Indice
- Che cosa sono i moduli fotovoltaici multi-cut?
- Perché i moduli ad alta potenza richiedono una gestione della corrente più precisa?
- Perché l’ombreggiamento parziale può influenzare la potenza dell’intero modulo?
- In che modo i circuiti multi-cut migliorano la risposta all’ombreggiamento?
- Quali sono le differenze tra i diversi design di suddivisione delle celle?
- Una maggiore segmentazione è sempre migliore?
- Quali fattori considerare nella scelta di un modulo multi-cut?
- Conclusione: il valore del design multi-cut sta nella stabilità della produzione reale.
Negli ultimi anni, i moduli half-cut sono diventati una delle soluzioni più diffuse nel mercato fotovoltaico. Rispetto ai tradizionali moduli a celle intere, la tecnologia half-cut riduce la corrente operativa di ogni unità cellulare, diminuisce le perdite resistive interne e migliora, in una certa misura, la gestione termica e la risposta all’ombreggiamento parziale.
Tuttavia, con lo sviluppo continuo delle celle di tipo N, dei wafer di dimensioni maggiori e dei moduli ad alta potenza, la competizione tra moduli fotovoltaici non si limita più alla sola potenza nominale misurata in condizioni standard di test. I percorsi interni della corrente, le perdite termiche, la risposta all’ombreggiamento e la stabilità operativa nel lungo periodo stanno diventando fattori sempre più importanti per la produzione energetica reale.
In questo contesto, design cellulari più segmentati, come le celle tagliate in tre parti o in quattro parti, stanno attirando sempre maggiore attenzione.
Il concetto di “multi-cut” non indica semplicemente il taglio delle celle solari in parti più piccole. Il suo vero obiettivo è riorganizzare i percorsi interni della corrente del modulo attraverso unità cellulari più segmentate e design circuitali più flessibili. In questo modo, il modulo può mantenere una produzione più stabile in condizioni di alta temperatura, ombreggiamento parziale e configurazioni di tetto complesse.
1. Che cosa sono i moduli fotovoltaici multi-cut?
I moduli fotovoltaici multi-cut sono moduli in cui le celle solari intere vengono tagliate in unità cellulari più piccole e poi collegate tramite design di interconnessione in serie, in parallelo o ibridi.
I formati multi-cut più comuni includono:
Moduli half-cut: la cella intera viene tagliata in due parti. È oggi una tecnologia matura e ampiamente utilizzata.
Moduli con celle tagliate in tre parti: la cella intera viene divisa in tre sezioni per ridurre ulteriormente la corrente operativa di ogni unità cellulare.
Moduli con celle tagliate in quattro parti e segmentazioni superiori: le unità cellulari vengono ulteriormente suddivise per ottenere una segmentazione circuitale più complessa.
Moduli shingled: una soluzione speciale basata su segmentazione ad alta densità e interconnessione delle celle.
A prima vista, la tecnologia multi-cut sembra modificare soltanto il modo in cui le celle vengono tagliate. Tuttavia, dal punto di vista del funzionamento del modulo, essa modifica la distribuzione interna della corrente, i percorsi di interconnessione e la risposta all’ombreggiamento.
Nei tradizionali moduli a celle intere, ogni cella trasporta una corrente operativa relativamente elevata. Con l’aumento delle dimensioni delle celle e della potenza del modulo, la gestione della corrente diventa sempre più importante. È proprio in questo contesto che nasce il design multi-cut: dividendo unità di generazione più grandi in celle più piccole, è possibile ridurre la corrente della singola unità e creare maggiore spazio per design circuitali più flessibili.
2. Perché i moduli ad alta potenza richiedono una gestione della corrente più precisa?
La tecnologia multi-cut sta ricevendo sempre più attenzione perché i moduli ad alta potenza devono gestire in modo più preciso la corrente interna, le perdite termiche e i percorsi di interconnessione.
