本实用新型涉及用于确定光伏模块的状况的设备和方法，具体地，使用发光成像技术。本实用新型的一些实施方式已经被开发用于检查或以其它方式确定包括硅光伏电池的光伏模块的状况，并且参考本申请进行描述。然而，应理解，本实用新型不限于这个特定的使用领域。
背景技术：
在整个说明书中对现有技术的任何论述不应以任何方式认为是承认此类现有技术是广为人知的或者构成本领域公知常识的一部分。
光伏模块(下文中称为“模块”或“多个模块”)正在成为全球发电组合中越来越重要的组成部分。据估计，全球目前安装的模块数量超过10亿个，并以每年10％到20％的速度增长。大多数安装的模块包含六十或七十二个单晶硅或多晶硅光伏电池(下文中称为“电池”或“多个电池”)的矩形阵列，尽管基于薄膜材料的模块如碲化镉、铜铟镓硒(CIGS)或非晶硅也是相对常见的，如具有更多或更少数量硅电池的模块。图1以示意性平面图示出典型的模块100，该模块包括60个硅电池102的矩形阵列，其被布线为20个电池串联连接的三个组列104，并且具有用于提取通过吸收电池中的太阳辐射所生成的电荷载流子的电触点106。每个组列104具有并联连接的旁路二极管108，其用于限制有缺陷或暂时阴影电池的扩大影响。通过排列成六乘十紧密堆积的矩形网格的六十个150×150毫米电池，模块100将具有约1.0米的总宽度110和约1.65米的总长度112。如图2中的示意性平面图所示，薄膜模块200通常包括串联连接的窄条形电池202的阵列，在每个末端具有电触点106。通常通过使用薄膜沉积技术在基板204(如涂有透明导电氧化物的玻璃)上沉积掺杂的半导体材料，利用通常使用激光划线技术产生的电池结构，来将薄膜模块形成为宽范围的尺寸。
模块通常旨在具有约二十或二十五年的使用寿命并且通常具有涵盖这些时间标度的保修期。然而，有几种失效模式可能会不仅影响模块内单个电池的性能，而且也影响周围电池甚至整个模块的性能。一些失效模式也可能导致热斑，并伴有相关的火灾或模块进一步损坏的风险。据称，在一些情况下，安装过程中高达10％的模块将在其保修期内出现故障，这是一个巨大的商业问题。在没有发电或者通常根据允许每年固定百分比下降的公式计算的发电量下降到低于保证水平的情况下，模块的“故障”可能是彻底的故障。
单个电池的失效模式的示例包括可能与金属接触图案的断裂或金属图案与硅或其它电池材料之间的接触不良有关的裂纹、分流和局部区域的过度串联电阻。电池之间的电连接的断开也可以完全或部分地隔离模块中的一个或多个电池。此类失效模式可能由例如电池或模块制造错误引起或者由于在模块运输或安装期间的不正确处理而引起。它们也可以在现场引起和/或生长数月和数年，例如通过水和氧气的进入，或模块中有机材料的不可避免的热循环和UV退化。裂纹是一种特别隐蔽的失效模式，因为它们倾向于随着时间的推移而增长。例如，在模块制造或装运期间引起的电池中的小裂纹在模块安装时可能对性能没有可察觉的影响，但是例如由于热循环或其它环境压力而可能增长。已知各种所谓的光诱导退化机理，其在光照时随时间推移降低光照模块的电气性能。已经发现了这种退化的许多物理机理，例如涉及单晶硅电池中普遍存在的硼-氧缺陷。另一种退化机理是电位引起的退化，这是电池与模块的玻璃表面和框架之间的巨大电压差的结果。另一种可能的退化机理是乙烯醋酸乙烯酯(EVA)聚合物的氧化引起的混浊，乙烯醋酸乙烯酯(EVA)聚合物通常用于将硅电池密封在模块内。
因此，特别是为了保修的目的，为了不仅在工厂中而且在装运之前、在安装之前和在其安装之后的使用寿命期间，能够检查或确定模块的状况，以识别模块的有缺陷或隔离的电池或与发电性能的不希望的变化有关的任何其它特征。能够确定任何已识别问题的根本原因应是特别理想的。
最为人所知的用于检测模块的方法是电流和电压(I-V)测试，其测量在模拟或实际太阳光照条件下特定模块的电流(I)和电压(V)特性，从而给出其太阳能转换能力和效率的详细描述。了解模块的I-V特性，特别是其最大功率点(MPP)，对于确定其预期的输出性能和太阳能效率以及其价值至关重要。作为模块制造的常规部分，所有模块均进行I-V性能测试。
其它常见的模块检测技术包括在紫外线或可见光照下使用照相机进行目视检查、热成像和电致发光，M.在2014年2月25-26日在科罗拉多州戈尔登在《2014年光伏模块可靠性研讨会》第362-388页在“回顾电致发光和热成像图像的实用性和效用(Reviewing the practicality and utility of electroluminescence and thermography images)”中描述了后两种模式。基本上在模块内或模块之间寻找温差的热成像目前是在现场即在安装之后检查模块的最常用技术。它可能不一定有足够的分辨率来确定故障的原因，但有缺陷的模块可以被移除以便在模块的“解剖”实验室中进一步调查，例如使用I-V测试或电致发光成像。热成像的另一个缺陷在于它只能识别已经引起电气性能显着退化的故障。换句话说，它不适用于识别可用于预测模块失效的更微妙的影响。例如，热成像不能检测电池中尚未长大以阻碍电流流动的裂纹。
用于现场监控模块的另一种方法是使用与模块集成或在逆变器中的专用电路记录其实时性能，所述专用电路例如测量模块的功率输出以及其工作电流和电压。该测试在整个延长的周期内测量模块的功率产量，并且可以警告经营者模块中的故障或甚至模块内组列中的故障，但是不确定故障的原因。类似于热成像，这种方法通常只能发现已经发展到导致电输出显著偏离额定模块性能的水平的故障。
