Mô-đun Năng Lượng Mặt Trời Đa Cắt: Tại Sao Chủ Đề Này Lại Nóng Trở Lại

Bắt đầu từ năm 2025, ý tưởng về mô-đun “đa cắt” lại trở nên nóng trong ngành PV. Tại triển lãm SNEC năm nay, nhiều nhà sản xuất mô-đun đã trình bày các thiết kế mới như mô-đun cắt ba và cắt tư. Có vẻ như các nhà sản xuất không còn hài lòng với định dạng nửa cắt thông thường. Ngành công nghiệp đang đặt ra một câu hỏi rất thực tế: một tế bào năng lượng mặt trời có thể được cắt bao nhiêu lần, và nó mang lại giá trị thực sự gì?

Bài viết này xem xét kỹ hơn về mô-đun đa cắt là gì, tại sao chúng lại được thảo luận trở lại, và những ưu điểm cũng như hạn chế của chúng về khả năng chống bóng.

Mô-đun Năng Lượng Mặt Trời Đa Cắt Là Gì?

Mô-đun năng lượng mặt trời “đa cắt” thường có nghĩa là một tế bào năng lượng mặt trời kích thước đầy đủ được cắt thành nhiều đơn vị tế bào nhỏ hơn, sau đó được kết nối với nhau thông qua thiết kế mạch nối tiếp hoặc song song và được cán màng thành một mô-đun PV hoàn chỉnh.

Các định dạng phổ biến bao gồm:

• Tế bào nửa cắt: một tế bào đầy đủ được cắt thành 2 mảnh, hiện là thiết kế chủ đạo

• Tế bào cắt ba: một tế bào được cắt thành 3 mảnh

• Tế bào đa cắt: một tế bào được cắt thành nhiều mảnh nhỏ hơn, chẳng hạn như thiết kế cắt 4, cắt 5 hoặc cắt 6

• Mô-đun dạng vảy: cũng là một loại ứng dụng đa cắt đặc biệt, với các dải tế bào chồng lên nhau

Lưu ý: Các sơ đồ trên chỉ thể hiện các khái niệm mạch điển hình. Chúng không đại diện cho thiết kế sản phẩm chính xác của các nhà sản xuất cụ thể.

Tại Sao Các Nhà Sản Xuất Sử Dụng Thiết Kế Đa Cắt

Mục đích chính của thiết kế đa cắt là giảm dòng điện hoạt động của mỗi đơn vị tế bào và tối ưu hóa kết nối mạch bên trong của mô-đun. Bằng cách đó, mô-đun có thể giảm tổn thất điện và cải thiện sản lượng năng lượng trong các điều kiện thực tế phức tạp.

Các lợi ích chính bao gồm:

• Dòng điện hoạt động thấp hơn: Sau khi một tế bào năng lượng mặt trời được cắt thành các đơn vị nhỏ hơn, dòng điện của mỗi tế bào con giảm tương ứng.

• Tổn thất điện trở thấp hơn: Tổn thất điện trở bên trong của mô-đun PV tỷ lệ với bình phương dòng điện.

Ploss = I²R

Vì vậy, khi dòng điện giảm, tổn thất điện trở trong các dây ribbon, thanh cái và đường dẫn nội bộ cũng giảm.

• Công suất đầu ra mô-đun cao hơn: Với tổn thất điện nội bộ thấp hơn, mô-đun thường có thể đạt được mức tăng công suất nhất định trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn.

• Giảm nguy cơ điểm nóng: Dòng điện thấp hơn giúp giảm nhiệt khi bị che bóng một phần, cải thiện hành vi điểm nóng của mô-đun.

• Khả năng chịu bóng tốt hơn: Với thiết kế mạch phù hợp, tác động của bóng cục bộ có thể được giới hạn trong một khu vực nhỏ hơn, cho phép các khu vực không bị che tiếp tục phát điện.

