CN107677695A - 太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法 - Google Patents

太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法 Download PDF

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Abstract

提供一种能够通过非破坏检查而简单地测量太阳能电池模组的所含金属成分浓度的太阳能电池模组的所含金属浓度的测量方法。实施方式的太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法包括如下工序,即:荧光X射线分析工序,向太阳能电池单位单元格的受光面的多个部位照射荧光X射线,使用荧光X射线分析法测量各自的所含金属成分浓度;图像信息取得工序,取得太阳能电池模组的图像信息;浓度计算工序,基于太阳能电池单位单元格的多个部位各自的所含金属成分浓度的值及太阳能电池模组的图像信息,求出太阳能电池模组的所含金属成分浓度。

Description

太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法。
背景技术
太阳能电池发电作为可再生能源之一受到关注,特别是在震灾以后,从家庭用到电力用(mega solar),范围较广的用途下的需求正在扩大。在太阳能电池发电中使用的太阳能电池模组是各种各样的形状、结构,使用的材料也不同。太阳能电池模组的制造量仅在日本也有每年超过约8GW的制造量成绩,所以面向达到制品寿命的太阳能电池模组的大量废弃时代来构建今后能够实现废太阳能电池模组的资源再利用和无害化的适当处理过程成为当务之急。
太阳能电池模组由将配设玻璃基板和层叠体(硅等的发电元件、具有导电作用的电极(集电线、耦合线))、将它们用PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)等的有机性的背板覆盖、用EVA(乙烯-醋酸乙烯)等封固件牢固地固接而成的结构)构成的情况较多,但根据制造商、模组规格,构成太阳能电池模组的层叠体不同,含有的金属成分中产生差异。金属成分既有被划分为资源者、也有被划分为有害物者,面向太阳能电池模组的大量废弃时代,从环境方面重视对该金属成分进行定性/定量。
为了定性/定量地判断太阳能电池模组的所含金属化学成分,实施由ICP法(高频感应耦合等离子发光分光分析法)等代表的化学分析(参照专利文献1)。在该化学分析中,将太阳能电池模组破坏为可试验的大小而取得试样,通过将该试样反复进行酸溶解、碱溶解而将定性/定量成分溶液化,通过处于与发电施设等太阳能电池模组被使用的现场不同的场所的化学分析机构,进行破坏检查。
发明内容
本发明要解决的课题是提供一种能够使用非破坏检查而简单且高精度地测量太阳能电池模组的所含金属成分浓度的太阳能电池模组的所含金属浓度的测量方法。
为了达成上述课题,技术方案的太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法包括如下工序,即:荧光X射线分析工序,向太阳能电池单位单元格的受光面的多个部位照射荧光X射线,使用荧光X射线分析法,测量各自的所含金属成分浓度;图像信息取得工序,取得太阳能电池模组的图像信息;以及浓度计算工序,基于太阳能电池单位单元格的多个部位各自的所含金属成分浓度的值及太阳能电池模组的图像信息,求出太阳能电池模组的所含金属成分浓度。
附图说明
图1是测量第1及第2实施方式的太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量装置的整体结构图。
图2是第1及第2实施方式的太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法中的测量对象即太阳能电池模组的俯视图及剖视图。
图3是图2的太阳能电池模组中的太阳能电池单位单元格(cell)的俯视图及剖视图。
图4是表示第1实施方式的太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量的流程的流程图。
图5是第1实施方式的太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法中的荧光X射线的分析对象范围。
图6是表示第1实施方式的太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法中的荧光X射线分析结果的所含金属成分浓度的分布的曲线图及所含金属成分浓度的均衡操作的成像图。
图7是表示第2实施方式的太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量的流程的流程图。
图8是第2实施方式的太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法中的荧光X射线的分析对象范围。
具体实施方式
