Módulos Solares Multi-Corte: Uma Análise Prática da Resistência à Sombra

Módulos Solares Multicorte: Por Que o Tópico Voltou

A partir de 2025, a ideia de módulos solares "multicorte" voltou a ser destaque na indústria fotovoltaica. Na exposição SNEC deste ano, muitos fabricantes de módulos apresentaram novos designs, como módulos de terço de célula e quarto de célula. Parece que os fabricantes não estão mais satisfeitos com o formato convencional de meia célula. A indústria está fazendo uma pergunta muito prática: quantas vezes uma célula solar pode ser cortada e qual o valor real que isso traz?

Este artigo analisa mais de perto o que são módulos multicorte, por que estão sendo discutidos novamente e quais vantagens e limitações eles têm em termos de resistência ao sombreamento.

O Que É um Módulo Solar Multicorte?

Um módulo solar "multicorte" geralmente significa que uma célula solar de tamanho completo é cortada em várias unidades de células menores, que são então interconectadas através de um design de circuito em série ou paralelo e laminadas em um módulo fotovoltaico completo.

Os formatos comuns incluem:

• Células de meia célula: uma célula completa é cortada em 2 partes, atualmente o design mainstream

• Células de terço de célula: uma célula é cortada em 3 partes

• Células multicorte: uma célula é cortada em mais pedaços pequenos, como designs de 4 cortes, 5 cortes ou 6 cortes

• Módulos shingled: também um tipo especial de aplicação multicorte, com tiras de células sobrepostas

Nota: Os diagramas acima mostram apenas conceitos típicos de circuito. Eles não representam os designs exatos de produtos de fabricantes específicos.

Por Que os Fabricantes Usam Designs Multicorte

O principal objetivo do design de múltiplos cortes é reduzir a corrente operacional de cada unidade de célula e otimizar a conexão do circuito interno do módulo. Com isso, o módulo pode reduzir perdas elétricas e melhorar a geração de energia em condições reais complexas.

Os principais benefícios incluem:

• Menor corrente operacional: Após uma célula solar ser cortada em unidades menores, a corrente de cada subcélula é reduzida proporcionalmente.

• Menor perda por resistência: A perda por resistência interna de um módulo fotovoltaico é proporcional ao quadrado da corrente.

Ploss = I²R

Portanto, quando a corrente é reduzida, as perdas por resistência nos ribbons, barramentos e caminhos condutivos internos também diminuem.

• Maior potência de saída do módulo: Com menor perda elétrica interna, o módulo geralmente pode alcançar um certo ganho de potência sob condições de teste padrão.

• Risco reduzido de pontos quentes: A corrente mais baixa ajuda a reduzir o aquecimento sob sombreamento parcial, melhorando o comportamento do módulo em relação a pontos quentes.

• Melhor tolerância ao sombreamento: Com um design de circuito adequado, o impacto do sombreamento local pode ser limitado a uma área menor, permitindo que áreas não sombreadas continuem gerando energia.

Design de Circuito: Como o Sombreamento Local Afeta a Saída do Módulo Solar

Uma célula solar pode ser considerada aproximadamente como uma fonte de corrente. Sob boa luz solar, a célula gera corrente. Quando parte da célula é sombreada, sua capacidade de geração de energia diminui e a corrente de saída também reduz.

Figura 6: Efeito do sombreamento na saída de uma string de células única

Em um módulo tradicional de células inteiras, várias células são conectadas em série para formar uma string de células. Se uma ou algumas células forem sombreadas, as células sombreadas limitarão a corrente de saída de toda a string. Em palavras simples, a corrente de saída da mesma string de células é geralmente determinada pela célula mais fraca, que é frequentemente a célula com o sombreamento mais intenso.

Sob sombreamento severo, a célula sombreada pode até se tornar polarizada reversamente. Em vez de gerar energia, ela se torna uma carga elétrica e produz calor local. Este é o conhecido efeito de ponto quente.