Thiết kế mạch: Bóng cục bộ ảnh hưởng đến sản lượng mô-đun năng lượng mặt trời như thế nào

Một tế bào năng lượng mặt trời có thể được coi gần đúng như một nguồn dòng. Dưới ánh sáng mặt trời tốt, tế bào tạo ra dòng điện. Khi một phần của tế bào bị che bóng, khả năng phát điện của nó giảm và dòng điện đầu ra cũng giảm.

Hình 6: Ảnh hưởng của bóng che đến đầu ra của một chuỗi tế bào đơn

Trong mô-đun tế bào đầy đủ truyền thống, nhiều tế bào được kết nối nối tiếp để tạo thành một chuỗi tế bào. Nếu một hoặc một vài tế bào bị che bóng, các tế bào bị che sẽ hạn chế dòng điện đầu ra của toàn bộ chuỗi. Nói một cách đơn giản, dòng điện đầu ra của cùng một chuỗi tế bào thường được xác định bởi tế bào yếu nhất, thường là tế bào bị che bóng nhiều nhất.

Khi bị che bóng nghiêm trọng, tế bào bị che thậm chí có thể bị phân cực ngược. Thay vì tạo ra điện, nó trở thành một tải điện và sinh nhiệt cục bộ. Đây là hiệu ứng điểm nóng nổi tiếng.

Để giảm nguy cơ điểm nóng, các mô-đun PV thường được trang bị diode bypass. Khi một chuỗi tế bào bị che bóng nghiêm trọng, diode bypass dẫn điện và cho phép dòng điện đi qua chuỗi bị ảnh hưởng. Điều này bảo vệ các tế bào, nhưng chuỗi bị bypass không còn có thể đóng góp năng lượng. Kết quả là, công suất đầu ra của mô-đun giảm đáng kể.

Do đó, khả năng chống che bóng của một mô-đun không chỉ được quyết định bởi bản thân tế bào năng lượng mặt trời. Nó còn phụ thuộc nhiều vào thiết kế mạch bên trong của mô-đun.

Logic Cơ Bản của Mô-đun Đa Cắt: Chia Dòng Cao Thành Dòng Thấp

Mô-đun đa cắt cắt các tế bào tiêu chuẩn thành các đơn vị tế bào nhỏ hơn và sau đó kết nối chúng thông qua các mạch nối tiếp và song song phù hợp. So với các mô-đun tế bào đầy đủ truyền thống, một đặc điểm quan trọng của thiết kế đa cắt là mỗi đơn vị tế bào cắt hoạt động ở dòng điện thấp hơn.

Giả sử dòng hoạt động của một tế bào đầy đủ là I0. Nếu nó được cắt đều thành n mảnh, dòng điện lý thuyết của mỗi đơn vị tế bào cắt xấp xỉ:

Icell = I0 / n

Ví dụ:

• Trong mô-đun cắt nửa, mỗi đơn vị nửa tế bào có dòng điện khoảng I0/2.

• Trong mô-đun cắt ba, mỗi đơn vị tế bào cắt ba có dòng điện khoảng I0/3.

• Trong mô-đun cắt tư, mỗi đơn vị tế bào cắt tư có dòng điện khoảng I0/4.

Tất nhiên, giá trị dòng điện thực tế cũng bị ảnh hưởng bởi chất lượng cắt laser, thụ động hóa cạnh, thiết kế ribbon, tổn thất điện trở và bố trí mô-đun. Nhưng từ nguyên lý cơ bản, dòng hoạt động của các đơn vị tế bào đa cắt thấp hơn rõ ràng so với tế bào đầy đủ.

Khi dòng điện giảm, hai lợi ích trực tiếp xuất hiện.

Tổn thất điện trở thấp hơn

Khi dòng điện giảm, tổn thất điện trở trong ribbon và các khu vực kết nối giảm đáng kể. Lấy mô-đun cắt tư làm ví dụ, trong điều kiện lý tưởng với các yếu tố khác không đổi, tổn thất điện trở của nó về mặt lý thuyết có thể giảm xuống còn một phần mười sáu so với mô-đun tế bào đầy đủ.