太阳能电池模组根据制造商、模组规格而构成的层叠体不同,所含金属成分中产生差异。这些金属成分既有被划分为资源者、也有被划分为有害物者,面向太阳能电池模组的大量废弃时代,从环境方面重视对该金属成分进行定性/定量。以下,说明有关本发明的实施方式的太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法。
(第1实施方式)
参照图1至图6说明第1实施方式的太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法。图1是第1实施方式的测量太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量装置的整体结构图。对将多个太阳能电池单位单元格1电连接而构成的太阳能电池模组2,设置从受光面侧照射荧光X射线而进行荧光X射线分析的可动式荧光X射线分析装置3、和从受光面侧取得太阳能电池模组的图像信息的数字照相机4,并且任一方都与信息终端设备5连接。信息终端设备5控制可动式荧光X射线分析装置3及数字照相机4的动作,基于从各自得到的各信息求出太阳能电池模组2的所含金属成分浓度,显示其值。
图2是图1中的太阳能电池模组2的俯视图及剖视图(A-A的剖视图)。由于由1片太阳能电池单位单元格产生的电气输出较小,所以需要将多个太阳能电池单位单元格1串并联地连接而得到实用的电气输出,如图2所示,太阳能电池模组2是通过具有相同的材料组成、形状的太阳能电池单位单元格1的重复而构成的。形成在半导体基板上的发电元件6通过耦合线7与相邻的发电元件电连接,它们的周围被封闭件8覆盖。在受光面侧设有玻璃基板9,在非受光面侧设有背板10。这样构成的多个太阳能电池单位单元格1整体的外周被金属框架11覆盖。
图3如图2中的太阳能电池单位单元格1的俯视图及剖视图(B-B的剖视图)表示那样,太阳能电池单位单元格1在形成在半导体基板上的发电元件6的受光面侧正交地设有两种电极(汇流条12、指形条13)。指形条13为了提高太阳能电池单位单元格1内部的集电效率而设置,集中到指形条13中的电子被向汇流条12运送。空隙部14是没有电极的部分。太阳能电池模组2中的资源性金属元素(银、铜、铝、硅、铟)及有害性金属元素(铅、硒、镓、砷、锑)主要包含在太阳能电池单位单元格1中。
以下,说明测量太阳能电池模组2的所含金属成分浓度的方法。图4是表示太阳能电池模组2的所含金属成分浓度的测量的流程的流程图。
首先,如S1所示,对一个太阳能电池单位单元格1进行荧光X射线分析。使可动式荧光X射线分析装置3在太阳能电池单位单元格1内的X/Y方向上分别连续地移动,在确定了作为对象的金属成分的基础上(例如银),测量多个部位的各所含金属成分浓度(每单位面积)。在图5中表示此时的可动式荧光X射线分析装置3的运动。在从太阳能电池单位单元格1的X方向的端部到相对的另一方的端部,一边将荧光X射线的照射范围错移一边使其移动,测量特定的金属成分(例如银)的各自的所含金属成分浓度。此外,对于Y方向也与X方向同样,测量各自的所含金属成分浓度。
接着,如S2所示,将在S1中测量的X/Y方向的各自的所含金属成分浓度的值平均化,求出太阳能电池单位单元格1的半导体基板的所含金属成分浓度的平均值。图6(a)表示在S1中测量的特定的金属成分(例如银)的所含金属成分浓度的分布。在可动式荧光X射线分析装置3中,由于在1次的测量面积中包含多个指形条13和空隙部14,所以对于与汇流条12平行方向,大致没有依赖性,对于垂直方向,在汇流条12上能看到较大的峰值强度的增强。这样,能够在视觉上得到太阳能电池单位单元格1上的金属成分浓度的分布。遵循该结果,进行太阳能电池单位单元格1的所含金属成分浓度的均衡。在图6(b)中表示平滑化操作的成像图。太阳能电池单位单元格1根据测量部位而具有不同的金属成分浓度,所以需要进行考虑了金属成分浓度的分布的均衡,并求出整体的平均值。首先,将曲线图通过函数近似,通过将其在X/Y方向上积分,求出金属成分浓度的3维信息。通过将得到的体积用太阳能电池单位单元格1的面积除,求出太阳能电池单位单元格1的半导体基板的所含金属成分浓度的平均值(h)。具体而言,太阳能电池单位单元格的半导体基板的所含金属成分浓度的平均值(h)可以使用下述式1求出。
(式1)
·SSi:半导体基板的单位面积
·Ai:第i个浓度分布波形(x方向)的面积
·σxi:第i个浓度分布波形(x方向)的方差
·uxi:第i个浓度分布波形(x方向)的平均值
·Aj:第j个浓度分布波形(y方向)的面积
·σyj:第j个浓度分布波形(y方向)的方差
·uyj:第j个浓度分布波形(y方向)的平均值
·Bg:半导体基板上的除了汇流条以外的部分的金属成分浓度
接着,如S3所示,使用数字照相机4,取得包括太阳能电池单位单元格1在内的太阳能电池模组2的受光面侧的图像信息,求出太阳能电池模组2上的没有半导体基板的部分的合计面积(SW)、和具有半导体基板的部分的合计面积(SW)。
接着,如S4所示,基于S2及S3的结果,使用下述式2,求出太阳能电池模组2的所含金属成分浓度(CA)。
(式2)
·h:太阳能电池单位单元格的半导体基板的所含金属成分浓度的平均值
