CN114279365A - 一种光伏组件弯曲测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种光伏组件弯曲测量系统及方法，涉及光伏组件的检测技术领域。所述系统包括激光输入装置、分束器、光伏组件、两根光纤、合束器和光学采集装置。光伏组件的上、下背板各固定一根光纤；激光输入装置通过分束器连接两根光纤的一端，光学采集装置通过合束器连接两根光纤的另一端。该系统构造简单，且无须人工测量。所述方法包括：通过激光输入装置将激光信号输入分束器以分束；通过光学采集装置采集由合束器合束成的第一激光叠加信号的光学图像；通过第一激光叠加信号的光学图像，计算光伏组件弯曲的曲率半径。该方法便于操作，且获得的结果更准确。
Description
技术领域
本发明涉及光伏组件的检测技术领域，尤其涉及一种光伏组件弯曲测量系统及方法。
背景技术
光伏是可再生能源中的重要组成部分，随着光伏技术的普及，越来越多制造商加入生产光伏组件的行业，然而，许多光伏组件由于机械性能不可靠、材料质量不过关等因素导致光伏组件受热或受压后弯曲过大而在应用过程中产生了大量的问题。这类问题的存在引起了应用端，如光伏电站，与制造商之间的质量仲裁，但现有技术中又缺乏能够可靠、精细地测量光伏组件微小弯曲量的方法。
现有技术主要通过水平仪检测光伏组件的弯曲情况，如通过水平仪在待测组件的几个位置进行测量，根据测量结果计算被测光伏组件弯曲的曲率。通过水平仪检测存在几个不足：1、受水平仪自身条件和使用条件的制约，难以精确测量光伏组件的弯曲；2、需要培训检测人员学习专业的水平仪使用方法且检测过程比较耗费时间；3、使用水平仪难以实时监测光伏组件的弯曲情况。
也有通过比较复杂的装置检测光伏组件弯曲情况的，例如，发明专利授权公告号CN108548657B，发明的名称为光伏组件载荷测试方法，该申请案公开了一种光伏组件载荷测试方法，测试时，将待测试的光伏组件固定于基座上，吸盘吸附待测试的光伏组件且气缸均匀分布于光伏组件的表面；启动气缸，对光伏组件前表面施加定值压力和/或定值拉力，通过对应的红外位移传感器测得每个压力点施压过程中位移的变化，每个气缸均持续一定时间后停止；测试过程，监控系统对光伏组件内电流部的连续性进行实时监控；测试结束后，将光伏组件从基座上取下，进行功率及EL成像测试。该发明虽能模拟自然环境中光伏组件在风、雨、雪等影响因素的作用下的弯曲情况，但该发明用于测试的系统构造复杂，且测试过程需要将光伏组件放置于特定的基座以进行测试。在光伏组件投入使用后，该发明难以方便地得出光伏组件真实工作状态下的弯曲情况，且该发明需要复杂的测试设备进行测试，不便于实际应用。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提出了一种光伏组件弯曲测量系统及方法，便于获得光伏组件弯曲的曲率半径。
本发明是通过以下技术方案得以实现的：
本发明一种光伏组件弯曲测量系统，包括激光输入装置、分束器、光伏组件、两根光纤、合束器和光学采集装置。所述光伏组件包含上、下背板，两块背板各固定一根光纤。所述激光输入装置通过分束器连接两根光纤的一端；所述光学采集装置通过合束器连接两根光纤的另一端。所述光学采集装置用于采集由合束器合束成的激光叠加信号的光学图像。
本发明所述光伏组件的上、下背板各固定一根光纤，若光伏组件弯曲，固定于背板的光纤随之改变长度。本发明的系统构造简单，通过激光输入装置向分束器发射激光信号，激光信号经分束器分成两束，一束进入上背板的光纤，另一束进入下背板的光纤，然后两束分束激光通过合束器合束，所述合束器连接光学采集装置。通过光学采集装置采集由合束器合束成的激光叠加信号的光学图像，根据该光学图像，以及在光伏组件的初始状态下获得的光学图像，便可计算得出光伏组件弯曲的曲率半径，以便检测人员了解光伏组件的弯曲情况。
作为优选，两根所述光纤等长。
该优选两根光纤在光伏组件处于初始状态时等长。本系统需要获得在光伏组件处于初始状态时，光学采集装置采集到的光学图像中明条纹的干涉级次。在光伏组件处于初始状态时，激光输入装置向分束器输入激光信号，该激光信号被分成两束分束激光，一束进入上背板的光纤，另一束进入下背板的光纤，若两根光纤在光伏组件处于初始状态时等长，则两束分束激光能够同时进入合束器，通过公知常识便可得知由此采集到的光学图像中，明条纹的干涉级次为0。由此，该优选有利于省去获得在光伏组件处于初始状态时的光学图像的过程。
