孟慶平，王舉亮，董 鵬，張 治，吳 翔，高艷飛

（青海黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司 青海 西寧810006）

地球的資源總是有限的，隨著傳統(tǒng)能源頻頻告急，不可再生能源的使用對環(huán)境造成的危害日益加劇。世界上許多國家掀起了開發(fā)和利用新能源的熱潮。在新能源中，特別引人矚目的是不斷地傾注于地球的永久性能源——太陽能[1]。太陽能是一種干凈、清潔、無污染和取之不盡用之不竭的自然能源，將太陽能轉(zhuǎn)換為電能是大規(guī)模利用太陽能的重要技術(shù)基礎(chǔ)。效率高、成本低和壽命長等優(yōu)點(diǎn)。

在太陽能電池片的生產(chǎn)過程中，需要人工對成品的電池片進(jìn)行分選分類。人工分選效率低且誤判率較高，運(yùn)用Vitronic太陽能電池片外觀分選設(shè)備，能精準(zhǔn)的分類，而且效率比較高[2]。

1 設(shè)備介紹

在太陽能光伏行業(yè)，對太陽能電池片的分類主要采取人工分類，為了提高分選效率和降低誤判，使用Vitronic分選設(shè)備進(jìn)行電池片分類，Vitronic分選設(shè)備主要由線性相機(jī)、LED光源、PLC控制系統(tǒng)、PC系統(tǒng)組成。線性相機(jī)主要是在電池片通過的過程中，進(jìn)行采樣收集信息。LED光源主要是對電池片通過的過程中，進(jìn)行輔助光源照明，使線性相機(jī)拍攝出來的圖片更為清晰、準(zhǔn)確。PLC和PC系統(tǒng)主要是控制和對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而在PC輸出端顯示出來[3]。

軟件主界面主要由圖像查看、圖像分析數(shù)據(jù)、軟件設(shè)置三大部分組成。圖像查看位于主界面左邊，顯示在線當(dāng)前測試每一片電池片的測試圖像。圖像的分析數(shù)據(jù)在軟件的右半部分，主要記錄當(dāng)前測試電池片的測試數(shù)據(jù)。軟件的設(shè)置主要在主界面下端和最右端。

圖1 Vitronic圖形系統(tǒng)Fig.1 Vitronic graphics system

2 Vitronic分選系統(tǒng)在太陽能電池分選中的應(yīng)用

對于大量的成品電池片的分選，如果依靠人眼來分辨，不但工作量大，而且易出錯(cuò)，從而影響電池片分選結(jié)果的準(zhǔn)確性。如果依靠Vitronic分選設(shè)備分選，這樣就能節(jié)省人力提高工作效率。Vitronic分選設(shè)備主要對電池片的印刷質(zhì)量、幾何尺寸、邊緣和表面缺陷等進(jìn)行檢測，通過設(shè)定好的程序，能準(zhǔn)確有效的分檔。

圖2 Vitronic軟件界面Fig.2 Vitronic software interface

2.1 對印刷后電池片虛印的檢測

在電池片印刷過程中，由于所使用的刮膠變形或網(wǎng)版張力不足或漿料太干都易造成虛印[4]，可以通過設(shè)置Vitronic設(shè)備中參數(shù)，能將虛印的電池片分選到規(guī)定的檔位盒中。圖3為印刷虛印的電池片，通過人眼查看已經(jīng)比較明顯。圖4為在Vitronic設(shè)備軟件中，虛印區(qū)域被挑選出來，用綠色的小框標(biāo)示出。

圖3 虛印的電池片F(xiàn)ig.3 Virtual printed cells

圖4 Vitronic檢測出虛印的電池片F(xiàn)ig.4 Vitronic detect the cells of virtual printed

通過Vitronic的檢測，將虛印處用綠色小方框框起來，并且將此類電池片放入預(yù)先設(shè)置好的檔位盒中。

通過生產(chǎn)實(shí)際對比，選取兩條生產(chǎn)線，一條通過人工挑選，一條線通過Vitronic設(shè)備自動分選，統(tǒng)計(jì)當(dāng)班數(shù)據(jù)對比，發(fā)現(xiàn)Vitronic自動分選設(shè)備對虛印的判定準(zhǔn)確率在準(zhǔn)確性在99.9%以上。人工對虛印的分選結(jié)果在99.66%。機(jī)器分選準(zhǔn)確性明顯高于人工分選，而且Vitronic自動分選設(shè)備誤分選比人工低0.24%。

在電池片的生產(chǎn)過程中，虛印會造成電池片轉(zhuǎn)換效率降低，在做成組件后，組件壽命變短。通過Vitronic自動分選設(shè)備分選，將不合格品挑選出來，并且可以提醒作業(yè)人員，及時(shí)采取措施，減少虛印電池片的產(chǎn)生。

表1 人工和機(jī)器對虛印電池片分選對比結(jié)果Tab.1 Labor and machine to virtual printing cell sorting comparison results

2.2 對印刷后電池片斷線的檢測

在電池片印刷過程中，由于所使用漿料太干造成網(wǎng)版堵網(wǎng)，阻止?jié){料透過網(wǎng)版，造成印刷后細(xì)柵線斷開。如果有Vitronic設(shè)備分選，能及時(shí)將不合格的斷線電池片挑選出來，而且還能提醒作業(yè)人員，及時(shí)采取相應(yīng)的辦法，解決此類問題的產(chǎn)生。圖5為電池片斷線圖片，圖6為Vitronic檢測出的斷線圖像。

