CN107093653A - 非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复系统及其方法，修复系统其包括人机界面、工业以太网交换机、数据采集模块、继电器控制模块、可调光源和电池组；人机界面显示数据采集模块采集的电池组工作电压以及对电池组施加反向电压的控制按键；工业以太网交换机将数据采集模块采集的电池组工作电压传输至人机界面；数据采集模块采集电池组工作电压；继电器控制模块根据人机界面生成的控制指令控制对应继电器的工作状态，通过继电器的工作状态变化确定对所述电池组施加反向电压；可调光源对电池组进行弱光照射使其产生电压；本发明修复系统对电池的短路修复效果明显，提高了电池的利用率，利用工业化生产，操作简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池的反向电压修复系统，特别是涉及一种非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复系统及方法。
背景技术
非晶硅薄膜太阳能电池是20多年来在国际上新发展起来的一项太阳能电池新技术，非晶硅薄膜太阳能电池的硅材料厚度只有1微米左右，是单晶硅太阳能电池硅材料厚度的1/200-1/300，与单晶硅太阳能电池相比，制备这种薄膜所用硅原料很少，薄膜生长时间较短，设备制造简单，容易大批量连续生产，根据国际上有关专家的估计，非晶硅薄膜太阳能电池是目前能大幅度降低成本的最有前途的太阳能电池。
目前，非晶硅薄膜太阳能电池的制备是通过在TCO玻璃表面完成非晶硅有源层及金属电极的镀膜，在非晶硅有源层及金属电极镀膜之间，穿插进行三次激光刻线，完成电池单元的划分及相互绝缘，通常，在第三次激光刻线的时候由于激光的不稳定性，容易在部分区域产生侧壁金属残留物，形成导电旁路从而造成电池单元短路。目前非晶硅薄膜太阳能电池修复装置都比较复杂，不容易操作，且修复效率较低，修复成本高。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种新型非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复系统及方法，所要解决的技术问题是使其消除短路现象，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复系统，其包括：人机界面、工业以太网交换机、数据采集模块、继电器控制模块、可调光源和电池组；其中，
人机界面，用于显示数据采集模块采集的电池组工作电压，以及用于对所述电池组施加反向电压的控制按键，所述控制按键用于根据用户操作生成对应的控制指令，以控制继电器控制模块中对应的继电器工作状态；
工业以太网交换机，用于将数据采集模块采集的电池组工作电压传输至人机界面；
数据采集模块，用于采集电池组工作电压；
继电器控制模块，用于根据所述人机界面生成的控制指令控制对应继电器的工作状态，通过所述继电器的工作状态变化确定对所述电池组施加反向电压；
可调光源，用于对电池组进行弱光照射，使其产生弱光电压；
电池组，其为非晶硅薄膜太阳能多个电池单元。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复系统，其中所述的人机界面包括显示区域和输入区域；
所述显示区域包括电池组各电池的电压值显示区域和电池组总电压值显示区域；
所述输入区域包括：短路电池编号输入键、修复电压值设定键、修复时间设定按键；其中，
短路电池编号输入键，用于输入短路电池的编号；
修复电压值设定键，用于设定施加反向电压值的大小；
修复时间设定按键，用于设定施加反向电压的时间。
优选的，前述的非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复系统，其中所述的可调光源为人工可调光源或远程控制可调光源。
优选的，前述的非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复系统，其中所述的数据采集模块中含有与所述电池组数量对应的采集单元。
优选的，前述的非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复系统，其中所述的施加反向电压值的大小设定为0-30V。
优选的，前述的非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复系统，其中所述的施加反向电压值的时间设定为0.2-2s。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复方法，包括以下步骤：
1)启动气缸电磁阀控制，使测试探针正好压在非晶硅薄膜太阳能电池组表面，其中，电池组的每个电池单元表面均有测试探针；所述电池组的各电池单元设有编号；
2)启动可调光源，光线从所述电池组的背面射入，使每个电池单元产生弱光电压；
