CN113466253A - 太阳能电池热斑缺陷的检测方法与检测设备 - Google Patents

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夏正月
许涛
邢国强
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Abstract

本申请提供了一种太阳能电池热斑缺陷的检测方法与检测设备,所述检测方法包括对太阳能电池施加反向电压,先后在第一时间点、第二时间点分别拍摄得到相应的表面图像;根据所述表面图像确定所述太阳能电池的特定区域内各成像单元在第一时间点与第二时间点的温度差值;再根据所述成像单元的温度差值判断太阳能电池是否属于热斑缺陷电池。采用本申请能够快速实现太阳能电池的在线检测,完成具有热斑风险的太阳能电池的分选,有利于提高后续光伏组件的安全可靠性。

Description

太阳能电池热斑缺陷的检测方法与检测设备
技术领域
本申请涉及太阳能电池测试领域,尤其涉及一种太阳能电池热斑缺陷的检测方法与检测设备。
背景技术
随着光伏产业技术的快速发展,国内外市场对高功率光伏组件的需求也越来越大,而光伏组件功率的增加,也使得组件热斑问题越加严重。组件热斑指的是当组件中单一或部分电池片被遮挡或损坏时,受影响的电池或电池组被置于反向偏置状态,消耗功率,从而引起过热,其会影响光伏组件的可靠性,导致发电量降低,严重时还会导致火灾。
太阳能电池热斑是导致组件热斑的重要因素,太阳能电池热斑通常会由电池隐裂、边缘漏电、过烧等异常引起,采用此类太阳能电池的光伏组件,很大可能会出现热斑效应导致的组件效率损坏,甚而导致更为严重的安全事故。目前,大多厂商对于组件热斑的管控,采用按比例抽取光伏组件做热斑测试,对太阳能电池进行热斑缺陷检测的比较少。上述方案一是产品检测数量有限,很大数量的光伏组件并未经过热斑缺陷检测,同时光伏组件的热斑测试周期较长。业内也已公开有针对太阳能电池进行热斑缺陷检测的技术方案,但往往需要凭借现场人工判断,或根据太阳能电池的检测图像进行直接比对,完成判定分选。
鉴于此,有必要提供一种新的太阳能电池热斑缺陷的检测方法与检测设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能电池热斑缺陷的检测方法与检测设备,能够快速可靠地实现热斑缺陷电池的检测与分选,有利于提高后续光伏组件的安全可靠性。
为实现上述发明目的,本申请提供了一种太阳能电池热斑缺陷的检测方法,主要包括:
对太阳能电池施加反向电压,先后在第一时间点和第二时间点对所述太阳能电池表面进行拍摄,并得到相应的表面图像;
根据所述表面图像确定所述太阳能电池的特定区域内各成像单元在第一时间点的第一温度值Tmn、在第二时间点的第二温度值T'mn
计算得到所述成像单元的温度差值ΔTmn=T'mn-Tmn
根据所述成像单元的温度差值ΔTmn判断所述太阳能电池是否属于热斑缺陷电池。
作为本申请的进一步改进,所述检测方法还包括根据所述热斑缺陷电池中存在热斑缺陷的位置,确定热斑缺陷电池的类别。
作为本申请的进一步改进,所述“根据所述表面图像确定所述太阳能电池的特定区域内各成像单元在第一时间点的第一温度值Tmn、在第二时间点的第二温度值T'mn”包括:
根据第一时间点拍摄得到的表面图像中各成像单元的灰度值,确定各所述成像单元在第一时间点的第一温度值Tmn;根据第二时间点拍摄得到的表面图像中各成像单元的灰度值,确定各所述成像单元在第二时间点的第二温度值T'mn
作为本申请的进一步改进,所述成像单元设置呈边长介于0.5~2mm的矩形。
作为本申请的进一步改进,所述“根据所述成像单元的温度差值ΔTmn判断所述太阳能电池是否属于热斑缺陷电池”包括求取所述成像单元的标识值Imn,Imn=ΔTmn*kmn,kmn为相应成像单元的影响因子;
将所述成像单元的标识值Imn与既定阈值比对,判断所述太阳能电池是否属于热斑缺陷电池。
作为本申请的进一步改进,所述“将所述成像单元的标识值Imn与既定阈值比对”步骤包括将每一所述成像单元的标识值Imn分别与第一既定阈值进行比较;
若所述太阳能电池中某一成像单元的标识值Imn大于等于第一既定阈值,判定该太阳能电池属于热斑缺陷电池。
作为本申请的进一步改进,所述“将所述成像单元的标识值Imn与既定阈值比对”步骤包括选取若干成像单元,计算所述若干成像单元的平均标识值I';