All’interno di un modulo fotovoltaico, ribbon, aree di interconnessione e percorsi conduttivi generano una certa perdita resistiva. Questa perdita è legata al quadrato della corrente e può essere compresa con la seguente formula:
P_loss = I²R
Dove I rappresenta la corrente e R rappresenta la resistenza.
Questo significa che, a parità di condizioni, maggiore è la corrente operativa, più evidenti diventano le perdite resistive interne e il riscaldamento locale. Tagliando le celle solari intere in unità più piccole, è possibile ridurre la corrente operativa di ogni unità, contribuendo così a diminuire una parte delle perdite interne.
In condizioni ideali:
la corrente di una cella half-cut è circa 1/2 della corrente di una cella intera;
la corrente di una cella tagliata in tre parti è circa 1/3 della corrente di una cella intera;
la corrente di una cella tagliata in quattro parti è circa 1/4 della corrente di una cella intera.
Secondo la formula, la riduzione della corrente può ridurre le perdite resistive in modo proporzionale al quadrato. Tuttavia, nei moduli fotovoltaici reali, le prestazioni finali non dipendono solo dalla suddivisione matematica della cella. Qualità del taglio, passivazione dei bordi, design dei ribbon, struttura serie-parallelo, segmentazione dei diodi di bypass e affidabilità dell’incapsulamento influenzano tutti la produzione effettiva del modulo.
Per questo motivo, la tecnologia multi-cut non è soltanto una tecnica di taglio della cella, ma un approccio di design circuitale basato sulla riduzione della corrente, sulla diminuzione delle perdite e sul miglioramento dell’affidabilità nel lungo periodo.
3. Perché l’ombreggiamento parziale può influenzare la potenza dell’intero modulo?
L’ombreggiamento parziale può influenzare la potenza del modulo perché, in un circuito in serie, la corrente è generalmente limitata dalla cella con la corrente più bassa.
Le celle all’interno di un modulo fotovoltaico non funzionano in modo completamente indipendente. Sono collegate in serie o tramite configurazioni serie-parallelo, formando stringhe di celle. Quando una cella o una determinata area viene ombreggiata, la sua capacità di generare energia e la sua corrente in uscita diminuiscono.
In un circuito in serie, la corrente dell’intera stringa è normalmente determinata dalla cella con la corrente più bassa. In altre parole, un’ombra locale non influisce solo sull’area ombreggiata, ma può ridurre anche la potenza in uscita dell’intera stringa di celle.
In caso di ombreggiamento severo, la cella ombreggiata può entrare in polarizzazione inversa, trasformandosi da unità di generazione a carico elettrico. Questo può causare un riscaldamento locale, comunemente chiamato effetto hotspot.
Per ridurre il rischio di hotspot, i moduli sono generalmente dotati di diodi di bypass. Quando una stringa di celle è fortemente ombreggiata, i diodi di bypass consentono alla corrente di aggirare l’area interessata, proteggendo così le celle. Tuttavia, la parte bypassata non può più fornire potenza, quindi la potenza complessiva del modulo continua a diminuire.
Di conseguenza, le prestazioni in condizioni di ombreggiamento non dipendono solo dalla cella stessa, ma sono influenzate in modo significativo dal design circuitale interno, dalla segmentazione dei diodi di bypass e dalla disposizione delle stringhe di celle.
4. In che modo i circuiti multi-cut migliorano la risposta all’ombreggiamento?
Il design multi-cut può ridurre gli effetti secondari dell’ombreggiamento locale utilizzando unità cellulari e aree circuitali più segmentate.
Nelle strutture tradizionali, celle e stringhe di celle sono suddivise in aree relativamente grandi. Per questo motivo, un’ombra locale può influenzare una porzione più ampia della produzione circuitale. Il design multi-cut divide le unità cellulari più grandi in unità di generazione più piccole e adotta strutture serie-parallelo più raffinate, rendendo più semplice limitare il mismatch di corrente locale a un’area più ridotta.
Attraverso un design circuitale accurato, i moduli multi-cut possono contribuire a:
ridurre la corrente operativa di ogni unità cellulare;
- diminuire le perdite resistive nei percorsi di interconnessione;
- ridurre lo stress termico locale;
- limitare le perdite secondarie causate dall’ombreggiamento locale;
- permettere alle aree non ombreggiate di continuare a produrre energia per quanto possibile.
