CN107534414B - 用于评估光伏设备的发光成像系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及用于检测光伏(PV)设备，诸如PV电池、PV面板、PV模块和PV阵列中的缺陷的光学方法和系统。这些方法包括照射表面的第一部分，使得照射导致电压在设备内形成，并且电压在不同于第一部分的表面的第二部分中感应出发光，并且第一部分和第二部分基本上不重叠。该方法还包括检测表面的第二部分中的发光，并根据检测确定表面的第二部分中一个或多个缺陷的存在或不存在。
Description
合同原件
美国政府依据美国能源部与可持续能源有限责任公司(国家可再生能源实验室的管理者和运营商)之间的合同No.DE-AC 36-08GO28308在本公开中拥有权利。
对相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年1月23日提交的美国临时申请No.62/107,328的权益，该申请的内容整体上通过引用并入本文。
背景技术
参考图1，光伏(PV)电池100是将光转换成电的半导体设备。多个PV电池100可以在串联和/或并联电路中电连接，以产生更高的电压、电流和功率水平，以产生大规模的太阳能电力系统。例如，PV电池100的组可以被电配置为称为PV模块110的预接线单元，其中一个或多个PV模块110被组装成预接线的、现场可安装的单元或PV面板120。最后，PV阵列130是完整的发电单元，包括任何期望数量的PV面板120。光伏系统可以与公用电网并联并且互连到公用电网。例如，亚利桑那州的Agua Caliente太阳能电力系统拥有大约500万个光伏面板并生成大约290兆瓦的功率，有足够多的电力在峰值容量为23万户家庭提供电力。
像任何其它暴露于环境压力的制造设备一样，光伏设备及其性能随时间而降级并拥有有限的寿命。因为它没有移动的零件(其它类型的发电系统中的可靠性问题的主要来源)，所以PV设备的工作寿命在很大程度上取决于其构造材料的稳定性和耐腐蚀性。
因此，随着光伏技术变得更加高效和经济，对PV产业的持续增长和投资需要准确预测PV设备降级和降级率。此外，PV阵列所有者和运营商需要用于识别其PV设备在现场操作的缺陷的形成的方法，以协助维护计划和调度，以确保其发电厂继续以工厂的铭牌功率容量执行。
为了解决这些需求，各个组织制定了用于评估PV设备状况和性能的检查方法。例如，一些方法已经利用电致发光和/或光致发光成像方法。例如，在德国斯图加特大学的光伏发电研究所研制的日光发光系统(DaySys)(Daylight Luminescence for PhotovoltaicSystem Testing。L.Stoicescu，M.Reuter和J.H.Werner，第22届国际光伏科学和工程会议，由(杭州，中国，2012)编辑，(2012))。在这个示例中，PV设备连接到调制设备，并且一种算法从PV设备的视频流中提取电致发光生成的图像。但是，这种方法需要将被测试的PV设备电连接到外部电源，例如，偏压电源。通常涉及照射和成像PV电池的相同区段的光致发光造成被分析的所有PV电池的光致发光，而不管该区段的部分是否包含断开(例如，由于裂纹和/或断裂)。
因此，目前用于检测PV设备中的缺陷的大多数方法限于实验室规模测试，其需要昂贵的专用激光器和滤波器，或者需要连接某种调制和/或偏置提供设备。因此，虽然在开发用于在现场检测PV电池、PV模块、PV面板和/或PV阵列的缺陷的方法方面取得了进展，但仍然需要在其中曾(ever)使用PV阵列的现场检测PV设备的缺陷以及更简单、更安全、更快速、更可扩展和更可靠的方法和系统。
发明内容
本公开的一方面是一种方法，该方法包括使用非太阳光源照射光伏(PV)设备的表面的第一部分，使用检测器收集与来自不被非太阳光源照射的表面的第二部分的发光的存在或不存在中至少一个相关的第一组测量结果，以及分析该第一组测量结果以产生表面的第一表示。该第一表示识别表面的第二部分内的第一发光区域或第一非发光区域中的至少一个。表面的第一部分和表面的第二部分电连接。在本公开的一些实施例中，可以在不将外部电源附连到PV设备并且不将PV设备从在PV设备的正常操作期间使用的功率部件分离的情况下完成照射和收集。
在本公开的一些实施例中，该方法可以包括停止由非太阳光源对表面的第一部分的照射，随后使用非太阳光源照射表面的第二部分，并使用检测器收集与来自不被非太阳光源照射的表面的第一部分的发光的存在或不存在中的至少一个相关的第二组测量结果。该方法可以包括分析第二组测量结果以产生表面的第二表示，其中第二表示识别表面的第一部分内的第二发光区域或第二非发光区域中的至少一个，并且将第一表示与第二表示组合，以产生既包括表面的第一部分又包括表面的第二部分的表面的合成表示。
在本公开的一些实施例中，可以在使用太阳光源进一步照射PV设备的表面的同时执行照射和收集。使用非太阳光源的照射可以包括脉动或调制非太阳光源中的至少一个。非太阳光源可以提供包括小于大约1100nm的至少一个波长的光。非太阳光源可以包括发光二极管(LED)光、白炽光、荧光、激光二极管光和/或卤素光中的至少一个。
在本公开的一些实施例中，第一组测量结果和第二组测量结果可以分别包括来自表面的第二部分和第一部分的发光强度数据。发光强度数据可以是针对以大于由非太阳光源提供的光的至少一个波长的波长发射的光的。
在本公开的一些实施例中，检测器可以包括硅相机或砷化铟镓相机中的至少一个。在本公开的一些实施例中，相机可以包括电荷耦合相机或互补金属氧化物半导体相机中的至少一个。非太阳光源和检测器可以作为一个单元移动。检测器可以独立于非太阳光源移动。
在本公开的一些实施例中，照射和收集可以通过非太阳光源和检测器都在离PV设备大约六米或更短的距离内而执行。照射和收集可以通过非太阳光源和检测器都在离PV设备大于大约六米的距离而执行。
在一些实施例中，本公开提供了一种方法，该方法包括使用非太阳光源照射光伏(PV)设备的表面的第一部分；使用检测器收集与来自不被非太阳光源照射的表面的第二部分的发光的存在或不存在相关的第一组测量结果；以及分析该第一组测量结果以产生表面的第一表示，其中：第一表示识别表面的第二部分内第一发光区域或第一非发光区域，并且表面的第一部分和表面的第二部分被电连接；并且其中PV设备选自PV电池、PV面板、PV模块和PV阵列。
在一些实施例中，本公开提供了一种方法，该方法包括使用非太阳光源照射光伏(PV)设备的表面的第一部分；使用检测器收集与来自不被非太阳光源照射的表面的第二部分的发光的存在或不存在相关的第一组测量结果；以及分析该第一组测量结果以产生表面的第一表示，其中：第一表示识别表面的第二部分内的第一发光区域或第一非发光区域，并且表面的第一部分和表面的第二部分被电连接；并且其中第一组测量结果包括来自表面的第二部分的发光强度数据，该发光强度数据是针对以大于由非太阳光源提供的光的至少一个波长的波长发射的光的。
在一些实施例中，本公开提供了一种方法，包括使用非太阳光源照射光伏(PV)设备的表面的第一部分；使用检测器收集与来自不被非太阳光源照射的表面的第二部分的发光的存在或不存在相关的第一组测量结果；以及分析该第一组测量结果以产生表面的第一表示，其中：第一表示识别表面的第二部分内的第一发光区域或第一非发光区域，并且表面的第一部分和表面的第二部分被电连接；并且其中第一表示选自图像(数字的或其它的)、照片、灰度级图像、另一种适当的视觉表示或者其组合。