3)工业以太网交换机将数据采集模块采集的电池组工作电压值传输至人机界面，根据人机界面上显示的电池的电压值判断电池是否存在短路；
4)设定人机界面中的输入区域数值，对短路电池单元施加反向电压：在人机界面上的输入区域内输入短路电池的编号，并通过修复电压值设定按键设定施加反向电压值的大小，通过修复时间设定按键设定施加反向电压的时间；
5)反向电压施加后，人机界面重新读取电池组电压值，判断是否消除短路现象。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复方法，其中反向电压施加的过程中人机界面不能读取电池组电压数值。
优选的，前述的非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复方法，其中所述的施加反向电压值的大小为0-30V。
优选的，前述的非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复方法，其中所述的施加反向电压的时间为0.2-2s。
优选的，前述的非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复方法，其中所述单个电池单元产生电压的值为0-10V。
前述技术方案，本发明非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复系统及方法至少具有下列优点：
本发明提供了一种非晶硅薄膜太阳能电池反向电压修复系统，其修复原理是给每个需要修复的电池单元加反向偏置电压，通过反向电压熔断旁路短路通道，使得电池恢复正常供电电压；本发明对电池的短路修复效果明显，提高了非晶硅薄膜太阳能电池的利用率，利用工业化生产，操作简单。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是非晶硅电池结构剖面图。
图2是非晶硅电池金属残留物导致电池单元短路的结构剖面图。
图3是实施例2数据采集及反向修复原理图。
图4是实施例3电池组修复前人机界面显示图。
图5是实施例3电池组修复后人机界面显示图。
图6是实施例4电池组修复前人机界面显示图。
图7是实施例4电池组修复后人机界面显示图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复系统及方法其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“？一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征或特点可由任何合适形式组合。
本发明的一个实施例提出的一种非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复系统，其包括：人机界面、工业以太网交换机、数据采集模块、继电器控制模块、可调光源和电池组；其中，
人机界面，用于显示数据采集模块采集的电池组工作电压，以及具有对所述电池组施加反向电压的控制按键，所述控制按键用于根据用户操作生成对应的控制指令，以控制继电器控制模块中对应的继电器工作状态；
工业以太网交换机，用于将数据采集模块采集的电池组工作电压传输至人机界面；
数据采集模块，用于采集电池组工作电压；所述数据采集模块中含有与所述电池组数量对应的采集单元；
继电器控制模块，用于根据所述人机界面生成的控制指令控制对应继电器的工作状态，通过所述继电器的工作状态变化确定对所述电池组施加反向电压；
可调光源，用于对电池组进行弱光照射，使其产生弱电压；可调光源的光线从电池组的背面射入；
电池组，其为非晶硅薄膜太阳能多个电池单元。
较佳的，本发明的实施例非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复系统中人机界面包括显示区域和输入区域；
所述显示区域包括电池组各电池的电压值显示区域和电池组总电压值显示区域，分别显示电池组各电池的电压值和电池组总电压；
所述输入区域用来设定短路电池的反向电压，其包括：短路电池编号输入键、修复电压值设定键、修复时间设定按键；其中，
短路电池编号输入键，用于输入所述电池的电压值显示区域中短路的电池编号；
修复电压值设定键，用于设定施加反向电压值的大小；
修复时间设定按键，用于设定施加反向电压的时间。
较佳的，本发明的实施例非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复系统中的可调光源为人工可调光源或远程控制可调光源。
较佳的，本发明的实施例非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复系统中施加反向电压值的大小设定为0-30V。较佳的，本发明的实施例非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复系统中施加反向电压值的时间设定为0.2-2s。结合本发明的非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复系统本发明的另一个实施例提出一种非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复方法，包括以下步骤：
