멀티컷 태양광 모듈: 음영 저항성에 대한 실용적 분석

멀티컷 태양광 모듈: 왜 다시 화제가 되었나

2025년부터 PV 업계에서 '멀티컷' 태양광 모듈의 개념이 다시 뜨거워졌습니다. 올해 SNEC 전시회에서 많은 모듈 제조업체가 서드컷 및 쿼터컷 모듈과 같은 새로운 설계를 선보였습니다. 제조업체들이 더 이상 기존의 하프컷 포맷에 만족하지 않는 것 같습니다. 업계는 매우 실용적인 질문을 하고 있습니다: 태양광 셀을 몇 번이나 절단할 수 있으며, 실제로 어떤 가치를 가져다주는가?

이 기사는 멀티컷 모듈이 무엇인지, 왜 다시 논의되고 있는지, 그리고 음영 저항 측면에서 어떤 장점과 한계가 있는지 자세히 살펴봅니다.

멀티컷 태양광 모듈이란 무엇인가?

'멀티컷' 태양광 모듈은 일반적으로 전체 크기 태양광 셀을 여러 개의 더 작은 셀 조각으로 절단한 다음, 직렬 또는 병렬 회로 설계를 통해 상호 연결하고 완전한 PV 모듈로 적층한 것을 의미합니다.

일반적인 포맷은 다음과 같습니다:

• 하프컷 셀: 하나의 전체 셀을 2개로 절단, 현재 주류 설계

• 서드컷 셀: 하나의 셀을 3개로 절단

• 멀티컷 셀: 하나의 셀을 더 많은 작은 조각으로 절단, 예: 4컷, 5컷 또는 6컷 설계

• 슁글드 모듈: 셀 스트립을 겹치는 특수한 유형의 멀티컷 응용

참고: 위 다이어그램은 일반적인 회로 개념만 보여줍니다. 특정 제조업체의 정확한 제품 설계를 나타내지 않습니다.

제조업체가 멀티컷 설계를 사용하는 이유

멀티컷 설계의 주요 목적은 각 셀 유닛의 작동 전류를 줄이고 모듈의 내부 회로 연결을 최적화하는 것입니다. 이를 통해 모듈은 전기적 손실을 줄이고 복잡한 실제 조건에서 발전량을 향상시킬 수 있습니다.

주요 이점은 다음과 같습니다:

• 더 낮은 작동 전류: 태양전지를 더 작은 단위로 절단하면 각 하위 셀의 전류가 그에 따라 감소합니다.

• 저항 손실 감소: PV 모듈의 내부 저항 손실은 전류의 제곱에 비례합니다.

Ploss = I²R

따라서 전류가 감소하면 리본, 버스바 및 내부 전도 경로의 저항 손실도 감소합니다.

• 모듈 출력 전력 증가: 내부 전기 손실이 낮아지면 모듈은 일반적으로 표준 테스트 조건에서 일정한 전력 이득을 달성할 수 있습니다.

• 핫스팟 위험 감소: 낮은 전류는 부분 음영 시 발열을 줄여 모듈의 핫스팟 동작을 개선합니다.

• 음영 허용 오차 개선: 적절한 회로 설계를 통해 국부 음영의 영향을 더 작은 영역으로 제한하여 음영이 없는 영역이 계속 발전할 수 있도록 합니다.

회로 설계: 국부 음영이 태양광 모듈 출력에 미치는 영향

태양전지는 대략적으로 전류원으로 간주할 수 있습니다. 햇빛이 좋을 때 셀은 전류를 생성합니다. 셀의 일부가 음영 처리되면 발전 능력이 떨어지고 출력 전류도 감소합니다.

그림 6: 단일 셀 스트링 출력에 대한 음영의 영향

기존의 풀셀 모듈에서는 여러 셀이 직렬로 연결되어 셀 스트링을 형성합니다. 하나 또는 몇 개의 셀이 음영 처리되면 음영 처리된 셀이 전체 스트링의 전류 출력을 제한합니다. 간단히 말해, 동일한 셀 스트링의 출력 전류는 일반적으로 가장 약한 셀, 즉 가장 심하게 음영 처리된 셀에 의해 결정됩니다.

심한 음영 조건에서는 음영 처리된 셀이 역방향 바이어스가 될 수도 있습니다. 전력을 생성하는 대신 전기 부하가 되어 국부적인 열을 발생시킵니다. 이것이 잘 알려진 핫스팟 효과입니다.

핫스팟 위험을 줄이기 위해 PV 모듈에는 일반적으로 바이패스 다이오드가 장착됩니다. 하나의 셀 스트링이 심하게 음영 처리되면 바이패스 다이오드가 전도되어 영향을 받는 스트링을 우회하여 전류가 흐르게 합니다. 이는 셀을 보호하지만 우회된 스트링은 더 이상 전력을 공급할 수 없습니다. 결과적으로 모듈 출력 전력이 크게 감소합니다.

