CN204989055U - 一种便携式太阳能电池缺陷检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式太阳能电池缺陷检测装置，装置包括相机模块、程控直流电源、人机交互终端，其中相机模块包括CCD相机、相机供电电源、无线传输模块，程控直流电源包括基于单片机的电源模块、无线传输模块，人机交互终端为具有无线传输模块的计算机或智能终端，本实用新型通过程控直流电源加载电流寻找最佳电流值，并在最佳电流值时恒定输出，由CCD相机采集图像并由人机交互终端最终处理成像，得到太阳能电池板的清晰图像。

Description

一种便携式太阳能电池缺陷检测装置

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池检测领域，具体是一种便携式太阳能电池缺陷检测装置。

背景技术

光伏电站设计时为满足大功率和高电压的供电要求，需要将多块太阳能电池组件串并联起来，太阳能电池组件是其中的核心，单个电池组件直接决定了整个电站的发电性能。太阳能电池组件一般交货于电站施工现场，现场通常只采用IV测试仪进行IV曲线扫描测试验证最大功率值是否符合要求。由于太阳能电池组件的脆弱性只进行IV曲线测试忽视了因运输原因造成的隐裂等隐性缺陷故障问题，往往这些隐性缺陷故障是逐渐地降低光伏电站的发电效率，安装前不及时检测出来会大大延长投资收益期。

光伏电站在后期运营过程中，由于太阳能电池组件的局部故障如遮挡、裂纹、热斑等影响，使得整个供电系统输出的电压或功率有明显下降，严重降低系统的发电效率。常见的遮挡、明显的裂纹、热斑等可以通过IV测试仪或人工视觉检测排除故障。然而太阳能电池组件由于制造过程中存在的质量隐患、材料耐候性的不一致等问题受到恶劣天气的长期影响，出现的各种隐裂缺陷难以通过上述方式检测出来，研究表明，对于晶体硅太阳能电池，长度超过1mm的裂纹将不能承受2400Pa(100mph风速)的压力。在户外使用时，裂纹将会演变为碎片，导致电性能的损失甚至开路，此类缺陷的存在极大地影响了太阳电池的光电转化效率和电池的寿命。

必要的便携式检测装置可以检测出隐性缺陷的太阳能电池组件，可以最大发挥光伏电站的系统发电效率。目前缺陷检测一般采用电致方光和光致发光两种方式，针对光伏电站的缺陷检测宜采用电致发光方式。电致发光通过给太阳能电池外加直流电源，使光电池内部的空穴-电子对复合之后以光的形式表现出来，发光强弱与外加电流成正比例关系，其图像的亮暗程度直接反应了太阳能电池的内在质量，发光图像亮反应了太阳能电池发电效率高，发光图像暗反应了太阳能电池发电效率低。

现有的便携式太阳能电池缺陷检测装置只是简单地将生产线型缺陷检测装置进行简单变形而来：采用不可控的直流电源对太阳能电池板两极加载一固定恒流源，采用固定电流源加载方式会因电池组件个体差异获得不一致的清晰图像，给检测带来额外调校工作；另外需要现场搭建暗室才能进行成像检测，现场工作量很大；另外检测前需要根据电池组件电参数人为调节旋钮设置好电源输出电源的电压、电流值，操作繁琐；体积大、重量重、现场布线多，不利于光伏电站便携操作。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种便携式太阳能电池缺陷检测装置，以实现检测太阳能电池组件的隐性缺陷。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

一种便携式太阳能电池缺陷检测装置，其特征在于：包括相机模块、程控直流电源、人机交互终端，其中：

所述相机模块包括CCD相机、相机供电电源、无线传输模块，CCD相机上安装有电机驱动调焦镜头，无线传输模块接入CCD相机，相机供电电源供电至CCD相机；

所述程控直流电源包括基于单片机的电源模块、无线传输模块，无线传输模块接入电源模块，电源模块通过开关与待检测太阳能电池连接，由程控直流电源中的电源模块激励待检测太阳能电池红外发光；

所述人机交互终端为具有无线传输模块的计算机或智能终端，人机交互终端分别与相机模块中的CCD相机、程控直流电源中的电源模块无线通讯连接。

所述的一种便携式太阳能电池缺陷检测装置，其特征在于：所述相机模块安装在高度可调的支架上。

所述的一种便携式太阳能电池缺陷检测装置，其特征在于：所述电机驱动调焦镜头上设置有红外滤光片。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：精心设计的相机模块和特殊的滤光技术，无需搭建暗室即可直接在阳光下进行清晰检测，节省大量工作量；程控直流电源在逐渐加载电源过程中实时检测并计算成像区域内灰度值，灰度值若逐步趋于一稳定值即获得最小恒定电流，检测装置辅以最小恒定电流加载检测，较好的保护太阳能电池；分体式模块化设计、无线传输方式使得现场检测得心应手，操作方便。

附图说明

图1是本实用新型便携式太阳能电池缺陷检测装置示意图；

图2为获得清晰图像程控直流电源加载时序图，其中：

图2a为程控直流电源加载时序图，图2b为对应加载电流时CCD成像的灰度值。

图3为便携式太阳能电池缺陷检测装置现场测试示意图。

具体实施方式

如图1、图3所示，一种便携式太阳能电池缺陷检测装置，包括相机模块1、程控直流电源9、人机交互终端13，其中：

相机模块1包括CCD相机4、相机供电电源2、无线传输模块3，CCD相机4上安装有电机驱动调焦镜头5，无线传输模块3接入CCD相机4，相机供电电源2供电至CCD相机4；