Para reduzir o risco de pontos quentes, os módulos fotovoltaicos são normalmente equipados com diodos de bypass. Quando uma string de células está seriamente sombreada, o diodo de bypass conduz e permite que a corrente desvie da string afetada. Isso protege as células, mas a string desviada não pode mais contribuir com energia. Como resultado, a potência de saída do módulo cai significativamente.

Portanto, a resistência ao sombreamento de um módulo não é determinada apenas pela própria célula solar. Ela também depende fortemente do design do circuito interno do módulo.

A Lógica Básica dos Módulos Multi-Corte: Dividindo Alta Corrente em Corrente Menor

Um módulo multi-corte corta células padrão em unidades de células menores e as conecta através de circuitos série e paralelo adequados. Comparado com módulos tradicionais de célula inteira, uma característica importante do design multi-corte é que cada unidade de célula cortada opera com uma corrente mais baixa.

Suponha que a corrente operacional de uma célula inteira seja I0. Se ela for cortada uniformemente em n pedaços, a corrente teórica de cada unidade de célula cortada é aproximadamente:

Icell = I0 / n

Por exemplo:

• Em um módulo half-cut, cada unidade de meia-célula tem uma corrente de cerca de I0/2.

• Em um módulo third-cut, cada unidade de célula cortada em terços tem uma corrente de cerca de I0/3.

• Em um módulo quarter-cut, cada unidade de célula cortada em quartos tem uma corrente de cerca de I0/4.

Claro, os valores reais de corrente também são afetados pela qualidade do corte a laser, passivação de borda, design das fitas, perda de resistência e layout do módulo. Mas, pelo princípio básico, a corrente operacional das unidades de célula multi-corte é claramente menor do que a das células inteiras.

Quando a corrente é reduzida, dois benefícios diretos aparecem.

Menor Perda por Resistência

Quando a corrente diminui, a perda por resistência nas fitas e áreas de interconexão cai significativamente. Tomando um módulo quarter-cut como exemplo, sob condições ideais com outros fatores inalterados, sua perda por resistência pode teoricamente ser reduzida a um dezesseis avos da de um módulo de célula inteira.

O Impacto do Sombreamento Local Pode Ser Limitado Mais Facilmente

Com um design de circuito mais segmentado, a incompatibilidade de corrente causada pela sombra pode ser restrita a uma área local, em vez de afetar uma string de células maior.

Por exemplo, quando dois objetos de sombreamento da mesma área incidem sobre um módulo de célula inteira e um módulo de meia célula, o objeto pode cobrir 80% de uma célula inteira no módulo de célula inteira. No módulo de meia célula, o mesmo objeto pode ser distribuído sobre duas meias células, sombreando 30% de uma meia célula e 50% de outra. Neste caso, o padrão de incompatibilidade de corrente e a área afetada serão diferentes.

O Ponto Chave: Projeto de Circuito Série e Paralelo Mais Flexível

O design de módulo multicorte não se resume a cortar células em pedaços menores. O fator real que determina a resistência ao sombreamento é como as células são conectadas após o corte.

Em um módulo tradicional de célula inteira, as células geralmente são conectadas em série, e o módulo é dividido em três seções de circuito por três diodos de bypass. Quando uma célula é seriamente sombreada, pode afetar a saída de cerca de um terço de toda a área do módulo.

Em um módulo multicorte, a string de células grandes original pode ser dividida em unidades de geração de energia menores através de um design série-paralelo mais detalhado. Caminhos paralelos também permitem uma distribuição de corrente mais flexível.

Tomando um módulo de quarto de corte como exemplo, com um layout de circuito adequado, o impacto do sombreamento em uma única célula cortada pode ser limitado a cerca de um doze avos da área do circuito. Em comparação, em módulos tradicionais de célula inteira ou meia célula, o sombreamento na mesma posição pode influenciar uma parte muito maior da saída da string de células.