在一些实施例中，本公开提供了一种方法，该方法包括使用非太阳光源照射光伏(PV)设备的表面的第一部分；使用检测器收集与来自不被非太阳光源照射的表面的第二部分的发光的存在或不存在相关的第一组测量结果；以及分析该第一组测量结果以产生表面的第一表示，其中：第一表示识别表面的第二部分内的第一发光区域或第一非发光区域，并且表面的第一部分和表面的第二部分被电连接；在一些实施例中，该方法还包括：停止由非太阳光源对表面的第一部分的照射；随后使用非太阳光源照射表面的第二部分；使用检测器收集与来自不被非太阳光源照射的表面的第一部分的发光的存在或不存在相关的第二组测量结果；分析第二组测量结果以产生表面的第二表示，其中第二表示识别表面的第一部分内的第二发光区域或第二非发光区域；以及将第一表示与第二表示组合，以产生既包括表面的第一部分又包括表面的第二部分的表面的合成表示；并且其中在第二收集步骤中使用的检测器是在第一收集步骤中使用的相同的检测器。
在一些实施例中，本公开提供了一种方法，该方法包括使用非太阳光源照射光伏(PV)设备的表面的第一部分；使用检测器收集与来自不被非太阳光源照射的表面的第二部分的发光的存在或不存在相关的第一组测量结果；以及分析该第一组测量结果以产生表面的第一表示，其中：第一表示识别表面的第二部分内的第一发光区域或第一非发光区域，并且表面的第一部分和表面的第二部分被电连接；在一些实施例中，该方法还包括：停止由非太阳光源对表面的第一部分的照射；随后使用非太阳光源照射表面的第二部分；使用检测器收集与来自不被非太阳光源照射的表面的第一部分的发光的存在或不存在相关的第二组测量结果；分析第二组测量结果以产生表面的第二表示，其中第二表示识别表面的第一部分内的第二发光区域或第二非发光区域；以及将第一表示与第二表示组合，以产生既包括表面的第一部分又包括表面的第二部分的表面的合成表示；并且其中在第二收集步骤中使用的检测器不同于在第一收集步骤中使用的检测器，并且选自硅相机和砷化铟镓相机。
在一些实施例中，本公开提供了一种方法，该方法包括使用非太阳光源照射光伏(PV)设备的表面的第一部分；使用检测器收集与来自不被非太阳光源照射的表面的第二部分的发光的存在或不存在相关的第一组测量结果；以及分析该第一组测量结果以产生表面的第一表示，其中：第一表示识别在表面的第二部分内的第一发光区域或第一非发光区域，并且表面的第一部分和表面的第二部分被电连接；在一些实施例中，该方法还包括：停止由非太阳光源对表面的第一部分的照射；随后使用非太阳光源照射表面的第二部分；使用检测器收集与来自不被非太阳光源照射的表面的第一部分的发光的存在或不存在相关的第二组测量结果；分析第二组测量结果以产生表面的第二表示，其中第二表示识别表面的第一部分内的第二发光区域或第二非发光区域；以及将第一表示与第二表示组合，以产生既包括表面的第一部分又包括表面的第二部分的表面的合成表示；并且其中第二表示选自图像(数字的或其它的)、照片、灰度级图像、另一种适当的视觉表示或者其组合。
在一些实施例中，本公开提供了一种方法，该方法包括使用非太阳光源照射光伏(PV)设备的表面的第一部分；使用检测器收集与来自不被非太阳光源照射的表面的第二部分的发光的存在或不存在相关的第一组测量结果；以及分析该第一组测量结果以产生表面的第一表示，其中：第一表示识别表面的第二部分内的第一发光区域或第一非发光区域，并且表面的第一部分和表面的第二部分被电连接；在一些实施例中，该方法还包括：停止由非太阳光源对表面的第一部分的照射；随后使用非太阳光源照射表面的第二部分；使用检测器收集与来自不被非太阳光源照射的表面的第一部分的发光的存在或不存在相关的第二组测量结果；分析第二组测量结果以产生表面的第二表示，其中第二表示识别表面的第一部分内的第二发光区域或第二非发光区域；以及将第一表示与第二表示组合，以产生既包括表面的第一部分又包括表面的第二部分的表面的合成表示；并且其中所述合成表示是选自图像(数字的或其它的)、照片、灰度级图像、另一种适当的视觉表示或者其组合的单个表示。
本公开的一方面是一种系统，该系统包括被配置为产生具有小于大约1100nm的至少一个波长的非太阳光的非太阳光源，以及被配置为检测具有大于至少一个由非太阳光源产生的波长的波长的发射光的相机。非太阳光源被配置为基本上朝着第一目标引导非太阳光，并且相机被配置为接收来自电连接到第一目标的第二目标的发射光。
在本公开的一些实施例中，非太阳光源可以包括发光二极管(LED)光、白炽光、荧光、激光二极管光和/或卤素光中的至少一个。相机可以包括硅相机或砷化铟镓相机中的至少一个。
该系统可以包括壳体，使得非太阳光源可以定位在壳体内。壳体可以包括孔，并且由光源产生的非太阳光可以穿过该孔。该系统可以包括支撑框架，其中壳体和相机可以物理地连接到支撑框架，使得当支撑框架移动时，壳体、非太阳光源和相机可以作为一个单元移动。
在一些实施例中，本公开提供一种系统，该系统包括：被配置为产生具有小于大约1100nm的至少一个波长的非太阳光的非太阳光源；以及被配置为检测具有大于至少一个由非太阳光源产生的波长的波长的发射光的相机光，其中：非太阳光源被配置为基本上朝着第一目标引导非太阳光，并且相机被配置为接收来自电连接到第一目标的第二目标的发射光；并且其中第一目标是选自PV电池、PV面板、PV模块和PV阵列的光伏(PV)设备的表面的第一部分。
在一些实施例中，本公开提供了一种系统，该系统包括：被配置为产生具有小于大约1100nm的至少一个波长的非太阳光的非太阳光源；以及被配置为检测具有大于至少一个由非太阳光源产生的波长的波长的发射光的相机，其中：非太阳光源被配置为基本上朝着第一目标引导非太阳光，并且相机被配置为接收来自电连接到第一目标的第二目标的发射光；其中第一目标是选自PV电池、PV面板、PV模块和PV阵列的光伏(PV)设备的表面的第一部分；并且其中第二目标是与第一目标分开的所述PV设备的表面的第二部分。
在一些实施例中，本公开提供了一种系统，该系统包括：被配置为产生具有小于大约1100nm的至少一个波长的非太阳光的非太阳光源；以及被配置为检测具有大于至少一个由非太阳光源产生的波长的波长的发射光的相机，其中：非太阳光源被配置为基本上朝着第一目标引导非太阳光，并且相机被配置为接收来自电连接到第一目标的第二目标的发射光；其中第一目标是选自PV电池、PV面板、PV模块和PV阵列的光伏(PV)设备的表面的第一部分；其中第二目标是与第一目标分开的所述PV设备的表面的第二部分；其中所述系统还包括壳体，壳体包括孔，其中：非太阳光源定位在壳体内，并且由光源产生的非太阳光穿过该孔；并且其中壳体是图6中所示的壳体，例如被示为壳体660、壳体665或者壳体660和壳体665二者。