程控直流电源9包括基于单片机的电源模块10、无线传输模块11，无线传输模块11接入电源模块10，电源模块10通过开关12与待检测太阳能电池16连接，由程控直流电源9中的电源模块10激励待检测太阳能电池16红外发光；

人机交互终端13为具有无线传输模块的计算机或智能终端，人机交互终端13分别与相机模块1中的CCD相机4、程控直流电源9中的电源模块10无线通讯连接。

相机模块1安装在高度可调的支架8上。

电机驱动调焦镜头5上设置有红外滤光片6。

本实用新型装置包括相机模块1、程控直流电源9、程控直流电源9受人机交互终端13控制输出，人机交互终端13上可现实成像区域灰度值14和红外成像图片15；角度、高度可任意调节的相机模块安装支架8；用于显示太阳能电池板红外成像图片及控制程控直流电源输出的人机交互终端13，相机模块1包含CCD相机4、电机驱动调焦镜头5、红外滤光片6、相机供电电源2、无线传输模块3，人机交互终端13与相机模块1、程控直流电源9采用无线传输通讯，省去了现场布线，方便光伏电站现场检测。

程控直流电源9设置Isc～2Isc范围内输出（可以根据实际测试对象情况调整），以免过载损坏电池板。图2a描述了程控直流电源加载时序图，0～t3阶段程控直流电源9变流加载寻找清晰成像的最佳电流值i2，t3～t4阶段程控直流电源9调整到最佳电流值i2，t4～t5阶段程控直流电源9以恒定电流值i2输出；图2b描述了对应加载电流时CCD成像的灰度值。以像素深度12位CCD相机为例，灰度值范围为0～4095，黑为0，4095为白，灰度值越大，成像效果越清晰。在t1时刻以i1电流加载，成像灰度值为2987，在t2时刻以i2电流加载，成像灰度值为3789，在t3时刻以i3电流（i3＞i2）加载，成像灰度值为3789，程控直流电源在t4时刻以i2电流恒流加载进行成像检测，从而解决太阳能电池因个体差异不一致需要人工调节电源输出，大大降低现场检测的劳动强度。

图3为本实用新型的实际现场测量的连接示意图，太阳能电池组件16线缆连接到程控直流电源9。相机模块1安装在支架8上，调节支架角度、高度以及可调焦距使太阳能电池组件清晰成像于成像区域。

下面简要介绍下测试的工作流程：根据太阳能电池组件给定的电参数，设定程控电源最大输出2I_SC，以免过载损伤电池板。人机交互终端13是具有无线传输模块的便携式计算机或智能终端。人机交互终端13发出测试命令；程控直流电源9接收到测试命令，接通开关12，按图2a加载电源时序；相机接收到测试命令后启动曝光，实时检测并计算成像区域内的灰度值，灰度值越大代表越清晰；检测到灰度值趋于一定的稳定值，程控直流电源9再调整至相应的恒流输出，检测完毕后，关闭电源。操作人员可根据清晰成像的图片判定是否存在裂纹、热斑等缺陷情况，从而达到检测维护的目的。采用脉冲检测方式，可有效降低二次损坏电池；

计算机通过图像处理技术对图像传感器拍摄到的图像依次进行灰度化、二值化、腐蚀、膨胀等处理，然后查找并绘制成像区域轮廓，最后计算出轮廓面积即像素数。灰度化是为了将图像传感器拍摄到的彩色图像转换为灰度图像，如果采用的是黑白图像传感器则不需要进行灰度化处理；二值化是为了将背景与发光电池片图像进行区分，将发光图片像素的灰度值设为4095，暗背景灰度值设为0；腐蚀及膨胀是为了消除经二值化处理后的图像中的一些小噪点，这样可以提高检测区域轮廓的速度；查找成像区域轮廓是为了绘制出发光图片区域的轮廓线，是后续计算发光像素数的前提；计算发光区域轮廓面积是为了计算整个发光区域的像素总数。

相机开始曝光，电源加载变流加载，多次抓取图像取平均比较白像素，选取最大像素占比对应的恒流加载成像，关闭电源，进行下一次测试。

Claims (3)

1.一种便携式太阳能电池缺陷检测装置，其特征在于：包括相机模块、程控直流电源、人机交互终端，其中：

所述相机模块包括CCD相机、相机供电电源、无线传输模块，CCD相机上安装有电机驱动调焦镜头，无线传输模块接入CCD相机，相机供电电源供电至CCD相机；

所述程控直流电源包括基于单片机的电源模块、无线传输模块，无线传输模块接入电源模块，电源模块通过开关与待检测太阳能电池连接，由程控直流电源中的电源模块激励待检测太阳能电池红外发光；

所述人机交互终端为具有无线传输模块的计算机或智能终端，人机交互终端分别与相机模块中的CCD相机、程控直流电源中的电源模块无线通讯连接。

2.根据权利要求1所述的一种便携式太阳能电池缺陷检测装置，其特征在于：所述相机模块安装在高度可调的支架上。

3.根据权利要求1所述的一种便携式太阳能电池缺陷检测装置，其特征在于：所述电机驱动调焦镜头上设置有红外滤光片。