本發(fā)明涉及新能源光伏電池應用，特別涉及一種基于計算層析光譜成像的太陽能電池板隱形缺陷檢測裝置。

背景技術：

1、太陽能電池板組件是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的核心組成部分，其運行效率和穩(wěn)定性直接關系到系統(tǒng)的整體性能。然而，由于制造、運輸和長期使用過程中可能出現的物理應力及環(huán)境影響，太陽能電池板組件內部常常存在一些難以察覺的隱形缺陷，包括但不限于隱裂、缺角、碎片、黑斑、斷柵、表面污染以及局部過熱等。這些缺陷會降低太陽能電池板的光電轉換效率，縮短其使用壽命，甚至可能引發(fā)嚴重的安全問題。因此，在太陽能電池板運行過程中對這些隱形缺陷進行實時在線檢測具有重要意義。

2、目前，針對太陽能電池板隱形缺陷的檢測技術已經得到了廣泛研究。常見的方法包括紅外成像技術、電致發(fā)光檢測技術、光致發(fā)光檢測技術以及伏安特性分析等。其中，電致發(fā)光和光致發(fā)光檢測方法因其具有高靈敏度、高效率及多種缺陷檢測能力的優(yōu)勢，被廣泛用于實驗室和工業(yè)場景。電致發(fā)光檢測通過在光伏電池板的pn結上施加反向電壓以誘導其發(fā)出光信號；光致發(fā)光檢測則通過特定波長的光照射太陽能電池板，使其材料受激后發(fā)出熒光信號。兩種方法的光譜能量主要集中在短波紅外波段(1050nm至1250nm)，能夠很好地揭示太陽能電池板的隱形缺陷特性。

3、盡管電致發(fā)光和光致發(fā)光技術具有顯著的優(yōu)勢，但在日光環(huán)境下仍存在顯著局限。由于太陽能電池板電致發(fā)光或光致發(fā)光的輻射強度遠低于自然日光的輻照強度，這些技術在室外高照度環(huán)境中的應用通常受到嚴重干擾。為減少環(huán)境光的影響，現有的檢測方法大多依賴室內暗室條件進行。然而，太陽能電池板的實際運行環(huán)境主要在室外，因此開發(fā)能夠適應高日光照度下的缺陷檢測技術是當前研究領域的關鍵難題。

4、現有的相關技術方案雖然提出了一些改善措施，但仍未徹底解決這一問題。例如，中國專利cn118199517a和cn201340393y描述了一些光伏電池板的成像檢測技術，但這些方法均未涉及室外日光環(huán)境下的高效成像；世界專利wo2011152445a1和wo2017172611a1雖提出了一些紅外檢測和自動識別的方法，但同樣未能解決環(huán)境日光干擾的問題。此外，部分文獻如“基于高幀頻ingaas相機的光伏電池板缺陷檢測技術研究”，雖然關注了高照度環(huán)境下的光伏檢測，但目前仍停留在實驗室階段，且缺乏對復雜環(huán)境光的有效抑制方案。

技術實現思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于計算層析光譜成像的太陽能電池板隱形缺陷檢測裝置，以克服日光環(huán)境對太陽能電池板光致熒光成像的不利影響，從而提高隱形缺陷的成像精度和檢測效率。

2、本發(fā)明基于計算層析光譜成像技術，提出了一種用于太陽能電池板隱形缺陷檢測的裝置。該裝置通過傅立葉變換型計算層析成像光譜儀技術，獲取太陽能電池板的光致發(fā)光或電致發(fā)光的多角度投影數據，重建其光譜圖像立方體。同時，通過對光譜圖像立方體進行光譜維和圖像維的分析與融合，有效抑制或消除環(huán)境光的干擾，最終獲取清晰的缺陷圖像。該技術能夠在日光輻照環(huán)境下實現高質量的在線檢測，克服了現有方法的局限性。

3、為實現上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

4、一種基于計算層析光譜成像的太陽能電池板隱形缺陷檢測裝置，包括待測太陽能電池板、光致激發(fā)光源、自然光源、計算層析成像光譜儀、數據處理系統(tǒng)，該裝置通過傅立葉變換與計算層析投影重建算法相結合，利用太陽能電池板在光致熒光和自然反射光條件下的光譜數據生成光譜圖像立方體，用于精確檢測隱形缺陷。

5、待測太陽能電池板為單晶硅光伏電池板或多晶硅光伏電池板。

6、待測太陽能電池板在光致激發(fā)光源照射下產生光致熒光，光致熒光的光譜能量主要集中在波長為1050nm至1250nm的短波紅外區(qū)間；自然光源照射下的反射光提供太陽能電池板表面的光譜信息，同時可能引入環(huán)境光干擾，所述干擾通過數據處理系統(tǒng)的優(yōu)化算法進行校正，以確保光譜數據的準確性。

7、光致激發(fā)光源為近紅外波段的窄帶光源，選自中心波長為808nm或850nm的激光光源或led光源。

8、自然光源為太陽光或等效的寬譜白光光源，用于模擬真實日光照射環(huán)境，以支持整個檢測系統(tǒng)在實際運行條件下的穩(wěn)定性和準確性。

9、計算層析成像光譜儀，包括：前置光學系統(tǒng)、干涉模塊以及探測器。其中，計算層析成像光譜儀整體作用是通過干涉圖獲取多角度光譜投影數據，為光譜圖像立方體的生成提供基礎數據。

