Módulos Solares Multicorte: Por Qué el Tema Vuelve a Estar de Moda

A partir de 2025, la idea de los módulos solares "multicorte" ha vuelto a ser tendencia en la industria fotovoltaica. En la exposición SNEC de este año, muchos fabricantes de módulos presentaron nuevos diseños como módulos de tercer corte y cuarto corte. Parece que los fabricantes ya no se conforman con el formato convencional de medio corte. La industria se pregunta una cuestión muy práctica: ¿cuántas veces se puede cortar una célula solar y qué valor real aporta?

Este artículo analiza en detalle qué son los módulos multicorte, por qué se están discutiendo nuevamente y qué ventajas y limitaciones tienen en términos de resistencia al sombreado.

¿Qué es un Módulo Solar Multicorte?

Un módulo solar "multicorte" generalmente significa que una célula solar de tamaño completo se corta en varias unidades de célula más pequeñas, que luego se interconectan mediante un diseño de circuito en serie o paralelo y se laminan en un módulo fotovoltaico completo.

Los formatos comunes incluyen:

• Células de medio corte: una célula completa se corta en 2 piezas, actualmente el diseño dominante

• Células de tercer corte: una célula se corta en 3 piezas

• Células multicorte: una célula se corta en más piezas pequeñas, como diseños de 4, 5 o 6 cortes

• Módulos de tejas: también un tipo especial de aplicación multicorte, con tiras de células superpuestas

Nota: Los diagramas anteriores solo muestran conceptos de circuito típicos. No representan los diseños exactos de productos de fabricantes específicos.

Por Qué los Fabricantes Usan Diseños Multicorte

El propósito principal del diseño de múltiples cortes es reducir la corriente operativa de cada unidad de celda y optimizar la conexión del circuito interno del módulo. Al hacerlo, el módulo puede reducir las pérdidas eléctricas y mejorar la generación de energía en condiciones reales complicadas.

Los principales beneficios incluyen:

• Menor corriente operativa: Después de cortar una celda solar en unidades más pequeñas, la corriente de cada subcelda se reduce en consecuencia.

• Menor pérdida por resistencia: La pérdida por resistencia interna de un módulo fotovoltaico es proporcional al cuadrado de la corriente.

Ploss = I²R

Por lo tanto, cuando se reduce la corriente, las pérdidas por resistencia en cintas, barras colectoras y caminos conductivos internos también disminuyen.

• Mayor potencia de salida del módulo: Con menores pérdidas eléctricas internas, el módulo generalmente puede lograr un cierto aumento de potencia en condiciones de prueba estándar.

• Riesgo reducido de puntos calientes: Una corriente más baja ayuda a reducir el calentamiento bajo sombreado parcial, mejorando el comportamiento del módulo frente a puntos calientes.

• Mejor tolerancia al sombreado: Con un diseño de circuito adecuado, el impacto del sombreado local puede limitarse a un área más pequeña, permitiendo que las áreas no sombreadas continúen generando energía.

Diseño del Circuito: Cómo el Sombreado Local Afecta la Salida del Módulo Solar

Una celda solar puede considerarse aproximadamente como una fuente de corriente. Bajo buena luz solar, la celda genera corriente. Cuando parte de la celda está sombreada, su capacidad de generación de energía disminuye y la corriente de salida también se reduce.

Figura 6: Efecto del sombreado en la salida de una cadena de celdas individuales

En un módulo tradicional de celdas completas, múltiples celdas se conectan en serie para formar una cadena de celdas. Si una celda, o algunas celdas, están sombreadas, las celdas sombreadas limitarán la corriente de salida de toda la cadena. En palabras simples, la corriente de salida de la misma cadena de celdas generalmente está determinada por la celda más débil, que a menudo es la celda con el sombreado más intenso.

Bajo sombreado severo, la celda sombreada puede incluso polarizarse inversamente. En lugar de generar energía, se convierte en una carga eléctrica y produce calor local. Este es el conocido efecto de punto caliente.

Para reducir el riesgo de puntos calientes, los módulos fotovoltaicos suelen estar equipados con diodos de bypass. Cuando una cadena de celdas está seriamente sombreada, el diodo de bypass conduce y permite que la corriente evite la cadena afectada. Esto protege las celdas, pero la cadena derivada ya no puede contribuir con energía. Como resultado, la potencia de salida del módulo disminuye significativamente.