作为优选，两块所述背板的同一侧的侧面各设有凹槽，所述光纤粘接固定于所在背板的凹槽内。
该优选所述光纤粘接固定于所在背板的凹槽内，由此，能避免光纤接触光伏组件的电池片或焊带，进而避免光纤影响光伏组件的正常工作。
作为优选，所述激光输入装置为单色激光二极管系统。
不同颜色的光的波长不同，发生干涉时明条纹的间距不同，该优选所述激光输入装置为单色激光二极管系统，避免多色光分束后再合束获得的光学图像中，不同颜色的光的干涉条纹相互交错而难以快速准确地获得图像信息的情况。
作为优选，还包括处理器，所述光学采集装置连接处理器；所述处理器用于根据光学图像信息，计算光伏组件弯曲的曲率半径R。
该优选所述光学采集装置连接处理器；所述处理器用于根据光学图像信息，计算光伏组件弯曲的曲率半径R。由此，避免人工根据光学图像信息计算光伏组件弯曲的曲率半径R容易出错且效率较低的问题。
作为优选，所述分束器的第一输入端口和光伏组件的电源输入端口集成于光伏组件的输入端；所述合束器的第一输出端口和光伏组件的电源输出端口集成于光伏组件的输出端。
由此，便于工作人员通过体型较大的电源输入端口找到分束器的第一输入端口，以及通过体型较大的电源输出端口找到合束器的第一输出端口。
本发明还提供一种光伏组件弯曲测量方法，基于如权利要求1所述一种光伏组件弯曲测量系统实现，方法包括：步骤S01，通过激光输入装置将激光信号输入分束器以分束；通过光学采集装置采集由合束器合束成的第一激光叠加信号的光学图像；步骤S02，通过第一激光叠加信号的光学图像，计算光伏组件弯曲的曲率半径R。
作为优选，所述激光叠加信号由两根光纤各自传输的分束激光信号合束而成；所述步骤S02具体包括：步骤S021，通过第一激光叠加信号的光学图像，获得第一明条纹的干涉级次J；再根据初始激光叠加信号的光学图像中初始明条纹的干涉级次j，光纤的折射率n，以及分束激光信号在光纤内传输的波长λ，通过光程差n*ΔL的计算公式
，得出两根光纤的长度差的变化值ΔL；步骤S022，通过两根光纤的长度差的变化值ΔL和曲率微分原理，得出光伏组件弯曲的曲率半径R。
作为优选，获得初始激光叠加信号的光学图像的过程为：在光伏组件的初始状态下，通过激光输入装置将激光信号输入分束器以分束；通过光学采集装置采集由合束器合束成的初始激光叠加信号的光学图像。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的系统包括激光输入装置、分束器、光伏组件、两根光纤、合束器和光学采集装置；所述光伏组件的上、下背板各固定一根光纤；所述激光输入装置通过分束器连接两根光纤的一端；所述光学采集装置通过合束器连接两根光纤的另一端。该系统构造简单且便于操作。
2、本发明的方法通过激光输入装置向分束器发射激光信号，并通过光学采集装置采集第一激光叠加信号的光学图像，通过第一激光叠加信号的光学图像中第一明条纹的干涉级次和初始激光叠加信号的光学图像中初始明条纹的干涉级次，得出光伏组件弯曲的曲率半径，以便检测人员了解光伏组件的弯曲情况。相较于现有技术使用水平仪在光伏组件表面各处进行测量，再根据测得的数据计算光伏组件的弯曲程度的方法，本发明的方法有利于节省时间且能够获得更精确的结果。
3、本发明所述光纤固定于所在背板的侧面的凹槽内，能避免光纤接触光伏组件的电池片或焊带，进而避免光纤影响光伏组件的正常工作。
附图说明
图1为本发明一种光伏组件弯曲测量系统的正视示意图。
图中：1激光输入装置、2分束器、21第一输入端口、3光伏组件、31背板、311凹槽、4光纤、5合束器、51第一输出端口、6光学采集装置、7处理器。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步描述，但本发明并不限于该实施例，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