·SW:太阳能电池模组上的没有半导体基板的部分的合计面积
·SB:太阳能电池模组上的具有半导体基板的部分的合计面积
根据第1实施方式的太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法,通过利用太阳能电池模组2中的相同的太阳能电池单位单元格1的反复性、重复性,巧妙地应用荧光X射线分析的结果及太阳能电池模组的图像信息,能够简单且以较高的精度求出所含金属成分浓度。
此外,根据第1实施方式的太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法,能够在求出太阳能电池模组2的所含金属成分浓度的基础上,进一步判断其有害性及资源性,将其结果显示在信息终端设备5上。
此外,根据第1实施方式的太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法,S1至S4的全部的工序能够在信息终端设备5上控制,能够容易地实现简单化/无人化。
(第2实施方式)
参照图7及图8说明第2实施方式的太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法。关于在第1实施方式中说明过的测量太阳能电池模组2的所含金属成分浓度的测量装置的整体结构图(图1),太阳能电池模组2的俯视图及剖视图(图2)、以及太阳能电池单位单元格1的俯视图及剖视图(图3),在第2实施方式中也是相同的,所以省略说明。在第2实施方式中,一边区别太阳能电池单位单元格1中的电极(汇流条12、指形条13)的有无而处置、一边求出太阳能电池模组的所含金属成分浓度,是与第1实施方式不同的点。
以下,说明测量太阳能电池模组2的所含金属成分浓度的方法的详细情况。图7是表示太阳能电池模组2的所含金属成分浓度的测量的流程的流程图。
首先,如S1所示,对于一个太阳能电池单位单元格1使用可动式荧光X射线分析装置3进行荧光X射线分析。此时,区别电极(汇流条12、指形条13)的有无,分别测量电极12、13的所含金属成分浓度和空隙部14(没有电极的部分)的所含金属成分浓度。在图8中表示此时的可动式荧光X射线分析装置3的运动。分别测量太阳能电池单位单元格1的电极12、13(A)的所含金属成分浓度和空隙部14(没有电极的部)(B)的所含金属成分浓度。可动式荧光X射线分析装置3的1次的测量范围设定为,在电极12、13(A)中其大部分是电极,在空隙部14(B)中其大部分是空隙部。此外,在本实施方式中,各测量部位分别是1个(A和B),但也可以分别为多个部位。通过分别测量多个部位的所含金属成分浓度、分别求出平均值,从而金属成分浓度的测量精度进一步提高。
接着,如S2所示,使用数字照相机4,取得包括太阳能电池单位单元格1的太阳能电池模组2的受光面侧的图像信息,求出太阳能电池模组2的电极12、13的面积(SD)、空隙部14的面积(SK)、太阳能电池模组2的面积(SM)。通常,在由数字照相机4取得的图像信息中,太阳能电池模组2的电极部(汇流条12及指形条13)是白色,其以外的空隙部14为黑色。因此,通过将摄影图像进行2值化解析,能够从图像整体中提取所需部位。例如,通过测量模组面积、对该值乘以白色部像素数相对于整体的像素数的比例,能够求出电极的面积。
接着,如S3所示,基于S1及S2的结果,使用下述式3,求出太阳能电池模组2的所含金属成分浓度(CA)。
(式3)
·CD:电极的金属成分浓度
·CK:空隙部的金属成分浓度
·SD:电极的面积
·SK:空隙部的面积
·SM:模组面积
根据第2实施方式式1的太阳能电池模组2的所含金属成分浓度的测量方法,由于使用可动式荧光X射线分析装置3分析的部位只是电极12、13和空隙部14(没有电极的部分),是较少的,所以能够以短时间进行荧光X射线分析。
根据以上说明的第1及第2实施方式,通过利用荧光X射线分析的结果及太阳能电池模组2的图像信息,能够通过非破坏检查、简单且以较高的精度测量太阳能电池模组2的所含金属成分浓度。例如,当将已使用了较长期间的太阳能电池模组2再循环利用时,能够在太阳能电池模组2的使用现场不将太阳能电池模组解体地简单且以较高的精度测量所含金属成分的浓度。
另外,说明了本发明的一些实施方式,但这些实施方式是作为例子提示的,并不是要限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种各样的形态实施,在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种各样的省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围及主旨中,同样包含在权利要求书所记载的发明和其等价的范围中。
标号说明
1 太阳能电池单位单元格
2 太阳能电池模组
3 可动式荧光X射线分析装置
4 数字照相机
5 信息终端设备
6 发电元件(半导体基板)
7 耦合线
8 封闭件
9 玻璃基板
10 背板
11 金属框架
12 汇流条(电极)
13 指形条(电极)
14 空隙部(不是电极的部分)

Claims (11)

