不同辐照度和温度下，TOPCon与PERC晶硅光伏组件的电性能对比

在光伏应用中，额定功率相同的不同类型晶硅组件在实际运行中发电量存在差异，这一现象对新兴TOPCon与传统PERC技术的性能评估提出了迫切需求。由于缺乏TOPCon组件长期户外发电的充分数据，其在实际环境下的发电性能尚不明确，这给技术选型和市场推广带来了挑战。美能温湿度综合环境试验箱专为验证评估组件或材料的可靠性，能达到快速升温降温，提升测试效率，满足IEC 61215、IEC 60904 等标准。

本研究通过系统的室内测试与户外实证相结合的方法，首先在严格控制的环境下测量了TOPCon与PERC组件在不同辐照度和温度下的电性能，发现二者性能比随辐照变化的趋势存在显著差异；随后在中国绥化光伏电站进行了全年发电量监测，验证了TOPCon组件2.92%的发电增益；最后创新性地建立了效率-串联电阻理论模型，首次从物理机制上揭示了组件效率随辐照波动的根本原因，为组件制造工艺改进和性能提升提供了科学依据。

实验与方法

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测试样本与设备

两类组件在标准测试条件下的典型参数

PERC组件：由两个并联子串组成，每个子串包含75片3分切太阳能电池（尺寸 210 mm×70 mm），呈串联连接。

TOPCon组件：由两个并联子串组成，每个子串包含72片半切太阳能电池（尺寸 158.75 mm×79.375 mm），呈串联连接。

结构上，两类组件均采用 “顶部玻璃 - 乙烯 - 醋酸乙烯酯共聚物（EVA）- 太阳能电池 - EVA - 底部玻璃基板” 的封装形式。

核心设备：使用符合IEC 60904-9标准的AAA级太阳能模拟器，其配备的恒温腔体可精确控制测试温度。

测试方法

室内性能测试：使用太阳能模拟器测量组件的电流–电压（I-V）曲线。组件置于光源下方的恒温腔中，测试温度范围为23–63°C，辐照度为200–1000 W/m²（每200 W/m²为一档）。每组条件至少测量10次I-V曲线以确保准确性。

户外发电量验证：在中国绥化光伏电站进行全年发电量监测，TOPCon与PERC组件的装机容量均为1.16 MWp。每月记录发电量，单位发电量（specific energy yield）由发电量除以组件最大功率（Pmax）得出。

不同温辐条件下组件PR的变化规律

 

 

不同辐照度和温度条件下 TOPCon光伏组件的性能比（PR）变化规律

TOPCon与PERC组件测试结果对比

性能比是衡量组件在实际条件下效率表现的关键指标。室内测试揭示了两者性能随环境变化的根本差异：

温度影响：两种组件的PR均随温度升高而下降，这是由载流子复合加剧导致的普遍现象。

辐照度影响：这是二者最显著的区别。

TOPCon组件：在200-1000 W/m²范围内，其PR随辐照度增强而持续上升，在高温高辐照条件下表现出更好的性能保持能力。

PERC组件：其PR随辐照度增加呈现先升后降的趋势，尤其在800 W/m²以上的高辐照条件下，效率出现明显衰减。

这一关键差异预示了TOPCon组件在真实光照条件下可能具备更优的发电能力。

户外发电量实证

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TOPCon比PERC衰减低，发电增益更高

全年发电数据有力地证实了室内测试的预测：TOPCon组件的月平均单位发电量比PERC组件高出2.92%。这一发电增益在全年的分布呈现对称特性，与研究地点的太阳辐射年分布规律相符。

理论模型：揭示效率波动的根源

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为从根本上解释上述现象，研究团队利用拉格朗日未定乘子法，首次建立了组件效率与串联电阻的关联模型。该模型揭示：

在任何给定辐照度下，都存在一个理论最优的串联电阻值以使组件效率最高。

实际运行中，辐照度不断变化，但组件的串联电阻是固定且不可控的。因此，实际电阻值与理论最优值之间必然存在偏差。

正是这种偏差导致了组件效率随辐照度变化而发生波动。偏差越大，效率下降越显著，最终造成发电量的损失。TOPCon技术可能在更宽的辐照范围内其内在电阻特性更接近理论最优值，从而表现出更稳定的高效率。

实验结论

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本研究通过“室内测试-户外验证-理论建模”的完整闭环，得出以下结论：

性能表现：TOPCon组件在高辐照条件下具有更稳定的效率，其性能比随光强增强而持续提升，优于PERC组件。

发电增益：实证数据表明，TOPCon组件的年度单位发电量比PERC组件高出约2.92%，具备明确的发电量优势。

理论机制：建立的效率-串联电阻模型首次从理论上揭示了组件效率随辐照度波动的物理本质，为后续制造工艺的优化指明了方向。

本研究不仅为TOPCon技术的优越性提供了扎实的数据和理论支撑，也为光伏组件制造工艺的进一步改进、提升组件在实际环境中的发电产出奠定了坚实的基础。

美能温湿度综合环境试验箱

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美能温湿度综合环境试验箱采用进口温度控制器，能够实现多段温度编程，具有高精确度和良好的可靠性，满足不同气候条件下的测试需求。

温度范围：20℃~+130℃

温湿度范围：10%RH~98%RH(at+20℃-+85℃）

满足试验标准：IEC61215、IEC61730、UL1703等检测标准

美能温湿度综合环境试验箱通过其精确的温控系统和集成的太阳模拟器，在本研究中构建了一个标准化的室内测试环境，为核心发现提供了关键数据支撑。它通过精确控制腔体温度（23-63°C）并耦合可调的辐照度（200-1000 W/m²），系统性地模拟了组件在不同户外气候条件下的工作状态，从而成功捕捉到TOPCon与PERC组件性能比（ PR ）随辐照度变化的根本差异——这一关键趋势不仅是解释二者户外发电量差异2.92 %的直接证据，也为后续建立效率-串联电阻理论模型奠定了坚实的实验基础。

原文参考：A study on performance for TOPCon and PERC crystalline silicon photovoltaic modules

 

 

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