一种基于低频噪声的太阳能电池可靠性分类方法与流程

1.本发明涉及太阳能电池技术领域，具体为一种基于低频噪声的太阳能电池可靠性分类方法。


背景技术：

2.太阳能电池的可靠性分类方法的步骤一般是先以某一项技术手段对太阳能电池的可靠性进行表征，再针对表征结果进行分类。
3.目前针对太阳能电池可靠性的检测主要有几种方法：
4.人工法，包括电流法和电压法，人为地对太阳能电池施加负载，通过在旁路二极管或太阳能电池元件的正向上提供电流或电压，并测量产生的电压或电流来检测太阳能电池片的可靠性。但是这种方法在检测时对于太阳能电池物理接触过多，可能会对电池原件造成一定的损伤，且太阳能电池的电压或电流对于电池内部微小的缺陷不敏感；
5.基于机器视觉的缺陷检测法，利用太阳能电池光致发光、电致发光、热成像等方式对太阳能电池进行成像，再用数字图像处理技术检测分析电池的可靠性。但是这种方法效率较低、可检测的缺陷种类不多同时准确率普遍不高。
6.综上所述，在一些可靠性要求比较高的应用环境中，这些技术方法都不适合作为太阳能电池可靠性的表征手段，因此对于太阳能电池可靠性的分类急需一种新的方法。近几年有研究基于低频噪声对太阳能电池的可靠性进行表征，将太阳能电池的低频噪声在某一频点的电压点频值作为太阳能电池可靠性的表征参数。大量的研究表明，低频噪声可以作为太阳能电池的敏感指标，因此低频噪声作为太阳能电池的可靠性表征参数时可行的。但是由于低频噪声过于敏感，环境或设备的十分细微的变化就行引起低频噪声参数的巨幅变动，因此单一地将低频噪声电压点频值作为表征太阳能电池的可靠性标准有很大的不稳定性。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供了一种基于低频噪声的太阳能电池可靠性分类方法。
8.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于低频噪声的太阳能电池可靠性分类方法，包括以下步骤：
9.s1、将待分类的太阳能电池进行编号；
10.s2、对所有待测的太阳能电池依次进行低频噪声测试，包括噪声功率谱和时域谱；
11.s3、根据噪声测试时域谱判断太阳能电池是否明显存在爆裂噪声，根据噪声测试功率谱计算五种低频噪声参数，噪声电压功率点频值sv(fn)、带宽噪声电压有效值vn、1/f噪声幅值b、1/f噪声转折频率fc、噪声幅值比μ；
12.s4、根据时域谱和计算得到的低频噪声参数生成决策树并对太阳能电池进行分类。
13.优选的，s1中工作人员将待测的太阳能电池从1至n编号，n为待测的太阳能电池的
数量，n的数值越大，最终分类的结果越准确。
14.优选的，s2中利用太阳能电池低频噪声测试装置对n个太阳能电池进行低频噪声测试，根据试验样品选择合适的测试条件。
15.优选的，太阳能电池低频噪声测试装置包括偏置电源、电源适配器、低噪声前置放大器、屏蔽箱、数据采集卡、计算器、主控模块、信号采集模块、噪声信号分析模块和输出模块，所述偏置电源、电源适配器和低噪声前置放大器均安装在屏蔽箱内部，所述偏置电源与电源适配器电性连接，所述电源适配器与低噪声前置放大器电性连接，所述低噪声前置放大器通过屏蔽线与数据采集卡信号连接，所述数据采集卡与计算机信号连接，所述主控模块信号输出端与信号采集模块信号输入端信号连接，所述信号采集模块信号输出端与噪声信号分析模块信号连接，所述噪声信号分析模块信号输出端与输出模块信号连接。
16.优选的，s3中还包括以下步骤：
17.k1、选取合适的带宽范围对噪声功率谱用直线进行拟合，所选范围不应大于50hz以免拟合结果误差过大，且范围应包括1hz甚至更低频点；
18.k2、根据每个太阳能电池拟合后的数据计算每个太阳能电池的五个所选低频噪声参数，并计算n个太阳能电池的各个参数的均值和均方差；