1.一种太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法,上述太阳能电池模组是将含有在半导体基板上形成的发电元件的多个太阳能电池单位单元格电连接而构成的,上述太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法包括如下工序,即:
荧光X射线分析工序,向上述太阳能电池单位单元格的受光面的多个部位照射荧光X射线,使用荧光X射线分析法对各自的所含金属成分浓度进行测量;
图像信息取得工序,取得上述太阳能电池模组的受光面的图像信息;以及
浓度计算工序,基于上述太阳能电池单位单元格的多个部位各自的所含金属成分浓度的值及上述太阳能电池模组的图像信息,求出上述太阳能电池模组的所含金属成分浓度。
2.如权利要求1所述的太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法,其中,
在上述荧光X射线分析工序中,测量上述太阳能电池单位单元格内的在X方向及Y方向上分别连续的多个部位的各所含金属成分浓度,考虑上述太阳能电池单位单元格内的金属成分浓度分布,求出上述太阳能电池单位单元格的半导体基板的所含金属成分浓度的平均值;
在上述图像信息取得工序中,求出上述太阳能电池模组上的没有半导体基板的部分的面积和具有半导体基板的部分的面积各自的值;
在上述浓度计算工序中,使用上述太阳能电池单位单元格的半导体基板的所含金属成分浓度的平均值、以及上述太阳能电池模组上的没有半导体基板的部分的面积和具有半导体基板的部分的面积各自的值,求出上述太阳能电池模组的所含金属成分浓度。
3.如权利要求2所述的太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法,其中,
在上述荧光X射线分析工序中,上述太阳能电池单位单元格的半导体基板的所含金属成分浓度的平均值h使用下述数学式而求出,
<mrow> <mi>h</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>&amp;Integral;</mo> <mo>&amp;Integral;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </msubsup> <mfrac> <msub> <mi>A</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <msqrt> <mrow> <mn>2</mn> <mi>&amp;pi;</mi> </mrow> </msqrt> <msub> <mi>&amp;sigma;</mi> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> </msub> </mrow> </mfrac> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mi>x</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>ux</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msqrt> <mn>2</mn> </msqrt> <msub> <mi>&amp;sigma;x</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>m</mi> </msubsup> <mfrac> <msub> <mi>A</mi> <mi>j</mi> </msub> <mrow> <msqrt> <mrow> <mn>2</mn> <mi>&amp;pi;</mi> </mrow> </msqrt> <msub> <mi>&amp;sigma;</mi> <msub> <mi>y</mi> <mi>j</mi> </msub> </msub> </mrow> </mfrac> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mi>y</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>u</mi> <msub> <mi>y</mi> <mi>j</mi> </msub> </msub> </mrow> <mrow> <msqrt> <mn>2</mn> </msqrt> <msub> <mi>&amp;sigma;</mi> <msub> <mi>y</mi> <mi>j</mi> </msub> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>B</mi> <mi>g</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mi>d</mi> <mi>x</mi> <mi>d</mi> <mi>y</mi> </mrow>