Por lo tanto, la resistencia al sombreado de un módulo no solo está determinada por la celda solar en sí. También depende en gran medida del diseño del circuito interno del módulo.

La lógica básica de los módulos multicorte: dividir la corriente alta en corriente más baja

Un módulo multicorte corta las celdas estándar en unidades de celda más pequeñas y luego las conecta mediante circuitos en serie y paralelo adecuados. En comparación con los módulos tradicionales de celda completa, una característica importante del diseño multicorte es que cada unidad de celda cortada funciona con una corriente más baja.

Suponga que la corriente de operación de una celda completa es I0. Si se corta uniformemente en n piezas, la corriente teórica de cada unidad de celda cortada es aproximadamente:

Icelda = I0 / n

Por ejemplo:

• En un módulo de media celda, cada unidad de media celda tiene una corriente de aproximadamente I0/2.

• En un módulo de tercio de celda, cada unidad de celda cortada en tercios tiene una corriente de aproximadamente I0/3.

• En un módulo de cuarto de celda, cada unidad de celda cortada en cuartos tiene una corriente de aproximadamente I0/4.

Por supuesto, los valores reales de corriente también se ven afectados por la calidad del corte láser, la pasivación de bordes, el diseño de las cintas, la pérdida por resistencia y la disposición del módulo. Pero desde el principio básico, la corriente de operación de las unidades de celda multicorte es claramente menor que la de las celdas completas.

Cuando se reduce la corriente, aparecen dos beneficios directos.

Menor pérdida por resistencia

Cuando la corriente disminuye, la pérdida por resistencia en las cintas y las áreas de interconexión se reduce significativamente. Tomando como ejemplo un módulo de cuarto de celda, en condiciones ideales con otros factores sin cambios, su pérdida por resistencia podría reducirse teóricamente a una dieciseisava parte de la de un módulo de celda completa.

El impacto del sombreado local puede limitarse más fácilmente

Con un diseño de circuito más segmentado, el desajuste de corriente causado por la sombra puede restringirse a un área local en lugar de afectar a una cadena de celdas más grande.

Por ejemplo, cuando dos objetos de sombreado de la misma área caen sobre un módulo de celda completa y un módulo de media celda, el objeto puede cubrir el 80% de una celda completa en el módulo de celda completa. En el módulo de media celda, el mismo objeto puede distribuirse sobre dos medias celdas, sombreando el 30% de una media celda y el 50% de otra. En este caso, el patrón de desajuste de corriente y el área afectada serán diferentes.

El Punto Clave: Diseño de Circuito Serie y Paralelo Más Flexible

El diseño de módulo multicorte no se trata solo de cortar celdas en piezas más pequeñas. El factor real que determina la resistencia al sombreado es cómo se conectan las celdas después del corte.

En un módulo tradicional de celda completa, las celdas generalmente se conectan en serie, y el módulo se divide en tres secciones de circuito mediante tres diodos de derivación. Cuando una celda está seriamente sombreada, puede afectar la salida de aproximadamente un tercio del área total del módulo.

En un módulo multicorte, la cadena de celdas grandes original se puede dividir en unidades de generación de energía más pequeñas mediante un diseño serie-paralelo más detallado. Los caminos paralelos también permiten una distribución de corriente más flexible.

Tomando un módulo de cuarto de corte como ejemplo, con un diseño de circuito adecuado, el impacto del sombreado en una sola celda cortada puede limitarse a aproximadamente una doceava parte del área del circuito. En comparación, en módulos tradicionales de celda completa o media celda, el sombreado en la misma posición puede influir en una parte mucho mayor de la salida de la cadena de celdas.

