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

本研究通過系統(tǒng)的室內測試與戶外實證相結合的方法，首先在嚴格控制的環(huán)境下測量了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存在顯著差異；隨后在中國綏化光伏電站進行了全年發(fā)電量監(jiān)測，驗證了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，首次從物理機制上揭示了組件效率隨輻照波動的根本原因，為組件制造工藝改進和性能提升提供了科學依據(jù)。

實驗與方法

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測試樣本與設備

兩類組件在標準測試條件下的典型參數(shù)

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

結構上，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。

核心設備：使用符合IEC 60904-9標準的AAA級太陽能模擬器，其配備的恒溫腔體可精確控制測試溫度。

測試方法

室內性能測試：使用太陽能模擬器測量組件的電流–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）。每組條件至少測量10次I-V曲線以確保準確性。

戶外發(fā)電量驗證：在中國綏化光伏電站進行全年發(fā)電量監(jiān)測，TOPCon與PERC組件的裝機容量均為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組件測試結果對比

性能比是衡量組件在實際條件下效率表現(xiàn)的關鍵指標。室內測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，這是由載流子復合加劇導致的普遍現(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，其PR隨輻照度增強而持續(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，尤其在800 W/m2以上的高輻照條件下，效率出現(xiàn)明顯衰減。

這一關鍵差異預示了TOPCon組件在真實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)有力地證實了室內測試的預測：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)對稱特性，與研究地點的太陽輻射年分布規(guī)律相符。

理論模型：揭示效率波動的根源

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

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

實際運行中，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。

正是這種偏差導致了組件效率隨輻照度變化而發(fā)生波動。偏差越大，效率下降越顯著，最終造成發(fā)電量的損失。TOPCon技術可能在更寬的輻照范圍內其內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。

實驗結論

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本研究通過“室內測試-戶外驗證-理論建模”的完整閉環(huán)，得出以下結論：

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

發(fā)電增益：實證數(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)電量優(yōu)勢。

理論機制：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的物理本質，為后續(xù)制造工藝的優(yōu)化指明了方向。

本研究不僅為TOPCon技術的優(yōu)越性提供了扎實的數(shù)據(jù)和理論支撐，也為光伏組件制造工藝的進一步改進、提升組件在實際環(huán)境中的發(fā)電產出奠定了堅實的基礎。

美能溫濕度綜合環(huán)境試驗箱

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美能溫濕度綜合環(huán)境試驗箱采用進口溫度控制器，能夠實現(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℃）

滿足試驗標準：IEC61215、IEC61730、UL1703等檢測標準

美能溫濕度綜合環(huán)境試驗箱通過其精確的溫控系統(tǒng)和集成的太陽模擬器，在本研究中構建了一個標準化的室內測試環(huán)境，為核心發(fā)現(xiàn)提供了關鍵數(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——這一關鍵趨勢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實的實驗基礎。

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

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