Vitronic分選設備在太陽能電池片分選中的應用

孟慶平，王舉亮，董 鵬，張 治，吳 翔，高艷飛

（青海黃河上游水電開發有限責任公司 青海 西寧810006）

地球的資源總是有限的，隨著傳統能源頻頻告急，不可再生能源的使用對環境造成的危害日益加劇。世界上許多國家掀起了開發和利用新能源的熱潮。在新能源中，特別引人矚目的是不斷地傾注于地球的永久性能源——太陽能[1]。太陽能是一種干凈、清潔、無污染和取之不盡用之不竭的自然能源，將太陽能轉換為電能是大規模利用太陽能的重要技術基礎。效率高、成本低和壽命長等優點。

在太陽能電池片的生產過程中，需要人工對成品的電池片進行分選分類。人工分選效率低且誤判率較高，運用Vitronic太陽能電池片外觀分選設備，能精準的分類，而且效率比較高[2]。

1 設備介紹

在太陽能光伏行業，對太陽能電池片的分類主要采取人工分類，為了提高分選效率和降低誤判，使用Vitronic分選設備進行電池片分類，Vitronic分選設備主要由線性相機、LED光源、PLC控制系統、PC系統組成。線性相機主要是在電池片通過的過程中，進行采樣收集信息。LED光源主要是對電池片通過的過程中，進行輔助光源照明，使線性相機拍攝出來的圖片更為清晰、準確。PLC和PC系統主要是控制和對采集到的數據進行處理，從而在PC輸出端顯示出來[3]。

軟件主界面主要由圖像查看、圖像分析數據、軟件設置三大部分組成。圖像查看位于主界面左邊，顯示在線當前測試每一片電池片的測試圖像。圖像的分析數據在軟件的右半部分，主要記錄當前測試電池片的測試數據。軟件的設置主要在主界面下端和最右端。

圖1 Vitronic圖形系統Fig.1 Vitronic graphics system

2 Vitronic分選系統在太陽能電池分選中的應用

對于大量的成品電池片的分選，如果依靠人眼來分辨，不但工作量大，而且易出錯，從而影響電池片分選結果的準確性。如果依靠Vitronic分選設備分選，這樣就能節省人力提高工作效率。Vitronic分選設備主要對電池片的印刷質量、幾何尺寸、邊緣和表面缺陷等進行檢測，通過設定好的程序，能準確有效的分檔。

圖2 Vitronic軟件界面Fig.2 Vitronic software interface

2.1 對印刷后電池片虛印的檢測

在電池片印刷過程中，由于所使用的刮膠變形或網版張力不足或漿料太干都易造成虛印[4]，可以通過設置Vitronic設備中參數，能將虛印的電池片分選到規定的檔位盒中。圖3為印刷虛印的電池片，通過人眼查看已經比較明顯。圖4為在Vitronic設備軟件中，虛印區域被挑選出來，用綠色的小框標示出。

圖3 虛印的電池片Fig.3 Virtual printed cells

圖4 Vitronic檢測出虛印的電池片Fig.4 Vitronic detect the cells of virtual printed

通過Vitronic的檢測，將虛印處用綠色小方框框起來，并且將此類電池片放入預先設置好的檔位盒中。

通過生產實際對比，選取兩條生產線，一條通過人工挑選，一條線通過Vitronic設備自動分選，統計當班數據對比，發現Vitronic自動分選設備對虛印的判定準確率在準確性在99.9%以上。人工對虛印的分選結果在99.66%。機器分選準確性明顯高于人工分選，而且Vitronic自動分選設備誤分選比人工低0.24%。

在電池片的生產過程中，虛印會造成電池片轉換效率降低，在做成組件后，組件壽命變短。通過Vitronic自動分選設備分選，將不合格品挑選出來，并且可以提醒作業人員，及時采取措施，減少虛印電池片的產生。

表1 人工和機器對虛印電池片分選對比結果Tab.1 Labor and machine to virtual printing cell sorting comparison results

2.2 對印刷后電池片斷線的檢測

在電池片印刷過程中，由于所使用漿料太干造成網版堵網，阻止漿料透過網版，造成印刷后細柵線斷開。如果有Vitronic設備分選，能及時將不合格的斷線電池片挑選出來，而且還能提醒作業人員，及時采取相應的辦法，解決此類問題的產生。圖5為電池片斷線圖片，圖6為Vitronic檢測出的斷線圖像。