따라서 모듈의 음영 저항은 태양전지 자체에 의해서만 결정되지 않습니다. 또한 모듈의 내부 회로 설계에 크게 의존합니다.

멀티컷 모듈의 기본 논리: 고전류를 저전류로 분할

멀티컷 모듈은 표준 셀을 더 작은 셀 단위로 절단한 후 적절한 직렬 및 병렬 회로를 통해 연결합니다. 기존의 풀셀 모듈과 비교할 때, 멀티컷 설계의 중요한 특징 중 하나는 각 절단 셀 단위가 더 낮은 전류에서 작동한다는 것입니다.

풀셀의 작동 전류가 I0라고 가정합니다. 균일하게 n개로 절단하면 각 절단 셀 단위의 이론적 전류는 대략 다음과 같습니다:

Icell = I0 / n

예를 들어:

• 하프컷 모듈에서 각 하프셀 단위의 전류는 약 I0/2입니다.

• 서드컷 모듈에서 각 서드컷 셀 단위의 전류는 약 I0/3입니다.

• 쿼터컷 모듈에서 각 쿼터컷 셀 단위의 전류는 약 I0/4입니다.

물론 실제 전류 값은 레이저 절단 품질, 엣지 패시베이션, 리본 설계, 저항 손실 및 모듈 레이아웃의 영향을 받습니다. 그러나 기본 원리에서 멀티컷 셀 단위의 작동 전류는 풀셀보다 분명히 낮습니다.

전류가 감소하면 두 가지 직접적인 이점이 나타납니다.

더 낮은 저항 손실

전류가 감소하면 리본 및 상호 연결 영역의 저항 손실이 크게 줄어듭니다. 쿼터컷 모듈을 예로 들면, 이상적인 조건에서 다른 요소가 변하지 않을 때 저항 손실은 이론적으로 풀셀 모듈의 16분의 1로 줄어들 수 있습니다.

국부 음영 영향을 더 쉽게 제한할 수 있습니다

더 세분화된 회로 설계로 인해 음영으로 인한 전류 불일치가 더 큰 셀 스트링에 영향을 미치는 대신 국부 영역으로 제한될 수 있습니다.

예를 들어, 동일한 면적의 두 음영 물체가 풀셀 모듈과 하프컷 모듈에 떨어질 때, 풀셀 모듈에서는 물체가 하나의 풀셀의 80%를 덮을 수 있습니다. 하프컷 모듈에서는 동일한 물체가 두 개의 하프셀에 분포되어 하나의 하프셀의 30%와 다른 하프셀의 50%를 가릴 수 있습니다. 이 경우 전류 불일치 패턴과 영향을 받는 영역이 달라집니다.

핵심 포인트: 더 유연한 직렬 및 병렬 회로 설계

멀티컷 모듈 설계는 단순히 셀을 더 작은 조각으로 절단하는 것이 아닙니다. 음영 저항을 결정하는 실제 요소는 절단 후 셀이 어떻게 연결되는지입니다.

기존의 풀셀 모듈에서는 셀이 일반적으로 직렬로 연결되며, 모듈은 3개의 바이패스 다이오드에 의해 3개의 회로 구간으로 나뉩니다. 하나의 셀이 심하게 음영 처리되면 전체 모듈 면적의 약 1/3에 해당하는 출력에 영향을 미칠 수 있습니다.

멀티컷 모듈에서는 더 세분화된 직병렬 설계를 통해 기존의 대형 셀 스트링을 더 작은 발전 단위로 나눌 수 있습니다. 병렬 경로는 또한 더 유연한 전류 분배를 가능하게 합니다.

쿼터컷 모듈을 예로 들면, 적절한 회로 배치를 통해 단일 컷 셀에 대한 음영의 영향은 회로 면적의 약 1/12로 제한될 수 있습니다. 반면, 기존의 풀셀 또는 하프컷 모듈에서는 동일한 위치의 음영이 셀 스트링 출력의 훨씬 더 큰 부분에 영향을 미칠 수 있습니다.

