一种光伏电池的无损检测系统与设备

1.本发明涉及无损检测领域，特别是一种光伏电池的无损检测系统与设备。


背景技术：

2.光伏发电已成为我国能源转型的关键。近年来，由光伏电池质量问题引起的停运减产和安全事故屡见不鲜。
3.为了对光伏电池进行质量评估，目前用于光伏电池的检测技术有几十种，其中，电参数测量法检测较快，但是不能检测缺陷具体位置；电致发光法(electroluminescence，简称el)可以快速检测缺陷，并对表面缺陷敏感；电致热成像(electro-thermography，简称et)对于光伏电池由于漏电流等故障产生的热现象敏感，可用于检测内部欲击穿缺陷。
4.然而，电致发光和电致热成像中，电源的电极需要跟光伏电池进行接触，这不仅影响了检测速度，还可能划伤光伏电池。此外，电致发光和电致热成像都在静态条件(成像设备和光伏电池是静止的)下进行，没有做到动态成像，效率较低；电致热成像由于横向热扩散而很难实现缺陷的定量评估，并给缺陷标定造成困难，因此缺陷检测精度较低。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种光伏电池的无损检测系统与设备，能够在不与光伏电池接触的情况下，检测该光伏电池表面或者内部的损伤。
6.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种光伏电池的无损检测的系统，包括
7.非接触电磁感应装置，用于在不与被检光伏电池接触的情况下产生作用于被检光伏电池的外电场，所述外电场与所述被检光伏电池的内电场方向平行；
8.短波红外相机或/和可见光相机，用于获取被检光伏电池内的光辐射分布图；
9.热成像装置，用于获取被检光伏电池内的热辐射分布图；
10.图像处理装置，用于对所述光辐射分布图与所述热辐射分布图进行存储与处理。
11.光伏电池内，n区电子浓度高，p区空穴浓度高，因此电子会从n区扩散至p区，同理，空穴从p区扩散至n区，此时n区内被留下的是带正电的原子核，相反，在p区被留下的是带负电的原子核，于是内部形成了一个n区指向p区的内电场。所述非接触电磁感应装置，用于在不与被检光伏电池接触的情况下产生作用于被检光伏电池的外电场，所述外电场与所述被检光伏电池的内电场方向平行，若所述外电场与所述内电场方向相反，光伏电池内的总电场被减弱，少数载流子的扩散运动被加强；当若所述外电场与所述内电场方向相同，光伏电池内的总电场被增强，少数载流子的漂移运动得到加强。因此无论施加正向偏压还是反向偏压，光伏电池内部的平衡状态都会被打破，非平衡少数载流子遇到原区域的多数载流子会不断发生复合，进而产生光辐射，在恒定温度下，光辐射的强度与少数载流子的浓度以及少子扩散长度成正比，同时，当广发电池内部存在外电场时，pn结边缘过剩的少数载流子浓度也随之增多，电池发光强度随之增强，缺陷处由于具有较低的少子扩散长度，因此发出较
弱光，从而形成较暗的影像。同时，该外电场因焦耳效应在光伏电池内部的产生热辐射。当被检光伏电池表面或者内部存在缺陷，缺陷对光流场和热流场将造成扰动，造成光热分布的异常，通过获取被检光伏电池进行光辐射分布图与热辐射分布图，即可进行缺陷的检测。少子扩散长度，即少数载流子扩散长度，其即表征少数载流子一边扩散、一边复合所能够走过的平均距离。
12.具体地，所述非接触电磁感应装置包括两个感应线圈，两个所述感应线圈分别设于被检光伏电池的两侧，两个所述感应线圈的线圈均平行于被检光伏电池的内电场方向。通过控制两个所述感应线圈，可产生与被检光伏电池内电场平行的外电场。
13.具体地，两个所述感应线圈内的电流大小相同且方向一致。如此，当被检光伏电池置于该两个所述感应线圈产生的外电场中，被检光伏电池内的总电场将比较均匀，能够尽量避免横向热扩散对检测效果的影响。
14.具体地，两个所述感应线圈内的感应电流大小与方向均可调节。通过调节所述感应线圈内的感应电流大小，可调节所述感应线圈产生的磁场强度，进而影响其产生的被检光伏电池中p区指向n区的外电场强度。
15.具体地，还包括图像显示装置，与所述图像处理装置电连接，以显示所述图像处理装置存储与处理的图像。通过所述图像显示装置，用户可直观看到无损检测的结果。
16.具体地，还包括可移动导轨，所述非接触电磁感应装置、所述短波红外相机或/和所述可见光相机，所述热成像装置均安装于所述可移动导轨上，所述可移动导轨移动的过程中，所述非接触电磁感应装置、所述短波红外相机或/和所述可见光相机以及所述热成像装置的相对位置保持不变。
