Modul Surya Multi-Potong: Analisis Praktis Ketahanan Terhadap Naungan

Modul Surya Multi-Potong: Mengapa Topik Ini Kembali Hangat

Mulai tahun 2025, ide modul surya "multi-potong" kembali menjadi topik hangat di industri PV. Pada pameran SNEC tahun ini, banyak produsen modul memperkenalkan desain baru seperti modul sepertiga-potong dan seperempat-potong. Tampaknya produsen tidak lagi puas dengan format setengah-potong konvensional. Industri ini mengajukan pertanyaan yang sangat praktis: berapa kali satu sel surya dapat dipotong, dan nilai nyata apa yang dihasilkannya?

Artikel ini mengulas lebih dalam tentang apa itu modul multi-potong, mengapa topik ini kembali dibahas, serta kelebihan dan keterbatasannya dalam hal ketahanan terhadap naungan.

Apa Itu Modul Surya Multi-Potong?

Modul surya "multi-potong" biasanya berarti bahwa sel surya ukuran penuh dipotong menjadi beberapa unit sel yang lebih kecil, yang kemudian dihubungkan melalui desain sirkuit seri atau paralel dan dilaminasi menjadi modul PV yang lengkap.

Format umum meliputi:

• Sel setengah-potong: satu sel penuh dipotong menjadi 2 bagian, saat ini merupakan desain mainstream

• Sel sepertiga-potong: satu sel dipotong menjadi 3 bagian

• Sel multi-potong: satu sel dipotong menjadi lebih banyak bagian kecil, seperti desain 4-potong, 5-potong, atau 6-potong

• Modul shingled: juga merupakan jenis aplikasi multi-potong khusus, dengan potongan sel yang tumpang tindih

Catatan: Diagram di atas hanya menunjukkan konsep sirkuit tipikal. Diagram tersebut tidak mewakili desain produk yang tepat dari produsen tertentu.

Mengapa Produsen Menggunakan Desain Multi-Potong

Tujuan utama dari desain multi-potong adalah untuk mengurangi arus operasi setiap unit sel dan mengoptimalkan koneksi sirkuit internal modul. Dengan demikian, modul dapat mengurangi kerugian listrik dan meningkatkan pembangkitan energi dalam kondisi dunia nyata yang rumit.

Manfaat utama meliputi:

• Arus operasi lebih rendah: Setelah sel surya dipotong menjadi unit yang lebih kecil, arus setiap sub-sel berkurang sesuai.

• Kerugian resistansi lebih rendah: Kerugian resistansi internal modul PV sebanding dengan kuadrat arus.

Ploss = I²R

Jadi ketika arus berkurang, kerugian resistansi pada pita, busbar, dan jalur konduktif internal juga menurun.

• Daya keluaran modul lebih tinggi: Dengan kerugian listrik internal yang lebih rendah, modul biasanya dapat mencapai peningkatan daya tertentu dalam kondisi uji standar.

• Risiko hot spot berkurang: Arus yang lebih rendah membantu mengurangi pemanasan di bawah naungan parsial, meningkatkan perilaku hot spot modul.

• Toleransi naungan lebih baik: Dengan desain sirkuit yang tepat, dampak naungan lokal dapat dibatasi ke area yang lebih kecil, memungkinkan area yang tidak ternaungi terus menghasilkan daya.

Desain Sirkuit: Bagaimana Naungan Lokal Mempengaruhi Keluaran Modul Surya

Sel surya secara kasar dapat dianggap sebagai sumber arus. Di bawah sinar matahari yang baik, sel menghasilkan arus. Ketika sebagian sel ternaungi, kemampuan pembangkitan dayanya menurun, dan arus keluaran juga berkurang.

Gambar 6: Efek naungan pada keluaran string sel tunggal

Dalam modul sel penuh tradisional, beberapa sel dihubungkan secara seri untuk membentuk string sel. Jika satu sel atau beberapa sel ternaungi, sel yang ternaungi akan membatasi arus keluaran seluruh string. Sederhananya, arus keluaran dari string sel yang sama biasanya ditentukan oleh sel terlemah, yang seringkali adalah sel dengan naungan terberat.

Di bawah naungan parah, sel yang ternaungi bahkan dapat menjadi bias terbalik. Alih-alih menghasilkan daya, ia menjadi beban listrik dan menghasilkan panas lokal. Ini adalah efek hot spot yang terkenal.

Untuk mengurangi risiko hot spot, modul PV biasanya dilengkapi dengan dioda bypass. Ketika satu string sel terlindungi secara serius, dioda bypass akan menghantarkan dan memungkinkan arus melewati string yang terkena dampak. Ini melindungi sel, tetapi string yang dilewati tidak dapat lagi menyumbang daya. Akibatnya, daya keluaran modul turun secara signifikan.