若所述平均标识值I'大于等于第二既定阈值,判定该太阳能电池属于热斑缺陷电池。
作为本申请的进一步改进,所述若干成像单元呈连续分布。
作为本申请的进一步改进,在第三时间点开始对所述太阳能电池施加反向电压并持续至第四时间点,所述第三时间点在第一时间点与第二时间点之间,且所述第四时间点在第二时间点之后;或,所述第三时间点在第一时间点之前,且所述第四时间点在第二时间点之后。
作为本申请的进一步改进,所述反向电压设置为6V~15V;所述反向电压施加在太阳能电池上的时间设置为10ms~80ms。
本申请还提供一种检测设备,用于太阳能电池热斑缺陷的检测,所述检测设备包括拍摄装置、电压装置及控制装置,所述拍摄装置用以拍摄获取待检测的太阳能电池的表面图像;所述电压装置用以对待检测的太阳能电池施加既定的反向电压;所述控制装置用以控制拍摄装置、电压装置工作,并根据所述表面图像得到所述太阳能电池特定区域的温度差值ΔTmn,判断该太阳能电池是否属于热斑缺陷电池。
作为本申请的进一步改进,所述控制装置还用以根据各成像单元的温度差值ΔTmn与影响因子kmn确定所述成像单元的标识值Imn,并将所述成像单元的标识值Imn与既定阈值比对,完成所述太阳能电池的检测。
本申请的有益效果是:采用本申请太阳能电池热斑缺陷的检测方法与检测设备,能够对具有热斑风险的太阳能电池实现在线快速检测与分选,操作简洁,结果可靠,有效降低光伏组件产品的热斑缺陷风险。
附图说明
图1是本申请太阳能电池热斑缺陷的检测方法的主要流程示意图;
图2是采用本申请检测方法的太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的实施方式对本发明进行详细描述。但该实施方式并不限制本发明,本领域的普通技术人员根据该实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
参图1与图2所示,本申请提供的检测方法用于太阳能电池100的热斑缺陷检测,所述检测方法包括:
对太阳能电池100施加反向电压,先后在第一时间点、第二时间点对太阳能电池100进行拍摄,得到相应的表面图像;
根据所述表面图像确定所述太阳能电池100的特定区域内各成像单元在第一时间点的第一温度值Tmn、在第二时间点的第二温度值T'mn
计算得到所述成像单元的温度差值ΔTmn=T'mn-Tmn
根据所述成像单元的温度差值ΔTmn判断所述太阳能电池100是否属于热斑缺陷电池。
具体地,所述表面图像包括在第一时间点拍摄得到的第一图片、在第二时间点拍摄得到的第二图片;并且,在所述第一时间点与第二时间点之间的第三时间点开始对所述太阳能电池100施加反向电压,并持续至所述第二时间点之后的第四时间点。也就是说,所述第一图片拍摄时未对所述太阳能电池100施加反向电压,所述第二图片是对所述太阳能电池100施加反向电压且该反向电压未撤除时拍摄得到。
此处,所述特定区域为所述太阳能电池100表面的所有区域,其具有若干成像单元(依次标识为X1Y1,X1Y2……XmY1……XmYn),标识为XmYn的成像单元是指位于所述太阳能电池100中第m行第n列的成像单元。
所述成像单元温度可根据所述表面图像中各成像单元的灰度值确定,其中,所述成像单元的第一温度值Tmn根据该成像单元在第一图片中对应位置的灰度值确定;所述成像单元的第二温度值T'mn根据该成像单元在第二图片中对应位置的灰度值确定。
所述检测方法还包括求取所述成像单元的标识值Imn,Imn=ΔTmn*kmn,kmn为相应成像单元的影响因子;再将所述成像单元的标识值Imn与既定阈值比对,进行所述太阳能电池100的检测。
此处,所述“将所述成像单元的标识值Imn与既定阈值比对”步骤包括两个步骤:
其一,将每一所述成像单元的标识值Imn分别与第一既定阈值进行比较;
若所述太阳能电池100中某一成像单元的标识值Imn大于等于第一既定阈值,判定该太阳能电池100为热斑缺陷电池。
其二,计得所述太阳能电池100中若干成像单元的平均标识值I',再将所述平均标识值I'与第二既定阈值进行比较,若干所述成像单元呈连续分布。优选地,所述平均标识值I'可以是该太阳能电池100中所有成像单元的平均标识值I',I'=average(I11,I12……Im1……Imn)。