全场电致发光(EL)成像可用于检测并定位单个电池中的各种缺陷并推断电池间连接的断开或错误的存在，其中在全场电致发光(EL)成像中，使用CCD照相机等测量通过正向偏置模块的接触端子注入的电荷载流子的辐射复合引起的带带发光的空间分布。图3以示意性侧视图示出用于从光伏模块100获取全场EL图像的典型系统300，该典型系统包括用于通过接触端子将电流注入到模块中的电源302、用于检测从模块内的电池102发射的EL 306的区域照相机304以及用于存储从照相机读出的图像的存储器308。由于硅是非常差的发光体，所以全场EL成像系统通常还需要用于排除环境光的防光的外壳310。由于区域照相机304所需的大工作距离312，全场EL成像系统通常是庞大的，这是其通常局限于模块解剖实验室或工厂检查而非现场模块检查的一个原因。如果使用多个区域照相机304来捕获从模块100的不同部分发射的EL，则工作距离312可以稍微减小，但是这增加了设备的成本。
全场EL成像对与模块失效有关的许多缺陷敏感，包括电池的金属接触图案中的裂纹、分流和断裂以及载流子复合缺陷如位错和杂质，这些缺陷降低电荷载流子寿命并因此使电池性能退化。事实上，所有的缺陷都会降低EL发射并因此在EL图像中比无背景缺陷的材料更暗，所以很难区分不同类型的缺陷。图像处理算法可以用来自动区分具有不同强度、位置、形状、尺寸的暗特征和其它特性，但是如果存在大量的可能也会重叠的特征类型，这些算法的精度和精确度可能会受到影响。
EL成像的一般属性在于发光只能从电激励可以接近的电池区域产生。该效果在图4中示出，图4示出了用图3所示类型的设备获取的具有六十个多晶硅电池102的模块100的EL图像。几个电池看起来完全黑暗，可能是因为它们在外面被分流，例如在制造期间的互连错误，使得电荷载流子不能被注入到所述电池中。虽然这种发光模式在揭示模块故障的存在方面是有用的，但是暗电池可能包含明显不会被检测到的裂纹等缺陷。在另一个示例中，如果任何两个电池之间的互连完全断开，则整个模块将在EL成像下看起来完全黑暗。通常，模块中一些或所有电池不存在发光会限制可用于缺陷检测或故障诊断的信息量。
另一种可应用于检测电池和模块的基于发光的技术是光致发光(PL)成像，其不同于EL成像在于电荷载流子是通过注入高强度光而不是通过电来生成。在公布的美国专利申请号2015/0155829A1中描述了基于PL的模块检查技术。在该技术中，在模块的工作点以选定的频率电调制时，待测模块被太阳光照射并用区域照相机成像。这对从光照电池发出的PL应用类似的调制，使得锁定技术能够将PL信号与环境光分开。看起来，该技术操作的能力取决于可用太阳光的量，并且与全场EL成像一样，该设备通常是庞大的。此外，由于太阳光在很宽的光谱范围内具有显着的强度，即使采用最佳的锁定技术，图像的空间分辨率也相对较差。此类低分辨率的图像对于隔离单个缺陷通常是无用的，而只能识别可能具有低发电量的具有低PL发射的电池。
用于在工厂中、在安装之前、在使用中和在模块解剖实验室中检查或确定光伏模块的状况的设备和方法存在改进的需要，以可靠地检测和定位对光伏模块的性能产生不利影响的失效模式的发生。还需要用于在光伏模块的整个使用寿命期间确定光伏模块的一个或多个状况如特征或缺陷，如用于确定是否可能已经发生失效模式或者何时可能发生失效模式的系统。
技术实现要素：
本实用新型的目的是克服或改善现有技术的至少一个缺点或者提供有用的替代方案。本实用新型的目的是以优选的形式提供用于在工厂中、在安装之前、在使用中或在模块解剖实验室中检查或确定光伏模块的状态的改进的设备和方法。优选地，本实用新型的另一个目的是以优选的形式提供用于贯穿光伏模块的生产、运输、安装和使用寿命确定光伏模块的一个或多个状况如特征或缺陷的系统和方法。
根据本实用新型的第一方面，提供了用于检查光伏模块的设备，所述设备包括：
电源，用于向光伏模块施加电激励以从所述光伏模块生成电致发光；
检测器，用于检测由所述光伏模块的第一区域发射的电致发光；
扫描机构，用于在施加所述电激励时沿着所述光伏模块扫描所述第一区域；以及
计算装置，由可执行指令编程以用于在沿着所述光伏模块扫描所述第一区域时，由所述检测器接收从所述光伏模块的至少一部分发射的电致发光的图像。
在某些实施例中，检测器包括线性照相机(line camera)或TDI照相机。在其它实施例中，检测器包括接触式成像传感器。
在某些实施例中，扫描机构包括用于移动光伏模块的机构。在其它实施例中，扫描机构包括用于移动检测器的机构。在其它实施例中，扫描机构包括与检测器可操作地关联的光学元件，所述光学元件适于在检测器保持静止时沿着光伏模块移动。优选地，扫描机构被配置成使得在沿着光伏模块扫描第一区域时，所述第一区域和检测器之间的光路长度保持基本上恒定。
在优选实施例中，所述设备还包括一个或多个温度传感器，其用于在沿着光伏模块扫描第一区域时在所述第一区域附近监测光伏模块的温度，以使得能够对由检测器检测到的电致发光信号进行温度校正。
优选地，所述设备还包括光源，其用于利用适于由光伏模块生成光致发光的光来照射光伏模块的第二区域，使得在沿着光伏模块扫描第二区域时，可以获取由光伏模块的至少一部分发射的光致发光的图像。在某些实施例中，光源和检测器被配置成使得可以用检测器获取光致发光的图像。在其它实施例中，所述设备还包括用于获取光致发光的图像的第二检测器。
在某些实施例中，所述设备被配置成从光伏模块获取I-V测试数据或者获取光伏模块的至少一部分的光学图像或者获取由于对光伏模块施加电激励而由光伏模块的至少一部分发射的热辐射的图像。