圖5 斷線的電池片F(xiàn)ig.5 Disconnection cells

圖6 Vitronic檢測出斷線電池片F(xiàn)ig.6 Vitronic detect disconnection cells

通過生產(chǎn)實(shí)際對比，選取兩條生產(chǎn)線，一條通過人工挑選，一條線通過Vitronic設(shè)備自動分選，統(tǒng)計(jì)當(dāng)班數(shù)據(jù)對比，發(fā)現(xiàn)Vitronic自動分選設(shè)備對虛印的判定準(zhǔn)確率在準(zhǔn)確性在99.9%以上。人工對虛印的分選結(jié)果在98.9%。機(jī)器分選準(zhǔn)確性明顯高于人工分選，Vitronic自動分選設(shè)備誤分選比人工低1.019%。

由于斷線只有幾十微米，通過人工分選，肉眼有時(shí)很難分辨，誤分選比例比較高，導(dǎo)致不合格電池片流入下道工序。運(yùn)用Vitronic自動分選設(shè)備，采用高分辨率攝像頭及強(qiáng)大的數(shù)據(jù)圖像處理軟件[4-5]，就能將不合格挑選出來，還能及時(shí)告知作業(yè)人員，采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減少不合格電池片的產(chǎn)生。使用Vitronic自動分選設(shè)備，既能挑選出不合格品，又能提醒作業(yè)人員，取得一舉兩得的功效。

表2 人工和機(jī)器對斷線電池片分選對比結(jié)果Tab.2 Labor and machinery for sorting cells break comparative results

2.3 對印刷后電池片邊緣缺陷的檢測

電池片在生產(chǎn)過程中，有可能受到機(jī)器的碰撞或作業(yè)人員的不注意[6]，造成電池片邊緣微小缺陷，產(chǎn)生隱裂，后期影響組件質(zhì)量和外觀。圖7和圖8為邊緣缺陷電池片，圖9和圖10為Vitronic檢測處電池片的邊緣缺陷。

圖7 邊緣缺陷電池片F(xiàn)ig.7 Cell edge defects

圖8 邊緣缺陷電池片F(xiàn)ig.8 Cell edge defects

采取同樣的方法，選取兩條生產(chǎn)線，一條通過人工挑選，一條線通過Vitronic設(shè)備自動分選，統(tǒng)計(jì)當(dāng)班A線和B線數(shù)據(jù)對比，發(fā)現(xiàn)Vitronic自動分選設(shè)備對邊緣缺陷的判定準(zhǔn)確率在準(zhǔn)確性在99.98%以上。人工對虛印的分選結(jié)果在99.95%。機(jī)器分選準(zhǔn)確性略高于人工分選。

圖9 Vitronic檢出邊緣缺陷電池片F(xiàn)ig.9 Vitronic detected in edge defects cells

圖10 Vitronic檢出邊緣缺陷電池片F(xiàn)ig.10 Vitronic detected in edge defects cells

表3 人工和機(jī)器對邊緣缺陷電池片分選對比結(jié)果Tab.3 Labor and machine to edge defects cell sorting comparison results

對于電池片存在邊緣碎裂等現(xiàn)象，缺裂點(diǎn)通常大于100 μm以上，人工肉眼分選，誤判率較低，最終判定結(jié)果和Vitronic自動分選設(shè)備基本接近。

表4 人工和機(jī)器綜合誤判對比結(jié)果Tab.4 Labor and machine integrated false comparison results

綜合Vitronic自動分選設(shè)備和人工分選準(zhǔn)確率對比，Vitronic自動分選設(shè)備準(zhǔn)確率達(dá)99.8%，人工分選準(zhǔn)確率98.5%。Vitronic自動分選設(shè)備分選準(zhǔn)確率高于人工分選，而且可以節(jié)省人力，提高效率。

3 結(jié)束語

太陽能光伏發(fā)展到現(xiàn)在，對生產(chǎn)出的電池片外觀要求越來越嚴(yán)格，一個(gè)微小的缺陷都可能造成電池片的降級；分類也是越來越細(xì)，如果完全依靠人員來分選，人員之間的判別標(biāo)準(zhǔn)可能有差異，也會造成分類的不明確。Vitronic設(shè)備來分選將進(jìn)一步提高電池片分選的可靠性、準(zhǔn)確性和完整性。提高電池片分選自動化水平，產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，成為太陽能電池片分選發(fā)展的必然趨勢。

[1]秦桂紅.多晶硅薄膜太陽能電池的研制及發(fā)展趨勢[J].上海有色金屬，2004:1-2.QIN Gui-hong.Research and development trends of polycrystalline silicon thin film solar cells[J].Shanghai Nonferrous Metals，2004:1-2.

[2]wenham S R，Green M A，Watt M E，R.Corkish.應(yīng)用光伏學(xué)[M].狄大衛(wèi)，高兆利，韓見殊，石磊，施正榮等譯.上海：上海交通大學(xué)出版社，2008.

[3]華滿香，劉小春.電氣控制與PLC應(yīng)用[M].2版.北京：人民郵電出版社，2012.

[4]鄭德海，鄭軍明，沈青.絲網(wǎng)印刷工藝［M］.北京：印刷工業(yè)出版社，1994.

[5]龔金云.基于灰度圖像直方圖的邊緣檢測[J].裝備制造技術(shù)，2007:1-2.GONG Jin-yun.Grayimagehistogram basedonedge detection[J].Equipment Manufacturing Technology，2007:1-2.

[6]劉成志．機(jī)電設(shè)備概論[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.