1)启动气缸电磁阀控制，使测试探针正好压在非晶硅薄膜太阳能电池组表面，其中，电池组的每个电池单元表面均有测试探针；所述电池组的各电池单元设有编号；
2)启动可调光源，光线从所述电池组的背面射入，使电池组每个电池单元产生电压；
3)工业以太网交换机将数据采集模块采集的电池组工作电压值传输至人机界面，根据人机界面上显示的电池的电压值判断电池是否存在短路；
4)设定人机界面中的输入区域数值，对短路电池单元施加反向电压：在人机界面上的输入区域内输入短路电池的编号，并通过修复电压值设定按键设定施加反向电压值的大小，通过修复时间设定按键设定施加反向电压的时间；
5)反向电压施加后，人机界面重新读取电池组电压值，判断是否消除短路现象。
本发明的非晶硅薄膜太阳能电池，通过在TCO玻璃表面完成非晶硅有源层及金属电极的镀膜，在非晶硅有源层及金属电极镀膜之间，穿插进行三次激光刻线，完成电池单元的划分及相互绝缘。图1为非晶硅电池结构剖面图，1为电极，2为非晶硅有源层，3为TCO层，4为玻璃层；5为激光刻线一，6为激光刻线二，7为激光刻线三，8为电流方向。
图2为非晶硅电池金属残留物导致电池单元短路的结构剖面图，1为电极，2为非晶硅有源层，3为TCO层，4为玻璃层；5为激光刻线一，6为激光刻线二，7为激光刻线三，8为电流方向，9为金属残留形成导电旁路。为了消除金属残留物，采用对电池单元加电压并通过一定电流的方式进行缺陷修复，将导致缺陷的导电旁路通道烧断。加电压的方式为对电池单元的等效PN结有源层反向偏置，原因是在反向偏置的情况下可以避免PN结有流经大电流，防止对PN结有源层的过电流损伤。方向偏置加压后，电流通过导电旁路通道，瞬间的发热可将细小的旁路通道烧断，从而起到修复的作用。
一般而言，本发明对非晶硅薄膜太阳能电池组中的每个电池单元均可进行修复，修复中由于偶然的修复创伤会造成个别电池修复前人机界面上的电压值大于修复后的电压值。
本发明中对电池进行修复时，每次只修复1个电池单元，单个电池单元可多次修复。
较佳的，本实施例非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复方法中对短路电池进行反向电压施加的过程中人机界面不能读取电池组电压数值。
较佳的，本实施例非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复方法中施加反向电压值的大小为0-30V。根据非晶硅薄膜太阳能电池设定施加反向电压的大小，非晶硅薄膜太阳能电池单元的开路电压为6V左右，对需要修复的电池施加反向电压值的大小设定为0-10V，但是由于不同工艺等原因，对需要修复的电池施加反向电压值的大小设定为0-30V。
较佳的，本实施例非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复方法中施加反向电压的时间为0.2-2s。如果反向电压修复时间过短不能击穿电池短路的地方；如果反向电压修复时间过长或电压过高时，电池中的二极管会被击穿，以至电池会遭到破坏，所以对每个需要修复的电池施加反向电压的时间为0.2-2s。
较佳的，本实施例非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复方法中电池组中单个电池产生电压的值为0-10V。
实施例1
一个非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复系统，包括：人机界面、工业以太网交换机、数据采集模块、继电器控制模块、人工可调光源和非晶硅薄膜太阳能电池组；
人机界面具体包括显示区域和输入区域；其中显示区域包括电池组各电池的电压值显示区域和电池组总电压值显示区域，分别显示电池组各电池的电压值和电池组总电压，电池组各电池的电压值通过数据采集模块采集；输入区域用来设定短路电池的反向电压，根据用户操作生成对应的控制指令，以控制继电器控制模块中对应的继电器工作状态，输入区域包括短路电池编号输入键、修复电压值设定键、修复时间设定按键，其中的短路电池编号输入键用于输入所述电池的电压值显示区域中短路的电池编号，修复电压值设定键用于设定施加反向电压值的大小，修复时间设定按键用于设定施加反向电压的时间；
工业以太网交换机将数据采集模块采集的电池组工作电压传输至人机界面；
数据采集模块采集电池组工作电压，数据采集模块中含有与电池组数量对应的采集单元；
继电器控制模块根据人机界面生成的控制指令控制对应继电器的工作状态，通过所述继电器的工作状态变化确定对所述电池组施加反向电压；
可调光源对电池组进行弱光照射，使其产生弱光电压；可调光源的光线从电池组的背面射入；