如图1所示，一种光伏组件弯曲测量系统，包括激光输入装置1、分束器2、光伏组件3、两根光纤4、合束器5和光学采集装置6；所述光伏组件3包含上、下背板31，两块背板31各固定一根光纤4；所述激光输入装置1通过分束器2连接两根光纤4的一端；所述光学采集装置6通过合束器5连接两根光纤4的另一端；所述光学采集装置6用于采集由合束器5合束成的激光叠加信号的光学图像。
由于光纤4固定于所在背板31，当光伏组件3弯曲时，固定于背板31的光纤4随之改变长度，通过光学采集装置6采集到的光学图像，以及在光伏组件3处于初始状态下获得的光学图像，能够得出光伏组件3弯曲的曲率半径，以便检测人员了解光伏组件3的弯曲情况。
为避免光纤4接触光伏组件3的电池片或焊带，进而避免光纤4影响光伏组件3的正常工作，两块所述背板31的同一侧的侧面各设有凹槽311，所述光纤4粘接固定于所在背板31的凹槽311内。
测量过程中，为便于工作人员找到分束器2的第一输入端口21和合束器5的第一输出端口51，所述分束器2的第一输入端口21和光伏组件3的电源输入端口集成于光伏组件3的输入端；所述合束器5的第一输出端口51和光伏组件3的电源输出端口集成于光伏组件3的输出端。由此，便于工作人员通过体型较大的电源输入端口找到分束器2的第一输入端口21，以及通过体型较大的电源输出端口找到合束器5的第一输出端口51。
为便于获得光学图像中明条纹的干涉级次，以便后续计算光伏组件3弯曲的曲率半径，所述激光输入装置1为单色激光二极管系统。不同颜色的光的波长不同，发生干涉时明条纹的间距不同，由多色光被分束后再合束而获得的光学图像中，不同颜色的光的干涉条纹会相互交错，因此，相较于多色激光，选用单色激光二极管系统有利于避免各个颜色的光的明暗条纹相互交错而难以识别一种颜色的光的明条纹的干涉级次的情况。
进一步的，为避免人工根据光学图像信息计算光伏组件3弯曲的曲率半径R时容易出错且效率较低的问题，所述系统还包括处理器7，所述光学采集装置6连接处理器7；所述处理器7用于根据光学图像信息，计算光伏组件3弯曲的曲率半径R。
为简化后续计算过程，作为优选，两根所述光纤4在光伏组件3处于初始状态时等长。本系统需要获得光伏组件3处于初始状态时，光学采集装置6采集到的光学图像中明条纹的干涉级次。在光伏组件3处于初始状态时，激光输入装置1向分束器2输入激光信号，激光信号被分成两束分束激光，一束进入上背板31的光纤4，另一束进入下背板31的光纤4，若两根光纤4在光伏组件3处于初始状态时等长，则两束分束激光能够同时进入合束器5，通过公知常识便可得知由此采集到的光学图像中，明条纹的干涉级次为0。由此，该优选有利于省去获得光伏组件3处于初始状态时的光学图像的过程。
本发明还提供一种光伏组件弯曲测量方法，应用于如上所述一种光伏组件弯曲测量系统，方法包括：步骤S01，通过激光输入装置1将激光信号输入分束器2以分束；通过光学采集装置6采集由合束器5合束成的第一激光叠加信号的光学图像；步骤S02，通过第一激光叠加信号的光学图像，计算光伏组件3弯曲的曲率半径R。
所述激光叠加信号由两根光纤4各自传输的分束激光信号合束而成。进一步的，所述步骤S02具体包括：步骤S021，通过第一激光叠加信号的光学图像，获得第一明条纹的干涉级次J；再根据初始激光叠加信号的光学图像中初始明条纹的干涉级次j，光纤4的折射率n，以及分束激光信号在光纤4内传输的波长λ，通过光程差n*ΔL的计算公式
，得出两根光纤4的长度差的变化值ΔL；步骤S022，通过两根光纤4的长度差的变化值ΔL和曲率微分原理，得出光伏组件3弯曲的曲率半径R。其中，获得初始激光叠加信号的光学图像的过程为：在光伏组件3的初始状态下，通过激光输入装置1将激光信号输入分束器2以分束；通过光学采集装置6采集由合束器5合束成的初始激光叠加信号的光学图像。当两根光纤4在光伏组件3处于初始状态下等长时，无需获得初始激光叠加信号的光学图像，j的值为0。
所述步骤S022具体为，设定光伏组件3弯曲弧上的点在二维直角坐标系下的坐标为（x，y），其中x为该点的横坐标，y为该点的纵坐标，根据x与y之间的函数关系式
，得出ｙ的一阶导数ｙ＇关于ｘ的函数关系式，以及ｙ的二阶导数ｙ＂关于ｘ的函数关系式，进一步的，结合弯曲弧长ｓ的微分ds、ｘ的微分dｘ以及y＇之间的函数关系式
，ds、Ｊ、ｊ以及λ之间的关系
，弯曲弧长的圆心角α的微分dα、α的正割的平方的导数
、dｘ、ｙ＇以及ｙ＂之间的函数关系式