Tác động của che bóng cục bộ có thể được hạn chế dễ dàng hơn

Với thiết kế mạch phân đoạn hơn, sự không khớp dòng điện do bóng râm có thể được giới hạn trong một khu vực cục bộ thay vì ảnh hưởng đến một chuỗi tế bào lớn hơn.

Ví dụ, khi hai vật che bóng có cùng diện tích rơi lên một module full-cell và một module half-cut, vật che có thể che phủ 80% của một cell đầy đủ trong module full-cell. Trong module half-cut, cùng một vật che có thể được phân bố trên hai half-cell, che 30% của một half-cell và 50% của half-cell khác. Trong trường hợp này, mô hình mất cân bằng dòng điện và diện tích bị ảnh hưởng sẽ khác nhau.

Điểm mấu chốt: Thiết kế mạch nối tiếp và song song linh hoạt hơn

Thiết kế module multi-cut không chỉ đơn thuần là cắt cell thành những mảnh nhỏ hơn. Yếu tố thực sự quyết định khả năng chống che bóng là cách các cell được kết nối sau khi cắt.

Trong module full-cell truyền thống, các cell thường được kết nối nối tiếp và module được chia thành ba đoạn mạch bởi ba diode bypass. Khi một cell bị che bóng nghiêm trọng, nó có thể ảnh hưởng đến sản lượng của khoảng một phần ba diện tích toàn bộ module.

Trong module multi-cut, chuỗi cell lớn ban đầu có thể được chia thành các đơn vị phát điện nhỏ hơn thông qua thiết kế nối tiếp-song song chi tiết hơn. Các đường dẫn song song cũng cho phép phân phối dòng điện linh hoạt hơn.

Lấy module quarter-cut làm ví dụ, với bố trí mạch phù hợp, tác động của che bóng lên một cell cắt đơn lẻ có thể được giới hạn trong khoảng một phần mười hai diện tích mạch. So sánh, trong module full-cell hoặc half-cut truyền thống, che bóng ở cùng vị trí có thể ảnh hưởng đến một phần lớn hơn nhiều của sản lượng chuỗi cell.

Hình 7: Sơ đồ mạch tương đương của module full-cell, half-cut, third-cut và quarter-cut

Hình 8: Dưới cùng mức che bóng 50% của đơn vị phát điện tối thiểu, module shingled có thể duy trì công suất cao hơn

Do đó, module multi-cut có thể duy trì sản lượng tốt hơn dưới che bóng một phần bằng cách sử dụng các đoạn mạch chi tiết hơn và các đường dẫn dòng song song. Logic thiết kế cốt lõi bao gồm:

• Cắt cell thành các đơn vị phát điện nhỏ hơn

• Sử dụng kết nối nối tiếp phù hợp để đạt được điện áp module yêu cầu

• Sử dụng nhánh song song để giảm dòng điện trong mỗi nhánh

• Sử dụng diode bypass để giới hạn tổn thất công suất ở khu vực bị che bóng

• Cho phép các khu vực không bị che bóng tiếp tục phát điện nhiều nhất có thể

Hạn chế quan trọng: Multi-cut không phải lúc nào cũng tốt hơn trong mọi mẫu che bóng

Mặc dù bài viết này tập trung vào cách thiết kế mạch multi-cut có thể cải thiện khả năng chống che bóng, nhưng module multi-cut không phải lúc nào cũng có lợi thế trong mọi kịch bản che bóng.

Điểm chính được thảo luận ở trên là: khi tỷ lệ bóng che của đơn vị tế bào là như nhau, các mô-đun đa cắt thường đạt được công suất đầu ra cao hơn. Tuy nhiên, dưới cùng kích thước và hình dạng bóng, vì mỗi đơn vị tế bào cắt có diện tích nhỏ hơn, tỷ lệ bóng che của đơn vị đó thực tế có thể cao hơn. Điều này có thể khiến công suất đầu ra giảm.