19.k3、噪声电压功率点频值sv(fn)、带宽噪声电压有效值vn、1/f噪声幅值b、1/f噪声转折频率fc、噪声幅值比μ分别对应的均值为sⅰ、sⅱ、sⅲ、 sⅳ、s
ⅴ
，均方差为σⅰ、σⅱ、σⅲ、σⅳ、σ
ⅴ
。
20.优选的，s4中还包括以下步骤：
21.a1、计算噪声电压功率点频值sv(fn)的分类边界svh(fn)：
22.分类边界svh(fn)＝s
ⅰ‑
0.08σⅰ；
23.a2、计算带宽噪声电压有效值vn的分类边界vnh：
24.分类边界vnh＝s
ⅱ‑
0.08σⅱ；
25.a3、计算1/f噪声幅值b的分类边界bh：
26.分类边界bh＝s
ⅲ‑
0.08σⅲ；
27.a4、计算1/f噪声转折频率fc的分类边界fch：
28.分类边界fch＝s
ⅳ‑
0.08σⅳ；
29.a5、计算噪声幅值比μ的分类边界μh：
30.分类边界μh＝s
ⅴ‑
0.08σ
ⅴ
；
31.a6、根据五种低频噪声参数的分类边界分别判断太阳能电池的五种低频噪声参数是否合格；
32.a7、根据五种低频噪声参数的合格数以及是否存在明显的爆裂噪声对太阳能电池进行最终分类。
33.优选的，a6中若某号太阳能电池的五种低频噪声参数分别为噪声电压功率点频值为svx(fn)、带宽噪声电压有效值为vnx、1/f噪声幅值为bx，1/f 噪声转折频率为fcx，噪声幅值比为μx；若svx(fn)《svh(fn)，则认为该号太阳能电池的噪声电压功率点频值合格；若vnx《vnh，则认为该号太阳能电池的带宽噪声电压有效值合格；若bx《bh，则认为该号太阳能电池的1/f噪声幅值合格；若fcx《fch，则认为该号太阳能电池的1/f噪声转折频率合格；若μx《μh，则认为该号太阳能电池的噪声幅值比合格
34.优选的，a7中若某号太阳能电池不存在明显的爆裂噪声，且其噪低频噪声参数的合格数大于等于4，则将其分为可靠性最高的ⅰ类产品；若某号太阳能电池不存在明显的爆裂噪声，但其噪低频噪声参数的合格数小于等于2，则将其分为可靠性最低的ⅲ类产品；若某号太阳能电池存在明显的爆裂噪声，且其噪低频噪声参数的合格数小于4，则同样将其分为可靠性最低的ⅲ类产品；其余情况则将其分为ⅱ类产品。
35.本发明提供了一种基于低频噪声的太阳能电池可靠性分类方法。具备以下有益效果：
36.(1)、本发明使用了低频噪声作为表征太阳能电池可靠性的手段，与现有技术相比，更能反映出太阳能电池微观层面的缺陷从而对太阳能电池进行分类。相比于依靠单一参数对太阳能电池进行分类，本发明增加了时域测试结果、1/f噪声转折频率等多个参数综合对太阳能电池的可靠性进行考虑，大大降低了由于低频噪声对于环境的过于敏感所造成的分类结果误差。
附图说明
37.图1为所述基于低频噪声的太阳能电池可靠性分类流程图
38.图2为本发明所述的太阳能电池低频噪声测试装置基本结构图；
39.图3为本发明所述的太阳能电池低频噪声测试装置软件结构图；
40.图4为本发明所述的一种分类决策树；
41.图5为样本噪声频率谱密度测试结果；
42.图6为存在爆裂噪声的样本的噪声时序测试结果；
43.图7为不存在爆裂噪声的样本的噪声时域测试结果。
具体实施方式
44.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
45.所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
46.如图1-7所示，本发明提供一种技术方案：一种基于低频噪声的太阳能电池可靠性分类方法，包括以下步骤：
47.s1、将待分类的太阳能电池进行编号；工作人员将待测的太阳能电池从1 至n编号，n为待测的太阳能电池的数量，n的数值越大，最终分类的结果越准确。