- Questo è uno dei motivi per cui il design multi-cut è sempre più considerato nelle applicazioni su tetti complessi.
Nei progetti reali, l’ombra è spesso irregolare. Camini, alberi, parapetti, sistemi di ventilazione, lucernari ed edifici vicini possono generare ombre di forme e direzioni diverse. Alcune ombre sono localizzate, altre sono orizzontali, altre ancora si spostano con il variare dell’angolo solare.
Pertanto, la tecnologia multi-cut può migliorare la risposta all’ombreggiamento solo quando il design circuitale interno è coerente con lo scenario di ombreggiamento effettivo. Non può eliminare l’ombra, né garantire le migliori prestazioni in tutte le condizioni di ombreggiamento. Offre però una base di progettazione più flessibile per ridurre la diffusione delle perdite da mismatch locale.
5. Quali sono le differenze tra i diversi design di suddivisione delle celle?
I diversi design di segmentazione non possono essere classificati semplicemente come migliori o peggiori. Rappresentano invece diversi compromessi tra gestione della corrente, processo di incapsulamento e idoneità applicativa.
La tabella seguente confronta le strutture di modulo più comuni in termini di principali modifiche progettuali, funzioni e aspetti da considerare:Tipo di designModifica principaleFunzione principaleAspetti da considerareModulo a celle intereLe celle non vengono tagliateStruttura semplice, ampiamente utilizzata nei primi design di moduloCorrente più elevata per singola cella; l’ombreggiamento locale può influenzare un’area più ampiaModulo half-cutLe celle vengono tagliate in due partiRiduzione della corrente unitaria e di una parte delle perdite resistiveTecnologia matura, ma con spazio di differenziazione limitatoModulo con celle tagliate in tre partiLe celle vengono tagliate in tre partiUlteriore riduzione della corrente della singola unità, miglioramento delle perdite termiche e della risposta localeRichiede un design circuitale più preciso e una maggiore coerenza produttivaModulo con celle tagliate in quattro parti e segmentazioni superioriLe unità cellulari vengono ulteriormente suddiviseSegmentazione circuitale più fine e maggiore flessibilità di designInterconnessione, incapsulamento e verifica dell’affidabilità più complessiModulo shingledSegmentazione e interconnessione speciale ad alta densitàMaggiore densità di impacchettamento e potenziali vantaggi in alcuni scenari di ombreggiamentoÈ una tecnologia distinta e non dovrebbe essere confrontata in modo semplificato
Da questo punto di vista, il modulo multi-cut non è una singola tecnologia, ma un insieme di soluzioni strutturali sviluppate intorno a corrente, perdite, ombreggiamento e affidabilità.
Anche quando produttori diversi adottano metodi di segmentazione simili, il design circuitale effettivo può essere diverso. La capacità di un modulo di rispondere meglio all’ombreggiamento locale non dipende solo dal numero di parti in cui viene tagliata ogni cella, ma anche dalla disposizione delle stringhe di celle, dal design dei percorsi paralleli, dalla segmentazione dei diodi di bypass e dalla stabilità del processo di incapsulamento.
6. Una maggiore segmentazione è sempre migliore?
Un maggior numero di segmenti circuitali non significa necessariamente prestazioni migliori. Il punto chiave è se il design circuitale è razionale e se affidabilità e costi possono rimanere sotto controllo.
Quando le celle vengono divise in unità più piccole, la corrente operativa di ogni unità diminuisce. In teoria, questo aiuta a ridurre le perdite resistive e il riscaldamento locale. Allo stesso tempo, però, aumentano anche il numero di bordi di taglio, percorsi di interconnessione, punti di saldatura e strutture di incapsulamento. Ciò impone requisiti più elevati in termini di coerenza produttiva e affidabilità nel lungo periodo.