本发明非晶硅薄膜太阳能电池组包含37个电池单元。可以小于37个，也可以扩展至38-100个电池单元，或更多电池单元，只需根据电池数量添加数据采集模块、继电器模块及探针数量即可)。
实施例2
本实施例的数据采集及反向修复原理图如图3所示，图3中气缸电磁阀控制回路控制整个修复系统的开关状态，开始修复时启动气缸电磁阀控制HV1，修复结束后关闭缸电磁阀控制HV1。反向修复控制回路是对短路电池进行修复的工作原理，通过可调电压源来控制给短路电池施加反向电压的大小，施加的反向电压为0-30V，由于本实施例的电池组有40个电池单元，反向修复控制回路中设计有40个模拟量采集模块，即包含40个采集单元，模拟量电压采集经工业以太网交换机将电池组工作电压数据传输至人机界面，根据人机界面显示的数据判断电池是否短路，如果电池短路，那么通过可调电压源对短路电池施加反向电压。
对非晶硅薄膜太阳能电池组的各电池进行编号，本发明非晶硅薄膜太阳能电池组包含40个电池单元，放置好电池板，启动气缸电磁阀控制，使测试探针正好压在各非晶硅薄膜太阳能电池单元表面；人工启动可调光源，光线从电池组的背面射入，使电池组产生弱电压；模拟量电压采集经工业以太网交换机将电池组工作电压数据传输至人机界面，其中模拟量电压采集模块实际采集40个单元；根据人机界面上显示的电池的电压值判断电池单元是否存每个电池是否存在短路；分别对短路电池施加反向电压：在人机界面上的输入区域内输入短路电池的编号，并通过修复电压值设定按键设定施加反向电压值的大小，通过修复时间设定按键设定施加反向电压的时间；反向电压施加后，人机界面重新读取电池组电压值，判断其是否消除短路现象；修复结束后，关闭可调光源及气缸，使探针不接触电池表面，取出非晶硅薄膜太阳能电池板。
实施例3
对非晶硅薄膜太阳能电池组的各电池进行编号，该电池组包含37个电池单元，放置好电池板，启动气缸电磁阀控制，使测试探针正好压在各非晶硅薄膜太阳能电池单元表面；启动可调光源，光线从电池组的背面射入，使电池组产生弱光电压；模拟量电压采集经工业以太网交换机将电池组工作电压数据传输至人机界面，其中模拟量电压采集模块包含37个采集单元；如图4所示，根据人机界面上显示区域中各电池的电压值确认需要修复的电池分别为1-6号电池单元、10号电池单元、11号电池单元、16号电池单元、19号电池单元、22-25号电池单元、28号电池单元、29号电池单元和31号电池单元，此时人机界面中显示电池组总电压为6.790V。其中，图4为修复前的人机界面图，修复电压值设定按键显示为3.000，修复时间设定显示为0.2，短路电池编号输入键显示为1。以1号电池单元为例，对其施加反向电压：在人机界面上的输入区域内的短路电池编号输入键输入1，在修复电压值设定按键输入3，在修复时间设定按键输入0.2，即对1号电池进行反向电压修复时，施加的反向电压为3V，修复的时间为0.2s；反向电压施加结束后，人机界面重新读取各电池单元电压值。
参照上述方法，可以对其他电池单元进行类似修复，对其他电池单元修复时，均可在0-30V电压范围内进行选择，例如8V、10V、12V、15V、18V、25V、30V，修复时间均可在0.2-2s范围内进行选择，例如0.3s、0.5s、0.6s、0.8s、1.2s、1.6s、1.8s，选择的原则是：修复电压与电池单元弱光电压有关，弱光电压越小，修复电压越高，但建议修复时从低电压、短时间开始，如果效果不明显，则逐步加大电压，增加修复时间。
根据人机界面显示区域中各电池单元的电压值确认电池组短路现象完全消除，如图5所示，此时电池组总电压为9.510V；修复结束后，关闭可调光源及气缸，使探针不接触电池表面，取出非晶硅薄膜太阳能电池。
实施例4
对非晶硅薄膜太阳能电池组的各电池单元进行编号，该电池组包含37个电池单元，放置好电池板，启动气缸电磁阀控制，使每个测试探针正好压在非晶硅薄膜太阳能电池板每个电池单元表面；启动可调光源，光线从电池组的背面射入，使电池单元产生弱电压；模拟量电压采集经工业以太网交换机将电池组工作电压数据传输至人机界面，其中模拟量电压采集模块包含37个采集单元；如图6所示，根据人机界面上显示区域中各电池的电压值确认需要修复的电池，本实施例对电池组的每个电池均进行修复，此时人机界面中显示电池组总电压为2.531V，图6为修复前的人机界面图，修复电压值按键设定显示为5V，修复时间设定按键显示为0.4，人机界面中的输入区域数值短路电池编号输入键显示为2。以2号电池单元为例，对其施加反向电压：在人机界面上的输入区域内的短路电池编号输入键输入2，在修复电压值设定按键输入5，在修复时间设定按键输入0.4，即2号电池进行反向电压修复时，施加的反向电压为5V，修复的时间为0.4s；反向电压施加后，人机界面重新读取电池组电压值。