在优选实施例中，所述设备还包括用于处理由所述设备获取的一个或多个电致发光图像和/或光致发光图像的计算机，所述计算机被编程以分类或区分不同类型的特征或缺陷，或生成一个或多个重叠图像以用于突出显示一种或多种类型的特征或缺陷，或计算发生一种或多种类型的特征或缺陷的一个或多个指标，或基于通过发生在光伏模块中识别的所发生的各种类型的特征或缺陷而估算的预期性能来对所述光伏模块进行质量分类。在某些实施例中，所述设备还包括用于比较利用所述设备获取的光伏模块的两个或更多个图像的计算机，所述两个或更多个图像从包括电致发光图像、光致发光图像、光学图像或热图像的组中选择。
根据本实用新型的第二方面，提供了用于检查光伏模块的设备，所述设备包括：
光源，用于利用适于由所述光伏模块生成光致发光的光照射光伏模块的第二区域；
检测器，用于检测从所述光伏模块的第一区域发射的光致发光；
扫描机构，用于沿着所述光伏模块扫描所述第一区域和所述第二区域；以及
计算装置，由可执行指令编程以用于在沿着所述光伏模块扫描所述第一和第二区域时，从所述检测器接收由所述光伏模块的至少一部分发射的光致发光的图像。
所述设备优选地被配置成使得在使用中，所述第一区域和所述第二区域至少部分重叠。
在某些实施例中，检测器包括线性照相机或TDI照相机。在其它实施例中，检测器包括接触式成像传感器。
在某些实施例中，扫描机构包括用于移动光伏模块的机构。在其它实施例中，扫描机构包括用于移动检测器和/或光源的机构。在其它实施例中，扫描机构包括与检测器可操作地关联的光学元件，所述光学元件适于在检测器保持静止时沿着光伏模块移动。优选地，扫描机构被配置成使得在沿着光伏模块扫描第一和第二区域时，所述第一区域和检测器之间的光路长度保持基本恒定。
在优选实施例中，所述设备被配置成获取由光伏模块的至少一部分发射的电致发光的图像以作为向所述光伏模块施加电激励的结果，或者从光伏模块获取I-V测试数据或者获取光伏模块的至少一部分的光学图像或者获取由于对光伏模块施加电激励而由光伏模块的至少一部分发射的热辐射的图像。
优选地，所述设备还包括用于处理由所述设备获取的一个或多个光致发光图像和/或电致发光图像的计算机，所述计算机被编程以分类或区分不同类型的特征或缺陷，或生成一个或多个重叠图像以用于突出显示一种或多种类型的特征或缺陷或，计算发生一种或多种类型的特征或缺陷的一个或多个指标，或基于通过在光伏模块中识别的所发生的各种类型的特征或缺陷而估算的预期性能来对所述光伏模块进行质量分类。在某些实施例中，所述设备还包括用于比较利用所述设备获取的光伏模块的两个或更多个图像的计算机，所述两个或更多个图像从包括电致发光图像、光致发光图像、光学图像和热图像的组中选择。
根据本实用新型的第三方面，提供了用于检查光伏模块的方法，所述方法包括以下步骤：
对所述光伏模块施加电激励以从所述光伏模块生成电致发光；
用检测器检测从所述光伏模块的第一区域发射的电致发光；
在施加所述电激励时沿着所述光伏模块扫描所述第一区域；以及
在沿着所述光伏模块扫描所述第一区域时，从所述检测器接收从所述光伏模块的至少一部分发射的电致发光的图像。
在某些实施例中，扫描第一区域的步骤包括移动光伏模块。在其它实施例中，扫描第一区域的步骤包括移动检测器。在其它实施例中，扫描第一区域的步骤包括在检测器保持静止时移动与所述检测器可操作地关联的光学元件。优选地，在沿着光伏模块扫描第一区域时，所述第一区域和检测器之间的光路长度保持基本上恒定。
在优选实施例中，所述方法还包括以下步骤：在沿着光伏模块扫描第一区域时，监测在第一区域附近的光伏模块的温度；以及对由检测器检测到的电致发光信号进行温度校正。
优选地，所述方法还包括以下步骤：
用适合于从所述光伏模块生成光致发光的光照射所述光伏模块的第二区域；以及
在沿着所述光伏模块扫描所述第二区域时，获取从所述光伏模块的至少一部分发射的光致发光的图像。
在某些实施例中，所述方法还包括从光伏模块获取I-V测试数据的步骤或者获取光伏模块的至少一部分的光学图像的步骤或者获取从光伏模块的至少一部分发射的热辐射的图像的步骤以作为向所述模块施加电激励的结果。
在优选实施例中，所述方法还包括以下步骤：处理从光伏模块获取的一个或多个电致发光图像和/或光致发光图像以分类或区分不同类型的特征或缺陷、或生成一个或多个重叠图像以用于突出显示一种或多种类型的特征或缺陷、或计算发生一种或多种类型的特征或缺陷的一个或多个指标、或基于通过光伏模块中识别的所发生的各种类型的特征或缺陷而估算的预期性能来对所述光伏模块进行质量分类。在某些实施例中，所述方法还包括以下步骤：比较从光伏模块获取的两个或更多个图像，所述图像从包括电致发光图像、光致发光图像、光学图像和热图像的组中选择。
根据本实用新型的第四方面，提供了用于检查光伏模块的方法，所述方法包括以下步骤：
用适合于从所述光伏模块生成光致发光的光照射所述光伏模块的第二区域；
利用检测器检测从所述光伏模块的第一区域发射的光致发光；
沿着所述光伏模块扫描所述第一和第二区域；以及
在沿着所述光伏模块扫描所述第一和第二区域时，从所述检测器接收从所述光伏模块的至少一部分发射的光致发光的图像。
优选地，所述第一和第二区域至少部分重叠。
在某些实施例中，扫描第一和第二区域的步骤包括移动光伏模块。在其它实施例中，扫描第一和第二区域的步骤包括移动检测器和/或光源。在其它实施例中，扫描第一和第二区域的步骤包括在检测器保持静止时移动与所述检测器可操作地关联的光学元件。优选地，在沿着光伏模块扫描第一和第二区域时，所述第一区域和检测器之间的光路长度保持基本上恒定。