在一些实施例中，本公开提供了一种系统，该系统包括：被配置为产生具有小于大约1100nm的至少一个波长的非太阳光的非太阳光源；以及被配置为检测具有大于至少一个由非太阳光源产生的波长的波长的发射光的相机，其中：非太阳光源被配置为基本上朝着第一目标引导非太阳光，并且相机被配置为接收来自电连接到第一目标的第二目标的发射光；其中第一目标是选自PV电池、PV面板、PV模块和PV阵列的光伏(PV)设备的表面的第一部分；其中第二目标是与第一目标分开的所述PV设备的表面的第二部分；其中所述系统还包括壳体，壳体包括孔，其中：非太阳光源定位在壳体内，并且由光源产生的非太阳光穿过该孔；并且其中孔是图6中所示的孔，例如被示为孔670、孔675或者孔670和孔675二者。
在一些实施例中，本公开提供了一种系统，其包括：被配置为产生具有小于大约1100nm的至少一个波长的非太阳光的非太阳光源；以及被配置为检测具有大于至少一个由非太阳光源产生的波长的波长的发射光的相机，其中：非太阳光源被配置为基本上朝着第一目标引导非太阳光，并且相机被配置为接收来自电连接到第一目标的第二目标的发射光；其中第一目标是选自PV电池、PV面板、PV模块和PV阵列的光伏(PV)设备的表面的第一部分；其中第二目标是与第一目标分开的所述PV设备的表面的第二部分；其中所述系统还包括壳体，壳体包括孔，其中：非太阳光源定位在壳体内，并且由光源产生的非太阳光穿过该孔；其中所述系统还包括支撑框架，其中壳体和相机连接到支撑框架，使得壳体、非太阳光源和相机在支撑框架移动时作为一个单元移动；并且其中支撑框架是图6中所示的支撑框架，例如被示为支撑框架610。
附图说明
由本公开提供的实施例在附图的参考图中示出。
图1图示了通常用来构建用于太阳能电力系统的PV阵列的部件。
图2a-c图示了根据本公开的实施例的、用于检测PV设备中的缺陷的两步法。
图3a-c图示了根据本公开的实施例的、用于检测PV面板和/或PV模块中的缺陷的方法。
图4a和4b图示了多晶硅PV电池的缺陷检测方法的比较：(a)在黑暗外壳中向PV电池施加电压偏置的电致发光图像，以及(b)根据本公开的实施例的、通过光感应的电压获取的发光图像，其中光施加到PV电池的相对的两半，并且随后与PV电池的相对的两半对应的两个分离图像拼接在一起，以形成所示的完整图像。
图5a和5b图示了多晶硅PV电池的缺陷检测方法的比较：(a)通过光致发光获得的多晶硅PV电池的图像，以及(b)根据本公开的实施例的、通过光感应的电压获取的相同PV电池的发光图像。在两步中获取的图像是通过：光施加到PV电池的相对的两半，并且随后与PV电池的相对的两半对应的两个分离图像拼接在一起，以形成所示的完整图像。
图6图示了根据本公开的实施例的、用于检测PV设备中的缺陷的缺陷检测系统。
图7a和7b图示了根据本公开的实施例的、用于检测PV设备中的缺陷的缺陷检测系统以及使用该缺陷检测系统为多晶硅PV面板获得的发光图像的示例。
图8a和8b图示了根据本公开的实施例的、用于检测PV设备中的缺陷的缺陷检测系统以及使用该缺陷检测系统为CIGS PV面板获得的发光图像的示例。
标号
100.................................PV电池
110和300............................PV模块
120.................................PV面板
130.................................PV阵列
200.................................PV设备
210和215............................被照射部分
220和225............................未被照射部分
230和235............................缺陷(例如，裂纹)
240和245............................发光部分
250和255............................不发光部分
260.................................合成图像
270.................................有效区域
280和285............................无效区域
310至380............................PV电池
390至394............................被照射部分
400至418............................发光部分
600.................................检测系统
610.................................支撑框架
620.................................相机
630.................................数据电缆
640.................................第一光源
645.................................第二光源
650.................................电源电缆
660.................................第一壳体
665.................................第二壳体
670.................................第一孔
675.................................第二孔
700.................................图像
具体实施方式
本公开的一方面是用于使用不要求PV设备的部件被物理操纵或改变以完成测试的发光技术或方法来在现场确定PV设备中至少一个缺陷的存在或不存在的方法或系统；例如，部件不需要与其正常操作的电路断开连接，也不需要连接附加的调制电源和/或任何其它装备、设备或系统。因此，要使用本文描述的方法和系统来测试的PV设备可以在现场“原样”测试，而无需对PV设备进行任何修改。这个特征提供了更快、更高效、更低成本、更安全的PV设备测试方法/系统。如本文所使用的，PV设备包括但不限于被配置为接收电磁辐射(例如，太阳能)并将那种辐射转换成电的PV电池、PV模块、PV面板和/或PV阵列。
本文描述的方法和系统可以检测或识别PV设备中的许多不同缺陷。这些包括但不限于由于触点的粘附减小或触点的腐蚀、金属通过p-n结的迁移、短路故障、开路故障或其组合而引起的PV电池的降级。类似地，本文描述的方法和系统可以检测PV阵列的PV模块级别的缺陷，包括开路故障、短路故障、分层、开裂、电化学腐蚀、热点故障、旁路二极管故障、任何其它常见的PV模块故障，和/或其组合。
因此，本文描述的方法一般可以被描述为对于识别PV设备中的缺陷是有用的。这些方法包括照射表面的第一部分，使得照射导致设备内电压的形成，并且电压在表面的不同于第一部分的第二部分中感应出发光，并且第一和第二部分基本上不重叠。该方法还包括检测表面的第二部分中的发光，并根据检测确定表面的第二部分中是否存在一个或多个缺陷。
用于确定缺陷存在或不存在的方法可以包括处理由照射产生的发光的信号，以产生表面的第二部分的一维或二维表示。例如，PV设备的表面的第二未被照射部分的表示可以包括图像、照片、灰度级图像和/或任何其它合适的视觉表示中的至少一个。在其它示例中，用于确定PV设备中缺陷存在或不存在的方法可以包括将至少两个表示组合成单个合成表示。
