基于LabVIEW的太陽(yáng)能電池板缺陷檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究

樓彬 陳晨 沈焱鑫

摘? 要：隨著現(xiàn)代化水平越來(lái)越高，資源利用率也隨之上升，但是由于資源的過(guò)度開(kāi)發(fā)，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(fā)了各國(guó)之間一系列的沖突與戰(zhàn)爭(zhēng)，進(jìn)一步造成了世界的不穩(wěn)定。因而對(duì)可再生能源的需求日益增強(qiáng)，世界各國(guó)都致力于研發(fā)各類(lèi)新型能源，如太陽(yáng)能、潮汐能、水能等可再生綠色能源。其中，利用太陽(yáng)能發(fā)電是當(dāng)今世界各國(guó)研發(fā)的熱點(diǎn)之一，進(jìn)而研發(fā)出了一系列品質(zhì)良好的太陽(yáng)能電池板。但是，隨著電池板生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電池板存在的缺陷始終無(wú)法避免，為了能提高太陽(yáng)能電池板的可靠性及工作效率，針對(duì)缺陷的檢測(cè)技術(shù)也成了當(dāng)務(wù)之急。本文針對(duì)目前太陽(yáng)能電池板存在的缺陷，設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW的太陽(yáng)能電池板缺陷檢測(cè)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：LabVIEW;太陽(yáng)能電池板缺陷;檢測(cè)系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM914.4? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(lèi)多樣，但是相比較于風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電和核能發(fā)電，太陽(yáng)能發(fā)電具有零排放、零噪聲、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到科學(xué)工作者及廣大學(xué)者的追捧。隨著工業(yè)發(fā)展與居民生活水平的提高，世界各個(gè)國(guó)家對(duì)于太陽(yáng)能電池板的需求越來(lái)越迫切，發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)把太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)與利用作為一項(xiàng)長(zhǎng)期規(guī)劃。中國(guó)作為世界上經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速的經(jīng)濟(jì)體之一，自2013年，《國(guó)務(wù)院關(guān)于促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見(jiàn)》印發(fā)后，一系列配套政策相繼出臺(tái)，意識(shí)到光伏產(chǎn)業(yè)綠色、健康發(fā)展的必要性，在太陽(yáng)能發(fā)電領(lǐng)域也投入了大量的人力、物力，在中國(guó)能源市場(chǎng)上占據(jù)了重要的地位。目前，太陽(yáng)能電池板的制備在全世界已然成為了一個(gè)非常龐大的行業(yè)，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)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(yáng)能電池板缺陷檢測(cè)技術(shù)

1.1? 太陽(yáng)能電池板缺陷檢測(cè)技術(shù)起源

太陽(yáng)能電池板作為一種發(fā)電裝置，具有較高的發(fā)電效率，工作原理是光伏效應(yīng)，將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)換成電能，制備原理簡(jiǎn)單，設(shè)備較為簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)較為簡(jiǎn)便，使用壽命也較長(zhǎng)。因此，太陽(yáng)能電池板應(yīng)用非常廣泛，可以應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，例如：路燈、家用電器、航天器以及電站等等，可以說(shuō)是無(wú)處不在。太陽(yáng)能電池板能正常工作的主要部件是太陽(yáng)能電池，近年來(lái)，太陽(yáng)能電池板的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)技術(shù)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(zhì)量?jī)?yōu)劣直接決定了太陽(yáng)能電池板的工作性能，進(jìn)而影響了光伏發(fā)電的效率。隨著技術(shù)的日漸成熟，各大生產(chǎn)商對(duì)硅晶片的厚度不斷降低，從而達(dá)到降低成本、減少能耗的效果。目前硅晶片的厚度可以達(dá)到120μm，在硅晶片的加工生產(chǎn)過(guò)程中，是一個(gè)非常復(fù)雜的力學(xué)、化學(xué)演變過(guò)程，電池板表面極易產(chǎn)生缺陷，如：材料缺陷、燒結(jié)缺陷、工藝污染、裂紋等缺陷類(lèi)型，這些都會(huì)影響發(fā)電系統(tǒng)的工作效率，從而降低了電池板的使用壽命[3]。雖然生產(chǎn)技術(shù)不斷層出不窮，加工工藝越發(fā)精良，但是在生產(chǎn)過(guò)程中，缺陷總是在所難免。在投入市場(chǎng)前，對(duì)電池板的缺陷檢查成了一項(xiàng)必不可少的環(huán)節(jié)，因此，研究太陽(yáng)能電池板表面缺陷的檢測(cè)技術(shù)具有深遠(yuǎn)意義。

1.2? 太陽(yáng)能電池板缺陷檢測(cè)技術(shù)分類(lèi)

我國(guó)在太陽(yáng)能電池板缺陷檢測(cè)技術(shù)方面日漸完善，檢測(cè)方法種類(lèi)繁多，歸納起來(lái)，主要有兩種：人工肉眼識(shí)別法和機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)法。

傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池板缺陷檢測(cè)技術(shù)用肉眼進(jìn)行識(shí)別，雖然對(duì)明顯的裂紋及破損較為有效，同時(shí)對(duì)電池板表面的工藝污染也較為容易檢測(cè)出。但是，這種方法勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低下，且不能適應(yīng)惡劣的環(huán)境。長(zhǎng)時(shí)間的檢測(cè)容易造成視覺(jué)疲勞，工人極易產(chǎn)生誤檢、誤判，不能保證電池板的出產(chǎn)質(zhì)量。因此，這種方法比較適用于電池板生產(chǎn)完成后的初步粗略檢測(cè)環(huán)節(jié)。

隨著現(xiàn)代化水平的不斷提升，自動(dòng)化技術(shù)飛速發(fā)展，目前出現(xiàn)了一系列的基于機(jī)器視覺(jué)的太陽(yáng)能電池板缺陷檢測(cè)技術(shù)，利用相機(jī)代替人眼，與上位機(jī)有效結(jié)合，具有準(zhǔn)確、高效、可靠等優(yōu)勢(shì)。相機(jī)采集太陽(yáng)能電池板的圖像信息，傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，對(duì)采集到的圖像進(jìn)行分析，判斷電池板是否存在缺陷。該種方法可有效應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)電池板的企業(yè)，智能化程度高、產(chǎn)品檢測(cè)具有一致性，可實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板缺陷的自動(dòng)檢測(cè)，此外，該種方法還便于對(duì)產(chǎn)生的缺陷類(lèi)型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，便于生產(chǎn)工序的改進(jìn)，大大降低了勞動(dòng)成本，提高了檢測(cè)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(shè)備制造有限公司、德國(guó)Vitronic公司、比利時(shí)ICOS公司以及意大利的Bacini公司都采用了機(jī)器視覺(jué)法檢測(cè)光伏電池板表面是否存在缺陷，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光伏電池板的裂紋、碎片、孔洞等缺陷進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)[4，5]。

2? 檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)總體思路

太陽(yáng)能電池板缺陷視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)由硬件部分與軟件部分組成。系統(tǒng)的硬件部分主要由PC機(jī)和普通高清攝像頭（或工業(yè)CCD）構(gòu)成。系統(tǒng)的核心算法采用由美國(guó)國(guó)家儀器（NI）公司所開(kāi)發(fā)的LabVIEW軟件進(jìn)行編寫(xiě)，該軟件是一種圖形化程序編譯平臺(tái)，類(lèi)似于C語(yǔ)言和BASIC開(kāi)發(fā)環(huán)境，但是該軟件運(yùn)用圖標(biāo)來(lái)代替文本編譯執(zhí)行程序，便于創(chuàng)建用戶(hù)界面，操作更加方便、直觀。

系統(tǒng)由LabVIEW軟件編譯的算法控制攝像頭，對(duì)太陽(yáng)能電池板進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝，獲取待檢測(cè)目標(biāo)的圖像信息。首先將采集到的圖像信息進(jìn)行二值化處理，得到只含有黑、白兩種顏色的圖像。然后進(jìn)行濾波、去噪處理，剔除圖像微小顆粒，以免影響對(duì)缺陷結(jié)果的識(shí)別判斷。最后對(duì)圖像的明亮度進(jìn)行測(cè)量，判斷是否有大顆粒區(qū)域（殘缺，破損，污點(diǎn)等）的存在，如有存在，則提取出該區(qū)域輪廓，進(jìn)行標(biāo)記處理，通過(guò)標(biāo)記值數(shù)目來(lái)判斷太陽(yáng)能電池板是否合格。太陽(yáng)能電池板缺陷視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)軟件部分的流程如圖1所示。

3? 結(jié)? 論

自“十三五”規(guī)劃發(fā)布以來(lái)，國(guó)家大力支持發(fā)展綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)，太陽(yáng)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(guó)學(xué)者的研究熱點(diǎn)。太陽(yáng)能電池板的研發(fā)與應(yīng)用在近些年呈井噴趨勢(shì)，電池板研制的基本要求是高工作穩(wěn)定性、高光電轉(zhuǎn)換效率。雖然技術(shù)推陳出新，但是電池板在生產(chǎn)過(guò)程中極易產(chǎn)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(chǎn)品投入市場(chǎng)，本文開(kāi)發(fā)了一款基于LabVIEW的太陽(yáng)能電池板缺陷檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)電池板表面裂紋、崩邊和缺角等缺陷進(jìn)行檢測(cè)，利用相機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人眼識(shí)別，同時(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的功能，可有效提高檢測(cè)效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量，輔助實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板的智能化生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 錢(qián)曉亮，張鶴慶，陳永信，等.基于機(jī)器視覺(jué)的太陽(yáng)能電池片表面缺陷檢測(cè)研究現(xiàn)狀及展望 [J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，43（1）：76-85.

[2] 陶偉.光伏電池板表面缺陷紅外檢測(cè)技術(shù)研究 [D].杭州：中國(guó)計(jì)量大學(xué)，2016.

[3] 任韶杰.基于機(jī)器視覺(jué)的開(kāi)發(fā)板表面缺陷檢測(cè)技術(shù)研究 [D].太原：中北大學(xué)，2018.

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

[5] 朱亞萍，劉康.基于視覺(jué)的太陽(yáng)能電池片位置檢測(cè) [J].杭州電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，38（1）：65-69.

作者簡(jiǎn)介：樓彬（1989.03-），女，漢族，浙江東陽(yáng)人，講師，碩士研究生，主要研究方向：數(shù)據(jù)采集。