基于区域检测和反馈控制的退役光伏组件拆解方法及装置

本发明涉及退役晶体硅光伏组件回收处理和层压结构分离，特别涉及一种基于区域检测和反馈控制的退役光伏组件拆解方法及装置。

背景技术：

1、晶体硅光伏组件通常由盖板玻璃、第一层封装胶膜、电池片和焊带、第二层封装胶膜、背板或背面玻璃、铝边框以及接线盒构成。组件在层压工序中形成连续粘接界面。组件退役后，为提高玻璃、硅片、焊带和背板材料的回收价值，通常先拆除铝边框和接线盒，再对层压件进行破碎、热处理、溶剂处理或机械剥离。

2、机械破碎容易使玻璃、硅和金属形成粒度接近的混合物，增加后续分选难度；整板热处理的能耗较高，并需处理封装胶膜和背板受热产生的气体；溶剂处理需要配置溶剂回收和废液处理。为了获得较完整的玻璃，已有技术提出热辅助机械拆解，但是退役组件在长期户外服役后，常出现边缘进水、局部分层、胶膜黄变或交联程度变化、热斑、电池片隐裂、玻璃边缘缺口、背板脆化等差异，同一组件中各区域的界面粘接强度和承受剥离载荷的能力并不一致，采用整板统一温度、固定剥离速度和固定直线路径时，粘接较弱区域可能被过度加热，粘接较强区域又可能出现残胶或剥离力突增，剥离前缘经过已有裂纹或玻璃缺口时，还可能诱发裂纹扩展。

3、综上，已有的热辅助机械拆解存在以下缺点：

4、（1）整板或固定分段加热通常使用统一温度、时间和速度，难以处理同一退役组件内部因进水、胶膜黄变、局部分层、热斑、玻璃缺口和隐裂造成的显著差异。

5、（2）局部加热、超声处理、剥离块和稳定牵引分别已有公开，若彼此独立工作，检测结果不能直接转换为起剥位置、路径和局部参数，仍可能在裂纹尖端或悬空支撑区诱发新损伤。

6、（3）仅根据温度或平均剥离力进行单一反馈，难以及时区分“胶层尚未软化导致载荷升高”和“玻璃或电池片正在开裂”两种情形。

7、（4）参数优化若不受独立安全约束，可能为了降低残胶或缩短时间而选择过高温度、功率或牵引载荷；完全采用固定参数又无法利用已完成区域的实测结果。

技术实现思路

1、针对背景技术中提到的问题，本发明提供一种基于区域检测和反馈控制的退役光伏组件拆解方法及装置，把退役光伏组件不同区域的界面粘附差异和损伤风险差异转化为可执行的起剥位置、处理区域、拆解路径及局部处理参数，并在拆解过程中利用多源反馈限制局部过热、载荷突增和裂纹扩展；同时使人工智能参数优化仅在可验证的物理安全边界内参与控制，从而使检测、规划、执行和安全联锁形成闭环，适用于退役晶体硅光伏组件层压结构的低损伤分离。

2、本发明第一方面实施例提供一种基于区域检测和反馈控制的退役光伏组件拆解方法，包括以下步骤：

3、s1，建立待拆解层压组件的坐标并划分多个检测区域；

4、s2，在同一坐标检测区域内施加短时热激励和超声激励，采集热响应、超声响应、损伤特征及支撑状态；

5、s3，将热响应和超声响应构成的检测特征向量，输入至以同结构组件样片的单位宽度剥离力或界面断裂能为输出标定量的粘附标定模型，得到粘附阻力值；

6、s4，根据声学异常、损伤特征及支撑状态得到损伤风险值；

7、s5，根据相邻检测区域的粘附阻力差值、损伤风险差值和空间连续性合并处理区域，在组件边缘选择低于起剥阈值和风险阈值且满足支撑条件的起剥位置，并从不穿过禁止通过区域的候选路径中选取代价最小的路径作为拆解路径；

8、s6，在独立温度、剥离力、功率和行程约束内选择当前处理区域的剥离参数，剥离参数为保守剥离参数或通过预测模型预测的剥离参数；

9、s7，按所述拆解路径和所述剥离参数进行拆解，并实时采集温度、剥离力、位移和声发射的反馈信号；

10、s8，在任一反馈信号满足第一预警值时，对当前区域的剥离参数值进行降级后返回步骤s7，在任一反馈信号满足第二预警值或出现剥离异常时，停止拆解并对当前处理区域进行复检后返回步骤s5，第二预警值的预警等级高于第一预警值；

11、s9，当前处理区域完成后，对剥离参数和剥离结果数据进行质量检查并记录有效参数-结果数据，作为更新预测模型的数据集，仍有未处理区域时返回步骤s5，直至无未处理区域。

12、在本发明的一个实施例中，在步骤s1中，识别所述待拆解层压组件的组件外缘、汇流带方向、玻璃裂纹、边缘缺口、背板破损、已有分层和支撑边界，在玻璃裂纹尖端、边缘缺口、已有分层和支撑过渡位置提高检测区域密度。

