Как обнаружить низкоэнергетические трещины в фотоэлектрических модулях

Аккумулятор Challenger A12-40

Исследователи разработали метод электролюминесцентной визуализации при дневном свете, который позволяет обнаруживать низкоэнергетические трещины в стекле фотоэлектрических модулей с помощью дронов, работающих в ближнем инфракрасном диапазоне с усилением движения. Этот подход позволяет одновременно выявлять дефекты ячеек и трещины в стекле, повышая эффективность проверки крупных фотоэлектрических установок.

Пример низкоэнергетической трещины в стекле фотоэлектрического модуля

Исследователи из Технического университета Дании разработали новый метод обнаружения низкоэнергетических трещин в переднем стекле фотоэлектрических модулей с помощью электролюминесцентной (ЭЛ) визуализации при дневном свете. Низкоэнергетические трещины — это трещины, которые изначально приводят к локальным повреждениям без значительного распространения, но со временем могут увеличиваться. Поскольку они едва заметны, их часто не обнаруживают при крупномасштабных проверках.

«Новизна этой работы заключается в том, что мы показали, что низкоэнергетические трещины в стекле фотоэлектрических модулей можно стабильно обнаруживать с помощью электролюминесцентной (ЭЛ) визуализации при дневном свете, полученной в движении, — рассказал автор исследования Родриго дель Прадо Сантамария. — Традиционно ЭЛ-визуализация используется для выявления дефектов материала в самих солнечных элементах, в то время как обнаружение трещин в стекле требует визуального осмотра или инфракрасной визуализации». Наше исследование показывает, что одно просвечивающее электронно-лучевое исследование при дневном свете может дать информацию как о внутренних дефектах ячеек, так и о трещинах в стекле, что может сделать исследования более эффективными и информативными».

Дель Прадо Сантамария добавил, что этот метод позволяет обнаружить трещины, которые не видны на обычных RGB-изображениях или инфракрасных термограммах. «Кроме того, солнечный свет и движение камеры, которые обычно считаются проблемами при просвечивающей электронно-лучевой визуализации, на самом деле становятся частью решения. При просвечивающей электронно-лучевой съемке с дрона при дневном свете небольшие движения между кадрами создают едва заметные изменения в отражении солнечного света от потрескавшихся стеклянных поверхностей. Когда изображения реконструируются, эти вариации делают трещины более заметными», — объяснил он.

Сначала фотоэлектрический модуль смещается в прямом направлении модулированным током, что приводит к возникновению электролюминесцентного сигнала. Затем камера, работающая в коротковолновом инфракрасном диапазоне (SWIR), делает несколько снимков при дневном свете, пока камера находится в небольшом движении. Из-за этого движения треснувшее стекло по-разному отражает солнечный свет от кадра к кадру. Затем программное обеспечение определяет углы модуля, отслеживает и выравнивает модуль по всем кадрам, а также применяет быстрое преобразование Фурье (БПФ) для извлечения электролюминесцентного сигнала и снижения уровня шума от дневного света. На реконструированном изображении видна как обычная информация, полученная с помощью метода электронной микроскопии, например дефекты ячеек, так и трещины в стекле, которые становятся заметными из-за изменения отражения дневного света.

Исследователи оценили этот метод двумя способами. Во-первых, они провели контролируемые лабораторные эксперименты при дневном освещении, используя фотоэлектрический модуль из стекла и фотоэлементов мощностью 305 Вт с уже имеющейся трещиной в стекле. Для имитации движения дрона вручную создавалось небольшое движение камеры, при этом варьировались уровни движения, расстояния для съемки и условия освещения. Во-вторых, они проверили этот метод во время реальной инспекции с помощью дрона на фотоэлектрической станции университета. Для этого использовался коммерческий дрон, оснащенный камерой InGaAs, которая позволяла осматривать работающие фотоэлектрические модули при дневном освещении и сравнивать результаты с обычной RGB-съемкой и инфракрасной термографией.

По словам исследователей, результаты подтверждают жизнеспособность предложенного подхода. Они также провели систематическую оценку его эффективности и ограничений и выяснили, что при использовании камеры InGaAs с разрешением 640 × 512 пикселей оптимальное расстояние для съемки составляет 8–12 м, а надежность обнаружения трещин снижается на расстоянии более 15 м.

«В настоящее время мы изучаем несколько направлений для дальнейших исследований, — подытожила Дель Прадо Сантамария. — Один из вопросов, который мы хотели бы изучить, заключается в том, можно ли добиться того же эффекта обнаружения трещин с помощью коротковолновой инфракрасной (КВИК) визуализации без необходимости в электрической модуляции. Наши результаты показывают, что видимость трещин сильно зависит от отражения и движения солнечного света, поэтому могут существовать альтернативные способы использования того же эффекта. Нам также интересно понять, как такие факторы, как солнечное излучение, угол обзора и характеристики камеры, влияют на видимость трещин». В конечном счете цель состоит в том, чтобы разработать системы инспекции с использованием дронов, которые смогут одновременно выявлять несколько типов дефектов и повышать надежность и безопасность крупных фотоэлектрических установок».

Метод был представлен в статье «Новый метод обнаружения низкоэнергетических трещин на переднем стекле фотоэлектрических модулей с помощью электролюминесцентной визуализации при дневном свете», опубликованной в Solar Energy.