淺析一種檢測光伏組件缺陷的EL檢測單元的設(shè)計

石 磊，張 亮，李樹珍，曹盼盼，姜祥維

(1.河北科技師范學(xué)院河北省光伏組件制造裝備技術(shù)創(chuàng)新中心，秦皇島 066004；2.秦皇島博碩光電設(shè)備股份有限公司，秦皇島 066000；3.秦皇島新禹機(jī)械設(shè)備有限公司，秦皇島 066000)

0 引言

光伏組件的品質(zhì)將直接影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率。在光伏組件的生產(chǎn)過程中，太陽電池表面會因操作不當(dāng)出現(xiàn)斷柵、裂紋等缺陷，致使組件的功率降低甚至無輸出功率。因此，為了提高組件的合格率，對組件中太陽電池的品質(zhì)進(jìn)行有效檢測，及時剔除有缺陷的組件顯得尤為重要[1]。

太陽電池的品質(zhì)檢測包括對其表面瑕疵的檢測，當(dāng)采用人工法檢測時，會由于人為因素導(dǎo)致檢測結(jié)果與實際情況差別較大。電致發(fā)光(EL)技術(shù)是檢測光伏組件缺陷的重要方式。為滿足光伏組件自動生產(chǎn)線的需要，本文根據(jù)組件的生產(chǎn)工藝要求，設(shè)計了一種檢測光伏組件缺陷的EL檢測單元，通過該單元中的機(jī)器視覺系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，自動生成光伏組件EL圖像，以檢測組件是否有異物、灰塵、隱裂、虛焊、碎片等缺陷，從而提高組件的良品率和生產(chǎn)效率。

1 EL檢測單元的總體方案設(shè)計

EL檢測單元是光伏組件自動生產(chǎn)線的重要組成部分，有利于提高組件的良品率和生產(chǎn)效率，其工位布置如圖1所示。圖2為EL檢測單元的結(jié)構(gòu)框圖，包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。

圖2 EL檢測單元的結(jié)構(gòu)框圖Fig.2 The structure diagram of the EL detection unit

EL檢測單元的工作流程為：組件傳輸?shù)轿缓螅蓹C(jī)器視覺系統(tǒng)對太陽電池表面進(jìn)行拍照，獲取電池表面圖像數(shù)據(jù)并生成圖片后，供操作人員檢查，以判斷組件中的電池是否存在斷柵、隱裂、碎片等缺陷[2]。

2 EL檢測單元的硬件系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)由機(jī)器視覺系統(tǒng)、可編程邏輯控制器(PLC)、傳感與通信系統(tǒng)、工業(yè)PC機(jī)組成。圖3為硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，其主要由主框架、探針機(jī)構(gòu)、傳輸機(jī)構(gòu)及相機(jī)機(jī)構(gòu)組成。待測的組件由同步帶傳輸，通過機(jī)械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)精準(zhǔn)定位，相機(jī)固定不動，對傳輸?shù)轿坏慕M件進(jìn)行拍照；然后采用秦皇島博碩光電設(shè)備股份有限公司自主研發(fā)的軟件進(jìn)行圖像處理，以便操作人員判斷組件是否合格[3-4]。

圖3 EL檢測單元硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Hardware system structure of EL detection unit

硬件系統(tǒng)的工作流程為：1)傳輸機(jī)構(gòu)由伺服系統(tǒng)驅(qū)動，組件傳輸至機(jī)器視覺系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定好的檢測位置時，阻擋氣缸升起；當(dāng)檢測到組件后，傳輸帶慢速運行，直至組件與阻擋輪完成接觸，組件歸正，傳輸動作停止，阻擋氣缸落下，再按預(yù)定步長傳輸一定距離后到達(dá)拍照位置。氣缸的位置由傳感器磁性開關(guān)檢測。2)傳輸帶停止后，相應(yīng)位置的氣缸驅(qū)動探針伸出，探針下降，進(jìn)入通電拍照狀態(tài)。3)位于底部的相機(jī)由PLC控制，并顯示于工業(yè)PC機(jī)上；一次拍照完成后，傳輸電機(jī)啟動，傳輸帶傳輸一定距離后相機(jī)再次拍照，然后向前移動再拍照一次，共拍攝3組照片；與工業(yè)PC機(jī)交互信號3組，由操作人員根據(jù)圖像進(jìn)行“返修”或“下料”處理，PC機(jī)將反饋信號傳輸給PLC后，PLC控制傳輸機(jī)構(gòu)對組件實施“返修”或“下料”動作。

3 EL檢測單元的軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)由圖像處理模塊、人機(jī)交互模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、通信模塊組成。圖4為軟件系統(tǒng)參數(shù)界面，在該界面用戶可以設(shè)定設(shè)備運行時的必要參數(shù)。其中，傳輸停止延時是指組件傳輸至光電傳感器后的延時停止時間；步位置是指相機(jī)拍攝時的位置，根據(jù)組件大小設(shè)置傳輸時間，以確定組件每次運動距離，通常分3個位置完成拍攝。氣缸1～ 氣缸6的選擇與組件所對應(yīng)的步位置有關(guān)，組件處于相應(yīng)步位置時，氣缸會帶動對應(yīng)探針下壓。

圖4 軟件系統(tǒng)參數(shù)界面Fig.4 Parameter interface diagram of software system

圖5為EL檢測單元運行界面，用戶可以在運行界面實現(xiàn)初始化、模式切換、功能禁用等操作；在設(shè)備自動運行前，需完成整機(jī)初始化[5-6]。

圖5 EL檢測單元運行界面Fig.5 EL detection unit operation interface

圖6 光伏組件的EL檢測結(jié)果Fig.6 EL test results of PV modules

圖6為EL檢測單元對光伏組件檢測的結(jié)果，圖6a中的組件有裂紋缺陷，圖6b中的組件存在斷柵缺陷。工作人員可根據(jù)檢測結(jié)果采取相應(yīng)措施，極大提高了判斷的準(zhǔn)確性及生產(chǎn)效率。

EL檢測單元是光伏組件自動化生產(chǎn)線的重要組成部分，圖7為該EL檢測單元在某光伏組件自動化生產(chǎn)線上的實際應(yīng)用。工位所需的人員由2人減至1人，誤差率降到0.01%，該結(jié)果得到了客戶的認(rèn)可。

圖7 EL檢測單元的實際應(yīng)用Fig.7 Practical application of EL detection unit

4 結(jié)語

本文設(shè)計的用于光伏組件缺陷檢測的EL檢測單元是通過驅(qū)動機(jī)器視覺系統(tǒng)來完成光伏組件圖像的采集，輔助人工完成對組件缺陷的檢測，可檢測組件是否有異物、灰塵、隱裂、虛焊、碎片等缺陷，降低了人為因素對檢測結(jié)果的影響。該產(chǎn)品已得到客戶的認(rèn)可。