13、在本发明的一个实施例中，在步骤s2中，采集损伤特征包括：

14、采用可见光图像获取玻璃裂纹、边缘缺口和背板破损；

15、采用电致发光图像或光致发光图像获取电池片裂纹；

16、采用偏振图像获取玻璃应力异常；

17、采用超声响应获取分层或超声异常。

18、在本发明的一个实施例中，步骤s3具体包括：

19、选取在玻璃结构、封装胶膜和背板类型上与待拆解层压组件相同的组件样片，在组件样片的对应检测区域依次进行短时热激励、超声激励和局部剥离试验；

20、以最大温升、峰值时间、冷却斜率、超声幅值和超声传播时间构成检测特征向量作为输入，以实测单位宽度剥离力或界面断裂能中的一种作为输出，训练回归模型，得到粘附标定模型；

21、将待拆解层压组件的检测特征向量输入粘附标定模型进行预测，输出值作为粘附阻力值，其中，在任一检测特征超出标定样本对应特征的允许区间或者预测标准差超过预设不确定度阈值时，将对应检测区域标记为高不确定区域；第i个检测区域的粘附阻力值为：

22、

23、其中，为粘附标定模型，为由第i个检测区域的温度响应和超声响应构成的检测特征向量，，为待拆解层压组件第i个检测区域的最大温升，为待拆解层压组件第i个检测区域达到温度峰值的时间，为待拆解层压组件第i个检测区域的冷却斜率，为待拆解层压组件第i个检测区域的超声幅值，为待拆解层压组件第i个检测区域的超声传播时间。

24、在本发明的一个实施例中，在步骤s4中，将所述待拆解层压组件的玻璃裂纹或边缘缺口、裂纹尖端距离、电池片裂纹、背板破损、已有分层、超声异常、玻璃应力异常、焊带或汇流带位置、支撑边界和局部悬空状态中的至少两项归一化为风险特征，计算第i个检测区域的损伤风险值：

25、

26、其中，为将加权和截断到[0,1]区间的截断函数，k≥2表示所选取风险特征的数量，为经组件样片验证或预设风险规则设定的权重，为第i个检测区域的第k项归一化风险特征。

27、在本发明的一个实施例中，步骤s5具体包括：

28、将共边的相邻检测区域作为相邻区域，当相邻区域的粘附阻力值之差不大于粘附差阈值、损伤风险值之差不大于风险差阈值且两个检测区域不被禁止通过边界隔开时，将所述相邻区域并入同一处理区域；

29、对贯穿裂纹端部、玻璃崩口或无可靠支撑区域设置禁止起剥标记或禁止通过标记，把多个检测区域构造成以相邻关系为边的图，从起剥位置到当前目标边界生成多条不含禁止通过区域的候选路径，分别计算每条候选路径的路径代价，并将路径代价最小的候选路径确定为拆解路径；候选路径的路径代价由路径上归一化粘附阻力值、损伤风险值、移动距离、重复加热代价和转向次数的加权和确定；候选路径π的路径代价为：

30、

31、其中，为第i个检测区域的归一化粘附阻力值，为第i个检测区域的归一化移动距离，为第i个检测区域的归一化损伤风险值，为重复加热代价，为转向次数，、、、、为非负权重且总和为1。

32、在本发明的一个实施例中，在步骤s6中，处理区域的剥离参数包括目标温度、加热时间、加热功率、超声功率、超声频率、剥离速度和剥离角度中的一个或多个，利用预测模型对处理区域的剥离参数进行预测，在首个处理区域、高不确定区域或数据集中的有效参数-结果数据量未达到所述预测模型的启用样本数时，使用经同结构组件样片验证的保守剥离参数；

33、用于更新预测模型的数据集由已完成的处理区域的质量合格的有效参数-结果数据构成，参数-结果数据包括区域坐标、粘附阻力值、损伤风险值、剥离参数、有效分离面积比例、胶膜残留面积比例、单位面积能耗、峰值剥离力、峰值温度、新增损伤及联锁事件；

34、预测模型的第j组数据中输入和输出表示为：

35、

36、其中，为第j组数据的粘附阻力值，为第j组数据的损伤风险值，为第j组数据的剥离参数，为第j组数据的有效分离面积比例，为第j组数据的胶膜残留面积比例，为第j组数据的单位面积能耗归一化值，为第j组数据的峰值剥离力，为第j组数据的峰值温度，为第j组数据的新增损伤归一化值；

37、在预测模型的数据集中的有效参数-结果数据量达到预测模型的启用样本数时，计算候选剥离参数的受约束采集函数，受约束采集函数由最小化的综合目标函数的改进期望、温度和剥离力满足约束的预测概率之积构成，在满足概率下限及设备边界的候选集合内取受约束采集函数的最大值作为当前处理区域的剥离参数；候选剥离参数须同时满足预测峰值温度不超过允许温度上限的概率不低于1-α、预测峰值剥离力不超过允许剥离力上限的概率不低于1-α以及拆解设备功率和运动行程的确定性边界，在满足约束条件的候选剥离参数集合中求解受约束采集函数最大值，将取最大值对应的剥离参数作为当前处理区域的剥离参数，其中，α为约束尾部概率，0＜α＜0.5；