在某些实施例中，所述方法还包括获取从光伏模块的至少一部分发射的电致发光的图像以作为向所述光伏模块施加电激励的结果的步骤，或者从光伏模块获取I-V测试数据的步骤或者获取光伏模块的至少一部分的光学图像的步骤或者获取从光伏模块的至少一部分发射的热辐射的图像的步骤以作为向光伏模块施加电激励的结果。
优选地，所述方法还包括以下步骤：处理从光伏模块获取的一个或多个光致发光图像和/或电致发光图像以分类或区分不同类型的特征或缺陷、或生成一个或多个重叠图像以用于突出显示一种或多种类型的特征或缺陷、或计算发生一种或多种类型的特征或缺陷的一个或多个指标、或基于通过光伏模块中识别的所发生的各种类型的特征或缺陷而估算的预期性能来对所述光伏模块进行质量分类。在某些实施例中，所述方法还包括以下步骤：比较从光伏模块获取的两个或更多个图像，所述图像从包括电致发光图像、光致发光图像、光学图像和热图像的组中选择。
根据本实用新型的第五方面，提供了能够随时间推移确定光伏模块的状况的系统，所述系统包括：
一个或多个处理器；以及
存储器，其存储包括指令的计算机可执行程序代码，所述指令在由所述一个或多个处理器执行时将所述一个或多个处理器配置成：
接收由检查设备在第一时间点生成的模块数据，其中所述检查设备被配置成生成所述光伏模块的模块数据；
接收与所述模块数据相关联的一个或多个元数据项，所述一个或多个元数据项包括关于所述模块数据或所述光伏模块中的至少一者的信息；
将所述模块数据和所述一个或多个元数据项存储在网络可访问的存储装置中；
至少部分地基于所述模块数据和所述一个或多个元数据项来确定所述光伏模块的状况。
所述模块数据优选地包括电致发光图像、光致发光图像、光学图像、热图像和I-V测试数据中的一者或多者。
在优选实施例中，检查设备包括：
检测器，其用于检测从光伏模块发射的光致发光和从所述光伏模块发射的电致发光中的至少一者；
扫描机构，其用于在检测期间扫描光伏模块的区域；以及
计算装置，其由可执行指令编程以从所述检测器接收光伏模块的至少一部分的光致发光图像和电致发光图像中的至少一者以作为模块数据。
优选地，所述一个或多个处理器还被配置成：
接收由检查设备或不同的检查设备在第二时间点生成的附加模块数据；以及
至少部分地基于将来自第一时间点的模块数据与附加模块数据进行比较来确定光伏模块在第二时间点的状况。
在优选实施例中，所述一个或多个处理器还被配置成通过将所述模块数据与在较早时间所述光伏模块生成的在前模块数据进行比较来确定所述光伏模块的状况。优选地，所述一个或多个处理器还被配置成基于所述状况来确定以下中的至少一者：光伏模块的等级；光伏模块是否有故障；光伏模块是否有可能发生故障；以及光伏模块中的故障的原因。
优选地，所述一个或多个处理器还被配置成基于所述状况向与所述光伏模块的制造、运输、安装、操作或检查相关联的至少一个实体的计算装置发送通信信息，所述通信信息指示所确定的状况。在优选实施例中，所述一个或多个处理器还被配置成向感兴趣方的计算装置发送以下中的至少一者：
所确定的关于光伏模块的模块数据、在前模块数据或分析数据，以及
针对多个光伏模块接收到的累计模块数据。
根据本实用新型的第六方面，提供了能够随时间推移确定光伏模块的状况的方法，所述方法包括：
通过一个或多个处理器接收由检查设备在第一时间点生成的模块数据，其中所述检查设备被配置成生成所述光伏模块的模块数据；
通过一个或多个处理器接收与所述模块数据相关联的一个或多个元数据项，所述一个或多个元数据项包括关于所述模块数据和所述光伏模块中的至少一者的信息；
通过一个或多个处理器将所述模块数据和所述一个或多个元数据项存储在网络可访问的存储装置中；
至少部分地基于所述模块数据和所述一个或多个元数据项通过一个或多个处理器来确定所述光伏模块的状况。
所述模块数据优选地包括电致发光图像、光致发光图像、光学图像、热图像和I-V测试数据中的一者或多者。
在优选实施例中，检查设备包括：
检测器，其用于检测从光伏模块发射的光致发光或从所述光伏模块发射的电致发光中的至少一者；
扫描机构，其用于在检测期间扫描光伏模块的区域；以及
计算装置，其由可执行指令编程以从所述检测器接收光伏模块的至少一部分的光致发光图像或电致发光图像中的至少一者以作为模块数据。
优选地，所述方法还包括以下步骤：
接收由检查设备或不同的检查设备在第二时间点生成的附加模块数据；以及
至少部分地基于将来自第一时间点的模块数据与附加模块数据进行比较来确定光伏模块在第二时间点的状况。
优选地，确定光伏模块的状况包括将模块数据与在较早时间所述光伏模块生成的在前模块数据进行比较。在优选实施例中，所述方法还包括基于所述状况来确定以下中的至少一者的步骤：光伏模块的等级；光伏模块是否有故障；光伏模块是否有可能发生故障；以及光伏模块中的故障的原因。
在某些实施例中，所述方法还包括基于所述状况向与所述光伏模块的制造、运输、安装、操作或检查相关联的至少一个实体的计算装置发送通信信息，所述通信信息指示所确定的状况。在某些实施例中，所述方法还包括向感兴趣方的计算装置发送以下中的至少一者的步骤：
所确定的关于光伏模块的模块数据、在前模块数据或分析数据，以及
针对多个光伏模块接收到的累计模块数据。
附图说明
结合附图，从示例性实施例和所附权利要求的后续描述中，本实用新型的益处和优点对于本实用新型所属领域的技术人员来说应变得显而易见。在附图中，在不同附图中使用相同的附图标记表示相似或相同的项目或特征。
图1以示意性平面图示出基于硅电池的模块。