本公开提供的方法(包括但不限于照射、检测和确定步骤)可以在不将PV设备物理连接到附加设备和/或将PV设备与附加设备断开连接的情况下执行；例如，提供偏置电压的设备和/或便于照射、检测或确定中的至少一个的任何其它设备。因此，本文描述的用于检测PV设备中的缺陷的方法可以成功地实现，而无需将PV设备与其PV阵列、系统或逆变器电子器件断开，和/或无需将PV设备连接到诸如电压源的电源。这最小化了技术人员在现场完成所讨论的PV设备的评估所需的步骤。
PV设备评估系统和方法可以包括被配置为照射PV设备的表面的第一部分的光源，被配置为从表面的不同于第一部分且基本上不与第一部分重叠的第二部分检测发光的检测器，以及接收检测到的发光并确定表面的第二部分中是否存在缺陷的成像处理器。成像处理器可以创建表面的第二部分的一维和/或二维表示，其中该表示可以包括图像、照片、灰度级图像和/或任何其它合适的视觉表现中的至少一个。照射可以使用例如发光二极管(LED)照射系统来实现。可以使用相机来实现检测，使得所创建的映射(map)与照片对应。
本文所述的用于检测PV设备中的缺陷的方法可以光学地(例如，使用光源)激发在PV设备的第一部分中的过量的载流子，其在PV设备中感应出电压，从而导致PV设备的第二部分中的发光。如果光被定位到PV设备的小区域，那么接触和导电结构(诸如发射极和基极以及发射极触点和栅极)允许感应出的电压扩散到设备的其余部分。因此，PV设备未被照射的部分经受施加在设备的结两端的电压，并且注入载流子，从而导致从PV设备的未被照射部分产生发光。因此，为了收集针对感兴趣的PV设备的发光图像，可以在对设备的未被照射、基本上不重叠的区域进行成像的同时照射局部区域。随后，光源可以被重定向到不同的基本上不重叠的区域，使得先前被照射的区域也可以通过检测由于重定向的光源照射不同的、基本上不重叠的区域所产生的发光而被成像。因此，可以根据需要重复照射/发光步骤，以评估被评估的PV设备的光收集表面。例如，如果光收集表面的100％被成像并评估缺陷，那么需要获取最少两个图像以产生整个表面的合成图像。但是，大的PV模块和/或PV面板可能需要两个以上的连续的照射/发光步骤来评估光收集表面的100％。
图2a-c图示了用于检测单个PV设备200内的缺陷的本公开的实施例，其在两个连续的步骤中完成了光收集表面的100％的分析。图2a和2b示出了PV设备200的表面的顶视图，其通常被定位成接收用于生成电流和/或电压的电磁辐射(例如，太阳辐射或太阳光)。参考图2a，在这个示例的第一步骤中，照射PV设备200的光接收表面的第一部分(例如，上半部分)，以产生PV设备200的光接收表面的被照射部分210。照射可以使用除太阳之外的光源(例如，非太阳来源)(诸如如上所述的灯)来实现，或者除太阳辐射之外还可以使用灯。照射导致在PV设备200的被照射部分210内形成电压，并且这个电压在PV设备200的未被照射部分220(例如，下半部分)的至少部分中感应出发光。但是，一个或多个缺陷(例如，如图2a中所示的单个裂纹230)会防止PV设备200的未被照射部分220的一部分发光，从而导致PV设备200的未被照射部分220内的不发光部分250。然后可以拍摄(例如使用相机)并保存PV设备200的未被照射部分220的发光部分240和不发光部分250的第一个图像(例如，第一张照片)。可替代地，第一个图像可以是拍摄整个PV设备200，以供为后续处理(例如，裁剪/去除被照射部分210)保存。
现在参考图2b，然后照射可以在第二步骤中施加到在第一步骤期间未被照射的PV设备200的部分。因此，可以照射PV设备200的光接收表面的第二部分(例如，下半部分)，以产生PV设备200的光接收表面的被照射部分215。如在第一照射步骤中那样，第二照射步骤可以使用除太阳之外的光源(例如，非太阳来源)(诸如如上所述的灯)来实现，或者除太阳辐射之外还可以使用灯。照射导致在PV设备200的被照射部分215内形成电压，并且这个电压在PV设备200的未被照射部分225(例如，上半部分)的至少部分中感应出发光。但是，一个或多个缺陷(例如，如图2b所示的单个裂纹235)会防止PV设备200的未被照射部分225的第一部分发光，从而在PV设备200的未被照射部分225内形成不发光部分255。然后可以拍摄(例如使用相机)并保存PV设备200的未被照射部分225的发光部分245和不发光部分255的第二图像(例如，第二张照片)。可替代地，第一图像可以是拍摄整个PV设备200，以供为后续处理(例如，裁剪/去除被照射部分210)保存。
为了完成PV设备200的整个表面的评估，与两个单独的照射步骤分开收集的PV设备200的两个未被照射部分220和225的两个图像(例如，两张照片)可以被组合，以创建PV设备的整个光接收表面的单个合成图像260。这种图像可以清楚地识别缺陷(例如，裂纹230和235)以及可能无法有效地将太阳辐射转换成电的潜在无效区域280和285，以及PV设备200的光接收表面区域(即，用于将太阳辐射转换成电的有效区域270)的百分比。以这种方式，两个或更多个照射/发光步骤可以串联完成，以评估PV设备的表面的100％，其中PV设备是PV电池、PV模块、PV面板和/或PV阵列中的至少一个。两个或更多个图像可以被组合，以创建整个PV设备200的单个或多个合成图像。
图2a和2b图示了其中被照射部分210和215与使用检测器(例如，相机)被评估发光的未被照射部分220和225相邻(例如邻接)的实施例。但是，被评估发光的未被照射部分不必与PV设备200的被照射部分210和215相邻。在本公开的一些实施例中，可以存在位于PV设备的被照射部分和未被照射部分之间的、PV设备的第三中间部分。一般而言，当被成像的被照射部分和未被照射的发光部分电连接(例如，诸如金属的导电通路)时，本文描述的方法将适当地起作用，以允许在被照射部分中感应的电压传递到未被照射部分。
图3a-c图示了用于检测由八个独立的PV电池(310、320、330、340、350、360、370和380)构成的PV模块300内的缺陷的方法的示例。在这个示例中，该方法包括一系列照射步骤，每个照射步骤照射PV模块300的基本上不同的部分，同时检测并测量在PV模块的其它基本上不同的部分(例如，邻接的、未被照射的部分)感应出的发光。例如，光源(未示出)相对于PV模块300从第一位置顺序地移动到一个或多个不同位置。可替代地，和/或除此之外，光源还可以被重定向到PV模块的光接收表面的不同部分，使得光源在空间中并相对于PV模块保持基本上固定。在这个示例中，参考图3a，缺陷检测方法从第一照射步骤开始，该步骤定位光源(未示出)，以创建PV模块300的表面的第一被照射部分390。在这第一照射步骤期间，第一被照射部分390包括PV模块300的顶部两个PV电池310和350的部分，从而导致在这些PV电池中的每一个内形成电压，并且导致形成PV电池310和350的未被照射部分的第一发光部分400和402。第一发光部分400和402的可视化以及在第一发光部分400和402内和/或与其接界的不发光部分(未示出)的可视化使得能够识别缺陷，(诸如在第一发光部分400和402内的裂纹(未示出))。在这第一照射步骤期间和/或该步骤结束时，可以拍摄至少PV电池310和350的第一未被照射部分的第一张照片。