Figura 7: Diagramas de circuito equivalente de módulos de célula inteira, meia célula, terço de corte e quarto de corte

Figura 8: Sob o mesmo sombreamento de 50% da unidade mínima de geração de energia, módulos shingled podem manter maior potência

Portanto, módulos multicorte podem manter melhor saída sob sombreamento parcial usando seções de circuito mais detalhadas e caminhos de corrente paralelos. A lógica central do design inclui:

• Cortar células em unidades de geração de energia menores

• Usar conexão série adequada para atingir a tensão necessária do módulo

• Usar ramos paralelos para reduzir a corrente em cada ramo

• Usar diodos de bypass para limitar a perda de potência em áreas sombreadas

• Permitir que áreas não sombreadas continuem gerando energia o máximo possível

Limitações Importantes: Multicorte Nem Sempre é Melhor em Todos os Padrões de Sombreamento

Embora este artigo se concentre em como o design de circuito multicorte pode melhorar a resistência ao sombreamento, módulos multicorte nem sempre têm vantagem em todos os cenários de sombreamento.

O ponto-chave discutido acima é este: quando a proporção sombreada da unidade de célula é a mesma, módulos multi-corte frequentemente alcançam maior potência de saída. No entanto, sob o mesmo tamanho e forma de sombra, como cada unidade de célula cortada tem uma área menor, a proporção sombreada dessa unidade pode realmente se tornar maior. Isso pode fazer com que a potência de saída caia.

Por exemplo, quando o sombreamento ocorre ao longo do lado curto de um módulo, especialmente no início da manhã ou no final da tarde, quando o ângulo do sol é baixo, a sombra pode cobrir a fileira inferior de células. Para um módulo half-cut, a fileira inferior pode estar apenas 70% sombreada. Mas para um módulo quarter-cut, como cada célula cortada é mais curta em altura, a mesma sombra pode cobrir completamente a fileira inferior de células quarter-cut. Isso pode levar a uma queda significativa na saída da seção de circuito correspondente, ou até mesmo fazer com que parte da string de células perca a capacidade de saída.

Além disso, módulos third-cut podem ter assimetria topo-base devido ao layout e design do circuito. Quando a mesma área ou forma de sombra aparece em lados diferentes do módulo, a perda real de saída pode não ser a mesma. Em algumas condições específicas de sombreamento, um módulo third-cut pode até ter maior perda de potência do que um módulo half-cut.

Portanto, ao avaliar a perda de potência causada pela sombra, não podemos olhar apenas para a área sombreada. Também precisamos considerar a distribuição real do circuito série-paralelo interno, as zonas de proteção do diodo de bypass, a forma da sombra e a posição da sombra.

De Alta Potência a Alta Resiliência Energética

À medida que a potência dos módulos fotovoltaicos continua a aumentar, a concorrência da indústria não é mais apenas sobre potência de pico em condições de teste padrão. Para usinas solares reais, o rendimento energético de longo prazo e a estabilidade em ambientes operacionais complexos estão se tornando mais importantes.

Módulos quarter-cut e outros módulos multi-corte usam unidades de célula menores, corrente operacional mais baixa e circuitos série-paralelo mais flexíveis para reduzir o impacto do sombreamento local na saída total do módulo. Seu valor central é simples: localizar o efeito da sombra, manter a área não sombreada funcionando e melhorar a estabilidade da geração de energia em aplicações reais.

Em telhados comerciais e industriais, telhados residenciais, projetos BIPV e outros cenários com risco de sombreamento local, os módulos quarter-cut podem se tornar uma importante rota técnica para melhorar o rendimento do sistema e a confiabilidade operacional.

Visão da Ooitech

Como fornecedor de equipamentos que trabalha em estreita colaboração com linhas de fabricação de módulos solares, a Ooitech vê a tecnologia de multicorte como mais do que uma mudança no formato das células; é um desafio combinado que envolve precisão de corte a laser, estabilidade de interconexão, layout de circuito e inspeção de qualidade. Para fabricantes que consideram produtos de meia célula, terço de célula, quarto de célula ou shingled, a linha de produção deve ser avaliada em conjunto com a arquitetura elétrica do módulo, pois o desempenho em sombreamento depende fortemente de como cada pequena unidade de célula é interconectada e protegida. Em nossa opinião, o próximo estágio da competição de módulos não comparará apenas a potência nominal, mas também a confiabilidade com que um módulo continua gerando energia sob poeira, folhas, obstáculos no telhado e sombras de baixo ângulo.