图2以示意性平面图示出薄膜模块。
图3以示意性侧视图示出用于获取模块的EL图像的常规设备。
图4示出用图3所示类型的设备获取的基于硅电池的模块的EL图像。
图5A、图5B和图5C分别示出根据本实用新型实施例的用于检查模块的设备的示意性平面图、示意性侧视图和3D图像。
图5D以示意性侧视图示出图5A至5C所示的设备的变型。
图6A和图6B以示意平面图和侧视图示出了根据本实用新型另一实施例的用于检查模块的设备。
图6C以示意性侧视图示出了紧凑的PL行扫描头。
图7A以示意侧视图示出根据本实用新型另一实施例的用于检查模块的设备。
图7B以示意性侧视图示出图7A所示的设备的变型。
图8A以示意侧视图示出根据本实用新型另一实施例的用于检查模块的设备。
图8B以示意性侧视图示出图8A所示的设备的变型。
图9以示意性侧视图示出根据本实用新型的又一实施例的用于检查模块的设备。
图10A示出包含多晶硅电池的模块的行扫描PL图像。
图10B示出从图10A的图像提取的单个电池的图像。
图11A示出从完整模块的行扫描EL图像提取的多晶硅电池的图像。
图11B示出从完整模块的行扫描PL图像提取的与图11A中的电池相同的电池的图像。
图11C和图11D分别示出模块中四个硅电池的角落区域的行扫描EL和行扫描PL图像。
图12示出用于确定光伏模块的例如在其整个使用寿命期间的状态的系统的高级示例。
图13示出用于图12的系统的操作的基于云的软件即服务(SaaS)模型。
图14示出根据一些实施方式的图12的系统的示例性物理和逻辑架构。
图15为示出根据一些实施方式的用于随时间推移确定模块的状况的示例过程的流程图。
图16、图17、图18和图19为示出根据一些实施方式的用于生成模块数据的示例过程的流程图。
具体实施方式
现在将参考附图仅以举例的方式描述本实用新型的优选实施例。
用于模块检查的发光成像设备
图5A和图5B以示意性平面图和侧视图示出根据本实用新型实施例的用于检查或确定包括具有六十个硅电池102的二维阵列的模块100的状况的设备500。在图5C中示出设备500的3D图像。设备500包括：电源302，其用于经由电触点106向模块100施加电激励以从模块生成电致发光306；线性照相机或时延积分(TDI)照相机形式的检测器502，其用于检测从模块的第一区域506发射的EL；扫描机构508，如传送带、滚轮或空气轴承，其用于移动模块100使得沿着模块扫描第一区域506；以及适当编程的计算装置510，其用于与扫描同步地逐行读出照相机502，以获得从模块的至少一部分发射的EL的图像。优选地，如图所示，第一区域506横跨模块的宽度110延伸，并且沿着模块的全长112被扫描，使得模块100的整个前表面被成像。通常，由电激励生成的发光306将主要是来自电池102的带到带EL，但是不应该排除从模块的其它部件生成EL的可能性。用于检测来自硅电池的带到带发光的合适照相机包括硅和InGaAs照相机。图5C还示出用于经营者的对设备500的控制或用于向经营者呈现所获取的图像的终端512。应理解，图5A至图5C所示的行扫描EL成像设备500可以比如图3所示的现有技术的区域成像EL设备300更紧凑。尽管所生成的EL 306最好用如图所示的线性照相机或TDI照相机502那样的多像素检测器来检测，但是也可以用被配置成在与移动模块100的方向垂直的方向来回移动的单元件检测器进行检测。
通过向电触点106(端子)施加相对适中的正向偏压(典型地稍微高于开路电压(Voc))，可以从模块100的硅电池102生成标准带到带EL。例如，约40V至50V的正向偏压通常足以用于从具有六十个硅电池102每个硅电池102具有约0.63V的Voc的模块生成EL。还有可能向模块施加反向偏压，因为已知在大的反向偏压下硅电池显示击穿行为，其表现为来自有源电池区域的发光，从而潜在地提供模块上的附加信息。然而，所需的电压显着高于正向偏压的EL，典型地为至少5至10V并且每个电池高达15V以上，即对于六十个电池模块而言为几百至超过1000V，这可能引起安全问题。这与实际造成电池损伤的大的反向偏压的可能性一起可限制反向偏压EL以在模块解剖实验室中使用，除非被检查的模块包含更少的电池。为了施加足够大的反向偏压以用于生成击穿行为，通常有必要断开或以其它方式禁用受检模块100的任何旁路二极管108。这应该是可能的，因为旁路二极管通常位于接线盒中，但是进一步建议基于反向偏压EL成像的测试将被保留以用于如模块解剖之类的特殊情况，而不是用于模块的质量检测。
在优选实施例中，所述设备还包括光源514，其用于利用适合于从电池102以及可能还从模块的其它部件(如背板聚合物)生成PL的光照射模块100的第二区域516。对于硅电池，光源514例如可以包括激光二极管阵列或LED阵列，其发射红光或在例如600nm至980nm的范围内的近红外区域中发光。光源514和照相机502被配置成使得照相机获取从模块100的至少一部分发出的PL的图像，因为扫描机构508沿着模块扫描第二光照区域516和第一成像区域506。优选地，如图所示，第二区域516横跨模块的宽度110延伸，并且沿着模块的全长112被扫描，使得模块100的整个前表面被成像。如下面进一步论述的，如图5A所示，光源和照相机优选地被配置成使得在使用中，第一区域506和第二区域516至少部分重叠，尽管如果足够比例的光生电荷载流子能够移出光照区域516，但这是不重要的。设备500中还可以包括另外的光学器件，如用于将来自光源514的光聚焦到第二区域516上的棒形透镜，在光源514前方以防止长波长尾部辐射达到照相机502的短通滤波器和照相机502前面的阻挡杂散激励光的长通滤波器。一个或多个可互换的滤光器可以设置在光源514和/或照相机502的前面，以用于选择性地激励和/或检测一方面来自电池102的基体材料或者另一方面来自模块中的一些其它材料(如背板聚合物)的PL。另选地，设备500可以包含具有不同激励或检测带的附加光源或检测器，其用于激励或检测来自模块的各个部件的PL。