17.基于同一种技术构思，本发明还提供了一种光伏电池的无损检测设备，包括所述光伏电池的无损检测系统。
18.与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
19.1)本发明在对被检光伏电池进行检测的过程中所述非接触电磁感应装置、所述热成像装置、所述短波红外相机或/和所述可见光相机、所述图像处理装置与所述图像显示装置均不需与被检光伏电池接触，为非接触式检测，不会损伤被检光伏电池；
20.2)所述非接触电磁感应装置产生的外电场，能避免横向热扩散对缺陷检测的影响，提高检测精度与效率；
21.3)所述可移动导轨可移动，因此支持动态成像和移动检测，可获得动态的光辐射分布图与热辐射分布图，可结合深度学习的方法处理图像，进一步提高检测效率。
附图说明
22.图1为本发明一实施例的光伏电池的无损检测设备结构示意图。
23.图2为本发明一实施例的感应线圈与光伏电池的位置关系示意图。
24.其中，1为控制装置，2为计算机设备，3为激励装置，4为短波红外相机，5为热像仪，6为感应线圈，7为被检光伏电池，701为光伏电池内缺陷。
具体实施方式
25.如图1所示，本发明一实施例中光伏电池的无损检测设备包括光伏电池的无损检
测系统及其激励装置3与控制装置1，所述光伏电池的无损检测系统包括非接触电磁感应装置，短波红外相机4，热成像装置，图像处理装置与图像显示装置以及可移动导轨。
26.本发明一实施例中，所述非接触电磁感应装置为赫姆霍兹线圈，所述赫姆霍兹线圈包括两个彼此平行且同轴的圆形感应线圈6，两个所述感应线圈6内电流大小相同、方向一致。所述热成像装置包括热像仪5，所述图像处理装置与所述图像显示装置集成在所述计算机设备2中。
27.所述激励装置3与两个所述感应线圈6线电连接，为两个所述感应线圈6提供可调节大小的工作电流。如图2所示，两个所述感应线圈6分别设于所述被检光伏电池7的两侧，两个所述感应线圈6的线圈均平行于被检光伏电池7的内电场方向。
28.所述计算机设备2、所述激励装置3、所述短波红外相机4以及所述热像仪5均与所述控制装置1电连接，所述控制装置1用于控制所述计算机设备2、所述激励装置3、所述短波红外相机4以及所述热像仪5的工作状态。
29.所述短波红外相机4与所述热像仪5均置于被检光伏电池7的正上方，通过所述短波红外相机4，可获取被检光伏电池7的光辐射分布图，通过所述热像仪5，可获取被检光伏电池7的热辐射分布图。
30.所述短波红外相机4与所述热像仪5均与所述计算机设备2电连接，以将所述短波红外相机4与所述热像仪5获取的图像进行处理与显示。
31.所述可移动导轨在图中未示出，两个所述感应线圈6、所述短波红外相机4以及所述热像仪5均安装在所述可移动导轨上。在所述可移动导轨移动的过程中，两个所述感应线圈6、所述短波红外相机4以及所述热像仪5的相对位置保持不变。
32.本发明一实施例中光伏电池的无损检测设备能够实现静态检测及动态检测，静态检测即被检光伏电池与所述可移动导轨均保持不动。动态检测的实现方式有两种，其一为被检光伏电池移动而所述可移动导轨不动，其二为被检光伏电池不动而所述可移动导轨移动。
33.如图2所示，检测时，将所述被检光伏电池7置于两个所述感应线圈6之间，并使得两个所述感应线圈6的线圈均平行于被检光伏电池7的内电场方向。通过所述控制装置1启动所述计算机设备2、所述激励装置3、所述短波红外相机4以及所述热像仪5。此时，两个所述感应线圈6内因电流通过而产生磁场，两个所述感应线圈6之间也产生磁场，在被检光伏电池7所在的区域，则产生了与被检光伏电池7内电场方向平行的外电场，图2中箭头为该外电场的方向，此时被检光伏电池7内部产生了光辐射与热辐射，被检光伏电池7内缺陷701的存在将对光流场与热流场造成扰动，导致缺陷701处的光热分布异常，所述短波红外相机4获取的光辐射的分布图与所述热像仪5获取的热辐射分布图，经所述计算机设备的处理与显示，可直观判断被检光伏电池7是否存在缺陷，以及缺陷的大小和种类。
34.通过调节所述激励装置3，可以调节两个所述感应线圈6的工作电流，以调整其产生的外电场强度。
35.本发明一实施例中光伏电池的无损检测设备可结合三维数据重构法与深度学习的方法进行动态图像的处理，提高动态检测时缺陷识别的能力。