若任一所述成像单元的标识值Imn大于等于第一既定阈值,或,所述平均标识值I'大于等于第二既定阈值;
判定所述太阳能电池100为热斑缺陷电池;
反之,若每一成像单元的标识值Imn均小于第一既定阈值,且,所述平均标识值I'小于第二既定阈值;
判定所述太阳能电池100为正常电池。
上述检测方法主要考虑在太阳能电池100的实际检测过程中,存有热斑缺陷的成像单元在反向电压作用下生成的热量会传递给相邻的其它成像单元,进而使得该成像单元附近的其它成像单元的标识值Imn也会明显提升。通常地,所述第二既定阈值设置小于第一既定阈值。
前述影响因子kmn根据所述成像单元在太阳能电池100所处的位置确定,具体而言,所述太阳能电池100在后续光伏组件应用中,由于所述太阳能电池100自身的热传导性能远远优于封装薄膜的热传导性能,不同位置的成像单元的热传导环境与速率不同,也就是说,所述太阳能电池100上不同位置的热斑缺陷所带来的风险程度不同。
在此,以所述太阳能电池100具有的角区域101、边区域102及中央区域103进行比较说明,所述角区域101的成像单元具有第一影响因子α,所述边区域102的成像单元具有第二影响因子β,所述中央区域103的成像单元具有第三影响因子γ。在光伏组件产品应用中,上述角区域101、边区域102及中央区域103出现热斑效应时,其对光伏组件的性能及其所导致的风险大小有所区别。其中,所述角区域101的成像单元的热量最不容易向周边分散传导,而中央区域103的成像单元的热量则能较好地传递至周围其它成像单元,也就是说所述角区域101位置的热斑缺陷更容易导致热量累积与异常。因而,前述第一影响因子α、第二影响因子β、第三影响因子γ三者满足α>β>γ,具体可根据所述太阳能电池100的规格及后续光伏组件产品的生产需求,确定所述第一影响因子α、第二影响因子β与第三影响因子γ的取值。当然,为实现更为精确的计算,就同一区域而言,我们也可在实际应用过程中赋予不同位置的成像单元各自更为准确的影响因子kmn
所述成像单元的尺寸可根据实际检测需求予以调整,所述成像单元划分越小,数据处理要求越高,且可能引入边缘误差;所述成像单元尺寸过大,则会影响实际检测结果的准确性。此处,所述成像单元设置呈边长介于0.5~2mm的矩形,进一步地,所述成像单元的尺寸设置为1mm左右,可以理解为将所述太阳能电池100划分为1mm*1mm的方格以进行分析检测。
除此,所述检测方法还包括根据所述热斑缺陷电池中存在热斑缺陷的位置,确定热斑缺陷电池的类别,利于实现所述太阳能电池100更合理的应用。例如:所述太阳能电池100的热斑缺陷位于该太阳能电池100一侧的角区域101或边区域102内,则所述太阳能电池100远离所述热斑缺陷一侧区域切割得到的半片式电池片、条形电池片可作为正常电池片进行后续光伏组件的生产。
本实施例中,待检测的太阳能电池100到达检测工位后,先拍摄获取第一图片;再对所述太阳能电池100施加6V~15V的反向电压,所述反向电压施加在太阳能电池100上的时间为10ms~80ms,所述第二图片在该反向电压施加过程中拍摄得到。其中,所述反向电压及该反向电压施加在所述太阳能电池100上的持续时间不同,所述太阳能电池100的各成像单元的温度值也不相同。大体而言,所述反向电压越高、持续时间越长,所述成像单元在第二时间点的温度值就越高,前述第一既定阈值、第二既定阈值也就越大。
在本申请的其它实施例中,也可以对所述太阳能电池100施加反向电压后,再先后拍摄得到所述第一图片与第二图片,即前述第三时间点在第一时间点之前,且所述第四时间点在第二时间点之后。通过所述第一图片与第二图片的比对分析,实现太阳能电池100的检测与分选。此时,所述第一图片、第二图片两者拍摄的间隔时间越长,前述第一既定阈值、第二既定阈值也就越大。除此,还可以在对所述太阳能电池100施加反向电压的过程中,连续拍摄得到该太阳能电池100的至少两张表面图像,拍摄间隔设置为1ms~8ms,并结合在对所述太阳能电池100施加反向电压前拍摄的表面图像,对各成像单元进行比对分析,完成所述太阳能电池100的检测。
本申请还提供一种检测设备,用于太阳能电池100的热斑缺陷检测,所述检测设备包括拍摄装置、电压装置及控制装置。所述拍摄装置可采用CCD相机,其用以拍摄获取太阳能电池100的表面图像;所述电压装置用以对太阳能电池100施加既定的反向电压;所述控制装置用以控制拍摄装置、电压装置工作,并根据第一图片、第二图片分析判断所述成像单元在第一时间点、第二时间点的温度差值ΔTmn,进而判断该太阳能电池100是否属于热斑缺陷电池。
