マルチカット太陽電池モジュール：実践的分析
目次
簡単な回答： マルチカット太陽電池モジュールは、フルセルを3本、4本、またはそれ以上のストリップに分割し、ストリップあたりの電流が低くなり、リボンでの抵抗損失が小さくなるように配置します。このアイデアは新しいものではありません — ハーフカットは同じ方向への第一歩でした — しかし、モジュールの出力目標が上昇し、4カット用のツールが利用可能になった2025年から再び注目を集めています。利点は2つの効果から生まれます。薄いストリップは電流が少ないため、より薄いリボンと低い直列抵抗が可能になり、セル面積が小さいため、割れたストリップによる出力損失が少なくなります。コストは、切断とストリング作業の増加、配置公差の厳格化、モジュールあたりの接合部の増加です。したがって、マルチカットラインの実用的な分析は、常に同じトレードオフに帰着します。セルレベルで得られる効率と、切断およびストリングステーションで失われる歩留まりとの比較です。
PV モジュール製造 · Jerry、Ooitech 著
マルチカット太陽電池モジュール：なぜ再び注目されているのか
2025年以降、「マルチカット」太陽電池モジュールの概念がPV業界で再び注目を集めています。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。メーカーはもはや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疑問を抱いています：1枚の太陽電池セルは何回カットできるのか、そしてそれがもたらす実際の価値は何か？
本記事では、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、そしてシェーディング耐性の観点からどのような利点と限界があるのかを詳しく見ていきます。
マルチカット太陽電池モジュールとは？
「マルチカット」太陽電池モジュールとは、通常、フルサイズの太陽電池セルをいくつかの小さなセルユニットにカットし、それらを直列または並列の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したものを指します。
一般的な形式は以下の通りです：
ハーフカットセル：1枚のフルセルを2枚にカット、現在の主流設計
サードカットセル：1枚のセルを3枚にカット
マルチカットセル：1枚のセルをより多くの小さなピースにカット、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：重なり合うセルストリップを持つ、マルチカット応用の特殊なタイプでもある
注：上記の図は典型的な回路概念のみを示しています。特定のメーカーの正確な製品設計を表すものではありません。
なぜメーカーはマルチカット設計を採用するのか
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、モジュールの内部回路接続を最適化することです。これにより、モジュールは電気的損失を減らし、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：
低い動作電流： 太陽電池をより小さな単位に切断すると、各サブセルの電流は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
したがって、電流が減少すると、リボン、バスバー、および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： 内部電気損失が低いため、モジュールは通常、標準試験条件で一定の電力利得を達成できます。
ホットスポットリスクの低減： 低い電流は部分的な日陰での発熱を抑え、モジュールのホットスポット挙動を改善します。
日陰耐性の向上： 適切な回路設計により、局所的な日陰の影響をより小さな領域に限定でき、日陰のない領域が発電を続けることができます。
回路設計：局所的な日陰が太陽電池モジュールの出力に与える影響
太陽電池はおおまかに電流源と見なすことができます。十分な日光の下では、セルは電流を生成します。セルの一部が日陰になると、その発電能力が低下し、出力電流も減少します。
図6：日陰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日陰になると、日陰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、つまり最も強い日陰になっているセルによって決まります。
深刻な日陰では、日陰になったセルが逆バイアスになることさえあります。発電する代わりに電気的負荷となり、局所的な熱を発生させます。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な日陰になると、バイパスダイオードが導通し、電流が影響を受けたストリングを迂回できるようにします。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もはや電力を供給できません。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、モジュールの日陰耐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：高電流を低電流に分割する
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、適切な直列・並列回路を通じて接続します。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一つは、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と仮定します。それが均等にn個に切断された場合、各カットセルユニットの理論上の電流はおよそ次のとおりです：
Icell = I0 / n
例えば：
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の影響も受けます。しかし、基本原理から言えば、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いです。
電流が減少すると、二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、リボンおよび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、他の要因が変わらない理想的な条件下では、その抵抗損失は理論上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。
局所的な日陰の影響をより容易に限定できる
より分割された回路設計により、日陰による電流ミスマッチを局所領域に限定でき、より大きなセルストリングに影響を与えることを防げます。
例えば、同じ面積の二つの日陰物体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その物体が一つのフルセルの80%を覆うかもしれません。ハーフカットモジュールでは、同じ物体が二つのハーフセルに分散し、一方のハーフセルの30%ともう一方の50%を日陰にするかもしれません。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：より柔軟な直列・並列回路設計
マルチカットモジュール設計は、単にセルをより小さな断片に切断することだけではありません。耐日陰性を決定する本当の要因は、切断後にセルがどのように接続されるかです。
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つのセルが深刻な日陰になると、モジュール全体の面積の約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、元の大きなセルストリングを、より詳細な直並列設計により、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日陰の影響を回路面積の約12分の1に抑えることができます。比較すると、従来のフルセルまたはハーフカットモジュールでは、同じ位置の日陰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%日陰条件下で、シングルド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、部分的な日陰でもより良い出力を維持できます。核心的な設計ロジックは以下の通りです：
セルをより小さな発電ユニットにカットする
必要なモジュール電圧を達成するために適切な直列接続を使用する
並列ブランチを使用して各ブランチの電流を低減する
バイパスダイオードを使用して日陰エリアの電力損失を制限する
日陰でないエリアが可能な限り発電を継続できるようにする
重要な制限事項：マルチカットが常にすべての日陰パターンで優れているわけではない
本記事はマルチカット回路設計が耐日陰性をどのように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日陰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点はこれです：セルユニットの日陰割合が同じ場合、マルチカットモジュールはしばしばより高い出力電力を達成します。しかし、同じ影のサイズと形状では、各カットセルユニットの面積が小さいため、そのユニットの日陰割合が実際には高くなる可能性があります。これにより出力電力が低下する可能性があります。
例えば、モジュールの短辺に沿って日陰が生じる場合、特に早朝や夕方の太陽角度が低いときには、影が最下段のセルを覆うことがあります。ハーフカットモジュールでは、最下段は70%しか日陰にならないかもしれません。しかしクォーターカットモジュールでは、各カットセルの高さがより短いため、同じ影が最下段のクォーターカットセルを完全に覆う可能性があります。これにより、対応する回路セクションの出力が大幅に低下し、セルストリングの一部が出力能力を失うことさえあります。
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ります。同じ影の面積や形状がモジュールの異なる側に現れる場合、実際の出力損失は同じにならない可能性があります。特定の日陰条件下では、サードカットモジュールがハーフカットモジュールよりも大きな電力損失を生じることさえあります。
したがって、影による電力損失を評価する際には、日陰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保護ゾーン、影の形状と影の位置も考慮する必要があります。
高出力から高エネルギー耐性へ
PVモジュールの出力が増加し続けるにつれ、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、長期的なエネルギー収量と複雑な運用環境下での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用いて、局所的な日陰がモジュール全体の出力に与える影響を低減します。その核心的価値は単純です。すなわち、日陰の影響を局所化し、日陰のない領域を動作させ続け、実際の用途における発電安定性を向上させることです。
商業・産業用屋根、住宅用屋根、BIPVプロジェクトなど、局所的な日陰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ルート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連携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、またはシングルド製品を検討しているメーカーにとって、生産ラインはモジュールの電気アーキテクチャと併せて評価する必要があります。なぜなら、遮蔽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強く依存するからです。私たちの見解では、モジュール競争の次の段階では、銘板ワット数だけでなく、ほこり、落ち葉、屋根の障害物、低角度の影の下でどれだけ確実に発電を継続できるかが比較されるでしょう。