그림 7: 풀셀, 하프컷, 서드컷 및 쿼터컷 모듈의 등가 회로도

그림 8: 최소 발전 단위의 동일한 50% 음영 조건에서, 슁글드 모듈은 더 높은 전력을 유지할 수 있습니다

따라서 멀티컷 모듈은 더 세분화된 회로 구간과 병렬 전류 경로를 사용하여 부분 음영 조건에서 더 나은 출력을 유지할 수 있습니다. 핵심 설계 논리는 다음과 같습니다:

• 셀을 더 작은 발전 단위로 절단

• 필요한 모듈 전압을 달성하기 위해 적절한 직렬 연결 사용

• 각 분기의 전류를 줄이기 위해 병렬 분기 사용

• 음영 영역의 전력 손실을 제한하기 위해 바이패스 다이오드 사용

• 음영이 없는 영역이 가능한 한 계속 발전할 수 있도록 허용

중요한 한계: 모든 음영 패턴에서 멀티컷이 항상 더 나은 것은 아닙니다

이 문서는 멀티컷 회로 설계가 음영 저항성을 어떻게 향상시킬 수 있는지에 초점을 맞추고 있지만, 멀티컷 모듈이 모든 음영 시나리오에서 항상 이점을 가지는 것은 아닙니다.

위에서 논의된 핵심 포인트는 다음과 같습니다: 셀 단위의 음영 비율이 동일할 때, 멀티컷 모듈은 종종 더 높은 출력 전력을 달성합니다. 그러나 동일한 그림자 크기와 모양에서 각 컷 셀 단위의 면적이 더 작기 때문에 해당 단위의 음영 비율이 실제로 더 높아질 수 있습니다. 이로 인해 출력 전력이 떨어질 수 있습니다.

예를 들어, 모듈의 짧은 쪽을 따라 음영이 발생할 때, 특히 태양 고도가 낮은 이른 아침이나 늦은 오후에는 그림자가 셀의 맨 아래 줄을 덮을 수 있습니다. 하프컷 모듈의 경우 맨 아래 줄이 70%만 음영 처리될 수 있습니다. 그러나 쿼터컷 모듈의 경우 각 절단 셀의 높이가 더 짧기 때문에 동일한 그림자가 쿼터컷 셀의 맨 아래 줄을 완전히 덮을 수 있습니다. 이로 인해 해당 회로 섹션의 출력이 크게 떨어지거나 셀 스트링의 일부가 출력 능력을 상실할 수도 있습니다.

또한, 서드컷 모듈은 레이아웃 및 회로 설계로 인해 상하 비대칭이 있을 수 있습니다. 동일한 음영 영역이나 모양이 모듈의 다른 측면에 나타나면 실제 출력 손실이 동일하지 않을 수 있습니다. 특정 음영 조건에서는 서드컷 모듈이 하프컷 모듈보다 더 큰 전력 손실을 가질 수도 있습니다.

따라서 음영으로 인한 전력 손실을 평가할 때 음영 영역만 볼 수는 없습니다. 실제 내부 직병렬 회로 분포, 바이패스 다이오드 보호 구역, 음영 모양 및 음영 위치도 고려해야 합니다.

고출력에서 고에너지 회복력으로

PV 모듈 출력이 계속 증가함에 따라 업계 경쟁은 더 이상 표준 테스트 조건에서의 최고 출력만을 다루지 않습니다. 실제 태양광 발전소의 경우 복잡한 운영 환경에서의 장기 에너지 수율과 안정성이 더 중요해지고 있습니다.

쿼터컷 및 기타 멀티컷 모듈은 더 작은 셀 단위, 더 낮은 작동 전류 및 더 유연한 직병렬 회로를 사용하여 국부 음영이 전체 모듈 출력에 미치는 영향을 줄입니다. 그 핵심 가치는 간단합니다: 음영의 영향을 국소화하고, 음영이 없는 영역이 계속 작동하도록 하며, 실제 적용에서 에너지 생성 안정성을 향상시키는 것입니다.

상업용 및 산업용 지붕, 주거용 지붕, BIPV 프로젝트 및 국부 음영 위험이 있는 기타 시나리오에서 쿼터컷 모듈은 시스템 수율과 운영 신뢰성을 향상시키는 중요한 기술 경로가 될 수 있습니다.

Ooitech의 견해

태양광 모듈 제조 라인과 긴밀히 협력하는 장비 공급업체로서, Ooitech는 멀티컷 기술을 단순한 셀 포맷 변경 이상으로 봅니다. 이는 레이저 절단 정밀도, 스트링 안정성, 회로 레이아웃 및 품질 검사를 포함하는 복합적인 과제입니다. 하프컷, 서드컷, 쿼터컷 또는 슁글드 제품을 고려하는 제조업체의 경우, 생산 라인은 모듈의 전기적 아키텍처와 함께 평가되어야 합니다. 음영 성능은 각 소형 셀 유닛이 어떻게 상호 연결되고 보호되는지에 크게 의존하기 때문입니다. 우리의 관점에서, 모듈 경쟁의 다음 단계는 명판 와트수만 비교하는 것이 아니라 먼지, 낙엽, 지붕 장애물 및 저각도 그림자 아래에서 모듈이 얼마나 안정적으로 에너지를 생산하는지도 비교할 것입니다.