Німці навчилися «за фотографією» вимірювати характеристики сонячних панелей

Німецькі дослідники показали, що недорогу споживчу цифрову фотокамеру можна перетворити на вимірювальний прилад для кількісної діагностики кремнієвих сонячних елементів і модулів. В основі методу лежить електролюмінесценція — власне світіння панелей при підключенні їх до джерела струму. Модифікована камера Canon EOS 4000D та алгоритм дозволили буквально за фотографією оцінювати характеристики сонячних панелей.

Джерело зображення: ШІ-генерація Grok/3DNews

При подачі електричного зміщення — при підключенні панелей до джерела струму — кремнієві фотоелементи випромінюють слабке інфрачервоне випромінювання, характеристики якого пов'язані з якістю матеріалу та напругою холостого ходу. Для отримання знімків у цьому діапазоні дослідники видалили штатний блокуючий ІК-діапазон фільтр у камері та встановили замість нього довгохвильовий фільтр Heliopan ES RG850, що відсікає видиме світло. В ідеалі зйомку потрібно проводити в темряві, оскільки власна люмінесценція панелей дуже слабка, але калібрування також вирішує цю проблему.

Ключове завдання полягало не лише в реєстрації інфрачервоного випромінювання від панелей, але й у перетворенні яскравості зображення в кількісний фізичний параметр характеристик елемента. КМОП-матриця камери на основі кремнію здатна сприймати випромінювання в районі 1120 нм, в який потрапляє електролюмінесценція кремнієвих сонячних елементів, а кольорові фільтри Bayer виявляються достатньо прозорими.

Для калібрування дослідники розробили модель, що враховує як лінійні, так і нелінійні режими роботи сенсора. З її допомогою інтенсивність пікселів перетворили в абсолютну зовнішню електролюмінесцентну квантову ефективність EQE_LED. Для прив'язки вимірювань використовувався еталонний елемент або модуль з відомими значеннями EQE_LED та напругою холостого ходу.

Зв'язок між вимірюваними параметрами виявився досить прямим: при кімнатній температурі десятикратне збільшення, пов'язане з люмінесценцією сигналу, відповідало приблизно 60 мВ збільшення напруги холостого ходу. Метод випробували на нових і старих сонячних панелях. Для нових модулів дані отримувалися дуже точними, тоді як для старих розрахункові показники відставали від виміряних безпосередньо, що ще потребує осмислення.

Таким чином, електролюмінесцентна фотографія може використовуватися не лише для візуального пошуку дефектів у вигляді темних і світлих ділянок на панелях, а й для кількісної оцінки характеристик сонячного елемента по кожному ділянці зображення. Автори вважають, що відкалібрована камера потенційно дозволить визначати ключові характеристики навіть раніше не досліджених у лабораторії елементів і модулів, причому розроблена модель застосовна не лише до електролюмінесценції, але й до фотолюмінесцентних вимірювань — на світлі.

У подальшому дослідники мають намір перевірити можливість проведення подібних кількісних вимірювань навіть при денному освітленні. Сьогодні такого роду діагностика проводиться з використанням дорогих наукових інструментів, і створення приладів для недорогої експрес-діагностики виходить на передній план, оскільки панелей у світі встановлюється все більше і більше, і виникає нагальна необхідність постійно стежити за їхньою ефективністю.

Хочеш дізнатися більше — читай відгуки