参照上述方法，可以对其他电池单元进行类似修复，例如，对4号电池进行修复时，施加的反向电压为1V，修复时间为2s；对其他电池单元修复时，均可在0-30V电压范围内进行选择，例如8V、10V、12V、15V、18V、25V、30V，修复时间均可在0.2-2s范围内进行选择，例如0.3s、0.5s、0.6s、0.8s、1.2s、1.6s、1.8s，选择的原则是：修复电压与电池单元弱光电压有关，弱光电压越小，修复电压越高，但建议修复时，从低电压，短时间开始，如果效果不明显，则逐步加大电压，增加修复时间。
根据人机界面显示区域中各电池的电压值确认电池组短路现象完全消除，，如图7所示，此时电池组总电压为4.625V；修复结束后，关闭可调光源及气缸，使探针不接触电池表面，取出非晶硅薄膜太阳能电池。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (11)
1.一种非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复系统，其特征在于，其包括：人机界面、工业以太网交换机、数据采集模块、继电器控制模块、可调光源和电池组；其中，
人机界面，用于显示数据采集模块采集的电池组工作电压，以及用于对所述电池组施加反向电压的控制按键，所述控制按键用于根据用户操作生成对应的控制指令，以控制继电器控制模块中对应的继电器工作状态；
工业以太网交换机，用于将数据采集模块采集的电池组工作电压传输至人机界面；
数据采集模块，用于采集电池组工作电压；
继电器控制模块，用于根据所述人机界面生成的控制指令控制对应继电器的工作状态，通过所述继电器的工作状态变化确定对所述电池组施加反向电压；
可调光源，用于对电池组进行弱光照射，使其产生弱光电压；
电池组，其为非晶硅薄膜太阳能多个电池单元。
2.根据权利要求1所述的非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复系统，其特征在于，所述的人机界面包括显示区域和输入区域；
所述显示区域包括电池组各电池的电压值显示区域和电池组总电压值显示区域；
所述输入区域包括：短路电池编号输入键、修复电压值设定键、修复时间设定按键；其中，
短路电池编号输入键，用于输入短路电池的编号；
修复电压值设定键，用于设定施加反向电压值的大小；
修复时间设定按键，用于设定施加反向电压的时间。
3.根据权利要求1所述的非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复系统，其特征在于，所述的可调光源为人工可调光源或远程控制可调光源。
4.根据权利要求1所述的非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复系统，其特征在于，所述数据采集模块中含有与所述电池组数量对应的采集单元。
5.根据权利要求2所述的非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复系统，其特征在于，所述施加反向电压值的大小设定为0-30V。
6.根据权利要求2所述的非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复系统，其特征在于，所述施加反向电压值的时间设定为0.2-2s。
7.一种非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)启动气缸电磁阀控制，使测试探针正好压在非晶硅薄膜太阳能电池组表面，其中，电池组的每个电池单元表面均有测试探针；所述电池组的各电池单元设有编号；
2)启动可调光源，光线从所述电池组的背面射入，使每个电池单元产生电压；
3)工业以太网交换机将数据采集模块采集的电池组工作电压值传输至人机界面，根据人机界面上显示的电池的电压值判断电池是否存在短路；
4)设定人机界面中的输入区域数值，对短路电池单元施加反向电压：在人机界面上的输入区域内输入短路电池的编号，并通过修复电压值设定按键设定施加反向电压值的大小，通过修复时间设定按键设定施加反向电压的时间；
5)反向电压施加后，人机界面重新读取电池组电压值，判断是否消除短路现象。
8.根据权利要求7所述的非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复方法，其特征在于，反向电压施加的过程中人机界面不能读取电池组电压数值。
9.根据权利要求7所述的非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复方法，其特征在于，所述的施加反向电压值的大小为0-30V。
10.根据权利要求7所述的非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复方法，其特征在于，所述的施加反向电压的时间为0.2-2s。
11.根据权利要求7所述的非晶硅薄膜太阳能电池的反向电压修复方法，其特征在于，所述单个电池单元产生电压的值为0-10V。
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