マルチカット太陽光モジュール：なぜこのトピックが再び注目されているのか

2025年以降、「マルチカット」太陽光モジュールのアイデアがPV業界で再び熱くなっています。今年のSNEC展示会では、多くのモジュールメーカーがサードカットやクォーターカットモジュールなどの新しい設計を発表しました。メーカーは従来のハーフカット形式に満足していないようです。業界は非常に実用的な質問をしています：1つの太陽電池を何回切断でき、それがどのような実際の価値をもたらすのか？

この記事では、マルチカットモジュールとは何か、なぜ再び議論されているのか、日陰耐性の点でどのような利点と制限があるのかを詳しく見ていきます。

マルチカット太陽光モジュールとは？

「マルチカット」太陽光モジュールは通常、フルサイズの太陽電池をいくつかの小さなセルユニットに切断し、それらを直列または並列回路設計で相互接続し、完全なPVモジュールにラミネートすることを意味します。

一般的な形式は以下の通りです：

• ハーフカットセル：1つのフルセルを2つに切断、現在主流の設計

• サードカットセル：1つのセルを3つに切断

• マルチカットセル：1つのセルをさらに多くの小片に切断、例えば4カット、5カット、6カット設計

• シングルドモジュール：セルストリップを重ね合わせた特殊なマルチカット応用

注：上記の図は典型的な回路概念のみを示しています。特定メーカーの正確な製品設計を表すものではありません。

メーカーがマルチカット設計を使用する理由

マルチカット設計の主な目的は、各セルユニットの動作電流を低減し、モジュール内部の回路接続を最適化することです。これにより、モジュールは電気損失を低減し、複雑な実環境条件下での発電量を向上させることができます。

主な利点は以下の通りです：

• 動作電流の低減： 太陽電池をより小さな単位に切断すると、各サブセルの電流がそれに応じて減少します。

• 抵抗損失の低減： PVモジュールの内部抵抗損失は電流の二乗に比例します。

Ploss = I²R

そのため、電流が減少すると、リボン、バスバー、内部導電経路での抵抗損失も減少します。

• モジュール出力電力の向上： 内部電気損失が低減されるため、モジュールは標準試験条件下で一定の電力ゲインを達成できることが多いです。

• ホットスポットリスクの低減： 電流が低いと部分的な影による発熱が抑えられ、モジュールのホットスポット挙動が改善されます。

• 影耐性の向上： 適切な回路設計により、局所的な影の影響を小さな領域に限定し、影のない領域が発電を継続できるようになります。

回路設計：局所的な影が太陽光モジュールの出力に与える影響

太陽電池はおおよそ電流源と見なすことができます。良好な日射下では、セルは電流を生成します。セルの一部が影になると、その発電能力が低下し、出力電流も減少します。

図6：影が単一セルストリングの出力に与える影響

従来のフルセルモジュールでは、複数のセルが直列に接続されてセルストリングを形成します。1つまたは数個のセルが影になると、影になったセルがストリング全体の電流出力を制限します。簡単に言えば、同じセルストリングの出力電流は通常、最も弱いセル、つまり最も影の強いセルによって決まります。

深刻な影の条件下では、影になったセルは逆バイアスになる可能性があります。発電する代わりに、電気的負荷となり局所的な熱を発生します。これがよく知られたホットスポット効果です。

ホットスポットリスクを低減するため、PVモジュールには通常バイパスダイオードが装備されています。1つのセルストリングが深刻に影になると、バイパスダイオードが導通し、影響を受けたストリングを迂回して電流を流します。これによりセルは保護されますが、バイパスされたストリングは電力を供給できなくなります。その結果、モジュールの出力電力は大幅に低下します。

したがって、モジュールの耐影性は太陽電池自体だけで決まるわけではありません。モジュールの内部回路設計にも大きく依存します。

マルチカットモジュールの基本ロジック：大電流を小電流に分割する

マルチカットモジュールは、標準セルをより小さなセルユニットに切断し、適切な直並列回路で接続します。従来のフルセルモジュールと比較して、マルチカット設計の重要な特徴の1つは、各カットセルユニットがより低い電流で動作することです。

フルセルの動作電流をI0とします。これを均等にn個に切断した場合、各カットセルユニットの理論電流はおおよそ次のようになります：

Icell = I0 / n

例：

• ハーフカットモジュールでは、各ハーフセルユニットの電流は約I0/2です。

• サードカットモジュールでは、各サードカットセルユニットの電流は約I0/3です。

• クォーターカットモジュールでは、各クォーターカットセルユニットの電流は約I0/4です。

もちろん、実際の電流値はレーザー切断品質、エッジパッシベーション、リボン設計、抵抗損失、モジュールレイアウトにも影響されます。しかし基本原理から、マルチカットセルユニットの動作電流はフルセルよりも明らかに低くなります。

電流が減少すると、2つの直接的な利点が現れます。

抵抗損失の低減

電流が減少すると、リボンや相互接続領域での抵抗損失が大幅に低下します。クォーターカットモジュールを例にとると、理想的な条件下で他の要因が変わらなければ、その抵抗損失は理論的にフルセルモジュールの16分の1にまで低減される可能性があります。