48.s2、对所有待测的太阳能电池依次进行低频噪声测试，包括噪声功率谱和时域谱；利用太阳能电池低频噪声测试装置对n个太阳能电池进行低频噪声测试，根据试验样品选择合适的测试条件；
49.太阳能电池低频噪声测试装置包括偏置电源、电源适配器、低噪声前置放大器、屏蔽箱、数据采集卡、计算器、主控模块、信号采集模块、噪声信号分析模块和输出模块，所述
偏置电源、电源适配器和低噪声前置放大器均安装在屏蔽箱内部，所述偏置电源与电源适配器电性连接，所述电源适配器与低噪声前置放大器电性连接，所述低噪声前置放大器通过屏蔽线与数据采集卡信号连接，所述数据采集卡与计算机信号连接，所述主控模块信号输出端与信号采集模块信号输入端信号连接，所述信号采集模块信号输出端与噪声信号分析模块信号连接，所述噪声信号分析模块信号输出端与输出模块信号连接。
50.s3、根据噪声测试时域谱判断太阳能电池是否明显存在爆裂噪声，根据噪声测试功率谱计算五种低频噪声参数，噪声电压功率点频值sv(fn)、带宽噪声电压有效值vn、1/f噪声幅值b、1/f噪声转折频率fc、噪声幅值比μ；
51.s3中还包括以下步骤：
52.k1、选取合适的带宽范围对噪声功率谱用直线进行拟合，所选范围不应大于50hz以免拟合结果误差过大，且范围应包括1hz甚至更低频点；
53.k2、根据每个太阳能电池拟合后的数据计算每个太阳能电池的五个所选低频噪声参数，并计算n个太阳能电池的各个参数的均值和均方差；
54.k3、噪声电压功率点频值sv(fn)、带宽噪声电压有效值vn、1/f噪声幅值b、1/f噪声转折频率fc、噪声幅值比μ分别对应的均值为sⅰ、sⅱ、sⅲ、 sⅳ、s
ⅴ
，均方差为σⅰ、σⅱ、σⅲ、σⅳ、σ
ⅴ
。
55.用到的公式有：
[0056][0057]
式中：
[0058]
f—频率；
[0059]fn
—第n个频率点的频率；
[0060]
sv(f)—噪声电压功率谱密度。
[0061][0062]
式中：
[0063]
vn—带宽噪声电压有效值；
[0064]
f—频率；
[0065]fh
—高频截止频率；
[0066]fl
—低频截止频率；
[0067]
sv(f)—噪声电压功率谱密度。
[0068][0069]
式中：
[0070]
a—白噪声幅度值；
[0071]
f—频率；
[0072]
γ—1/f噪声频率指数；
[0073]
b—1/f噪声幅值；
[0074]
sv(f)—噪声电压功率谱密度。
[0075][0076]
式中：
[0077]
fc—1/f噪声转折频率。
[0078]
a—白噪声幅度值；
[0079]
f—频率；
[0080]
γ—1/f噪声频率指数；
[0081]
b—1/f噪声幅值。
[0082][0083]
式中：
[0084]
μ—噪声谱值比；
[0085]
f1—第一点频率；
[0086]
f2—第二点频率；
[0087]
sv(f1)—第一点频率对应测试的噪声功率谱密度；
[0088]
sv(f2)—第二点频率对应测试的噪声功率谱密度；
[0089]
为了防止市电工频50hz及其倍频对测试结果的干扰，截取0.5hz至30hz 频谱范围进行分析计算。对截取范围的频谱用直线拟合，计算每个太阳能电池的0.5hz处噪声电压点频值sv(0.5)、0.5hz-30hz带宽噪声电压有效值vn、 1/f噪声幅值b、1/f噪声转折频率fc、0.5hz与5hz处噪声电压幅值比μ。计算所有太阳能电池各个参数的均值和均方差并记录。
[0090]
s4、根据时域谱和计算得到的低频噪声参数生成决策树并对太阳能电池进行分类；
[0091]
s4中还包括以下步骤：
[0092]
a1、计算噪声电压功率点频值sv(fn)的分类边界svh(fn)：
[0093]
分类边界svh(fn)＝s
ⅰ‑
0.08σⅰ；