Ví dụ, khi bóng che xảy ra dọc theo cạnh ngắn của mô-đun, đặc biệt là vào sáng sớm hoặc chiều muộn khi góc mặt trời thấp, bóng có thể che phủ hàng tế bào dưới cùng. Đối với mô-đun nửa cắt, hàng dưới cùng có thể chỉ bị che 70%. Nhưng đối với mô-đun một phần tư cắt, vì mỗi tế bào cắt có chiều cao ngắn hơn, cùng một bóng có thể che hoàn toàn hàng dưới cùng của các tế bào một phần tư. Điều này có thể dẫn đến sụt giảm công suất đáng kể trong phần mạch tương ứng, hoặc thậm chí làm mất khả năng đầu ra của một phần chuỗi tế bào.

Ngoài ra, các mô-đun cắt ba có thể có sự bất đối xứng trên-dưới do bố trí và thiết kế mạch. Khi cùng một diện tích hoặc hình dạng bóng xuất hiện ở các mặt khác nhau của mô-đun, tổn thất đầu ra thực tế có thể không giống nhau. Trong một số điều kiện che bóng cụ thể, mô-đun cắt ba thậm chí có thể có tổn thất công suất lớn hơn mô-đun nửa cắt.

Vì vậy, khi đánh giá tổn thất công suất do bóng che, chúng ta không thể chỉ nhìn vào diện tích bị che. Chúng ta cũng cần xem xét phân bố mạch nối tiếp-song song nội bộ thực tế, vùng bảo vệ diode bypass, hình dạng bóng và vị trí bóng.

Từ Công suất Cao đến Khả năng Phục hồi Năng lượng Cao

Khi công suất mô-đun PV tiếp tục tăng, cạnh tranh trong ngành không còn chỉ xoay quanh công suất đỉnh trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn. Đối với các nhà máy điện mặt trời thực tế, sản lượng năng lượng dài hạn và độ ổn định trong môi trường vận hành phức tạp đang trở nên quan trọng hơn.

Các mô-đun một phần tư cắt và đa cắt khác sử dụng các đơn vị tế bào nhỏ hơn, dòng điện hoạt động thấp hơn và mạch nối tiếp-song song linh hoạt hơn để giảm tác động của che bóng cục bộ lên tổng đầu ra mô-đun. Giá trị cốt lõi của chúng rất đơn giản: cục bộ hóa ảnh hưởng của bóng, giữ cho vùng không bị che hoạt động và cải thiện độ ổn định phát năng lượng trong các ứng dụng thực tế.

Trong các mái nhà thương mại và công nghiệp, mái nhà dân cư, dự án BIPV và các kịch bản khác có nguy cơ che bóng cục bộ, các mô-đun một phần tư cắt có thể trở thành một hướng kỹ thuật quan trọng để cải thiện sản lượng hệ thống và độ tin cậy vận hành.

Quan điểm của Ooitech

Là một nhà cung cấp thiết bị làm việc chặt chẽ với các dây chuyền sản xuất module năng lượng mặt trời, Ooitech nhận thấy công nghệ cắt đa tia không chỉ là sự thay đổi định dạng tế bào; đó là một thách thức kết hợp liên quan đến độ chính xác cắt laser, độ ổn định khi hàn dây, bố trí mạch và kiểm tra chất lượng. Đối với các nhà sản xuất đang cân nhắc sản phẩm cắt nửa, cắt ba, cắt tư hoặc dạng vảy, dây chuyền sản xuất phải được đánh giá cùng với kiến trúc điện của module, vì hiệu suất che bóng phụ thuộc nhiều vào cách mỗi đơn vị tế bào nhỏ được kết nối và bảo vệ. Theo quan điểm của chúng tôi, giai đoạn tiếp theo của cạnh tranh module sẽ không chỉ so sánh công suất danh định, mà còn so sánh mức độ tin cậy của module trong việc duy trì sản xuất năng lượng dưới bụi, lá cây, vật cản trên mái nhà và bóng râm góc thấp.