部分的な影の影響をより容易に限定できる

より細分化された回路設計により、影による電流ミスマッチを局所的な領域に制限し、より大きなセルストリング全体に影響を及ぼさないようにできます。

例えば、同じ面積の2つの遮蔽物がフルセルモジュールとハーフカットモジュールに落ちた場合、フルセルモジュールでは1つのフルセルの80%を覆う可能性があります。ハーフカットモジュールでは、同じ遮蔽物が2つのハーフセルに分散され、一方のハーフセルの30%と他方の50%を覆うことがあります。この場合、電流ミスマッチのパターンと影響を受ける面積が異なります。

重要なポイント：より柔軟な直並列回路設計

マルチカットモジュール設計は、単にセルを小さく切断するだけではありません。耐影性を決定する実際の要因は、切断後にセルをどのように接続するかです。

従来のフルセルモジュールでは、セルは通常直列に接続され、モジュールは3つのバイパスダイオードによって3つの回路セクションに分割されます。1つのセルが深刻に影になると、モジュール全体の約3分の1の出力に影響を与える可能性があります。

マルチカットモジュールでは、元の大規模なセルストリングを、より詳細な直並列設計により小さな発電ユニットに分割できます。並列経路により、より柔軟な電流分配も可能になります。

クォーターカットモジュールを例にとると、適切な回路レイアウトにより、単一のカットセルへの影の影響を回路面積の約12分の1に制限できます。比較すると、従来のフルセルモジュールやハーフカットモジュールでは、同じ位置の影がセルストリング出力のはるかに大きな部分に影響を与える可能性があります。

図7：フルセル、ハーフカット、サードカット、クォーターカットモジュールの等価回路図

図8：最小発電ユニットの同じ50%の影の下で、瓦状モジュールはより高い電力を維持できる

したがって、マルチカットモジュールは、より詳細な回路セクションと並列電流経路を使用することで、部分的な影の下でもより良い出力を維持できます。コアとなる設計論理は次のとおりです。

• セルをより小さな発電ユニットに切断する

• 適切な直列接続を使用して必要なモジュール電圧を達成する

• 並列分岐を使用して各分岐の電流を低減する

• バイパスダイオードを使用して影領域の電力損失を制限する

• 影のない領域が可能な限り発電を続けられるようにする

重要な制限：すべての影パターンでマルチカットが常に優れているわけではない

この記事はマルチカット回路設計がどのように耐影性を向上させるかに焦点を当てていますが、マルチカットモジュールがすべての影シナリオで常に優位性を持つわけではありません。

上記で議論した重要なポイントは次の通りです：セルユニットの遮光割合が同じ場合、マルチカットモジュールはより高い出力電力を達成することが多い。しかし、同じ影のサイズと形状の場合、各カットセルユニットの面積が小さいため、そのユニットの遮光割合が実際には高くなることがある。これにより出力電力が低下する可能性がある。

例えば、モジュールの短辺に沿って遮光が発生する場合、特に早朝や夕方で太陽の角度が低いとき、影がセルの最下列を覆うことがある。ハーフカットモジュールの場合、最下列は70%しか遮光されないかもしれない。しかし、クォーターカットモジュールの場合、各カットセルの高さが短いため、同じ影がクォーターカットセルの最下列を完全に覆う可能性がある。これにより、対応する回路部分の出力が大幅に低下したり、セルストリングの一部が出力能力を失うことさえある。

さらに、サードカットモジュールはレイアウトと回路設計により上下非対称になることがある。同じ影の面積や形状がモジュールの異なる側に現れた場合、実際の出力損失は同じではない可能性がある。特定の遮光条件下では、サードカットモジュールはハーフカットモジュールよりも大きな電力損失を被ることさえある。

したがって、影による電力損失を評価する際には、遮光面積だけを見るのではなく、実際の内部直並列回路分布、バイパスダイオードの保護ゾーン、影の形状、影の位置も考慮する必要がある。

高出力から高エネルギー耐性へ

太陽電池モジュールの出力が増加し続ける中、業界の競争はもはや標準試験条件下でのピーク出力だけではありません。実際の太陽光発電所にとって、複雑な運用環境下での長期的なエネルギー収量と安定性がより重要になっています。

クォーターカットやその他のマルチカットモジュールは、より小さなセルユニット、より低い動作電流、より柔軟な直並列回路を使用して、局所的な遮光がモジュール全体の出力に与える影響を低減します。その核心的な価値は単純です：影の影響を局所化し、遮光されていない領域を動作させ続け、実際のアプリケーションでのエネルギー生成の安定性を向上させることです。

商業用・産業用屋根、住宅用屋根、BIPVプロジェクトなど、局所的な遮光リスクがあるシナリオでは、クォーターカットモジュールはシステム収量と運用信頼性を向上させる重要な技術的経路となる可能性があります。

Ooitechの見解

太陽電池モジュール製造ラインと密接に協力する設備サプライヤーとして、Ooitechはマルチカット技術を単なるセルフォーマットの変更ではなく、レーザー切断精度、ストリング安定性、回路レイアウト、品質検査を含む複合的な課題と捉えています。ハーフカット、サードカット、クォーターカット、またはシングル製品を検討するメーカーにとって、生産ラインはモジュールの電気的アーキテクチャと合わせて評価する必要があります。なぜなら、影の性能は各小型セルユニットがどのように相互接続され保護されるかに大きく依存するからです。当社の見解では、次世代のモジュール競争は単に定格出力を比較するだけでなく、ほこり、落ち葉、屋根の障害物、低角度の影の下でモジュールがどれだけ確実に発電し続けるかを比較することになるでしょう。