Oleh karena itu, ketahanan naungan suatu modul tidak hanya ditentukan oleh sel surya itu sendiri. Ini juga sangat bergantung pada desain sirkuit internal modul.

Logika Dasar Modul Multi-Potong: Membagi Arus Tinggi menjadi Arus Rendah

Modul multi-potong memotong sel standar menjadi unit sel yang lebih kecil dan kemudian menghubungkannya melalui rangkaian seri dan paralel yang sesuai. Dibandingkan dengan modul sel penuh tradisional, salah satu fitur penting dari desain multi-potong adalah bahwa setiap unit sel potong bekerja pada arus yang lebih rendah.

Asumsikan arus operasi sel penuh adalah I0. Jika dipotong secara merata menjadi n bagian, arus teoritis setiap unit sel potong kira-kira:

Isel = I0 / n

Contoh:

• Dalam modul setengah potong, setiap unit setengah sel memiliki arus sekitar I0/2.

• Dalam modul sepertiga potong, setiap unit sel sepertiga potong memiliki arus sekitar I0/3.

• Dalam modul seperempat potong, setiap unit sel seperempat potong memiliki arus sekitar I0/4.

Tentu saja, nilai arus nyata juga dipengaruhi oleh kualitas pemotongan laser, pasivasi tepi, desain pita, kerugian resistansi, dan tata letak modul. Namun dari prinsip dasar, arus operasi unit sel multi-potong jelas lebih rendah daripada sel penuh.

Ketika arus berkurang, dua manfaat langsung muncul.

Kerugian Resistansi Lebih Rendah

Ketika arus menurun, kerugian resistansi pada pita dan area interkoneksi turun secara signifikan. Mengambil modul seperempat potong sebagai contoh, dalam kondisi ideal dengan faktor lain tidak berubah, kerugian resistansinya secara teoritis dapat dikurangi menjadi seperenam belas dari modul sel penuh.

Dampak Naungan Lokal Dapat Dibatasi Lebih Mudah

Dengan desain sirkuit yang lebih tersegmentasi, ketidakcocokan arus yang disebabkan oleh naungan dapat dibatasi ke area lokal daripada mempengaruhi string sel yang lebih besar.

Misalnya, ketika dua objek peneduh dengan luas yang sama jatuh pada modul sel penuh dan modul setengah potong, objek tersebut dapat menutupi 80% dari satu sel penuh pada modul sel penuh. Pada modul setengah potong, objek yang sama dapat tersebar di dua setengah sel, menaungi 30% dari satu setengah sel dan 50% dari setengah sel lainnya. Dalam kasus ini, pola ketidakcocokan arus dan area yang terpengaruh akan berbeda.

Poin Kunci: Desain Rangkaian Seri dan Paralel yang Lebih Fleksibel

Desain modul multi-potong tidak hanya tentang memotong sel menjadi potongan yang lebih kecil. Faktor sebenarnya yang menentukan ketahanan terhadap naungan adalah bagaimana sel-sel tersebut dihubungkan setelah dipotong.

Pada modul sel penuh tradisional, sel biasanya dihubungkan secara seri, dan modul dibagi menjadi tiga bagian sirkuit oleh tiga dioda bypass. Ketika satu sel dinaungi secara serius, hal itu dapat mempengaruhi keluaran sekitar sepertiga dari seluruh area modul.

Pada modul multi-potong, rangkaian sel besar asli dapat dibagi menjadi unit pembangkit listrik yang lebih kecil melalui desain seri-paralel yang lebih detail. Jalur paralel juga memungkinkan distribusi arus yang lebih fleksibel.

Mengambil modul seperempat potong sebagai contoh, dengan tata letak sirkuit yang tepat, dampak naungan pada satu sel potong dapat dibatasi hingga sekitar seperdua belas dari area sirkuit. Sebagai perbandingan, pada modul sel penuh atau setengah potong tradisional, naungan pada posisi yang sama dapat mempengaruhi bagian yang jauh lebih besar dari keluaran rangkaian sel.

