CN107607517A - 一种太阳能电池及光伏组件的电致锁相发光成像检测方法与系统 - Google Patents
一种太阳能电池及光伏组件的电致锁相发光成像检测方法与系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池及光伏组件的电致锁相发光成像检测方法与系统，所述检测系统包括计算机、直流电源、带通滤波片、近红外相机、数据采集卡，其中：直流电源的正极输出线与被测样件的正极连接，负极输出线与被测样件的负极连接；带通滤波片设置在近红外相机镜头前；计算机控制数据采集卡产生调制信号，从而实现直流电源的驱动和近红外相机的同步触发，在直流电源电流强度按照调制变化输入被测样件的同时用近红外相机对图像序列进行同步采集；近红外相机采集的图像序列反馈至计算机，计算机将采集到的图像序列进行同步锁相运算和载流子辐射发光信号检测。本发明不受环境影响，同时具有信噪比高、无损伤、直观、探测面积大及效率高等优势。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池及光伏组件的电致锁相发光成像检测方法与系统，适用于自然光及暗室下太阳能电池及光伏组件的缺陷检测。
背景技术
近年来随着光伏产业的迅速发展，太阳能电池及其光伏组件需求增加。太阳能电池由于具有厚度薄、横向尺寸大、生产工序多等特点，因此生产过程中极易产生缺陷（断栅、死结、隐裂等）并且组装成组件后，由于应力及环境等因素也会产生不同类型的缺陷（低效组件、PID组件、断栅组件、旁路二极管失效组件、碎片组件、虚焊组件等），严重影响后续使用性能。因此，及时发现检测带有缺陷的太阳能电池和光伏组件具有重要的实际意义。
目前，太阳能电池及其光伏组件成像无损检测技术主要有电致发光方法和光致发光等检测技术。为了提高信噪比，该类方法均在暗室条件下进行，针对电站检测，需要将组件拆除放入暗室检测或者夜晚无光时进行在位检测，环境要求高且效率低；而且光致发光需要激光器，尤其是针对大面积光伏组件进行检测，需要高功率水冷激光器，设备体积庞大，操作不便。
发明内容
为了克服电致发光和光致发光方法信噪比低及暗室下操作带来的不便，本发明基于锁相原理和电致发光检测原理，提供了一种太阳能电池及光伏组件的电致锁相发光成像检测方法与系统。锁相方法可以提取微弱交流信号被广泛应用于信噪比提高的方法中，本发明结合电致发光与锁相方法对太阳能电池及光伏组件进行检测，不受环境影响，白天自然光和夜晚均可对太阳能电池及光伏组件进行检测，同时具有信噪比高、无损伤、直观、探测面积大及效率高等优势，因此，在光伏领域具有广泛的应用前景。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种太阳能电池及光伏组件的电致锁相发光成像检测系统，包括计算机、具有模拟输入功能的直流电源、带通滤波片、近红外相机、具有模拟信号输出功能的数据采集卡，其中：
所述直流电源的正极输出线与被测样件的正极连接，直流电源的负极输出线与被测样件的负极连接；
所述带通滤波片设置在近红外相机镜头前；
所述计算机控制数据采集卡产生调制信号，从而实现直流电源的驱动和近红外相机的同步触发，在直流电源电流强度按照调制变化输入被测样件的同时用近红外相机对图像序列进行同步采集；
所述近红外相机采集的图像序列反馈至计算机，计算机将采集到的图像序列进行同步锁相运算和载流子辐射发光信号检测，实现缺陷判断与识别。
一种利用上述检测系统进行太阳能电池及光伏组件的电致锁相发光成像检测的方法，包括如下步骤：
步骤（1）：确定要测量的被测样件，将其放置近红外相机的有效焦距和视野范围内，使被测样件在近红外相近内清晰可见；
步骤（2）：开启太阳能电池及组件的电致锁相发光成像检测系统；
步骤（3）：将直流电源的正极输出线与被测样件的正极连接，直流电源的负极输出线与被测样件的负极连接；
步骤（4）：计算机控制软件发出调制信号，通过信号采集卡模拟输出通道输出，使其控制直流电源的模拟输入，使电流按照调制规律变化，同时此调制信号通过触发信号线控制近红外相机进行实时图像数据采集；
步骤（5）：计算机通过数据传输线对近红外相机的图像序列进行记录，并通过计算机控制软件进行图像数据处理与信号提取，进而进行同步锁相运算和载流子辐射发光信号检测，进而实现缺陷的判断与识别。
本发明具有如下优点：
1、本发明采用锁相算法可以提高信噪比，在自然光背景下仍然可以得到良好检测结果，无需暗室环境、可对组件进行在位检测；
2、本发明利用电激励可对单块太阳能电池或者组件进行载流子激发，设备相对简单，操作方便；
3、本发明利用带通滤波片排除部分自然光的影响，减少锁相周期，节约检测时间。
附图说明
图1为本发明所述太阳能电池及光伏组件的电致锁相发光成像检测系统原理框图；
图2为多晶硅电池检测结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
