MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
Немецкие исследователи показали, что недорогую потребительскую цифровую фотокамеру можно превратить в измерительный прибор для количественной диагностики кремниевых солнечных элементов и модулей. В основе метода лежит электролюминесценция — собственное свечение панелей при подключении их к источнику тока. Модифицированная камера Canon EOS 4000D и алгоритм позволили буквально по фотографии оценивать характеристики солнечных панелей.
Источник изображения: ИИ-генерация Grok/3DNews
При подаче электрического смещения — при подключении панелей к источнику тока — кремниевые фотоэлементы испускают слабое инфракрасное излучение, характеристики которого связаны с качеством материала и напряжением холостого хода. Для получения снимков в этом диапазоне исследователи удалили штатный блокирующий ИК-диапазон фильтр в камере и установили вместо него длинноволновый фильтр Heliopan ES RG850, отсекающий видимый свет. В идеале съёмку нужно вести в темноте, поскольку собственная люминесценция панелей очень слабая, но калибровка также решает эту проблему.
Ключевая задача заключалась не только в регистрации инфракрасного излучения от панелей, но и в преобразовании яркости изображения в количественный физический параметр характеристик элемента. КМОП-матрица камеры на основе кремния способна воспринимать излучение в районе 1120 нм, в который попадает электролюминесценция кремниевых солнечных элементов, а цветные фильтры Bayer оказываются достаточно прозрачными.
Для калибровки исследователи разработали модель, учитывающую как линейный, так и нелинейный режимы работы сенсора. С её помощью интенсивность пикселей преобразовали в абсолютную внешнюю электролюминесцентную квантовую эффективность EQE_LED. Для привязки измерений использовался эталонный элемент или модуль с известными значениями EQE_LED и напряжением холостого хода.
Связь между измеряемыми параметрами оказалась достаточно прямой: при комнатной температуре десятикратное увеличение связанного с люминесценцией сигнала соответствовало примерно 60 мВ увеличения напряжения холостого хода. Метод испытали на новых и старых солнечных панелях. Для новых модулей данные получались очень точными, тогда как для старых расчётные показания отставали от измеренных напрямую, что ещё требует осмысления.
Таким образом, электролюминесцентная фотография может использоваться не просто для визуального поиска дефектов в виде темных и светлых участков на панелях, а для количественной оценки характеристик солнечного элемента по каждому участку изображения. Авторы считают, что откалиброванная камера потенциально позволит определять ключевые характеристики даже ранее не исследованных в лаборатории элементов и модулей, причём разработанная модель применима не только к электролюминесценции, но и к фотолюминесцентным измерениям — на свету.
В дальнейшем исследователи намерены проверить возможность проведения подобных количественных измерений даже при дневном освещении. Сегодня такого рода диагностика проводится с использованием дорогих научных инструментов и создание приборов для недорогой экспресс-диагностики выходит на передний план, поскольку панелей в мире устанавливается всё больше и больше и возникает насущная необходимость постоянно следить за их эффективностью.
Источник:
