背接觸（BC）太陽(yáng)能電池因其背面交叉指式PN結(jié)設(shè)計(jì)，在反向偏壓下具有獨(dú)特的軟擊穿特性。普遍認(rèn)為在局部遮光條件下，比TOPCon組件具備更優(yōu)的功率輸出性能。然而，本研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)并結(jié)合美能鈣鈦礦最大功率點(diǎn)追蹤測(cè)試MPPT在模擬戶外實(shí)際遮光場(chǎng)景的對(duì)比測(cè)試中發(fā)現(xiàn)：BC組件僅在子串中被遮電池?cái)?shù)量少于3個(gè)時(shí)優(yōu)于TOPCon組件。其原因在于BC電池的擊穿電壓（–5 V）與旁路二極管開(kāi)啟所需反向偏壓（–15 V）之間的匹配關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)方法

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左：半導(dǎo)體隧道效應(yīng)示意圖；右：電池反向特性測(cè)試示意圖

電池反向特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)：在暗室環(huán)境中，通過(guò)反向連接電池正負(fù)極，調(diào)節(jié)電壓并記錄電流，獲取兩種電池在不同反向電壓下的I–V特性曲線。BC電池憑借其背面PN結(jié)的窄間距設(shè)計(jì)（通常＜100 μm），顯著降低了勢(shì)壘寬度，使隧道概率提高2–3個(gè)數(shù)量級(jí)，從而在較低反向電壓下發(fā)生軟擊穿。

兩種光伏組件的規(guī)格參數(shù)

光伏組件內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)示意圖

標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下兩種類型組件的特性曲線

遮光實(shí)驗(yàn)示意圖：(a) 單電池遮光, (b) 組件短邊遮光, (c) 組件長(zhǎng)邊遮光

遮光條件下組件輸出性能實(shí)驗(yàn)：以BC組件為實(shí)驗(yàn)組，TOPCon組件為對(duì)照組，在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件（輻照度1000 W/m2，溫度25°C）下，使用黑色不透光塑料片對(duì)組件進(jìn)行單電池、短邊整行和長(zhǎng)邊整行遮光，并記錄I–V與P–V曲線。

戶外光伏組串實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

戶外電站測(cè)試：在實(shí)證基地，每種組件各12片組成一串，研究遮光對(duì)組串輸出功率的影響。戶外實(shí)驗(yàn)選擇晴朗天氣下環(huán)境因素穩(wěn)定的時(shí)段進(jìn)行，輻照度約950 W/m2，溫度約20°C。通過(guò)逆變器通信接口采集發(fā)電數(shù)據(jù)，每5分鐘記錄一次，并以歸一化功率表示組串輸出能力。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

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兩種類型電池的反向I-V特性曲線

電池反向特性：BC電池的反向擊穿電壓約為–5 V，而TOPCon電池的擊穿電壓較高。BC電池在較低反向電壓下即可產(chǎn)生隧道電流，緩解遮光電池的電流失配。

單電池遮光場(chǎng)景下:I-V曲線:(a)TOPCon組件(c)BC組件;P-V曲線:(b)TOPCon組件(d)BC組件

單電池遮光場(chǎng)景：隨著遮光比例增加，TOPCon組件的I–V曲線呈現(xiàn)階梯狀，P–V曲線呈雙峰形。當(dāng)遮光達(dá)到100%時(shí)，旁路二極管開(kāi)啟，組件輸出功率降至原來(lái)的2/3。而BC組件的I–V和P–V曲線形態(tài)變化不明顯，僅在高遮光比例時(shí)出現(xiàn)輕微凹陷，MPP略有左移。

單電池遮擋場(chǎng)景下TOPCon組件和BC組件的MPP數(shù)據(jù)

2-4 片電池遮擋場(chǎng)景下TOPCon組件和BC組件的MPP數(shù)據(jù)

(a) TOPCon和(b) BC組件MPP參數(shù)變化

BC組件在單電池遮光下旁路二極管不會(huì)開(kāi)啟，因?yàn)閱蝹€(gè)BC電池最多提供–5 V反向偏壓，而二極管開(kāi)啟需–15 V。實(shí)驗(yàn)表明，只有當(dāng)至少3個(gè)電池完全遮光時(shí)，BC組件的二極管才會(huì)開(kāi)啟，此時(shí)其功率損失與TOPCon組件一致。在遮光電池少于3個(gè)時(shí)（如落葉、鳥(niǎo)糞等初期輕微遮光），BC組件具有輸出優(yōu)勢(shì)；若長(zhǎng)期或大面積遮光導(dǎo)致超過(guò)3個(gè)電池被遮，則兩種組件性能相同。