这个示例以图3b继续，该图图示了第二照射步骤，其中光源(未示出)被重定位(和/或重定向)，使得先前未被照射部分的至少一部分(例如，来自第一照射步骤的顶部两个PV电池310和350的未被照射部分的第一发光部分400和402)现在包括在PV模块300的第二被照射部分392中。此外，在这个第二照射步骤期间，PV电池320和360(在电池310和350下方的一排PV电池中)的顶部部分包括在PV模块300的第二被照射部分392中。因此，新定位和/或重定向的光源(未示出)产生第二被照射部分392，其同时包括四个PV电池(310、320、350和360)的部分，从而使得在所有四个PV电池(310、320、350和360)中形成电压，导致在PV电池(310、320、350和360)的第二未被照射部分中形成多个同时发光的部分(404、406、408和410)。第二发光部分(404、406、408和410)的可视化以及在第二发光部分(404、406、408和410)内和/或与第二发光部分(404、406、408和410)接界的不发光部分(未示出)的可视化使得能够识别在PV电池(310、320、350和360)的第二发光部分(404、406、408和410)内的缺陷(诸如裂纹(未示出))。在第二照射步骤期间和/或结束时，可以拍摄在PV电池310、320、350和360的未被照射部分内的至少第二发光部分(404、406、408和410)的第二张照片。
这个示例以图3c继续，该图图示了第三照射步骤，其中光源(未示出)可以被重定位(和/或重定向)，使得先前未被照射部分的至少一部分(例如，来自第二照射步骤的PV电池320和360的第二行的发光部分408和410)现在包括在第三照射步骤的第三被照射部分394中。此外，在这个第三照射步骤中，PV电池330和370(在PV电池320和360下方的一排PV电池中)的顶部包括在PV模块300的第三被照射部分394中。因此，新定位的光源(未示出)产生第三被照射部分394，其同时包括四个PV电池(320、330、360和370)的部分，从而使得在所有四个PV电池(320、330、360和370)中形成电压，并导致在四个被照射的PV电池(320、330、360和370)的第三未被照射部分中形成多个(第三)同时发光的部分(412、414、416和418)。第三发光部分(412、414、416和418)的可视化以及在第三发光部分(412、414、416和418)内和/或与其接界的不发光部分(未示出)的可视化使得能够识别在那些发光部分(412、414、416和418)内的缺陷(诸如裂纹(未示出))。在这个第三照射步骤期间和/或结束时，可以拍摄在PV电池(320、330、360和370)的至少未被照射部分以及其中包含的发光部分(412、414、416和418)的第三张照片。
通过重复这些步骤，可以评估所有PV电池(310至380)及其相应的光接收区域的缺陷。例如，再次参考图3a-c，如果在附加的照射步骤中使用用于前三个被照射部分(390、392和394)的相同的总的表面的区域和形状，那么将需要使用大约再两个照射步骤(第四和第五)来完成PV电池及其相关联的表面区域的100％的评估。因此，通过移动光源(未示出)，可以照射PV电池及其对应的表面区域的100％，从而导致所有PV电池及其相关联的表面区域的对应发光(如果可能的话)。此外，在完成最少数量的照射步骤(例如，对于这个示例为大约5个)之后，由多个照射/发光步骤产生的PV模块300的图像可以拼接在一起，以生成整个PV模块300的一个或多个合成图像(未示出)。然后可以使用合成图像来量化PV模块300的状况，例如，PV模块300的未损坏和/或能够有效地将太阳辐射转换成电的表面区域的百分比和/或PV模块300的可能被损坏和/或不能有效地将太阳辐射转换成电的表面区域的百分比。此外，照射/发光步骤可以根据需要在PV阵列的每个PV模块和/或每个PV面板上重复，直到整个PV阵列已针对可能对PV阵列生成功率的能力产生不利影响的缺陷被评估，例如，通过生成可由计算机处理器处理的视觉图像(诸如灰度级图像)或数据文件来识别这些缺陷并量化PV阵列的潜在性能度量。图像可以使用图像处理软件(诸如ImageJ、AdobePhotoshop、Mathworks Matlab或Wavemetrics Igor)进行裁剪和缝合。
再次参考图3a-c中所示的示例方法，被照射部分(390、392和394)可以覆盖PV模块300中的四个相邻的PV电池(例如，参见图3b和PV电池310、320、350和360)的多达50％的光接收表面区域，同时测量和/或拍摄未被照射部分的发光部分(例如，参见图3b和发光部分404、406、408和410)。可以移动光源(未示出)，以照射具有相邻角落的相邻PV电池，同时针对发光测量和/或拍摄PV电池的未被照射部分。硬件可以移动光源，诸如平移和/或指向，并且当图像被收集时，检测器(例如，相机)也可以将图像平移并进行组合以形成合成发光映射。在一些实施例中，硬件可以同时移动光源和检测器。检测器可以具有整个PV模块的视场。在这种情况下，可以保留具有发光信息的图像的区域以供可视化、量化、分析等，同时可以裁剪掉被照射部分并且随后用具有用于PV模块的这个具体部分的发光信息的图像替换。算法可以扫描PV模块的未被照射/发光部分，以收集PV模块的所有光收集区域的发光信息并组装PV模块的整个光收集区域的合成发光映射。
一般而言，检测器(例如，相机)将从由检测器评估的表面收集光强测量结果/数据。强度测量结果可以包括从PV设备的表面发射的光的测量结果。所发射的光包括由于光致发光和/或电致发光而引起的发光。然后可以分析光强度测量结果/数据，以生成表示PV设备表面的一维和/或二维图，以使得能够可视化表面，以检测PV设备中的潜在缺陷。
用于检测PV设备内的缺陷的方法可以在具有至少一个PV电池的PV设备上完成。但是，应当理解的是，本文描述的方法适用于具有任何数量的PV电池的任何PV模块。在PV模块和/或PV面板中使用的PV电池的数量常常由太阳能电力系统的具体应用、物理位置和/或环境确定，并且可以随应用而显著变化。此外，本文描述的方法和/或系统可以利用一个或多个光源来照射(一个或多个)PV设备。例如，至少一个光源可以同时照射一个PV电池的至少一部分、2个PV电池的部分、3个PV电池的部分和/或4个PV电池的部分。在其它情况下，如合理的许多个PV电池可以被同时照射和成像，如由光源(一个或多个)和成像限制所定义的。
被照射部分不限于正方形或矩形形状。例如，被照射部分的形状可以是圆形或椭圆形。类似地，由光源照射的区域的第一部分可以包括不等于PV设备(例如，PV电池、PV面板和/或PV模块)的光接收表面的一半的部分区域。例如，由一个或多个光源照射的PV设备的表面区域可以在PV设备的光接收表面区域的大约0.1％至大约95％的范围内。另外，可以创建至少两个图像和/或照片，以生成合成图像和/或照片，其使得能够可视化PV设备的发光部分和不发光部分，发光部分和不发光部分的组合使得能够检测PV设备的表面上存在的任何缺陷。一般而言，需要至少两个图像来形成PV电池的合成图像。因此，在一个实施例中，PV电池的大约50％被照射，而另外50％被成像。
