Çok Kesimli Güneş Modülleri: Konu Neden Geri Döndü

2025'ten itibaren, PV endüstrisinde 'çok kesimli' güneş modülleri fikri yeniden popüler hale geldi. Bu yılki SNEC fuarında, birçok modül üreticisi üçte bir kesim ve çeyrek kesim modüller gibi yeni tasarımlar sundu. Görünüşe göre üreticiler artık geleneksel yarım kesim formatıyla yetinmiyor. Sektör çok pratik bir soru soruyor: Bir güneş hücresi kaç kez kesilebilir ve bu ne gibi gerçek bir değer sağlar?

Bu makale, çok kesimli modüllerin ne olduğuna, neden yeniden tartışıldığına ve gölge direnci açısından hangi avantaj ve sınırlamalara sahip olduğuna daha yakından bakıyor.

Çok Kesimli Güneş Modülü Nedir?

'Çok kesimli' bir güneş modülü genellikle tam boy bir güneş hücresinin birkaç küçük hücre birimine kesilmesi ve ardından seri veya paralel devre tasarımıyla birbirine bağlanarak komple bir PV modülü halinde lamine edilmesi anlamına gelir.

Yaygın formatlar şunları içerir:

• Yarım kesim hücreler: bir tam hücre 2 parçaya kesilir, şu anda ana akım tasarım

• Üçte bir kesim hücreler: bir hücre 3 parçaya kesilir

• Çok kesimli hücreler: bir hücre daha fazla küçük parçaya kesilir, örneğin 4 kesim, 5 kesim veya 6 kesim tasarımları

• Shingled modüller: ayrıca özel bir çok kesim uygulaması türü, üst üste binen hücre şeritleri

Not: Yukarıdaki diyagramlar yalnızca tipik devre konseptlerini göstermektedir. Belirli üreticilerin tam ürün tasarımlarını temsil etmezler.

Üreticiler Neden Çok Kesimli Tasarımlar Kullanıyor?

Çoklu kesim tasarımının temel amacı, her bir hücre ünitesinin çalışma akımını azaltmak ve modülün iç devre bağlantısını optimize etmektir. Bu sayede modül, karmaşık gerçek dünya koşullarında elektriksel kayıpları azaltabilir ve enerji üretimini iyileştirebilir.

Temel faydalar şunları içerir:

• Daha düşük çalışma akımı: Bir güneş hücresi daha küçük birimlere kesildikten sonra, her bir alt hücrenin akımı buna göre azalır.

• Daha düşük direnç kaybı: Bir PV modülünün iç direnç kaybı, akımın karesiyle orantılıdır.

Ploss = I²R

Bu nedenle akım azaldığında, şeritler, bara hatları ve iç iletken yollardaki direnç kaybı da azalır.

• Daha yüksek modül çıkış gücü: Daha düşük iç elektrik kaybı ile modül, standart test koşullarında genellikle belirli bir güç kazancı elde edebilir.

• Azaltılmış sıcak nokta riski: Daha düşük akım, kısmi gölgeleme altında ısınmayı azaltmaya yardımcı olur ve modülün sıcak nokta davranışını iyileştirir.

• Daha iyi gölgeleme toleransı: Uygun devre tasarımı ile yerel gölgelemenin etkisi daha küçük bir alanla sınırlandırılabilir ve gölgelenmeyen alanların enerji üretmeye devam etmesi sağlanır.

Devre Tasarımı: Yerel Gölgeleme Güneş Modülü Çıkışını Nasıl Etkiler

Bir güneş hücresi kabaca bir akım kaynağı olarak düşünülebilir. İyi güneş ışığı altında hücre akım üretir. Hücrenin bir kısmı gölgelendiğinde, enerji üretme yeteneği düşer ve çıkış akımı da azalır.

Şekil 6: Gölgelemenin tek hücreli bir dizi üzerindeki etkisi

Geleneksel tam hücreli bir modülde, birden fazla hücre seri olarak bağlanarak bir hücre dizisi oluşturulur. Bir veya birkaç hücre gölgelenirse, gölgelenen hücreler tüm dizinin akım çıkışını sınırlar. Basitçe söylemek gerekirse, aynı hücre dizisinin çıkış akımı genellikle en zayıf hücre tarafından belirlenir ve bu genellikle en yoğun gölgelenen hücredir.

Şiddetli gölgeleme altında, gölgelenen hücre ters kutuplanabilir. Enerji üretmek yerine elektriksel bir yük haline gelir ve yerel ısı üretir. Bu, iyi bilinen sıcak nokta etkisidir.

Sıcak nokta riskini azaltmak için PV modülleri normalde bypass diyotları ile donatılır. Bir hücre dizisi ciddi şekilde gölgelendiğinde, bypass diyotu iletime geçer ve akımın etkilenen diziyi atlamasına izin verir. Bu, hücreleri korur, ancak atlanan dizi artık güç katkısı sağlayamaz. Sonuç olarak, modül çıkış gücü önemli ölçüde düşer.