如图5A和图5B所示，在某些实施例中，使用单个照相机502来检测所生成的PL或EL，在这种情况下，模块100可以两次穿过设备500，例如向前然后向后以顺序获取PL和EL图像。模块也可以不止一次穿过设备以获取两个或更多个PL图像，例如，其中使用不同的光照强度、光照波长或检测波长或者两个或更多个EL图像生成PL，例如通过施加不同的电压。图5D以示意性侧视图示出设备500包含用于检测由电源302生成的EL的第一照相机502A和用于检测由光源514生成的PL 504的第二照相机502的变型。如图所示，两个照相机可以由相同的计算装置510读取，或者通过单独的计算装置读取。具有两个照相机能够获取单独的PL和EL图像，而不必使模块穿过设备两次或者颠倒扫描机构508的方向。优选地，如果扫描平行于模块长度112或者模块宽度，则两个照相机502、502A在扫描方向上分开等于或大于模块长度112或者模块宽度的距离，使得光激励和电激励可以隔离各自施加。例如，一旦模块100已经通过光源514的光照区域，则仅电源302将被激活。
在优选实施例中，照相机502和光源514安装在如图5A和图5B所示的基本上防光的外壳310内，以将环境光保持在照相机外面或照相机包含激励光524。如图5C所示，在某些实施例中，外壳310的底部边缘具有软刷518或类似物，例如黑布，以用于改善光密封。在图5D所示的变型中，可以提供覆盖照相机502和502A的单个外壳，或者可以为每个照相机提供单独的外壳。
用于生成电致发光的电源302的电激励将倾向于加热电池102，这会影响它们的发光效率。因此，当获取模块100的行扫描EL图像时，如果在较高温度下从电池生成稍后在扫描中收集的EL，则可以对所述图像施加温度梯度效应。此假象可以通过在一个或多个温度传感器526如在外壳310内间隔开的红外温度计进行扫描期间监测第一区域506附近的模块100的温度而得以改善。然后，计算装置510或另一个计算装置可以将温度校正施加于由照相机502检测到的电致发光信号，例如，使用电池102的已知发光温度系数。这种温度梯度效应不太可能发生在如图3所示的区域成像EL成像系统中，其中照相机304同时从模块100的所有部分收集EL。当获取模块的行扫描PL图像时也不太可能发生这种温度梯度效应，因为来自光源514的任何局部加热应该同等地施加于模块正被成像时的每个部分。
可选地，如图5B中所示，设备500可以包括视觉系统，所述视觉系统包括光源52(如白光LED的线性阵列)以及合适的线性照相机或TDI照相机522，其用于在通过所述设备被扫描时，获取模块100的至少一部分的光学(即，反射)图像。照相机522可以由相同的计算装置510或不同的计算装置读出。如下面更详细解释的，由该视觉系统获取的光学图像可以提供关于模块100中的缺陷或其它特征的进一步信息。在其它实施例中，用于PL成像的光源514和照相机502可以适合于获取光学图像，例如通过用中性密度滤光片降低强度并去除否则会将光照和检测带分开的任何截止或带通滤光片。在另一个变型中，设备500可以包括近红外透射视觉系统，所述近红外透射视觉系统在模块100的相对侧上具有合适的光源520和线性照相机或TDI照相机528。此透射视觉系统可以用于例如在包含双面电池并且在两侧具有玻璃的模块中进行微裂纹检测。
通过光和电激励的组合可以生成发光。例如，电源302可以被操作以在光源514照射模块100时将电流注入到模块100中。广义上说，在获取发光图像期间注入或提取电流促进了电荷载流子的移动，以用于进一步区分载流子寿命缺陷和串联电阻缺陷。下面在“图像分析”部分论述一些潜在的应用。在替代实施例中，从设备500中省略电源302，使得仅通过光激励生成发光。在此背景下，并且如在公布的美国专利申请号2015/0168303A1中更详细解释的，可以通过配置设备500来模拟EL图像，使得在使用中，第一区域506，即“成像”条纹和第二区域516，即“发光”条纹不重叠，而是改为彼此移位。在此背景下，从光生电荷载流子中检测到发光，所述电荷载流子在辐射重新组合之前横向迁移出“光照”条纹516。一般来说，这种横向迁移的主要贡献将在于大部分载流子通过发射极层和电池102的基极传送，并且电流流过前表面和后表面金属化层，以及通过基体材料扩散的少数载流子也扮演小角色。在某些实施例中，设备500配备有用于改变第一区域506和第二区域516在模块100上重叠的程度的机构。经由光激励来模拟EL图像而不是简单地向模块施加电压的一种情况有利之处在于设备被设计成在模块单次通过时从所述模块获取EL和PL图像。由于施加到模块的狭窄区域516的光激励的影响比施加到电触点106的电激励的影响更加局部化，所以两个光源/照相机单元可以相对靠近地放置在一起，从而产生更紧凑的设备和更快的扫描。相比之下，在图5D所示的设备500中，“PL”照相机502和“EL”照相机502A应当在扫描方向上分开等于或大于模块尺寸的距离，使得可以在电激励无助于由“PL”照相机502捕获的发光504的情况下获取EL图像。
