太陽電池檢測系統設計

■ 趙愛爽 鄭淑剛 李朝 劉曉 王田 王惠

晶澳太陽能有限公司

太陽電池檢測系統設計

■ 趙愛爽 鄭淑剛 李朝 劉曉 王田 王惠*

晶澳太陽能有限公司

設計了一款雙探針太陽能檢測系統，可兼具檢測單個電池片和小型光伏組件性能；同時使用PLC控制伺服電機使得電池片可精確到達檢測點，使得測試數據更加準確。

太陽電池檢測系統；探針；PLC

0　引言

太陽電池片生產過程中，為確定所生產電池片的質量，需對電池片的性能進行檢測。市面上的太陽電池片檢測儀價格比較昂貴，同時功能單一、操作復雜，本文設計了一款使用簡單、操作方便，并且脫離于生產線可獨立進行檢測的電池片檢測系統。該系統采用排式探針和聚集式探針雙探針結構，兼具檢測單個電池片性能和光伏組件性能，可有效采集太陽電池的基本參量。計算機部分對采集到的數據進行分析處理，得出太陽電池的I-V曲線、輸出功率曲線和相關性能參數，從而對被測太陽電池性能進行分析評價，并且進行實時動態顯示，方便快捷。

1　太陽電池檢測系統介紹

本文設計的電池檢測系統主要由供電系統、檢測系統、傳送系統和操作系統組成。系統結構框圖如圖1所示［1］。

圖1　太陽電池檢測系統框圖

供電系統主要用來為整個系統供電，并具有保護單元。檢測系統是整個系統的核心，用于檢測并采集電池片的數據。傳送系統可將需檢測的電池片精確定位在檢測點。操作系統主要由顯示單元和操作單元組成，操作人員通過操作單元進行操作，并通過顯示單元讀出數據。

2　檢測系統介紹

檢測系統作為整個系統的核心部位，承載著檢測和采集數據的任務。檢測系統包括光源部分和探針部分，其結構框圖如圖2所示［2］。

圖2　檢測系統結構框圖

光源部分采用的是脈沖氙燈，其具有良好的太陽光模擬特性。當測試的單體太陽電池片或小型光伏組件到達檢測點，脈沖氙燈閃光提供模擬太陽光。

探針部分共有兩種探針：排式探針和聚集式探針。排式探針共有4對，如圖3所示，用于測試單體電池片的效率。當單體電池片到達檢測點后，4對探針上下均接觸電池片柵線，脈沖氙燈閃光后，探針將采集的數據信息傳遞給計算機部分進行數據處理。

圖3　排式探針結構圖

聚集式探針由2對探針組成，如圖4所示，用于檢測小型光伏組件的性能。使聚集式探針接觸小型光伏組件的導線，脈沖氙燈閃光后，探針采集小型光伏組件性能數據。

圖4　聚集式探針結構圖

3　傳送系統介紹

傳送系統主要由伺服電機、PLC控制單元、承載裝置和傳送裝置等組成，可將太陽電池傳送到檢測點，并精確定位。傳送系統在整個系統中發揮著重要作用，如果太陽電池略微偏離檢測點，系統將不能讀出所需數據或數據出現誤差。由于單片電池片和小型光伏組件結構不同。探針結構不同，所以檢測過程略有不同，下邊將分別介紹兩種檢測方式［3］。

單片電池片效率檢測結構如圖5所示。圖中，SF1為上探針控制伺服電機，SF2為下探針的控制伺服電機，SF3為傳送結構的伺服電機，PTZ為探針排檢測結構，DC1為單片硅片承載框。將電池片放入承載框中，在PLC的控制下，伺服電機將承載框傳動到檢測點，即探針排下，精確定位后，通過上下伺服控制上下探針進行接觸按壓，采集電池片性能數據。單片電池效率檢測過程如圖6所示。

圖5　單片電池片檢測結構圖

圖6　單片電池片檢測過程圖

小型光伏組件效率檢測結構如圖7所示。圖中，JTZ為聚集式探針排檢測結構，DC2為待測模組檢測單元。將小型光伏組件中電池的導線放置到聚集探針間，在PLC的控制下，伺服電機使兩對聚集探針相向運動，接觸并輕輕擠壓到小型光伏組件的導線后停止，采集小型光伏組件性能數據，并傳送至計算機部分［4］。小型光伏組件檢測過程如圖8所示。

圖7　小型光伏組件檢測結構圖

圖8　小型光伏組件檢測過程圖

要使單片電池片柵線精確到達排式探針下，離不開PLC的精確控制，本文編寫的PLC梯形圖程序如圖9所示。

圖9　PLC梯形圖程序

4　操作系統介紹

操作系統主要由計算機部分、操作部分和顯示部分組成。

計算機部分對數據采集電路采集到的數據進行分析處理，得出太陽電池的I-V曲線、輸出功率曲線和相關性能參數，同時又能將操作指令分析處理后傳送給檢測系統和傳送系統。

在本設計中，使用觸摸屏一體機來實現操作和顯示，這種新型的人機交互方式具有節約空間、操作方便、操作精度高等其他方式不可比擬的優勢。操作人員在觸摸屏操作設備運行，檢測結果又通過處理反饋到觸摸屏顯示，方便操作人員操作和讀取數據，提高了工作效率。

5　結論

本文首先對整機系統進行了設計，同時著重介紹了檢測系統和傳送系統。本設計使用排式和聚集式兩種探針，分別可以檢測單片電池片及小型光伏組件的性能，實現整個系統的功能多樣化。由于檢測點主要是探針，需要對電池片精確定位，使用PLC作為控制電路的核心，伺服電機作為傳送的執行者，能夠使太陽電池片精確達到檢測點。

本文所設計的系統可以滿足太陽電池生產線上分選和測試的需要，測試數據準確、操作方便，大幅提高了生產效率，保證了產品質量，具有一定的實用價值。

［1］薛迎成. PLC與觸摸屏控制技術［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［2］李建藩. 氣壓傳動系統動力學［D］. 廣東:華南理工大學出版社，1991， 23-51.

［3］張壽明，楊承志.OMRON PLC網絡技術［J］. 電氣傳動自動化， 2003， 25（2）：44-47.

［4］ 夏田，陳嬋娟， 祁廣利. PLC電氣控制技術［M］. 北京：化學工業出版社， 2004.

2015-06-04

王惠（1988—），女，碩士、助理工程師，主要從事半導體材料方面的研究。15613925832@163.com