Figura 7: Diagramas de circuito equivalente de módulos de celda completa, media celda, tercio de corte y cuarto de corte

Figura 8: Bajo el mismo 50% de sombreado de la unidad de generación de energía mínima, los módulos en tejas pueden mantener una potencia más alta

Por lo tanto, los módulos multicorte pueden mantener una mejor salida bajo sombreado parcial mediante el uso de secciones de circuito más detalladas y caminos de corriente paralelos. La lógica de diseño central incluye:

• Cortar las celdas en unidades de generación de energía más pequeñas

• Usar una conexión en serie adecuada para lograr el voltaje requerido del módulo

• Usar ramas en paralelo para reducir la corriente en cada rama

• Usar diodos de derivación para limitar la pérdida de potencia en áreas sombreadas

• Permitir que las áreas no sombreadas continúen generando energía tanto como sea posible

Limitaciones Importantes: El Multicorte No Siempre es Mejor Bajo Cada Patrón de Sombreado

Aunque este artículo se centra en cómo el diseño de circuito multicorte puede mejorar la resistencia al sombreado, los módulos multicorte no siempre tienen una ventaja en cada escenario de sombreado.

El punto clave discutido anteriormente es este: cuando la proporción sombreada de la unidad de celda es la misma, los módulos multicorte a menudo logran una mayor potencia de salida. Sin embargo, bajo el mismo tamaño y forma de sombra, debido a que cada unidad de celda cortada tiene un área más pequeña, la proporción sombreada de esa unidad puede ser realmente mayor. Esto puede provocar una caída en la potencia de salida.

Por ejemplo, cuando ocurre sombreado a lo largo del lado corto de un módulo, especialmente al amanecer o al atardecer cuando el ángulo del sol es bajo, la sombra puede cubrir la fila inferior de celdas. Para un módulo de medio corte, la fila inferior puede estar solo un 70% sombreada. Pero para un módulo de cuarto de corte, debido a que cada celda cortada tiene una altura más pequeña, la misma sombra puede cubrir completamente la fila inferior de celdas de cuarto de corte. Esto puede provocar una caída significativa en la salida de la sección del circuito correspondiente, o incluso hacer que parte de la cadena de celdas pierda capacidad de salida.

Además, los módulos de tercio de corte pueden tener asimetría superior-inferior debido al diseño y la disposición del circuito. Cuando la misma área o forma de sombra aparece en diferentes lados del módulo, la pérdida real de salida puede no ser la misma. En algunas condiciones específicas de sombreado, un módulo de tercio de corte puede incluso tener una mayor pérdida de potencia que un módulo de medio corte.

Por lo tanto, al evaluar la pérdida de potencia causada por la sombra, no podemos mirar solo el área sombreada. También debemos considerar la distribución real del circuito interno en serie-paralelo, las zonas de protección del diodo de derivación, la forma de la sombra y la posición de la sombra.

De Alta Potencia a Alta Resiliencia Energética

A medida que la potencia de los módulos fotovoltaicos continúa aumentando, la competencia en la industria ya no se trata solo de la potencia máxima en condiciones de prueba estándar. Para las plantas solares reales, el rendimiento energético a largo plazo y la estabilidad en entornos operativos complejos se están volviendo más importantes.

Los módulos de cuarto de corte y otros módulos multicorte utilizan unidades de celda más pequeñas, corriente de operación más baja y circuitos serie-paralelo más flexibles para reducir el impacto del sombreado local en la salida total del módulo. Su valor central es simple: localizar el efecto de la sombra, mantener el área no sombreada funcionando y mejorar la estabilidad de la generación de energía en aplicaciones reales.

En techos comerciales e industriales, techos residenciales, proyectos BIPV y otros escenarios con riesgo de sombreado local, los módulos de cuarto de corte pueden convertirse en una ruta técnica importante para mejorar el rendimiento del sistema y la confiabilidad operativa.

Opinión de Ooitech

Como proveedor de equipos que trabaja estrechamente con líneas de fabricación de módulos solares, Ooitech ve la tecnología de multicorte como algo más que un cambio en el formato de las celdas; es un desafío combinado que involucra la precisión del corte láser, la estabilidad del entramado, el diseño del circuito y la inspección de calidad. Para los fabricantes que consideran productos de medio corte, tercer corte, cuarto corte o en escamas, la línea de producción debe evaluarse junto con la arquitectura eléctrica del módulo, porque el rendimiento bajo sombreado depende en gran medida de cómo se interconecta y protege cada pequeña unidad de celda. En nuestra opinión, la próxima etapa de competencia de módulos no solo comparará la potencia nominal, sino también la fiabilidad con la que un módulo sigue generando energía bajo polvo, hojas, obstáculos en el techo y sombras de bajo ángulo.