在本公开的一些实施例中，可以根据需要使用并重定位单个光源，以生成识别PV设备中的缺陷的二维位置的合成映射。可替代地，可以使用多个光源。例如，照射步骤可以包括同时照射PV模块和/或PV面板内的每个PV电池的大约一半的许多被照射部分，或者在相机曝光时间期间从PV电池到PV电池快速切换。检测器可以具有涵盖整个PV设备的视场和/或可以一次一个地依次查看PV设备的两个或更多个部分。可以测量PV电池的未被照射部分的发光。至少一个光源可以照射PV设备的非重叠的未成像部分，以便收集用于PV设备的其余部分的发光数据。然后可以将图像(最少两个)组合，以形成整个PV设备(例如，PV电池、PV面板和/或PV模块)的合成发光图像。
在一些示例中，模块线扫描(line-scan)测量设备和/或系统可以被用来照射和/或生成被评估的(一个或多个)PV设备的发光图像。例如，光源可以产生多个被照射部分和/或被照射线，使得一行PV模块内的所有PV电池都可以被照射(如图3a-c中所示)。然后线扫描检测器(相机)可以收集该行内的每个PV电池的发光图像，使得视场是在照射线的后面和/或前面的线。在检测器继续对当前行进行成像时，当光的前沿移动到下一行时，第二组(一个或多个)光源可以继续激发一行PV电池中的载流子。可替代地，光源可以被快速地移动或瞄准，以实现从一行到下一行的过渡。光源和相机可以跨固定的PV模块扫描，或者PV模块可以跨固定的检测器视场移动，诸如在组装线中的输送带上。当线扫描检测器收集发光信号时，光可以被提供给每个PV电池，其中光不照射由检测器成像的区域。
在本公开的一些实施例中，照射可以在不跨PV设备施加调制偏置的情况下进行，虽然本文描述的方法也可以利用连接到PV设备的调制偏置来实现(例如，具有调制偏置的系统不需要与调制偏置断开连接)。照射可以利用可被待测PV设备吸收的任何波长的单色光源来实现。光源也可以是宽带(白色)光源。在本公开的一些实施例中，光源可以提供相干光源(诸如激光器和/或激光二极管)，或非相干光源(诸如发光二极管(LED)光、白炽光、卤素光、荧光、激光二极管光)，和/或任何其它合适的光。对于PV设备距离光源有显著距离(例如，大于5米)的情况，可以使用准直光源(诸如激光器)。也可以使用这些不同光源的组合。例如，光源可以提供具有小于大约1100nm的任何单一波长的光或其组合。光源可以提供波长为大约400nm至大约1200nm的光。
检测发光和/或缺陷的过程可以由相机和/或任何合适的检测器来实现。可以在本公开的一些实施例中使用的相机的示例包括Si相机(CCD＝电荷耦合设备或CMOS＝互补金属氧化物半导体)和InGaAs(阵列＝2维检测器或线＝1维检测器)相机。本文描述的用于检测PV设备中的缺陷的方法可以在现场(例如，测试发电PV阵列的PV面板和/或在制造层上)、在住宅设置、商业设置和/或在实验室中实现。本文描述的方法还可以被用来检测沿着制造线和/或供应链的任何地方在PV电池和/或PV模块/PV面板中的缺陷。例如，这些方法可以在制造层上、在设备被制造和组装之后并在仓库中储存之前、在运送到中间或最终安装地点之前和之后、在安装之前和/或安装之后执行。
本文描述的发光成像方法可以在晚上用较少的背景光执行，从而防止白天期间PV阵列的功率产生的中断。但是，通过采用“锁定数据获取”方法来增强信噪比，也可以在白天使用发光成像方法。锁定原理对于从统计噪声中提取信号是有用的。主要信号应当能够以一定的锁定频率周期性地被脉动和/或调制。通过将处于相关频率和相位信号求平均，周期性信号与嵌入小信号的背景噪声分离。在本公开的一些实施例中，利用锁定获取，照射可以以所选择的频率脉动，并且可以使用所选择的频率来处理相机帧，以提取发光数据。检测器收集时间(帧积分时间)将依赖于PV质量、背景状况和期望的图像质量。对于白天测试，本公开的一些实施例还可以包括最小化由太阳提供的背景信号的遮蔽设备。遮蔽设备的一些示例包括放置在太阳和PV设备之间的可移动屏幕、篷布或片材。
光源可以是激光二极管、LED或具有激发PV材料中的载流子以生成电压的波长的任何其它光源。依赖于被成像的材料，可以从单次曝光中收集信号，或者可以使用锁定获取方法来增强信号。在锁定获取的情况下，可以以对于相机帧速率和积分时间适当的频率对激发光进行调制。在图4a-b(和下面的图5a-b)图示的示例中使用的相机包括具有锁定数据获取的普林斯顿仪器(Princeton Instruments)PIXIS 1024BR Si电荷耦合设备相机和FLIR SC2500N InGaAs相机。当使用锁定过程时，利用与应用到待测样本的激励频率相同频率的信号来触发相机，并且激发可以是例如所施加的电压或光。相机图像基于锁定频率进行处理。锁定系统的信噪比被改进，因为抑制了处于除锁定频率之外的频率的背景噪声。
在本公开的一些实施例中，可以设想用于检测本文描述的PV设备中的缺陷的发光方法可以利用工作在开路模式、短路模式或正常工作负载下的PV设备完成。在一些示例中，(一个或多个)检测步骤可以在使用或不使用滤波器的情况下完成。本文描述的成像技术和方法可以是自动化的和/或采用使用陆地移动器、机器人PV阵列爬行器或飞行无人机/直升机的远程获取。
图4a和4b图示了利用两种不同方法获得的多晶PV电池的发光图像700a和700b。两种方法产生图像700a和700b，其识别PV电池内的至少七个不发光部分(潜在地无效的区域280a-g)。这些黑暗区域被识别为由于环境压力而引起的接触金属网格部件的腐蚀。但是，用来获得图4a中所示的图像700a的方法需要并使用施加到整个PV电池的偏置电压(连接的电源)并且通常被称为电致发光。相反，根据本公开的一些实施例，用来获得图4b中所示的图像700b的方法是在不施加任何外部电压、电源和/或电源系统的情况下获得的。参考图4b，在没有外部提供的电源的情况下，当光源在PV电池的底半部分照射并激发载流子时，在第一照射步骤中收集在PV电池的第一半部分中所示的发光。类似地，在第二后续步骤中收集用于PV电池的第二半部分的发光图像，同时用光源照射PV电池的顶半部分以激发载流子。然后将两个发光图像组合，以形成图4b中所示的完整的合成发光图像700b。图4a中所示的电致发光图像700a也以两半被收集，随后被组合，以对于两个合成图像提供与相机的相同像素分辨率的比较。
在图4a中，发射冷白光(大约400nm至大约1000nm，5000K光谱)的LED照射PV电池的大约40％，强度为大约1Sun(大约100mW/cm2)。大约80瓦、大约140流明/瓦的LED距离PV电池大约15cm远，并且光在PV电池的20％以内的被照射部分上均匀地扩散。对近红外波长(大约400nm至大约1100nm)敏感的Si CCD相机收集来自未被照射的一侧的PV电池的50％的发光。来自硅(图4a和4b中的PV电池的类型)的发光通常在大约1000nm至1200nm的范围内发射。
图5a和5b还图示了利用两种不同方法获得的多晶PV电池的发光图像700a和700b。两种方法都产生识别PV电池内的裂纹230的图像700a和700b。但是，仅图5b通过还识别PV电池的不发光部分250来图示裂纹230的潜在的有害后果。在这个示例中，包含60个PV电池的PV模块内的一个PV电池通过光致发光(PL)方法和非光致发光方法成像，两者都不与PV电池电接触。使用完全照射整个PV电池的调制激发光来收集PL图像700a。在这个示例中，相机上的可选滤波器阻止反射的激发光，同时允许PL光被成像。这种方法识别裂纹230，但是，无法识别裂纹230的后果，PV电池的一部分与PV电池的其余部分电隔离。