[0094]
a2、计算带宽噪声电压有效值vn的分类边界vnh：
[0095]
分类边界vnh＝s
ⅱ‑
0.08σⅱ；
[0096]
a3、计算1/f噪声幅值b的分类边界bh：
[0097]
分类边界bh＝s
ⅲ‑
0.08σⅲ；
[0098]
a4、计算1/f噪声转折频率fc的分类边界fch：
[0099]
分类边界fch＝s
ⅳ‑
0.08σⅳ；
[0100]
a5、计算噪声幅值比μ的分类边界μh：
[0101]
分类边界μh＝s
ⅴ‑
0.08σ
ⅴ
；
[0102]
a6、根据五种低频噪声参数的分类边界分别判断太阳能电池的五种低频噪声参数是否合格；a6中若某号太阳能电池的五种低频噪声参数分别为噪声电压功率点频值为svx(fn)、带宽噪声电压有效值为vnx、1/f噪声幅值为bx， 1/f噪声转折频率为fcx，噪声幅值比为μx；若svx(fn)《svh(fn)，则认为该号太阳能电池的噪声电压功率点频值合格；若vnx《
vnh，则认为该号太阳能电池的带宽噪声电压有效值合格；若bx《bh，则认为该号太阳能电池的1/f 噪声幅值合格；若fcx《fch，则认为该号太阳能电池的1/f噪声转折频率合格；若μx《μh，则认为该号太阳能电池的噪声幅值比合格。
[0103]
a7、根据五种低频噪声参数的合格数以及是否存在明显的爆裂噪声对太阳能电池进行最终分类；
[0104]
a7中若某号太阳能电池不存在明显的爆裂噪声，且其噪低频噪声参数的合格数大于等于4，则将其分为可靠性最高的ⅰ类产品；若某号太阳能电池不存在明显的爆裂噪声，但其噪低频噪声参数的合格数小于等于2，则将其分为可靠性最低的ⅲ类产品；若某号太阳能电池存在明显的爆裂噪声，且其噪低频噪声参数的合格数小于4，则同样将其分为可靠性最低的ⅲ类产品；其余情况则将其分为ⅱ类产品。
[0105]
图4示出其中一个实施例的决策树。
[0106]
首先根据太阳能电池的噪声时域测试结果判断太阳能电池有无爆裂噪声，图6所示一个有明显爆裂噪声的样品，图7示出一个没有明显爆裂噪声的样品。图6对应太阳能电池编号为27，其电压噪声功率谱如图5所示，对所示曲线的0.5hz至30hz范围用直线进行拟合，根据所述公式计算其五个低频噪声参数分别为：
[0107]
0.5hz处噪声电压点频值sv(0.5)＝8.07
×
10-13
、0.5hz-30hz带宽噪声电压有效值vn＝7.5
×
10-7
、1/f噪声幅值b＝1.18
×
10-13
、1/f噪声转折频率fc＝38.4、 0.5hz与5hz处噪声电压幅值比μ＝72.5。
[0108]
该批次太阳能电池各项参数的均值为sⅰ＝2.54
×
10-11
、sⅱ＝3.32
×
10-06
、s ⅲ
＝5.29
×
10-12
、sⅳ＝38.5、s
ⅴ
＝62。
[0109]
该批次太阳能电池各项参数的均方差为σⅰ＝4.32
×
10-11
、σⅱ＝3.67
×ꢀ
10-06
、σⅲ＝1.09
×
10-11
、σⅳ＝7.08、σ
ⅴ
＝42.2。
[0110]
五项参数对应的边界值为s
vh
(0.5)＝2.19
×
10-11
、v
nh
＝3.03
×
10-6
、bh＝4.42
ꢀ×
10-12
、f
ch
＝38.9、μh＝58.7。
[0111]
sv(0.5)《s
vh
(0.5)，0.5hz处噪声电压点频值合格；vn《v
nh
，0.5hz-30hz 带宽噪声电压有效值合格；b《bh，1/f噪声幅值合格；fc＝38.4《f
ch
，1/f噪声转折频率合格；μ》μh，0.5hz与5hz处噪声电压幅值比不合格。由此判断出 27号太阳能电池的五项低频噪声参数中4项合格，且根据其时域谱图判断出该电池没有明显爆裂噪声，所以27号太阳能电池最终被分为可靠性最高的ⅰ类产品。