综上所述,采用本申请太阳能电池100热斑缺陷的检测方法与检测设备,能够对具有热斑风险的太阳能电池100实现在线快速检测与分选,操作简洁,结果可靠,有效降低光伏组件产品的热斑缺陷风险;且适于该检测方法的设备改造较为简易,适于业内推广。
应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施方式中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明,它们并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种太阳能电池热斑缺陷的检测方法,其特征在于:
对太阳能电池施加反向电压,先后在第一时间点和第二时间点对所述太阳能电池表面进行拍摄,并得到相应的表面图像;
根据所述表面图像确定所述太阳能电池的特定区域内各成像单元在第一时间点的第一温度值Tmn、在第二时间点的第二温度值T'mn
计算得到所述成像单元的温度差值ΔTmn=T'mn-Tmn
根据所述成像单元的温度差值ΔTmn判断所述太阳能电池是否属于热斑缺陷电池。
2.根据权利要求1所述的检测方法,其特征在于:所述检测方法还包括根据所述热斑缺陷电池中存在热斑缺陷的位置,确定热斑缺陷电池的类别。
3.根据权利要求1所述的检测方法,其特征在于:所述“根据所述表面图像确定所述太阳能电池的特定区域内各成像单元在第一时间点的第一温度值Tmn、在第二时间点的第二温度值T'mn”包括:
根据第一时间点拍摄得到的表面图像中各成像单元的灰度值,确定各所述成像单元在第一时间点的第一温度值Tmn;根据第二时间点拍摄得到的表面图像中各成像单元的灰度值,确定各所述成像单元在第二时间点的第二温度值T'mn
4.根据权利要求1所述的检测方法,其特征在于:所述成像单元设置呈边长介于0.5~2mm的矩形。
5.根据权利要求1所述的检测方法,其特征在于:所述“根据所述成像单元的温度差值ΔTmn判断所述太阳能电池是否属于热斑缺陷电池”包括求取所述成像单元的标识值Imn,Imn=ΔTmn*kmn,kmn为相应成像单元的影响因子;
将所述成像单元的标识值Imn与既定阈值比对,判断所述太阳能电池是否属于热斑缺陷电池。
6.根据权利要求5所述的检测方法,其特征在于:所述“将所述成像单元的标识值Imn与既定阈值比对”步骤包括将每一所述成像单元的标识值Imn分别与第一既定阈值进行比较;
若所述太阳能电池中某一成像单元的标识值Imn大于等于第一既定阈值,判定该太阳能电池属于热斑缺陷电池。
7.根据权利要求5或6所述的检测方法,其特征在于:所述“将所述成像单元的标识值Imn与既定阈值比对”步骤包括选取若干成像单元,计算所述若干成像单元的平均标识值I';
若所述平均标识值I'大于等于第二既定阈值,判定该太阳能电池属于热斑缺陷电池。
8.根据权利要求7所述的检测方法,其特征在于:所述若干成像单元呈连续分布。
9.根据权利要求1所述的检测方法,其特征在于:在第三时间点开始对所述太阳能电池施加反向电压并持续至第四时间点,所述第三时间点在第一时间点与第二时间点之间,且所述第四时间点在第二时间点之后;或,所述第三时间点在第一时间点之前,且所述第四时间点在第二时间点之后。
10.根据权利要求1所述的检测方法,其特征在于:所述反向电压设置为6V~15V;所述反向电压施加在太阳能电池上的时间设置为10ms~80ms。
11.一种检测设备,用于太阳能电池热斑缺陷的检测,其特征在于:所述检测设备包括拍摄装置、电压装置及控制装置,所述拍摄装置用以拍摄获取待检测的太阳能电池的表面图像;所述电压装置用以对待检测的太阳能电池施加既定的反向电压;所述控制装置用以控制拍摄装置、电压装置工作,并根据所述表面图像得到所述太阳能电池特定区域内各成像单元的温度差值ΔTmn,判断该太阳能电池是否属于热斑缺陷电池。
12.根据权利要求11所述的检测设备,其特征在于:所述控制装置还用以根据各成像单元的温度差值ΔTmn与影响因子kmn确定所述成像单元的标识值Imn,并将所述成像单元的标识值Imn与既定阈值比对,完成所述太阳能电池的检测。
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