，曲率半径R的计算公式
，得出ｙ＇和ｙ＂的值，通过Ｒ关于ｙ＇和ｙ＂的函数关系式
，将ｙ＇和ｙ＂的值代入该关系式，便可得出Ｒ的值。
光伏组件3实际运用的环境温度范围大约为20摄氏度到60摄氏度，当初始状态为光伏组件3处于20℃的初始环境温度的状态，通过本发明以及通过水平仪得出光伏组件3在温度分别为30℃、40℃、50℃和60℃的环境下的曲率半径R的统计结果如下表一：
表一，初始环境温度为20℃，通过本发明和通过使用水平仪分别在环境温度为30℃、40℃、50℃和60℃时，获得光伏组件3的曲率半径R的统计表
由上表可知，光伏组件3实际运用的环境温度下，由于温差不大，光伏组件3弯曲的程度也不大，难以通过现有技术使用水平仪测算的方法获得光伏组件3的曲率半径，而通过本发明可以得出光伏组件3的曲率半径R。因此，本发明有利于测得光伏组件3在弯曲程度较小时的曲率半径R，检测人员通过对比光伏组件3在相应状态下的曲率半径的合格范围，便可得知光伏组件3的抗弯性能是否合格。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。本发明的目的已经完整有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (9)
1.一种光伏组件弯曲测量系统，其特征在于，包括激光输入装置（1）、分束器（2）、光伏组件（3）、两根光纤（4）、合束器（5）和光学采集装置（6）；所述光伏组件（3）包含上、下背板（31），两块背板（31）各固定一根光纤（4）；
所述激光输入装置（1）通过分束器（2）连接两根光纤（4）的一端；所述光学采集装置（6）通过合束器（5）连接两根光纤（4）的另一端；所述光学采集装置（6）用于采集由合束器（5）合束成的激光叠加信号的光学图像。
2.根据权利要求1所述一种光伏组件弯曲测量系统，其特征在于，两根所述光纤（4）等长。
3.根据权利要求1所述一种光伏组件弯曲测量系统，其特征在于，两块所述背板（31）的同一侧的侧面各设有凹槽（311），所述光纤（4）粘接固定于所在背板（31）的凹槽（311）内。
4.根据权利要求1所述一种光伏组件弯曲测量系统，其特征在于，所述激光输入装置（1）为单色激光二极管系统。
5.根据权利要求1所述一种光伏组件弯曲测量系统，其特征在于，还包括处理器（7），所述光学采集装置（6）连接处理器（7）；所述处理器（7）用于根据光学图像信息，计算光伏组件（3）弯曲的曲率半径R。
6.根据权利要求1所述一种光伏组件弯曲测量系统，其特征在于，所述分束器（2）的第一输入端口（21）和光伏组件（3）的电源输入端口集成于光伏组件（3）的输入端；所述合束器（5）的第一输出端口（51）和光伏组件（3）的电源输出端口集成于光伏组件（3）的输出端。
7.一种光伏组件弯曲测量方法，其特征在于，基于如权利要求1所述一种光伏组件弯曲测量系统实现，方法包括：
步骤S01，通过激光输入装置（1）将激光信号输入分束器（2）以分束；通过光学采集装置（6）采集由合束器（5）合束成的第一激光叠加信号的光学图像；
步骤S02，通过第一激光叠加信号的光学图像，计算光伏组件（3）弯曲的曲率半径R。
8.根据权利要求7所述一种光伏组件弯曲测量方法，其特征在于，所述激光叠加信号由两根光纤（4）各自传输的分束激光信号合束而成；所述步骤S02具体包括：
步骤S021，通过第一激光叠加信号的光学图像，获得第一明条纹的干涉级次J；再根据
初始激光叠加信号的光学图像中初始明条纹的干涉级次j，光纤（4）的折射率n，以及分束激
光信号在光纤（4）内传输的波长λ，通过光程差n*ΔL的计算公式
，得出两根
光纤（4）的长度差的变化值ΔL；
步骤S022，通过两根光纤（4）的长度差的变化值ΔL和曲率微分原理，得出光伏组件（3）弯曲的曲率半径R。
9.根据权利要求7所述一种光伏组件弯曲测量方法，其特征在于，获得初始激光叠加信号的光学图像的过程为：在光伏组件（3）的初始状态下，通过激光输入装置（1）将激光信号输入分束器（2）以分束；通过光学采集装置（6）采集由合束器（5）合束成的初始激光叠加信号的光学图像。
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