其中,SSi是半导体基板的单位面积,Ai是第i个浓度分布波形在x方向上的面积,σxi是第i个浓度分布波形在x方向上的方差,uxi是第i个浓度分布波形在x方向上的平均值,Aj是第j个浓度分布波形在y方向上的面积,σyj是第j个浓度分布波形在y方向上的方差,uyj是第j个浓度分布波形在y方向上的平均值,Bg是半导体基板上的除了汇流条以外的部分的金属成分浓度。
4.如权利要求2所述的太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法,其中,
在上述浓度计算工序中,上述太阳能电池模组的所含金属成分浓度CA使用下述数学式而求出,
<mrow> <msub> <mi>C</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>h</mi> <mo>&amp;times;</mo> <mfrac> <msub> <mi>S</mi> <mi>B</mi> </msub> <mrow> <msub> <mi>S</mi> <mi>w</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>S</mi> <mi>B</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中,h是太阳能电池单位单元格的半导体基板的所含金属成分浓度的平均值,SW是太阳能电池模组上的没有半导体基板的部分的合计面积,SB是太阳能电池模组上的有半导体基板的部分的合计面积。
5.如权利要求1所述的太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法,其中,
形成在上述半导体基板上的发电元件具有电极;
在上述荧光X射线分析工序中,测量上述太阳能电池单位单元格内的上述电极和作为空隙部的没有电极的部分的各所含金属成分浓度;
在上述图像信息取得工序中,分别求出上述太阳能电池模组内的上述电极的面积和作为空隙部的没有电极的部分的面积;
在上述浓度计算工序中,使用上述太阳能电池单位单元格内的电极和作为空隙部的不存在电极的部分的各所含金属成分浓度、上述太阳能电池模组内的电极的面积和作为空隙部的不存在电极的部分的各面积,求出上述太阳能电池模组的所含金属成分浓度。
6.如权利要求5所述的太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法,其中,
上述电极是汇流条及指形条。
7.如权利要求5所述的太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法,其中,
在上述浓度计算工序中,上述太阳能电池模组的所含金属成分浓度CA使用下述数学式而求出,
<mrow> <msub> <mi>C</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>C</mi> <mi>D</mi> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>S</mi> <mi>D</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>C</mi> <mi>K</mi> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>S</mi> <mi>K</mi> </msub> </mrow> <msub> <mi>S</mi> <mi>M</mi> </msub> </mfrac> </mrow>
其中,CD是电极的所含金属成分浓度,CK是空隙部的所含金属成分浓度,SD是电极的面积,SK是空隙部的面积,SM是太阳能电池模组的面积。
8.如权利要求1~7中任一项所述的太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法,其中,
上述太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量是在设置有太阳能电池模组的场地内实施的非破坏检查。
9.如权利要求1~7中任一项所述的太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法,其中,
使用上述太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法,判断上述太阳能电池模组的资源性或有害性。
10.如权利要求9所述的太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法,其中,
具有上述资源性的金属元素是银、铜、铝、硅、铟中的至少一种。
11.如权利要求9所述的太阳能电池模组的所含金属成分浓度的测量方法,其中,
具有上述有害性的金属元素是铅、硒、镓、砷、锑中的至少一种。
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