10、所述前置光學系統(tǒng)包括光學透鏡組和反射鏡，用于高效引導并聚焦待測太陽能電池板發(fā)出的光致熒光和自然反射光至干涉模塊。

11、所述干涉模塊包括可調節(jié)光程差的干涉裝置，用于生成多角度的干涉圖，以獲取待測太陽能電池板在不同方向上的光譜投影數據。

12、所述探測器為近紅外面陣硅探測器以及短波紅外面陣ingaas探測器，其光譜響應范圍覆蓋波長為400nm至1100nm以及900nm至1700nm，用于捕捉光致熒光和自然反射光的干涉圖像。

13、所述的數據處理系統(tǒng)，包括以下模塊：數據預處理模塊、干擾抑制模塊、光譜解算模塊以及層析重建模塊。其中，數據處理系統(tǒng)整體作用是對光譜投影數據進行處理，包括分析和校正反射光干擾對光致熒光信號的影響，分離有效信號，并生成光譜圖像立方體。

14、所述的數據預處理模塊，通過對干涉圖執(zhí)行背景扣除和噪聲抑制操作，同時對光譜數據進行相位校正，以消除系統(tǒng)誤差和環(huán)境噪聲的影響。

15、所述的干擾抑制模塊，通過對反射光干擾進行分析與校正，提取有用信號，同時消除反射光對光致熒光信號的影響。

16、所述的光譜解算模塊，采用光譜解算算法，將干涉圖中的光譜信息分離并解析，生成待測太陽能電池板的光譜特性數據。

17、所述的層析重建模塊，通過計算層析重建算法，利用多角度光譜數據生成光譜圖像立方體，準確再現待測太陽能電池板的光譜分布和特性。

18、數據預處理模塊首先對干涉圖進行背景扣除和噪聲抑制，初步消除系統(tǒng)誤差和部分環(huán)境光干擾。干擾抑制模塊在數據預處理的基礎上，進一步分析自然光對光致熒光信號的干擾特性，并通過優(yōu)化算法精確校正背景光對信號的影響，從而增強信號的質量。光譜解算模塊利用干擾抑制后的數據，解析干涉圖中的光譜信息，分離出有效的光致熒光信號。最終，層析重建模塊通過計算層析投影重建算法，將多角度光譜數據整合為光譜圖像立方體，完整再現太陽能電池板的光譜分布特性，為隱形缺陷的精準檢測提供數據支撐。

19、本發(fā)明利用計算層析光譜成像技術有效解決了日光環(huán)境下干擾問題，適用于戶外運行太陽能電池板隱形缺陷的在線檢測。

技術特征：

1.基于計算層析光譜成像的太陽能電池板隱形缺陷檢測裝置，其特征在于，包括待測太陽能電池板(1)、光致激發(fā)光源(2)、自然光源(3)、計算層析成像光譜儀(4)、數據處理系統(tǒng)(5)；待測太陽能電池板(1)在光致激發(fā)光源(2)照射下產生光致熒光，在自然光源(3)照射下的反射光提供太陽能電池板表面的光譜信息，環(huán)境光干擾通過所述干擾通過數據處理系統(tǒng)(5)的優(yōu)化算法進行校正；計算層析成像光譜儀(4)通過干涉圖獲取多角度光譜投影數據，為光譜圖像立方體的生成提供基礎數據；

2.根據權利要求1所述的基于計算層析光譜成像的太陽能電池板隱形缺陷檢測裝置，其特征在于，所述待測太陽能電池板(1)為單晶硅光伏電池板或多晶硅光伏電池板。

3.根據權利要求1所述的基于計算層析光譜成像的太陽能電池板隱形缺陷檢測裝置，其特征在于，所述光致激發(fā)光源(2)為近紅外波段的窄帶光源，選自中心波長為808nm或850nm的激光光源或led光源。

4.根據權利要求1所述的基于計算層析光譜成像的太陽能電池板隱形缺陷檢測裝置，其特征在于，自然光源(3)為太陽光或等效的寬譜白光光源，用于模擬真實日光照射環(huán)境。

5.根據權利要求1所述的基于計算層析光譜成像的太陽能電池板隱形缺陷檢測裝置，其特征在于，所述計算層析成像光譜儀(4)包括前置光學系統(tǒng)(41)、干涉模塊(42)以及探測器(43)；

6.根據權利要求1所述的基于計算層析光譜成像的太陽能電池板隱形缺陷檢測裝置，其特征在于，所述的數據處理系統(tǒng)(5)，包括數據預處理模塊(51)、干擾抑制模塊(52)、光譜解算模塊(53)以及層析重建模塊(54)；

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于計算層析光譜成像的太陽能電池板隱形缺陷檢測裝置，待測太陽能電池板在光致激發(fā)光源照射下產生光致熒光，在自然光源照射下的反射光提供太陽能電池板表面的光譜信息，環(huán)境光干擾通過所述干擾通過數據處理系統(tǒng)的優(yōu)化算法進行校正；計算層析成像光譜儀通過干涉圖獲取多角度光譜投影數據，為光譜圖像立方體的生成提供基礎數據；通過傅立葉變換與計算層析投影重建算法相結合，利用太陽能電池板在光致熒光和自然反射光條件下的光譜數據生成光譜圖像立方體，檢測隱形缺陷。本發(fā)明利用計算層析光譜成像技術有效解決了日光環(huán)境下干擾問題，適用于戶外運行太陽能電池板隱形缺陷的在線檢測。

技術研發(fā)人員：牛靖凱,翟帥,田欣,王陽,夏東愷,王杰,趙東明,李孟蕾
受保護的技術使用者：中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15