Se i bordi di taglio non vengono lavorati correttamente, possono aumentare i rischi di ricombinazione ai bordi, microcricche o degrado prestazionale nel lungo periodo. Se la struttura di interconnessione è troppo complessa, diventa anche più difficile garantire la coerenza produttiva e verificare l’affidabilità a lungo termine.
Inoltre, forme di ombra diverse possono portare a risultati diversi. In condizioni di basso angolo solare, ombre locali, orizzontali, verticali e ai bordi influenzano le aree circuitali del modulo in modi differenti. Un design di segmentazione che funziona bene in un determinato schema di ombreggiamento potrebbe non offrire lo stesso vantaggio in tutte le condizioni.
La vera domanda, quindi, non è “quante volte può essere tagliata una cella?”, ma se il modulo riesce a trovare un equilibrio ragionevole tra bassa corrente, basse perdite, affidabilità, costi e scenario applicativo.
7. Quali fattori considerare nella scelta di un modulo multi-cut?
Quando si sceglie un modulo multi-cut, non basta considerare solo il numero di tagli della cella. È necessario valutare anche design circuitale, condizioni di ombreggiamento, modalità di installazione e affidabilità nel lungo periodo.
Prima di tutto, occorre analizzare il design circuitale interno del modulo. Anche se due moduli adottano entrambi un design half-cut, con celle tagliate in tre parti o un’altra soluzione multi-cut, il layout delle stringhe di celle, i percorsi paralleli e le aree protette dai diodi di bypass possono essere diversi. Questi dettagli spesso determinano le prestazioni in condizioni di ombreggiamento.
In secondo luogo, bisogna considerare lo scenario del progetto. Se il tetto è privo di ombre, ha un orientamento uniforme e buone condizioni di installazione, le differenze tra le varie strutture segmentate potrebbero non essere molto evidenti. Tuttavia, se il progetto presenta camini, ombre di alberi, parapetti, ombre generate da apparecchiature o condizioni di esercizio ad alta temperatura, la bassa corrente e la capacità di risposta locale del design segmentato diventano più importanti.
Terzo, l’affidabilità del modulo è fondamentale. Maggiore è la segmentazione, maggiore è il numero di bordi di taglio e aree di interconnessione. Per questo motivo, qualità del taglio, passivazione dei bordi, processo di incapsulamento, uniformità della saldatura e resistenza agli agenti atmosferici nel lungo periodo sono aspetti molto importanti.
Infine, va considerato anche il design del sistema. Orientamento dei moduli, configurazione delle stringhe, compatibilità con l’inverter, durata dell’ombreggiamento e condizioni di manutenzione influenzano la produzione finale. I moduli multi-cut possono contribuire a migliorare alcuni problemi operativi, ma non sostituiscono una progettazione di sistema corretta.
Per tetti commerciali e industriali, tetti residenziali complessi, progetti BIPV o applicazioni con rischio di ombreggiamento parziale, il vero focus non dovrebbe essere solo la potenza di picco in condizioni standard di test, ma la stabilità energetica nel lungo periodo in condizioni reali di funzionamento.
8. Conclusione: il valore del design multi-cut sta nella stabilità della produzione reale
Dalle celle half-cut alle celle multi-cut, l’evoluzione dei moduli fotovoltaici si sta spostando dalla semplice attenzione alla potenza nominale verso una produzione più stabile in condizioni operative reali.
Il valore principale della tecnologia multi-cut non consiste nel dimostrare quanto finemente possa essere divisa una cella. Sta invece nella capacità di ridurre le perdite interne, migliorare la gestione termica e aumentare la stabilità della produzione in condizioni di ombreggiamento parziale attraverso correnti più basse, circuiti più segmentati e design di interconnessione più razionali.
Con la crescente diffusione dei moduli ad alta potenza, i percorsi interni della corrente e la segmentazione circuitale avranno un impatto sempre maggiore sulle prestazioni di lungo periodo del sistema. Per tetti complessi, ambienti ad alta temperatura e applicazioni con rischio di ombreggiamento parziale, una produzione energetica stabile è spesso più importante della sola potenza nominale.
