在光伏應(yīng)用中，額定功率相同的不同類型晶硅組件在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)電量存在差異，這一現(xiàn)象對(duì)新興TOPCon與傳統(tǒng)PERC技術(shù)的性能評(píng)估提出了迫切需求。由于缺乏TOPCon組件長(zhǎng)期戶外發(fā)電的充分?jǐn)?shù)據(jù)，其在實(shí)際環(huán)境下的發(fā)電性能尚不明確，這給技術(shù)選型和市場(chǎng)推廣帶來了挑戰(zhàn)。美能溫濕度綜合環(huán)境試驗(yàn)箱專為驗(yàn)證評(píng)估組件或材料的可靠性，能達(dá)到快速升溫降溫，提升測(cè)試效率，滿足IEC 61215、IEC 60904等標(biāo)準(zhǔn)。

本研究通過系統(tǒng)的室內(nèi)測(cè)試與戶外實(shí)證相結(jié)合的方法，首先在嚴(yán)格控制的環(huán)境下測(cè)量了TOPCon與PERC組件在不同輻照度和溫度下的電性能，發(fā)現(xiàn)二者性能比隨輻照變化的趨勢(shì)存在顯著差異；隨后在中國(guó)綏化光伏電站進(jìn)行了全年發(fā)電量監(jiān)測(cè)，驗(yàn)證了TOPCon組件2.92%的發(fā)電增益；最后創(chuàng)新性地建立了效率-串聯(lián)電阻理論模型，首次從物理機(jī)制上揭示了組件效率隨輻照波動(dòng)的根本原因，為組件制造工藝改進(jìn)和性能提升提供了科學(xué)依據(jù)。

實(shí)驗(yàn)與方法

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測(cè)試樣本與設(shè)備

兩類組件在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的典型參數(shù)

PERC組件：由兩個(gè)并聯(lián)子串組成，每個(gè)子串包含75片3分切太陽能電池（尺寸 210 mm×70 mm），呈串聯(lián)連接。

TOPCon組件：由兩個(gè)并聯(lián)子串組成，每個(gè)子串包含72片半切太陽能電池（尺寸 158.75 mm×79.375 mm），呈串聯(lián)連接。

結(jié)構(gòu)上，兩類組件均采用“頂部玻璃 - 乙烯 - 醋酸乙烯酯共聚物（EVA）- 太陽能電池 - EVA - 底部玻璃基板”的封裝形式。

核心設(shè)備：使用符合IEC 60904-9標(biāo)準(zhǔn)的AAA級(jí)太陽能模擬器，其配備的恒溫腔體可精確控制測(cè)試溫度。

測(cè)試方法

室內(nèi)性能測(cè)試：使用太陽能模擬器測(cè)量組件的電流–電壓（I-V）曲線。組件置于光源下方的恒溫腔中，測(cè)試溫度范圍為23–63°C，輻照度為200–1000 W/m2（每200 W/m2為一檔）。每組條件至少測(cè)量10次I-V曲線以確保準(zhǔn)確性。

戶外發(fā)電量驗(yàn)證：在中國(guó)綏化光伏電站進(jìn)行全年發(fā)電量監(jiān)測(cè)，TOPCon與PERC組件的裝機(jī)容量均為1.16 MWp。每月記錄發(fā)電量，單位發(fā)電量（specific energy yield）由發(fā)電量除以組件最大功率（Pmax）得出。

不同溫輻條件下組件PR的變化規(guī)律

不同輻照度和溫度條件下 TOPCon光伏組件的性能比（PR）變化規(guī)律

TOPCon與PERC組件測(cè)試結(jié)果對(duì)比

性能比是衡量組件在實(shí)際條件下效率表現(xiàn)的關(guān)鍵指標(biāo)。室內(nèi)測(cè)試揭示了兩者性能隨環(huán)境變化的根本差異：

溫度影響：兩種組件的PR均隨溫度升高而下降，這是由載流子復(fù)合加劇導(dǎo)致的普遍現(xiàn)象。

輻照度影響：這是二者最顯著的區(qū)別。

TOPCon組件：在200-1000 W/m2范圍內(nèi)，其PR隨輻照度增強(qiáng)而持續(xù)上升，在高溫高輻照條件下表現(xiàn)出更好的性能保持能力。