与此相反，根据本公开的一些实施例，用来生成图5b中所示的图像700b的方法既识别PV电池的裂纹230又识别结果所得的PV电池的不发光的潜在无效区域280。图5b中所示的发光图像以两半被收集。当光在顶半部分上激发载流子时，底半部分被成像，从而在底半部分上感应出电压。由于裂纹230，右下区域与PV电池分离，并且不存在电压，从而导致与PV电池的潜在无效区域280对应的不发光部分。只要底部的被照射部分大并且未完全包含在PV电池的裂纹隔离部分中，就可以成功地成像顶半部分。而且，不同于利用PL生成的图像700a，其需要使用滤波器，利用根据本公开的一些实施例的方法收集的图像700b不使用滤波器。
图5b的发光图像图示了如何可以检测和评估设备的性能限制缺陷。裂纹230和不发光部分潜在无效区域280在右下角清晰可见。而且，图像灰度级的差异清楚地示出了PV电池行为的差异。这种灰度级差异在图4b中更加明显。因此，各种成像方法(诸如灰度级图像、照片、视频以及其它合适的ID和2D成像方法)可以被用来可视地检测缺陷，或者可替代地，图像可以由计算机处理器数字地处理以识别缺陷。
虽然这里的发光图像是为一个PV电池收集的，但是这些方法可以被缩放，以测试PV模块、PV面板和/或PV阵列的所有PV电池。例如，本文描述的方法可以利用相对大的被照射部分，其通过同时照射每个PV电池的一个角落一次在四个PV电池上激发载流子并感应电压，其中四个角落都在一个点处相遇。激发光可以被扫描到PV模块周围的区域，或者当收集发光PV模块图像时，可以并行地使用多个光(以及因此被照亮的区域)。当系统跨PV模块扫描时，还可以使用线扫描相机，其中激发光的区域在成像线的前方和后方发光(shine)。
图6图示了被配置为检测PV设备(例如，PV电池、PV模块和/或PV面板)中的缺陷的检测系统600。检测系统600包括提供用于附连和对准检测系统600的其它部件(例如，相机620、第一光源640和第二光源645)的物理结构的支撑框架610。在这个示例中，光源640和645分别位于第一壳体660和第二壳体665内。此外，每个壳体660和665分别具有对应的孔670和675。因此，如图6中所示，技术人员可以定位检测系统600，使得孔670和675指向PV面板120的光收集表面。检测系统600可以直接定位成与PV面板120接触，从而使孔670和690与PV面板120自动对准，使得照射PV面板120的光以基本上垂直于PV面板120的表面并且基本上平行于参考轴(点线箭头线)的角度撞击PV面板120。类似地，将支撑框架610放成与PV面板120直接接触也使照相机620对准，使得其朝向基本上平行于PV面板120。但是，将检测系统600放成与PV面板120直接接触不是必需的，并且可以设想，本公开的一些实施例可以通过将检测系统定位在离被评估的PV设备指定距离处来评估PV设备。
图6图示了指示检测系统600的纵轴的参考轴(点线箭头线)，其中参考轴基本上垂直于PV面板120的光收集表面。第一光源640和第二光源645被定位成使得它们产生的光在基本上平行于参考轴的轴中被引导，使得光线垂直地撞击PV面板120的光收集表面。包含第一光源640的第一壳体660的第一孔670位于基本上垂直于参考轴的平面内。因此，第一壳体660的前表面描述包含第一孔670的平面，使得支撑框架610抵靠PV面板120的光收集表面的放置自动地定向第一壳体660的前表面以及第一孔670，使得它们基本上平行于PV面板120的光收集表面，并且来自第一光源640的光大致垂直于其光收集表面撞击PV面板120。类似地，包含第二光源645的第二壳体665的第二孔675位于基本上垂直于参考轴的平面内。因此，第二壳体665的前表面描述包含第二孔675的平面，使得支撑框架610抵靠PV面板120的光收集表面的放置自动地定向第二壳体665的前表面以及第二孔675，使得它们基本上平行于PV面板120的光收集表面，并且来自第二光源645的光基本上垂直于其光收集表面撞击PV面板120。
再次参考图6，发射冷白光(大约400nm至大约1000nm，5000K光谱)的两个LED各自照射典型的156-mm Si PV电池的大约40％，强度为大约1Sun(大约100mW/cm2)。每个大约80瓦、大约140流明/瓦的LED距离PV模块大约15cm远，并且光在PV电池的20％以内的被照射部分上均匀地扩散。所示的框架是25cm宽和48cm高。框架长35厘米，这是相机中心安装的位置。对近红外波长(大约900nm至大约1600nm)敏感的InGaAs相机从照射源之间的PV电池的区域(大约75mm高度和大约150mm宽度)收集发光。来自硅和CIGS的发光通常在大约1000nm至大约1200nm范围内发射。图6还图示了用于将图像数据传送到计算机系统的数据电缆630以及用于光源640和645的电力电缆650。
图7a图示了上述并在图6中图示的、用来评估多晶硅PV模块110的状况的检测系统600，虽然可以以类似的方式评估其它PV设备。检测系统600的支撑框架610的前表面被放置成与多晶硅PV模块110的光收集表面直接接触。以这种方式定位检测系统600具有将第一光源640和第二光源645对准的效果，使得光以基本上垂直的角度并基本上平行于图7a中所示的参考轴被指到PV模块110的光收集表面上。类似地，检测系统600以这种方式的定位也使相机620以基本上垂直于PV模块110的光收集表面并基本上平行于参考轴的角度对准。图7a图示了第一壳体660和第二壳体665在基本上垂直于参考轴的平面中被隔开，从而在两个壳体660和665之间形成间隙。相机620被定位成使得其视场被聚焦在PV模块110的光收集表面的未被照射部分220上，该部分在间隙之间是可见的。PV模块的这个部分是与由光源640和645直接照射的PV模块的光收集表面的部分相邻的未被照射部分220。
因此，由光源640和645提供给多晶PV模块的被照射部分的光(这些被照射部分在图7a中不可见，因为它们在壳体660和665的后面)导致过量载流子在PV模块110的光收集表面的被照射部分中的产生，这在PV模块110中感应出电压，导致PV模块110的未被照射部分220中的发光。然后，相机620捕获发光，以产生PV模块110的未被照射部分220的图像700。图7b中图示了未被照射部分220的图像700的示例。图像700清楚地识别多晶PV模块110的发光部分240以及明显由缺陷230(例如，裂纹)产生的不发光部分250。