如图1所示，本发明所述的太阳能电池及光伏组件的电致锁相发光成像检测系统由计算机1、数据传输线2、具有模拟输入功能的直流电源3、带通滤波片9、近红外相机10、触发信号线11、第一信号传输线12、具有模拟信号输出功能的数据采集卡13和第二信号传输线14构成，其中：
所述直流电源的正极输出线4与被测样件6的正极5连接，直流电源的负极输出线8与被测样件的负极7连接；
所述带通滤波片9设置在近红外相机10镜头前；
所述计算机1通过第二信号传输线14控制信号采集卡13产生调制信号，该调制信号通过第一信号传输线12控制直流电源3的模拟输入，使电流按照调制规律变化，同时此调制信号通过触发信号线11控制近红外相机10进行实时图像数据采集；
所述计算机1通过数据传输线2对近红外相机10的图像序列进行记录，并通过计算机控制软件进行图像数据处理与信号提取，进而进行同步锁相运算和载流子辐射发光信号检测，实现缺陷判断与识别。
本发明的太阳能电池及光伏组件的电致锁相发光成像检测系统是基于电致发光原理结合锁相原理，采用计算机1通过信号传输线14控制信号采集卡13产生调制频率固定的信号（正/余弦信号或者方波信号），该信号通过信号传输线12控制直流电源3使其电流强度按调制规律变化，调制变化的电流注入进被测样件6后产生调制变化的过剩载流子，过剩载流子通过辐射复合辐射出与该材料带隙能相近的光子信号，载流子辐射光子信号与被测样件材料和载流子输运参数（载流子寿命、扩散系数、前/后表面复合速率）相关，并且这些参数决定电池的电学参数（开路电压、短路电流、反向饱和电流、理想因子、光电转化效率等），信号被近红外相机10接收，而自然光等环境噪声信号一部分被带通滤波片9滤掉，由于噪声信号的频率与调制频率不匹配，通过锁相处理算法提取样件载流子辐射信息，抑制噪声信号达到对被测样件6的电致锁相发光的检测目的。
具体实施步骤如下：
步骤（1）：确定要测量的被测样件，将其放置近红外相机10的有效焦距和视野范围内，所述被测样件为太阳能电池或其光伏组件；
步骤（2）：开启太阳能电池及组件的电致锁相发光成像检测系统，此步骤包括计算机1、数据采集卡13、直流电源3、近红外相机10等设备供电开启；
步骤（3）：将直流电源3的正极输出线4与被测样件6的正极5连接，直流电源3的负极输出线8与被测样件6的负极7连接，调整近红外相机10的焦距，使被测样件6在近红外相近10内清晰可见；
步骤（4）：计算机1控制软件发出调制信号，通过信号采集卡13模拟输出通道输出，使其控制直流电源3的模拟输入，使电流按照调制规律变化，同时此调制信号通过触发信号线11控制近红外相机10进行实时图像数据采集；
步骤（5）：计算机1通过数据传输线2对近红外相机10的图像序列进行记录，并通过计算机控制软件进行图像数据处理与信号提取，进而进行同步锁相运算和载流子辐射发光信号检测，得到电致锁相发光图像，至此完成了对被测样件6的电致锁相发光成像，进而实现缺陷的判断与识别。
以被测样件6为多晶硅电池为例，其检测结果如图2所示。通过电致锁相发光成像方法与系统得到的多晶硅发光图像可以清晰看到多晶硅电池的晶界以及载流子强度分布不均匀性。
Claims (3)
1.一种太阳能电池及光伏组件的电致锁相发光成像检测系统，其特征在于所述检测系统包括计算机、具有模拟输入功能的直流电源、带通滤波片、近红外相机、具有模拟信号输出功能的数据采集卡，其中：
所述直流电源的正极输出线与被测样件的正极连接，直流电源的负极输出线与被测样件的负极连接；
所述带通滤波片设置在近红外相机镜头前；
所述计算机控制数据采集卡产生调制信号，从而实现直流电源的驱动和近红外相机的同步触发，在直流电源电流强度按照调制变化输入被测样件的同时用近红外相机对图像序列进行同步采集；
所述近红外相机采集的图像序列反馈至计算机，计算机将采集到的图像序列进行同步锁相运算和载流子辐射发光信号检测，实现缺陷的判断与识别。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池及光伏组件的电致锁相发光成像检测系统，其特征在于所述被测样件为太阳能电池或其光伏组件。
3.一种利用权利要求1或2所述的检测系统进行太阳能电池及光伏组件的电致锁相发光成像检测的方法，其特征在于所述方法步骤如下：
步骤（1）：确定要测量的被测样件，将其放置近红外相机的有效焦距和视野范围内，使被测样件在近红外相近内清晰可见；
步骤（2）：开启太阳能电池及组件的电致锁相发光成像检测系统；
步骤（3）：将直流电源的正极输出线与被测样件的正极连接，直流电源的负极输出线与被测样件的负极连接；
步骤（4）：计算机控制软件发出调制信号，通过信号采集卡模拟输出通道输出，使其控制直流电源的模拟输入，使电流按照调制规律变化，同时此调制信号通过触发信号线控制近红外相机进行实时图像数据采集；
步骤（5）：计算机通过数据传输线对近红外相机的图像序列进行记录，并通过计算机控制软件进行图像数据处理与信号提取，进而进行同步锁相运算和载流子辐射发光信号检测，实现缺陷的判断与识别。
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