圖5 斷線的電池片Fig.5 Disconnection cells

圖6 Vitronic檢測出斷線電池片Fig.6 Vitronic detect disconnection cells

通過生產實際對比，選取兩條生產線，一條通過人工挑選，一條線通過Vitronic設備自動分選，統計當班數據對比，發現Vitronic自動分選設備對虛印的判定準確率在準確性在99.9%以上。人工對虛印的分選結果在98.9%。機器分選準確性明顯高于人工分選，Vitronic自動分選設備誤分選比人工低1.019%。

由于斷線只有幾十微米，通過人工分選，肉眼有時很難分辨，誤分選比例比較高，導致不合格電池片流入下道工序。運用Vitronic自動分選設備，采用高分辨率攝像頭及強大的數據圖像處理軟件[4-5]，就能將不合格挑選出來，還能及時告知作業人員，采取適當的措施，減少不合格電池片的產生。使用Vitronic自動分選設備，既能挑選出不合格品，又能提醒作業人員，取得一舉兩得的功效。

表2 人工和機器對斷線電池片分選對比結果Tab.2 Labor and machinery for sorting cells break comparative results

2.3 對印刷后電池片邊緣缺陷的檢測

電池片在生產過程中，有可能受到機器的碰撞或作業人員的不注意[6]，造成電池片邊緣微小缺陷，產生隱裂，后期影響組件質量和外觀。圖7和圖8為邊緣缺陷電池片，圖9和圖10為Vitronic檢測處電池片的邊緣缺陷。

圖7 邊緣缺陷電池片Fig.7 Cell edge defects

圖8 邊緣缺陷電池片Fig.8 Cell edge defects

采取同樣的方法，選取兩條生產線，一條通過人工挑選，一條線通過Vitronic設備自動分選，統計當班A線和B線數據對比，發現Vitronic自動分選設備對邊緣缺陷的判定準確率在準確性在99.98%以上。人工對虛印的分選結果在99.95%。機器分選準確性略高于人工分選。

圖9 Vitronic檢出邊緣缺陷電池片Fig.9 Vitronic detected in edge defects cells

圖10 Vitronic檢出邊緣缺陷電池片Fig.10 Vitronic detected in edge defects cells

表3 人工和機器對邊緣缺陷電池片分選對比結果Tab.3 Labor and machine to edge defects cell sorting comparison results

對于電池片存在邊緣碎裂等現象，缺裂點通常大于100 μm以上，人工肉眼分選，誤判率較低，最終判定結果和Vitronic自動分選設備基本接近。

表4 人工和機器綜合誤判對比結果Tab.4 Labor and machine integrated false comparison results

綜合Vitronic自動分選設備和人工分選準確率對比，Vitronic自動分選設備準確率達99.8%，人工分選準確率98.5%。Vitronic自動分選設備分選準確率高于人工分選，而且可以節省人力，提高效率。

3 結束語

太陽能光伏發展到現在，對生產出的電池片外觀要求越來越嚴格，一個微小的缺陷都可能造成電池片的降級；分類也是越來越細，如果完全依靠人員來分選，人員之間的判別標準可能有差異，也會造成分類的不明確。Vitronic設備來分選將進一步提高電池片分選的可靠性、準確性和完整性。提高電池片分選自動化水平，產品質量和生產效率，成為太陽能電池片分選發展的必然趨勢。

[1]秦桂紅.多晶硅薄膜太陽能電池的研制及發展趨勢[J].上海有色金屬，2004:1-2.QIN Gui-hong.Research and development trends of polycrystalline silicon thin film solar cells[J].Shanghai Nonferrous Metals，2004:1-2.

[2]wenham S R，Green M A，Watt M E，R.Corkish.應用光伏學[M].狄大衛，高兆利，韓見殊，石磊，施正榮等譯.上海：上海交通大學出版社，2008.

[3]華滿香，劉小春.電氣控制與PLC應用[M].2版.北京：人民郵電出版社，2012.

[4]鄭德海，鄭軍明，沈青.絲網印刷工藝［M］.北京：印刷工業出版社，1994.

[5]龔金云.基于灰度圖像直方圖的邊緣檢測[J].裝備制造技術，2007:1-2.GONG Jin-yun.Grayimagehistogram basedonedge detection[J].Equipment Manufacturing Technology，2007:1-2.

[6]劉成志．機電設備概論[M]．北京：機械工業出版社，2008.