеленбеген аймақтың жұмысын сақтау және нақты қолданбаларда энергия өндіру тұрақтылығын жақсарту.

Коммерциялық және өнеркәсіптік шатырларда, тұрғын үй шатырларында, BIPV жобаларында және жергілікті көлеңкелену қаупі бар басқа сценарийлерде ширек кесілген модульдер жүйе өнімділігі мен пайдалану сенімділігін арттырудың маңызды техникалық жолына айналуы мүмкін.

Ooitech көзқарасы

Күн модульдерін өндіру желілерімен тығыз жұмыс істейтін жабдық жеткізушісі ретінде Ooitech көпкесу технологиясын тек ұяшық пішімінің өзгеруі емес, лазерлік кесу дәлдігі, тізбектеу тұрақтылығы, схема орналасуы және сапаны тексеруді қамтитын күрделі міндет ретінде қарастырады. Жартылай кесілген, үштен бір кесілген, ширек кесілген немесе қабыршақты өнімдерді қарастыратын өндірушілер үшін өндірістік желі модульдің электрлік архитектурасымен бірге бағалануы керек, өйткені көлеңкелеу өнімділігі әрбір кішкентай ұяшық бірлігінің өзара байланысуы мен қорғалуына қатты тәуелді. Біздің көзқарасымыз бойынша, модульдік бәсекелестіктің келесі кезеңі тек номиналды қуатты салыстырып қана қоймай, сонымен қатар шаң, жапырақтар, шатыр кедергілері және төмен бұрышты көлеңкелер кезінде модульдің энергия өндіруді қаншалықты сенімді жалғастыратынын салыстырады.