图8a图示了用于评估铜、铟、镓、硒化物(CIGS)PV模块110的状况的上述和图6中所示的检测系统600。检测系统600的支撑框架610的前表面被放置成与CIGS PV模块110的光收集表面直接接触。以这种方式定位检测系统600具有使第一光源640和第二光源645对准的效果，使得光以基本上垂直的角度并且基本上平行于图7a中所示的参考轴被指到PV模块110的光收集表面上。类似地，以这种方式定位检测系统600也以基本上垂直于PV模块110的光收集表面并基本平行于参考轴的角度对准相机620。图8a图示了第一壳体660和第二壳体665在基本上垂直于参考轴的平面中隔开，从而在两个壳体660和665之间形成间隙。相机620被定位成使得其视场被聚焦在CIGS PV模块110的光收集表面的未被照射部分220上，该视场在间隙之间是可见的。PV模块的这个部分是与由光源640和645直接照射的CIGS PV模块的光收集表面的部分相邻的未被照射部分220。
因此，由光源640和645提供给CIGS PV模块的被照射部分(这些被照射部分在图8a中不可见，因为它们在壳体660和665的后面)的光导致在PV模块110的光收集表面的被照射部分中产生过量的载流子，这在PV模块110中感应出电压，从而导致PV模块110的未被照射部分220中的发光。然后，相机620捕获发光，以产生CIGS PV模块110的发光的未被照射部分220的图像700。图8b中图示了发光的未被照射部分220的图像700的示例。图像700清楚地识别出CIGS PV模块110的发光部分240a-c以及明显由视场之外的缺陷产生的不发光部分250a和250b，所述缺陷显然导致防止传输过量的载流子到CIGS PV模块110的那些部分的开路。
PV模块的可靠性是与太阳能电力系统相关联的成本的重要组成部分。本文给出的技术、方法、设备和系统提供了识别PV设备内的缺陷以及缺陷如何随时间累积的能力。然后，缺陷积累率可以与性能相关联，因此可以导致可以轻松和频繁地追踪PV性能的置信度。本文描述的方法和系统还为PV阵列设备(plant)操作员提供了简单、经济有效且可靠的方法和系统，监视其设备的性能，从而为辅助设备维护提供了宝贵的工具，从而增加了PV阵列的功率输出并降低了产生每千瓦的成本。成像数据可以被用来确保运输不会造成不容易看到的损坏，诸如PV模块内有裂纹的PV电池。成像也可以在安装后使用，以检查在安装过程中引发的损坏。周期性成像可以补充现场性能数据，以识别PV模块降级并提供关于降级或缺陷传播中的任何模式的更详细信息。
如本文所使用的，术语“基本上”和“大约”是指围绕指定值(例如，角度、距离、波长等)加或减该指定值的5％的变化。
已经参考各种具体实施例和技术描述了本公开。应当认识到的是，为了清晰而在单独实施例的上下文中描述的本公开的某些特征也可以在单个实施例中彼此组合提供。相反，为了简洁而在单个实施例的上下文中描述的本公开的各种特征也可以单独地或以子组合提供。
Claims (20)
1.一种用于检测被置于现场的光伏PV设备中的缺陷的方法，包括：
a)提供系统(600)，该系统(600)包括：
i)非太阳光源(640，645)，被配置为产生具有小于1100nm的至少一个波长的非太阳光；
ii)检测器(620)，其中该检测器(620)是相机，被配置为检测具有大于由非太阳光源产生的至少一个波长的波长的发射光；
iii)壳体(660，665)，包括孔(670，675)，其中非太阳光源被置于壳体内，并且其中非太阳光源产生的非太阳光穿过孔，以及
iv)支撑框架(610)，其中壳体和相机被连接到支撑框架以使得当支撑框架移动时壳体、非太阳光源和相机作为一个单元移动；
b)使用非太阳光源照射PV设备的表面的第一部分；
c)将检测器定位成使得其视场被聚焦在表面的未被非太阳光源照射的第二部分上；
d)使用检测器收集与来自表面的第二部分的发光的存在或不存在相关的第一组测量结果；以及
e)分析第一组测量结果，以产生表面的第一表示，其中：
第一表示识别在表面的第二部分内的第一发光区域或第一非发光区域，以及
表面的第一部分和表面的第二部分被电连接。
2.如权利要求1所述的方法，其中在不将外部电源附连到PV设备并且不将PV设备从在PV设备的正常操作期间使用的功率部件分离的情况下完成照射和收集。
3.如权利要求1或2所述的方法，还包括：
停止由非太阳光源对表面的第一部分的照射；
随后使用非太阳光源照射表面的第二部分；
使用检测器收集与来自不被非太阳光源照射的表面的第一部分的发光的存在或不存在相关的第二组测量结果；
分析第二组测量结果以产生表面的第二表示，其中第二表示识别在表面的第一部分内的第二发光区域或第二非发光区域；和
将第一表示与第二表示组合，以产生既包括表面的第一部分又包括表面的第二部分的表面的合成表示。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中在使用太阳光源进一步照射PV设备的表面的同时执行照射和收集。
5.如权利要求1或2所述的方法，其中使用非太阳光源的照射包括使所述非太阳光源脉动、调制所述非太阳光源或两者兼有。
6.如权利要求1或2所述的方法，其中非太阳光源选自发光二极管(LED)光、白炽光、荧光、激光二极管光、卤素光，或其组合。
7.如权利要求3所述的方法，其中：
第一组测量结果和第二组测量结果分别包括来自表面的第二部分和第一部分的发光强度数据，以及
发光强度数据是针对以大于由非太阳光源提供的光的至少一个波长的波长发射的光的。
8.如权利要求3所述的方法，其中第一组测量结果和第二组测量结果分别包括来自表面的第二部分和第一部分的发光强度数据。
9.如权利要求1或2所述的方法，其中检测器是选自硅相机和砷化铟镓相机的相机。
10.如权利要求9所述的方法，其中相机是电荷耦合相机或互补金属氧化物半导体相机。
11.如权利要求1或2所述的方法，所述方法在安装PV设备后执行。
12.如权利要求1或2所述的方法，其中PV设备是发电PV阵列中的PV面板。
13.如权利要求1或2所述的方法，所述方法被周期性地重复并且是识别PV设备随着时间的降级的方法。
14.如权利要求1或2所述的方法，其中照射和收集通过非太阳光源和检测器都在离PV设备大约六米或小于6米的距离内而被执行。
15.如权利要求1或2所述的方法，其中照射和收集通过非太阳光源和检测器都在离PV设备大于六米的距离而被执行。
16.一种检测位于现场的光伏PV设备中的缺陷的系统(600)，该系统(600)包括：
a)非太阳光源(640，645)，被配置为产生具有小于1100nm的至少一个波长的非太阳光；以及
b)壳体(660，665)，包括孔(670，675)，其中：
非太阳光源被置于壳体内，以及
非太阳光源产生的非太阳光穿过孔；
c)相机(620)，被配置为检测具有大于由非太阳光源产生的至少一个波长的波长的发射光，其中：
非太阳光源被配置为基本上朝着第一目标引导非太阳光，以及其中
相机被配置为接收来自电连接到第一目标的第二目标的发射光，以及
d)支撑框架(610)，其中壳体和相机被连接到支撑框架以使得当支撑框架移动时壳体、非太阳光源和相机作为一个单元移动。
17.如权利要求16所述的系统，其中非太阳光源选自发光二极管(LED)光、白炽光、荧光、激光二极管光、卤素光及其组合。
18.如权利要求16或17所述的系统，其中相机选自硅相机和砷化铟镓相机。
19.如权利要求16或17所述的系统，用于检测PV设备安装后在PV设备中的缺陷。
20.如权利要求16或17所述的系统，用于检测PV设备中的缺陷，其中PV设备是发电PV阵列中的PV面板。
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