获取的发光图像可以被存储在计算装置510上以用于在相同或不同的计算装置上进行后续处理，或者在监视器512上显示以供经营者解释。如下所述，在优选实施例中，使用一个或多个软件算法来处理发光图像，例如，在呈现给经营者进行解释或者触发自动警报或者传输到数据库以供以后查看或者与在不同时间从模块获取的图像进行比较之前突出显示各种类型的缺陷或特征。
如图5A的平面图所示，从模块100生成的发光由横向范围比模块宽度110短得多的线性照相机或TDI照相机形式的检测器502进行检测。容易获得对于硅带到带的发光(silicon band-to-band luminescence)具有更高的灵敏度的具有增强的近红外响应的行和TDI照相机，并且TDI照相机特别有利之处在于由于通过多个像素行的信号的求和而提供提高的增益。然而，这种配置也具有缺点，如需要数十厘米级的相对较大的工作距离，以及检测到的来自对应于“成像”条纹506的视场边缘的强度的转降。到线性照相机或TDI照相机502的发光的路径长度可以比图5B中示意性地示出的发光路径长度长得多，并且应理解，可以根据需要包括一个或多个折叠反射镜以将光路包含在适当尺寸的外壳310内。
在图6A和图6B的示意性平面图和侧视图中示出的替代设备600中，使用接触式成像传感器602形式的检测器检测发光，以由计算装置510与扫描同步地读出，以获得从模块的至少一部分发出的发光的图像。接触式成像传感器可以例如包括像素阵列，其具有足够长以跨越模块100的全宽度110的集成微棒形透镜阵列。几乎不限长度的接触式成像传感器可以通过将多个较短的CMOS传感器芯片对接在一起而构成，如美国专利号8,058,602所述。尽管CMOS传感器芯片通常用于接触式成像传感器，但是也可以使用其它类型的传感器，例如CCD传感器。在只有EL的配置中，即不具有光源514的情况下，接触式成像传感器602可以容易地放置在距模块的盖玻璃近到几毫米的位置。如果需要稍微大一些的间隔，可以使用附加的或另选的聚焦光学器件，例如，以提供对光源514的光照524的更好接近，以用于从所述模块生成PL。另选地，如图6C中的示意性侧视图所示，光源514可以与接触式成像传感器602紧密集成，以提供高度紧凑的PL行扫描头604，所述PL行扫描头可以放置在距模块盖玻璃近到几毫米的位置。在一个示例中，具有宽度在0.1至几毫米范围内的输出窗口606的光源514可以直接位于接触式成像传感器602的微棒形透镜阵列608的邻近或者在其横向几微米内。为了聚焦光源514的输出，光源514可以具有微型光学阵列610，其例如可以具有与微棒形透镜阵列608相同的间距。
不管是配置EL成像还是PL成像，使用接触式成像传感器602都能够实现紧凑的模块检查设备。在适用于包含二维电池阵列的模块的另一变型中，检测器可以为被设置成用于检测来自每行电池的发光的单独的CMOS传感器芯片的形式。商业接触式成像传感器系统通常被设计成用于在可见光谱区域中操作，并且将仅对硅发光带的短波长端敏感。灵敏度的降低可以通过使用具有平行于扫描方向的长轴的矩形传感器像素阵列来补偿，优选地与具有将光从具有约1：1纵横比(长宽比)或基本上是圆形的样本区域聚集到矩形传感器像素上的元件的微光学阵列组合。由于在公布的PCT专利申请号WO 2011/017776A1中论述的原因，对长波长发光的不敏感实际上可以有利于提高空间分辨率。
用于从模块的表面附近收集发光的许多其它检测配置也是可能的，例如使用光纤带或集成光学波导来将发光引导到像素阵列，根据需要逐渐变细以匹配像素阵列的尺寸。
应注意，如图5A至图5C所描绘的设备500被配置成跨越模块100的短尺寸110，使得模块在平行于其长尺寸112的方向上被传送。与跨越长尺寸的替代方案(例如更简单的光学设计或容易将电源302连接到电触点106)相比，上述配置是更方便的配置可能有几个原因。然而，行扫描发光成像设备不能被设计成在平行于短尺寸110的方向上扫描模块的原因在于没有根本原因，例如使用足够长的接触式成像传感器系统，并且在速度方面，这样做实际上是有利的。在所有其它条件相同的情况下，1.0米×1.65米的模块沿其短尺寸扫描的速度比其长尺寸要快40％。
在图5A至图6C所示的设备500、600中，在照相机502或接触式成像传感器602和光源514保持静止时，模块100在扫描机构508如传送带等上移动。在一些示例中，用于沿着模块扫描第一区域506和第二区域516的扫描机构508包括用于移动模块100的机构如传送带、滚轮或空气轴承。如果检测器或光源包含精密的光学器件，则此布置是有利的，并且通常适合于在模块可以在例如制造期间或之后、在装运之前或之后、在安装之前或在模块解剖实验室中移动的如何情况下进行模块检查。
图7A以示意性侧视图示出根据本实用新型另一实施例的用于检查或确定模块100的状态的设备700。如前所述，该设备包括用于从电池102和模块的可能的其它部件生成PL的光源514，用于检测所生成的PL的线性照相机或TDI照相机形式的检测器502，以及适当编程的计算装置510，其用于与沿着模块100的光照和成像区域的扫描同步地逐行读出照相机，以获得从模块的至少一部分发出的PL的图像。然而，在这种情况下，如箭头702所示，通过移动光源514和照相机502来执行扫描。在所示的实施例中，光源514和照相机502被固定地附接在基本上防光的外壳310内，外壳310适于在包括轨道或滚轮等的扫描机构508上沿着模块100移动。该布置允许模块100保持静止、适于在模块固定就位例如在屋顶上的情况下或者如果方便的话模块处于固定的位置检查模块后安装。