基于LabVIEW的太陽能電池板缺陷檢測系統開發研究

樓彬 陳晨 沈焱鑫

摘? 要：隨著現代化水平越來越高，資源利用率也隨之上升，但是由于資源的過度開發，資源配置方式不合理等原因，造成資源日漸匱乏，石油、煤等不可再生能源日漸匱乏，甚至引發了各國之間一系列的沖突與戰爭，進一步造成了世界的不穩定。因而對可再生能源的需求日益增強，世界各國都致力于研發各類新型能源，如太陽能、潮汐能、水能等可再生綠色能源。其中，利用太陽能發電是當今世界各國研發的熱點之一，進而研發出了一系列品質良好的太陽能電池板。但是，隨著電池板生產規模的不斷擴大，電池板存在的缺陷始終無法避免，為了能提高太陽能電池板的可靠性及工作效率，針對缺陷的檢測技術也成了當務之急。本文針對目前太陽能電池板存在的缺陷，設計了一種基于LabVIEW的太陽能電池板缺陷檢測系統。

關鍵詞：LabVIEW;太陽能電池板缺陷;檢測系統

中圖分類號：TM914.4? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）07-0040-03

Abstract：As the level of modernization is getting higher and higher，the resource utilization rate is also rising. However，due to the over-exploitation of resources and the unreasonable allocation of resources，resources are becoming scarcer. Oil，coal and other non-energy sources are becoming scarcer and even triggered. A series of conflicts and wars between countries have further caused instability in the world. As a result，the demand for renewable energy is increasing，and all countries in the world are committed to research and development of various types of new energy sources，such as renewable energy such as solar energy，tidal energy and water energy. Among them，the use of solar power is one of the hot spots of research and development in the world today，and has developed a series of good quality solar panels. However，with the continuous expansion of the production scale of the panel，the defects of the panel are always unavoidable. In order to improve the reliability and work efficiency of the solar panel，the detection technology for the defect has become a top priority. In this paper，based on the defects of current solar panels，a solar panel defect detection system based on LabVIEW is designed.

Keywords：LabVIEW;defects of solar panels;detection system

0? 引? 言

新型的清潔可再生能源種類多樣，但是相比較于風力發電、水力發電和核能發電，太陽能發電具有零排放、零噪聲、安全可靠等優點，越來越受到科學工作者及廣大學者的追捧。隨著工業發展與居民生活水平的提高，世界各個國家對于太陽能電池板的需求越來越迫切，發達國家已經把太陽能的開發與利用作為一項長期規劃。中國作為世界上經濟發展迅速的經濟體之一，自2013年，《國務院關于促進光伏產業健康發展的若干意見》印發后，一系列配套政策相繼出臺，意識到光伏產業綠色、健康發展的必要性，在太陽能發電領域也投入了大量的人力、物力，在中國能源市場上占據了重要的地位。目前，太陽能電池板的制備在全世界已然成為了一個非常龐大的行業，光伏產業發展迅速，形成了一套制度比較完善的光伏制造體系[1，2]。

1? 太陽能電池板缺陷檢測技術

1.1? 太陽能電池板缺陷檢測技術起源

太陽能電池板作為一種發電裝置，具有較高的發電效率，工作原理是光伏效應，將太陽光能直接轉換成電能，制備原理簡單，設備較為簡單，安裝維護較為簡便，使用壽命也較長。因此，太陽能電池板應用非常廣泛，可以應用到各個行業領域，例如：路燈、家用電器、航天器以及電站等等，可以說是無處不在。太陽能電池板能正常工作的主要部件是太陽能電池，近年來，太陽能電池板的各個生產環節技術都在不斷更新，但是主要材料始終以硅為主，有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。硅的質量優劣直接決定了太陽能電池板的工作性能，進而影響了光伏發電的效率。隨著技術的日漸成熟，各大生產商對硅晶片的厚度不斷降低，從而達到降低成本、減少能耗的效果。目前硅晶片的厚度可以達到120μm，在硅晶片的加工生產過程中，是一個非常復雜的力學、化學演變過程，電池板表面極易產生缺陷，如：材料缺陷、燒結缺陷、工藝污染、裂紋等缺陷類型，這些都會影響發電系統的工作效率，從而降低了電池板的使用壽命[3]。雖然生產技術不斷層出不窮，加工工藝越發精良，但是在生產過程中，缺陷總是在所難免。在投入市場前，對電池板的缺陷檢查成了一項必不可少的環節，因此，研究太陽能電池板表面缺陷的檢測技術具有深遠意義。