PERC組件：其PR隨輻照度增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，尤其在800 W/m2以上的高輻照條件下，效率出現(xiàn)明顯衰減。

這一關(guān)鍵差異預(yù)示了TOPCon組件在真實(shí)光照條件下可能具備更優(yōu)的發(fā)電能力。

戶外發(fā)電量實(shí)證

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TOPCon比PERC衰減低，發(fā)電增益更高

全年發(fā)電數(shù)據(jù)有力地證實(shí)了室內(nèi)測(cè)試的預(yù)測(cè)：TOPCon組件的月平均單位發(fā)電量比PERC組件高出2.92%。這一發(fā)電增益在全年的分布呈現(xiàn)對(duì)稱特性，與研究地點(diǎn)的太陽輻射年分布規(guī)律相符。

理論模型：揭示效率波動(dòng)的根源

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為從根本上解釋上述現(xiàn)象，研究團(tuán)隊(duì)利用拉格朗日未定乘子法，首次建立了組件效率與串聯(lián)電阻的關(guān)聯(lián)模型。該模型揭示：

在任何給定輻照度下，都存在一個(gè)理論最優(yōu)的串聯(lián)電阻值以使組件效率最高。

實(shí)際運(yùn)行中，輻照度不斷變化，但組件的串聯(lián)電阻是固定且不可控的。因此，實(shí)際電阻值與理論最優(yōu)值之間必然存在偏差。

正是這種偏差導(dǎo)致了組件效率隨輻照度變化而發(fā)生波動(dòng)。偏差越大，效率下降越顯著，最終造成發(fā)電量的損失。TOPCon技術(shù)可能在更寬的輻照范圍內(nèi)其內(nèi)在電阻特性更接近理論最優(yōu)值，從而表現(xiàn)出更穩(wěn)定的高效率。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

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本研究通過“室內(nèi)測(cè)試-戶外驗(yàn)證-理論建?！?/strong>的完整閉環(huán)，得出以下結(jié)論：

性能表現(xiàn)：TOPCon組件在高輻照條件下具有更穩(wěn)定的效率，其性能比隨光強(qiáng)增強(qiáng)而持續(xù)提升，優(yōu)于PERC組件。

發(fā)電增益：實(shí)證數(shù)據(jù)表明，TOPCon組件的年度單位發(fā)電量比PERC組件高出約2.92%，具備明確的發(fā)電量?jī)?yōu)勢(shì)。

理論機(jī)制：建立的效率-串聯(lián)電阻模型首次從理論上揭示了組件效率隨輻照度波動(dòng)的物理本質(zhì)，為后續(xù)制造工藝的優(yōu)化指明了方向。

本研究不僅為TOPCon技術(shù)的優(yōu)越性提供了扎實(shí)的數(shù)據(jù)和理論支撐，也為光伏組件制造工藝的進(jìn)一步改進(jìn)、提升組件在實(shí)際環(huán)境中的發(fā)電產(chǎn)出奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

美能溫濕度綜合環(huán)境試驗(yàn)箱

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美能溫濕度綜合環(huán)境試驗(yàn)箱采用進(jìn)口溫度控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)多段溫度編程，具有高精確度和良好的可靠性，滿足不同氣候條件下的測(cè)試需求。

溫度范圍：20℃~+130℃

溫濕度范圍：10%RH~98%RH(at+20℃-+85℃）

滿足試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：IEC61215、IEC61730、UL1703等檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

美能溫濕度綜合環(huán)境試驗(yàn)箱通過其精確的溫控系統(tǒng)和集成的太陽模擬器，在本研究中構(gòu)建了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的室內(nèi)測(cè)試環(huán)境，為核心發(fā)現(xiàn)提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。它通過精確控制腔體溫度（23-63°C）并耦合可調(diào)的輻照度（200-1000 W/m2），系統(tǒng)性地模擬了組件在不同戶外氣候條件下的工作狀態(tài)，從而成功捕捉到TOPCon與PERC組件性能比（ PR ）隨輻照度變化的根本差異——這一關(guān)鍵趨勢(shì)不僅是解釋二者戶外發(fā)電量差異2.92 %的直接證據(jù)，也為后續(xù)建立效率-串聯(lián)電阻理論模型奠定了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

原文參考：A study on performance for TOPCon and PERC crystalline silicon photovoltaic modules

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