38、候选剥离参数的综合目标函数为：

39、

40、其中，为待最小化的综合目标函数，为剥离参数向量，、、、、为非负权重且总和为1，为有效分离面积比例，为胶膜残留面积比例，为单位面积能耗归一化值，为峰值剥离力归一化值，为新增损伤归一化值。

41、在本发明的一个实施例中，在步骤s8中，第一预警值和第二预警值分别针对温度、剥离力和声发射的反馈信号设置；所述剥离异常包括剥离前缘位移小于预设最小增量而剥离力持续升高，或者剥离力突降并伴随连续高能声发射事件；满足第一预警值时执行降低加热功率、降低超声功率或降低剥离速度中的至少一项，满足第二预警值或出现剥离异常时停止能量输入和剥离运动，使剥离机构回退预设距离并重新检测当前区域。

42、在本发明的一个实施例中，在步骤s9中，质量检查至少包括区域坐标对应、传感器信号无失效标记、实际剥离参数记录完整和结果量能够复核；仅将通过质量检查的有效参数-结果数据加入预测模型的训练数据集，返回步骤s5时依据更新后的已处理区域标记和复检结果重新生成后续处理区域和拆解路径，随后在步骤s6更新预测模型的训练数据集，并确定后续处理区域的剥离参数。

43、本发明第二方面实施例提供一种基于区域检测和反馈控制的退役光伏组件拆解装置，用于执行上述实施例所述的基于区域检测和反馈控制的退役光伏组件拆解方法，包括：

44、支撑平台，支撑平台包括定位件、柔性支撑件、分区负压吸附单元；定位件用于确定组件基准边，柔性支撑件用于对待拆解层压组件进行支撑以补偿组件翘曲，分区负压吸附单元用于吸附所述待拆解层压组件以限制组件移动；

45、区域检测组件，区域检测组件包括短时热激励器、红外相机、超声检测装置和图像检测单元，短时热激励器对每个检测区域施加短时热激励后利用红外相机采集每个检测区域的热响应；超声检测装置对检测区域施加脉冲或扫频激励并采集超声响应；图像检测单元采集可见光图像、电致发光图像、光致发光图像或偏振图像中的一种或多种；

46、控制器，控制器包括区域状态计算模块、路径规划模块、参数选择模块和反馈控制模块，区域状态计算模块输出每个检测区域的粘附阻力值和损伤风险值；路径规划模块确定处理区域、起剥位置和拆解路径；参数选择模块调用保守参数库或受硬约束的预测模型；反馈控制模块根据反馈信号向局部处理组件和剥离机构输出降功率、降速、停止或回退指令；

47、局部处理组件设置在剥离前缘或其前方并能够随剥离前缘移动，局部处理组件包括局部加热器和超声换能器，局部加热器作用于剥离前缘或其前方的带状区域，超声换能器对带状区域或被剥离层施加振动；

48、剥离机构包括楔形剥离件、夹持牵引件和驱动机构，用于按照拆解路径剥离参数中的剥离速度和剥离角度进行拆解；

49、反馈检测组件包括温度检测单元、力传感器、位移传感器和声发射传感器，力传感器设置在夹持牵引件或驱动机构的载荷传递路径上，用于采集拆解过程中的反馈信号；

50、收集分流组件分别收集玻璃、背板及封装层-电池片复合物。

51、本发明实施例的基于区域检测和反馈控制的退役光伏组件拆解方法及装置，具有以下有益效果：

52、1.经剥离试验标定得到的粘附阻力值，与由裂纹、缺口、支撑条件得到的损伤风险值，依据不同证据以及不同计算关系分别求解，分别表征预计拆解阻力与新增破损风险，避免采用含义模糊的单一综合分数同时表征难剥程度和破损风险。

53、2.起剥位置、处理区域和拆解路径由两类区域状态共同确定，能够绕开禁止通过区域，并在人工确认的限制处理区域调整温度、速度或允许载荷，使检测结果与机械剥离动作形成明确的技术联系。

54、3.预测模型的训练数据、输入、输出和更新时点均被限定，并且参数优化只能在独立温度、剥离力、功率及行程约束内进行，只在有效数据集达到模型启用条件后才进行剥离参数预测，并受独立硬约束和确定性联锁限制，当数据集有效数据不足、预测模型不可靠时或传感器失效时恢复保守剥离参数。

55、4.第一预警值和第二预警值分别对应降级与停机处置，位移-剥离力关系和声发射事件用于识别剥离停滞或脆性开裂征兆，使预警、停止、回退和复检具有明确触发条件，能够在异常载荷或开裂征兆出现时限制当前处理。

56、5.区域检测特征、实际剥离参数、剥离结果和联锁事件按区域坐标绑定，便于对当前组件后续处理区域及同结构组件进行可追溯的参数更新。

57、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。