短邊遮光場(chǎng)景下:I-V曲線:(a) TOPCon組件(c) BC組件;P-V曲線:(b) TOPCon組件(d) BC組件

短邊遮擋場(chǎng)景下TOPCon 組件和BC組件的MPP數(shù)據(jù)

短邊遮光場(chǎng)景下(a) TOPCon和(b) BC組件MPP參數(shù)變化

短邊整行遮光場(chǎng)景：在固定傾角光伏陣列中，短邊遮光常見(jiàn)于早晚低太陽(yáng)高度角時(shí)。此時(shí)，TOPCon與BC組件的輸出特性曲線整體下移，且均無(wú)階梯或雙峰現(xiàn)象。在最大功率點(diǎn)處，電池?zé)o電流失配，不處于反向偏壓狀態(tài)，因此兩種組件的實(shí)際輸出功率相同。

長(zhǎng)邊遮光場(chǎng)景下:I-V曲線:(a)TOPCon組件(c)BC組件;P-V曲線:(b)TOPCon組件(d)BC組件

BC組件中12片電池（一個(gè)子串）的聯(lián)合反向偏壓特性曲線

長(zhǎng)邊遮擋場(chǎng)景下TOPCon 組件和BC 組件的 MPP 數(shù)據(jù)

長(zhǎng)邊遮光場(chǎng)景下(a) TOPCon和(b) BC組件MPP參數(shù)變化

長(zhǎng)邊整行遮光場(chǎng)景：在長(zhǎng)邊整行遮光下，兩種組件的輸出曲線幾乎完全一致，均呈階梯狀與雙峰形。因子串中有12個(gè)電池同時(shí)被遮光，其聯(lián)合反向特性無(wú)法提供有效隧道電流，導(dǎo)致BC組件失去輸出優(yōu)勢(shì)。

光伏組串的歸一化功率及其差異：(a) 單電池遮光場(chǎng)景, (b) 短邊遮光場(chǎng)景, (c) 長(zhǎng)邊遮光場(chǎng)景

戶外電站驗(yàn)證：在無(wú)遮光條件下，因TOPCon組件雙面率較高，其組串輸出能力較BC組件高1.5%~1.6%。在單電池遮光場(chǎng)景中，BC組件具有輸出優(yōu)勢(shì)；而在短邊與長(zhǎng)邊遮光場(chǎng)景中，兩種組件輸出性能無(wú)差異，與實(shí)驗(yàn)室結(jié)論一致。

本研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)室單組件測(cè)試與戶外組串實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的跨驗(yàn)證體系，系統(tǒng)比較了BC與TOPCon組件在實(shí)際遮光條件下的輸出性能：在單電池遮光場(chǎng)景中，MPPT精準(zhǔn)捕捉到當(dāng)子串中被遮電池數(shù)量少于3個(gè)時(shí)，BC組件憑借其軟擊穿特性具有輸出優(yōu)勢(shì)；超過(guò)3個(gè)時(shí)，其性能與TOPCon組件一致。該研究為光伏組件在實(shí)際遮光條件下的輸出評(píng)估提供了標(biāo)準(zhǔn)化框架，對(duì)工程選型與電站全生命周期成本分析具有指導(dǎo)意義。

美能鈣鈦礦最大功率點(diǎn)追蹤 MPPT

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美能鈣鈦礦最大功率點(diǎn)追蹤測(cè)試 MPPT采用A+AA+級(jí)LED太陽(yáng)光模擬器作為老化光源，以其先進(jìn)的技術(shù)和多功能設(shè)計(jì)，為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究提供了強(qiáng)有力的支持。

• 光源等級(jí)：A+AA+，光譜匹配度A+級(jí)，均勻性A級(jí)，長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性A+級(jí)
• 有效光斑大小:≥250*250mm（可定制）
• 光強(qiáng)可調(diào)節(jié): 0.2-1.5sun，以0.1sun為步進(jìn)可依次調(diào)節(jié)
• 功率獨(dú)立可控：300-400 nm/400-750 nm/750-1200 nm

該研究依托美能鈣鈦礦最大功率點(diǎn)追蹤測(cè)試MPPT保障的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，建立了光伏組件實(shí)際遮光輸出評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)化框架，對(duì)工程選型、電站全生命周期成本分析具有指導(dǎo)意義。

原文參考：Power output performance analysis of back-contact photovoltaic module under actual field shading conditions: A comparison with TOPCon photovoltaic module