Bu nedenle, bir modülün gölge direnci yalnızca güneş hücresinin kendisi tarafından belirlenmez. Aynı zamanda modülün iç devre tasarımına da büyük ölçüde bağlıdır.

Çok Kesimli Modüllerin Temel Mantığı: Yüksek Akımı Daha Düşük Akıma Bölmek

Çok kesimli bir modül, standart hücreleri daha küçük hücre birimlerine keser ve ardından bunları uygun seri ve paralel devreler aracılığıyla bağlar. Geleneksel tam hücreli modüllerle karşılaştırıldığında, çok kesimli tasarımın önemli bir özelliği, her bir kesilmiş hücre biriminin daha düşük bir akımda çalışmasıdır.

Tam bir hücrenin çalışma akımının I0 olduğunu varsayalım. Eşit olarak n parçaya kesilirse, her bir kesilmiş hücre biriminin teorik akımı yaklaşık olarak:

Ihücre = I0 / n

Örneğin:

• Yarı kesimli bir modülde, her bir yarım hücre biriminin akımı yaklaşık I0/2'dir.

• Üçte bir kesimli bir modülde, her bir üçte bir kesilmiş hücre biriminin akımı yaklaşık I0/3'tür.

• Çeyrek kesimli bir modülde, her bir çeyrek kesilmiş hücre biriminin akımı yaklaşık I0/4'tür.

Elbette, gerçek akım değerleri ayrıca lazer kesim kalitesi, kenar pasivasyonu, bant tasarımı, direnç kaybı ve modül düzeninden de etkilenir. Ancak temel prensipten, çok kesimli hücre birimlerinin çalışma akımı, tam hücrelerinkinden açıkça daha düşüktür.

Akım azaldığında, iki doğrudan fayda ortaya çıkar.

Daha Düşük Direnç Kaybı

Akım düştüğünde, bantlar ve ara bağlantı alanlarındaki direnç kaybı önemli ölçüde azalır. Örnek olarak çeyrek kesimli bir modülü ele alalım, ideal koşullar altında diğer faktörler değişmezken, direnç kaybı teorik olarak tam hücreli bir modülün on altıda birine düşebilir.

Yerel Gölgeleme Etkisi Daha Kolay Sınırlanabilir

Daha parçalı bir devre tasarımı ile, gölgenin neden olduğu akım uyumsuzluğu, daha büyük bir hücre dizisini etkilemek yerine yerel bir alanla sınırlandırılabilir.

Örneğin, aynı alana sahip iki gölgeleme nesnesi tam hücreli bir modül ve yarı kesimli bir modül üzerine düştüğünde, nesne tam hücreli modüldeki bir tam hücrenin %80'ini kaplayabilir. Yarı kesimli modülde ise aynı nesne iki yarım hücreye dağılabilir, bir yarım hücrenin %30'unu ve diğerinin %50'sini gölgeleyebilir. Bu durumda akım uyumsuzluk deseni ve etkilenen alan farklı olacaktır.

Kilit Nokta: Daha Esnek Seri ve Paralel Devre Tasarımı

Çok kesimli modül tasarımı sadece hücreleri daha küçük parçalara kesmekle ilgili değildir. Gölgelemeye karşı direnci belirleyen asıl faktör, kesimden sonra hücrelerin nasıl bağlandığıdır.

Geleneksel bir tam hücreli modülde, hücreler genellikle seri bağlanır ve modül üç baypas diyotu ile üç devre bölümüne ayrılır. Bir hücre ciddi şekilde gölgelendiğinde, tüm modül alanının yaklaşık üçte birinin çıkışını etkileyebilir.

Çok kesimli bir modülde, orijinal büyük hücre dizisi, daha ayrıntılı bir seri-paralel tasarımı ile daha küçük güç üretim birimlerine bölünebilir. Paralel yollar ayrıca daha esnek akım dağılımına izin verir.

Örnek olarak çeyrek kesimli bir modülü ele alalım; uygun bir devre düzeni ile tek bir kesilmiş hücre üzerindeki gölgelemenin etkisi, devre alanının yaklaşık on ikide biri ile sınırlandırılabilir. Karşılaştırma yapmak gerekirse, geleneksel tam hücreli veya yarı kesimli modüllerde aynı konumdaki gölgeleme, hücre dizisi çıkışının çok daha büyük bir kısmını etkileyebilir.