Gambar 7: Diagram rangkaian ekivalen modul sel penuh, setengah potong, sepertiga potong, dan seperempat potong

Gambar 8: Di bawah naungan 50% yang sama pada unit pembangkit listrik minimum, modul shingled dapat mempertahankan daya yang lebih tinggi

Oleh karena itu, modul multi-potong dapat mempertahankan keluaran yang lebih baik di bawah naungan parsial dengan menggunakan bagian sirkuit yang lebih detail dan jalur arus paralel. Logika desain inti meliputi:

• Memotong sel menjadi unit pembangkit listrik yang lebih kecil

• Menggunakan koneksi seri yang tepat untuk mencapai tegangan modul yang diperlukan

• Menggunakan cabang paralel untuk mengurangi arus di setiap cabang

• Menggunakan dioda bypass untuk membatasi kehilangan daya di area yang teduh

• Memungkinkan area yang tidak teduh untuk terus menghasilkan daya sebanyak mungkin

Keterbatasan Penting: Multi-Potong Tidak Selalu Lebih Baik di Setiap Pola Naungan

Meskipun artikel ini berfokus pada bagaimana desain sirkuit multi-potong dapat meningkatkan ketahanan terhadap naungan, modul multi-potong tidak selalu memiliki keunggulan dalam setiap skenario naungan.

Poin kunci yang dibahas di atas adalah: ketika proporsi bayangan pada unit sel sama, modul multi-potong sering mencapai daya keluaran yang lebih tinggi. Namun, di bawah ukuran dan bentuk bayangan yang sama, karena setiap unit sel potongan memiliki area yang lebih kecil, proporsi bayangan pada unit tersebut sebenarnya bisa menjadi lebih tinggi. Hal ini dapat menyebabkan penurunan daya keluaran.

Misalnya, ketika bayangan terjadi di sepanjang sisi pendek modul, terutama di pagi hari atau sore hari ketika sudut matahari rendah, bayangan dapat menutupi baris sel terbawah. Untuk modul setengah potong, baris terbawah mungkin hanya 70% ternaungi. Namun untuk modul seperempat potong, karena setiap sel potongan memiliki tinggi yang lebih pendek, bayangan yang sama dapat menutupi seluruh baris sel seperempat potong. Hal ini dapat menyebabkan penurunan keluaran yang signifikan pada bagian sirkuit yang sesuai, atau bahkan membuat sebagian dari string sel kehilangan kemampuan keluaran.

Selain itu, modul sepertiga potong mungkin memiliki asimetri atas-bawah karena tata letak dan desain sirkuit. Ketika area atau bentuk bayangan yang sama muncul di sisi yang berbeda dari modul, kerugian keluaran aktual mungkin tidak sama. Dalam beberapa kondisi bayangan tertentu, modul sepertiga potong bahkan dapat memiliki kerugian daya yang lebih besar daripada modul setengah potong.

Jadi, ketika mengevaluasi kerugian daya yang disebabkan oleh bayangan, kita tidak hanya dapat melihat area yang ternaungi. Kita juga perlu mempertimbangkan distribusi sirkuit seri-paralel internal yang sebenarnya, zona perlindungan dioda bypass, bentuk bayangan, dan posisi bayangan.

Dari Daya Tinggi ke Ketahanan Energi Tinggi

Seiring dengan terus meningkatnya daya modul PV, persaingan industri tidak lagi hanya tentang daya puncak dalam kondisi pengujian standar. Untuk pembangkit listrik tenaga surya nyata, hasil energi jangka panjang dan stabilitas di bawah lingkungan operasi yang kompleks menjadi lebih penting.

Modul seperempat potong dan modul multi-potong lainnya menggunakan unit sel yang lebih kecil, arus operasi yang lebih rendah, dan sirkuit seri-paralel yang lebih fleksibel untuk mengurangi dampak bayangan lokal pada total keluaran modul. Nilai intinya sederhana: melokalisasi efek bayangan, menjaga area yang tidak ternaungi tetap bekerja, dan meningkatkan stabilitas pembangkitan energi dalam aplikasi nyata.

Di atap komersial dan industri, atap perumahan, proyek BIPV, dan skenario lain dengan risiko bayangan lokal, modul seperempat potong dapat menjadi jalur teknis penting untuk meningkatkan hasil sistem dan keandalan operasional.

Pandangan Ooitech

Sebagai pemasok peralatan yang bekerja sama dengan lini produksi modul surya, Ooitech melihat teknologi multi-potong lebih dari sekadar perubahan format sel; ini adalah tantangan gabungan yang melibatkan akurasi pemotongan laser, stabilitas penyambungan, tata letak sirkuit, dan inspeksi kualitas. Bagi produsen yang mempertimbangkan produk setengah potong, sepertiga potong, seperempat potong, atau shingled, lini produksi harus dievaluasi bersama dengan arsitektur kelistrikan modul, karena kinerja naungan sangat bergantung pada bagaimana setiap unit sel kecil saling terhubung dan dilindungi. Menurut pandangan kami, tahap berikutnya dari persaingan modul tidak hanya akan membandingkan watt papan nama, tetapi juga membandingkan seberapa andal modul terus menghasilkan energi di bawah debu, daun, hambatan atap, dan bayangan sudut rendah.