Wraz z rozwojem przemysłu fotowoltaicznego, powstała nowa technologia modułów PV typu half-cut, która z uwagi na jej zalety, obecnie zdominowała rynek fotowoltaiki.

Zasadniczo moduły half-cut zbudowane są z tych samych ogniw wykonanych z monokryształu krzemu co moduły 60 i 72 ogniwowe, z tą tylko różnicą że ogniwa zostały przecięte na pół, skąd też bezpośrednio wywodzi się nazwa tej technologii „half-cut” (ang. ‘cięty na pół’).

Moduły typu half-cut posiadają całkiem sporo zalet w porównaniu do tradycyjnych modułów zbudowanych z całych ogniw. Główną ich zaletą jest doskonała wydajność w przypadku zacienienia, należy jednak uwzględnić dodatkowe kwestie dotyczące projektowania instalacji, aby w pełni wykorzystać zalety tej technologii.

Zobaczmy jak to działa w praktyce – rozważmy różne przypadki zacienienia modułu i porównajmy parametry modułu klasycznego zbudowanego z 60 ogniw łączonych szeregowo oraz modułu half-cut o tej samej mocy, zbudowanego ze 120 połówek ogniw. Obydwa moduły posiadają 3 diody bypass.

W pierwszym z rozważanych przypadków, cień pojawia się na ogniwach zgodnie z rys. 1. W tym przypadku zostaje aktywowana dioda bypass przy spadku napięcia o ok. -0,6V, umożliwiając przepływ prądu o natężeniu 10A. Sytuacja będzie analogiczna, zarówno w przypadku klasycznego modułu, jak i wykonanego w technologii half-cut. Moc modułu możemy obliczyć ze wzoru: P = 10A * (-0,6V + 12V + 12V) = 234W. Jak widać, w tym przypadku moduł half-cut zadziała identycznie jak moduł 60-ogniwowy.

Rys. 1.

W drugim przypadku, wystąpienie zacienienia na powierzchni zgodnie z rys. 2, spowoduje zadziałanie dwóch diod bypas ze spadkiem -0,6V na każdej aktywowanej diodzie. Moc modułu 60-ogniwowego możemy wyliczyć ze wzoru: P = 10A * (-0,6V -0,6V + 12V) = 108W. W przypadku modułu w technologii half-cut możemy wykorzystać dodatkowy punkt mocy maksymalnej (MPP), który występuje przy niższej wartości prądu równej 5A, ale przy wyższym napięciu, z pominięciem diod bypass. Moc modułu half-cut w tym przypadku będzie równa: P = 5A * (12V + 12V + 12V) = 180W. Zatem w rozpatrywanym przypadku, moc pojedynczego modułu half-cut może być nawet o blisko 70% wyższa, niż modułu zbudowanego z całych ogniw.

Rys. 2.

Rozważmy teraz trzeci przypadek (rys. 3), w którym cała dolna połowa modułu uległa zacienieniu. W tym momencie, cały prąd będzie płynął przez diody bypass. Łatwo zauważyć, iż w wypadku modułu 60-ogniwowego, moc generowana przez ten moduł wyniesie 0W. W wypadku moduły half-cut, ogniwa z górnej połowy modułu generują prąd o natężeniu 5A przy napięciu 12V na każdym obwodzie. Moc modułu half-cut wynosić będzie: P = 5A * (12V + 12V + 12V) = 180W, czyli w tym przypadku 50% jego mocy nominalnej.

Rys. 3.

Moduły typu half-cut mogą zatem pracować nawet w warunkach silnego zacienienie, oczywiście pod warunkiem, że instalacja fotowoltaiczna zostanie prawidłowo zaprojektowana pod kątem optymalnego wykorzystania tej technologii w warunkach występowania okresowego zacienienia.

W rozpatrywanych powyżej przypadkach, nie braliśmy jednak pod uwagę łączenia szeregowego modułów w sytuacji występowania zacienienia. W rzeczywistej sytuacji będziemy mieć do czynienia z sytuacją, gdzie większość falowników jest w stanie znajdować tylko jeden punkt mocy maksymalnej (MPP) dla pojedynczego obwodu modułów, czyli w praktyce będą to dwa MPP w przypadku falownika z dwoma układami MPPT.

W przedstawionej na rys. 4 sytuacji mamy występowanie zacienienia na połowie jednego modułu połączonego szeregowo z modułami niezacienionymi. W tej sytuacji, układ MPPT falownika znajduje jeden maksymalny punkt pracy, w którym prąd płynący w całym obwodzie modułów wynosi 10A, nie dając możliwości wykorzystania energii generowanej przez moduł w połowie zacieniony. W tym przypadku falownik wymusi działanie diod bypass w module zacienionym i cały prąd będzie płynął przez diody.

Rys. 4.

Pełne korzyści z technologii half-cut w kontekście zacienienia zostaną osiągnięte w momencie zastosowania układu MPPT (np. optymalizera) na poziomie pojedynczego modułu PV lub w sytuacji, gdy wszystkie moduły w łańcuchu będą zacienione w podobnym stopniu, jak przykładowo zostało to przedstawione na rys. 5.

Rys. 5.

Należy podkreślić, iż moduły w technologii half-cut posiadają szereg istotnych zalet, które nie są bezpośrednio związane ze zjawiskiem zacieniania, m.in.:

• Zredukowane straty związane z rezystancją szeregową ogniw;
• Zredukowany efekt hot-spot;
• Większa wydajność w porównaniu do modułów z pełnych ogniw.