Şekil 7: Tam hücreli, yarı kesimli, üçte bir kesimli ve çeyrek kesimli modüllerin eşdeğer devre şemaları

Şekil 8: Aynı %50 minimum güç üretim birimi gölgelemesi altında, shingled modüller daha yüksek güç koruyabilir

Bu nedenle, çok kesimli modüller, daha ayrıntılı devre bölümleri ve paralel akım yolları kullanarak kısmi gölgeleme altında daha iyi çıkış sağlayabilir. Temel tasarım mantığı şunları içerir:

• Hücreleri daha küçük güç üretim birimlerine kesmek

• Gerekli modül voltajını elde etmek için uygun seri bağlantı kullanmak

• Her bir daldaki akımı azaltmak için paralel dallar kullanmak

• Gölgeli alanlardaki güç kaybını sınırlamak için baypas diyotları kullanmak

• Gölgelenmemiş alanların mümkün olduğunca güç üretmeye devam etmesine izin vermek

Önemli Sınırlamalar: Çok Kesimli Modül Her Gölgeleme Deseninde Daha İyi Değildir

Bu makale çok kesimli devre tasarımının gölgeleme direncini nasıl artırabileceğine odaklansa da, çok kesimli modüller her gölgeleme senaryosunda her zaman avantajlı değildir.

Yukarıda tartışılan kilit nokta şudur: hücre biriminin gölgelenen oranı aynı olduğunda, çok kesimli modüller genellikle daha yüksek çıkış gücü elde eder. Ancak aynı gölge boyutu ve şekli altında, her bir kesilmiş hücre biriminin alanı daha küçük olduğundan, o birimin gölgelenme oranı aslında daha yüksek olabilir. Bu, çıkış gücünün düşmesine neden olabilir.

Örneğin, bir modülün kısa kenarı boyunca gölgeleme meydana geldiğinde, özellikle sabah erken veya öğleden sonra geç saatlerde güneş açısı düşük olduğunda, gölge alt hücre sırasını kaplayabilir. Yarım kesimli bir modül için alt sıra sadece %70 gölgelenebilir. Ancak çeyrek kesimli bir modül için, her bir kesilmiş hücrenin yüksekliği daha kısa olduğundan, aynı gölge alt sıradaki çeyrek kesimli hücreleri tamamen kaplayabilir. Bu, ilgili devre bölümünde önemli bir çıkış düşüşüne yol açabilir veya hatta hücre dizisinin bir kısmının çıkış yeteneğini kaybetmesine neden olabilir.

Ayrıca, üçte bir kesimli modüller, düzen ve devre tasarımı nedeniyle üst-alt asimetriye sahip olabilir. Aynı gölge alanı veya şekli modülün farklı taraflarında göründüğünde, gerçek çıkış kaybı aynı olmayabilir. Bazı özel gölgeleme koşullarında, üçte bir kesimli bir modül, yarım kesimli bir modülden daha fazla güç kaybına bile sahip olabilir.

Bu nedenle, gölgenin neden olduğu güç kaybını değerlendirirken sadece gölgelenen alana bakamayız. Ayrıca gerçek iç seri-paralel devre dağılımını, bypass diyot koruma bölgelerini, gölge şeklini ve gölge konumunu da dikkate almalıyız.

Yüksek Güçten Yüksek Enerji Dayanıklılığına

PV modül gücü artmaya devam ettikçe, endüstri rekabeti artık sadece standart test koşulları altındaki tepe gücüyle ilgili değil. Gerçek güneş enerjisi santralleri için, karmaşık çalışma ortamlarında uzun vadeli enerji verimi ve kararlılık daha önemli hale geliyor.

Çeyrek kesimli ve diğer çok kesimli modüller, daha küçük hücre birimleri, daha düşük çalışma akımı ve daha esnek seri-paralel devreler kullanarak yerel gölgelemenin toplam modül çıkışı üzerindeki etkisini azaltır. Temel değerleri basittir: gölgenin etkisini yerelleştirir, gölgelenmeyen alanın çalışmasını sağlar ve gerçek uygulamalarda enerji üretim kararlılığını artırır.

Ticari ve endüstriyel çatılar, konut çatıları, BIPV projeleri ve yerel gölgeleme riski olan diğer senaryolarda, çeyrek kesimli modüller sistem verimini ve operasyonel güvenilirliği artırmak için önemli bir teknik yol haline gelebilir.

Ooitech'in Görüşü

Güneş modülü üretim hatlarıyla yakından çalışan bir ekipman tedarikçisi olarak Ooitech, çoklu kesim teknolojisini yalnızca bir hücre formatı değişikliği olarak değil; lazer kesim hassasiyeti, şerit bağlantı kararlılığı, devre düzeni ve kalite denetimini içeren birleşik bir zorluk olarak görüyor. Yarım kesim, üçte bir kesim, çeyrek kesim veya shingled ürünleri değerlendiren üreticiler için, üretim hattı modülün elektrik mimarisiyle birlikte ele alınmalıdır; çünkü gölgeleme performansı, her küçük hücre biriminin nasıl birbirine bağlandığına ve korunduğuna büyük ölçüde bağlıdır. Bizce, modül rekabetinin bir sonraki aşaması yalnızca etiket gücünü karşılaştırmakla kalmayacak, aynı zamanda bir modülün toz, yaprak, çatı engelleri ve düşük açılı gölgeler altında ne kadar güvenilir bir şekilde enerji üretmeye devam ettiğini de karşılaştıracaktır.