1.2? 太陽能電池板缺陷檢測技術分類

我國在太陽能電池板缺陷檢測技術方面日漸完善，檢測方法種類繁多，歸納起來，主要有兩種：人工肉眼識別法和機器視覺檢測法。

傳統的太陽能電池板缺陷檢測技術用肉眼進行識別，雖然對明顯的裂紋及破損較為有效，同時對電池板表面的工藝污染也較為容易檢測出。但是，這種方法勞動強度大，工作效率低下，且不能適應惡劣的環境。長時間的檢測容易造成視覺疲勞，工人極易產生誤檢、誤判，不能保證電池板的出產質量。因此，這種方法比較適用于電池板生產完成后的初步粗略檢測環節。

隨著現代化水平的不斷提升，自動化技術飛速發展，目前出現了一系列的基于機器視覺的太陽能電池板缺陷檢測技術，利用相機代替人眼，與上位機有效結合，具有準確、高效、可靠等優勢。相機采集太陽能電池板的圖像信息，傳輸到上位機，對采集到的圖像進行分析，判斷電池板是否存在缺陷。該種方法可有效應用于大規模生產電池板的企業，智能化程度高、產品檢測具有一致性，可實現太陽能電池板缺陷的自動檢測，此外，該種方法還便于對產生的缺陷類型進行統計，便于生產工序的改進，大大降低了勞動成本，提高了檢測效率，廣泛受到人們的青睞。北京震耀科技有限公司、武漢三工光電設備制造有限公司、德國Vitronic公司、比利時ICOS公司以及意大利的Bacini公司都采用了機器視覺法檢測光伏電池板表面是否存在缺陷，能夠實現對光伏電池板的裂紋、碎片、孔洞等缺陷進行自動檢測[4，5]。

2? 檢測系統開發總體思路

太陽能電池板缺陷視覺檢測系統由硬件部分與軟件部分組成。系統的硬件部分主要由PC機和普通高清攝像頭（或工業CCD）構成。系統的核心算法采用由美國國家儀器（NI）公司所開發的LabVIEW軟件進行編寫，該軟件是一種圖形化程序編譯平臺，類似于C語言和BASIC開發環境，但是該軟件運用圖標來代替文本編譯執行程序，便于創建用戶界面，操作更加方便、直觀。

系統由LabVIEW軟件編譯的算法控制攝像頭，對太陽能電池板進行實時拍攝，獲取待檢測目標的圖像信息。首先將采集到的圖像信息進行二值化處理，得到只含有黑、白兩種顏色的圖像。然后進行濾波、去噪處理，剔除圖像微小顆粒，以免影響對缺陷結果的識別判斷。最后對圖像的明亮度進行測量，判斷是否有大顆粒區域（殘缺，破損，污點等）的存在，如有存在，則提取出該區域輪廓，進行標記處理，通過標記值數目來判斷太陽能電池板是否合格。太陽能電池板缺陷視覺檢測系統軟件部分的流程如圖1所示。

3? 結? 論

自“十三五”規劃發布以來，國家大力支持發展綠色環保產業，太陽能是一種十分清潔的新型能源，而且取之不盡，用之不竭，成了各國學者的研究熱點。太陽能電池板的研發與應用在近些年呈井噴趨勢，電池板研制的基本要求是高工作穩定性、高光電轉換效率。雖然技術推陳出新，但是電池板在生產過程中極易產生缺陷，極大地影響了電池板的可靠性和工作效率。為了避免缺陷產品投入市場，本文開發了一款基于LabVIEW的太陽能電池板缺陷檢測系統，對電池板表面裂紋、崩邊和缺角等缺陷進行檢測，利用相機代替傳統的人眼識別，同時實現實時在線監測的功能，可有效提高檢測效率，提升產品質量，輔助實現太陽能電池板的智能化生產。

參考文獻：

[1] 錢曉亮，張鶴慶，陳永信，等.基于機器視覺的太陽能電池片表面缺陷檢測研究現狀及展望 [J].北京工業大學學報，2017，43（1）：76-85.

[2] 陶偉.光伏電池板表面缺陷紅外檢測技術研究 [D].杭州：中國計量大學，2016.

[3] 任韶杰.基于機器視覺的開發板表面缺陷檢測技術研究 [D].太原：中北大學，2018.

[4] 賈朋，王昊，王昱涵，等.基于EL的太陽能電池局部缺陷與電流分析 [J].電子設計工程，2018，26（7）：123-127.

[5] 朱亞萍，劉康.基于視覺的太陽能電池片位置檢測 [J].杭州電子科技大學學報（自然科學版），2018，38（1）：65-69.

作者簡介：樓彬（1989.03-），女，漢族，浙江東陽人，講師，碩士研究生，主要研究方向：數據采集。