Pertanto, quando si parla di moduli multi-cut, la domanda più importante non è quante volte possa essere tagliata una cella, ma se il design circuitale possa aiutare il modulo a produrre energia in modo più stabile e affidabile nelle condizioni reali.
FAQ
1. Che cosa sono i moduli fotovoltaici multi-cut?
I moduli fotovoltaici multi-cut sono moduli in cui le celle intere vengono tagliate in unità più piccole e poi collegate tramite interconnessioni in serie, in parallelo o ibride. Le forme più comuni includono moduli half-cut, con celle tagliate in tre parti, in quattro parti e moduli shingled.
2. A che cosa serve il design multi-cut?
Può ridurre la corrente operativa di ogni singola unità cellulare, contribuendo a diminuire una parte delle perdite resistive e del riscaldamento locale. Per i moduli ad alta potenza, una gestione più precisa della corrente aiuta a migliorare la stabilità operativa nel lungo periodo.
3. I moduli multi-cut possono migliorare gli effetti dell’ombreggiamento?
Sì, in una certa misura. Attraverso aree circuitali più segmentate, il design multi-cut può limitare il mismatch di corrente causato dall’ombreggiamento locale a una zona più ridotta, permettendo alle aree non ombreggiate di continuare a produrre energia per quanto possibile.
4. Più una cella viene tagliata, meglio è?
Non necessariamente. Una maggiore segmentazione comporta interconnessioni più complesse, più bordi di taglio e requisiti di incapsulamento più elevati. Se il design circuitale o la coerenza produttiva non sono adeguati, l’affidabilità nel lungo periodo potrebbe essere compromessa.
5. Che cosa bisogna considerare nella scelta di un modulo multi-cut?
È importante valutare design circuitale, risposta all’ombreggiamento, qualità dell’incapsulamento, affidabilità del modulo e scenario di installazione reale. Per tetti complessi, ambienti ad alta temperatura o progetti con rischio di ombreggiamento parziale, la capacità del design multi-cut di garantire una produzione stabile è particolarmente rilevante.
Maysun Solar fornisce al mercato europeo moduli fotovoltaici basati su tecnologie IBC, TOPCon e HJT. In base alle condizioni di mercato e alle esigenze del progetto, Maysun Solar può supportare i partner nella scelta mirata del tipo di modulo e della configurazione di sistema più adatti.
Riferimenti
1. Fraunhofer ISE, Techno-Eco
nomic Analysis of Half Cell Modules – The Impact of Half Cells on Module Power and Costs.
https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/de/documents/publications/conference-paper/36-eupvsec-2019/Mittag_4AV120.pdf.
2. Fraunhofer CSP / IMWS, Reduced Shading Effect on Half-Cell Modules – Measurement and Simulation.
https://publica.fraunhofer.de/entities/publication/19a6c151-450a-4100-955c-c6ec63f84360.
3. Fraunhofer, A Comprehensive Study of Module Layouts for Silicon Solar Cells Under Partial Shading.
https://publica.fraunhofer.de/bitstreams/3b85b226-12c0-45e5-8ce2-693c666bed55/download.
4. NREL, Partially Shaded Operation of a Grid-Tied PV System.
https://docs.nrel.gov/docs/fy09osti/46001.pdf.
5. EPJ Photovoltaics, Challenges and Advantages of Cut Solar Cells for Shingling and Half-Cell Modules.
https://www.epj-pv.org/articles/epjpv/full_html/2024/01/pv230065/pv230065.html.
6. VDMA / ITRPV, International Technology Roadmap for Photovoltaics 2025.
https://www.vdma.eu/de/international-technology-roadmap-photovoltaic.
7. Scientific Reports, Performance Analysis of Partially Shaded High-Efficiency Mono PERC / Mono Crystalline PV Module under Indoor and Environmental Conditions.
https://www.nature.com/articles/s41598-024-72502-z.
Letture consigliate
2. L’era dei limiti di capacità della rete in Europa: perché i pannelli solari ad alta efficienza saranno più importanti nel 2026