尽管所生成的发光最好用如图所示的线阵或TDI照相机502那样的多像素检测器来检测，但是也可以用被配置成在垂直于移动外壳310的方向的方向来回移动的单元件检测器进行检测。在某些实施例中，设备700还包括电源302，电源302用于经由电触点106将电流注入到模块或从模块提取电流以用于生成EL。在替代实施例中，例如当检查安装的模块时，所述设备可以与现有的电气基础设施协作以向模块施加电激励。在其它实施例中，在仅通过电激励生成发光的情况下，光源514被省略。可选地，设备700可以包括热成像线性照相机或TDI照相机704，其用于检测由于对模块施加电激励而从模块100中的热斑发射的中红外辐射706。如果热成像照相机704的视场足够靠近照相机502的视场，则热成像照相机还可以执行上面参考图5B论述的温度传感器526的温度监测功能。
图7B以示意性侧视图示出图7A中所示的设备700的变型，其中包括光源514和照相机502以及热成像照相机704(如果存在的话)的组件708被配置成在扫描机构508如在基本上防光的外壳310内的轨道上沿着模块100移动。
出于机械稳定性的原因，可能希望保持探测器的固定。图8A以示意性侧视图示出根据本实用新型另一实施例的用于检查或确定模块100的状态的设备800。在该实施例中，如箭头702所示，线性照相机或TDI照相机形式的检测器502被固定在放置在模块100上或其周围的基本上防光的外壳310内，而包括光源514和与照相机502可操作关联的光学元件802的组件708适于在包括导轨或滚轮等的扫描机构508上沿着模块100移动。例如可以为离轴抛物面反射镜的光学元件802被设计成将发光804引导至照相机502以用于检测并且由适当编程的计算装置510与扫描机构508上的组件708的移动同步地连续读出。本领域的技术人员将会想到许多适合于将发光804引导至照相机的光学元件如棱镜和光纤带。如前所述，也可以经由来自电源302的电激励从模块100生成发光。
图8B以示意性侧视图示出图8A所示的设备800的变型，其中在扫描期间发光804行进到照相机502的距离保持基本恒定。如前所述，在照相机502保持静止，例如，固定地附接到放置在模块100上或其周围的基本上不透光的外壳310时，扫描机构508使得包括光源514和与线性照相机或TDI照相机502可操作地关联的光学元件802的组件708沿着模块100移动。然而，在该实施例中，由光源514或电源302生成的发光804经由转向镜806被引导至照相机502，转向镜806在扫描机构508上以如由箭头702和702-A的相对长度指示的组件708的速度的一半速度移动。这确保了收集的发光804行进到照相机502的距离，即成像区域和照相机之间的光路长度在扫描期间保持基本恒定，从而潜在地改善了照相机上的聚焦。需注意，这也是如图5B、图5D、图6B、图7A和图7B所示的前述的实施例的情况。检测到的发光信号由适当编程的计算装置510与组件708和转向镜806的移动同步地从照相机502读出，以获得从模块的至少一部分发出的发光的图像。
应理解，除了照相机之外或代替照相机，类似于图8A和图8B所示的具有光源的设备保持静止也是可能的，例如使用移动反射镜沿着待测模块扫描光照区域。
图9以示意性侧视图示出根据本实用新型又一实施例的用于检查或确定模块100的状态的设备900。该实施例类似于图8A中所示的实施例在于，由光源514或电源302从电池102和模块的可能的其它部件生成的发光804由静止线性照相机或TDI照相机形式的检测器502检测。然而，在该实施例中，包括光源514和反射镜802的可移动组件708可以被移动到静止位置902，以允许模块100暴露于由LED、卤素灯或类似物组成并由电源和控制器906控制的太阳光模拟器904。该太阳光模拟器904可以用来在一定范围的条件下模拟模块100的太阳光照，而功率监测单元908测量模块的包括其I-V特性的功率性能。如下面详细描述的，可以将这些数据中的一些或全部传送到集中式存储系统和/或在局部用以作出关于例如是否继续安装给定模块的决定。
在图5A至图9所示的每个实施例中，从检测器502读出的发光图像以及可能的光学或热图像也可以在计算机中存储和/或处理，该计算机可以被标识为与用于读出检测器、用于显示、自动报警或进一步分析的计算装置510一起或分开。
图像分析
图10A示出使用图5A至图5C所示类型的设备500从具有六十个多晶硅电池的模块的大部分获取的行扫描PL图像1000。图像1000完整示出六十个电池中的四十个电池。图10B示出从图像1000中提取的单个电池的图像1002。在模块在光源和照相机组件下面移动时，使用来自LED阵列的近红外光照生成PL并且在30秒内捕获模块图像1000。模块图像1000具有约700万像素，表示每个电池超过1百万像素，从而提供用于识别单个电池中的缺陷或其它特征的优异空间分辨率，如单电池行扫描PL图像1002所示。该图像揭示了与裂纹相关联的广泛暗线的网络1004以及指示断裂的金属触点的垂直于汇流条1008延伸的多个亮条纹1006。与EL图像相比，行扫描PL图像的特别有用的特征在于，与周围材料即背景的PL发射相比，导致载流子寿命局部降低的缺陷如裂纹、位错或杂质显得相对暗，而造成串联电阻局部增加的缺陷显得相对亮。这种“对比度倒置”效应有利于区分不同类型的缺陷，并且由于在具有局部高串联电阻的电池区域中至和沿着金属导电路径的光生电荷载流子的横向传送被阻碍而出现此效应。这增加了载流子的局部浓度并因此增加了这些区域的发光量。例如，在具有与存在裂纹、杂质或位错有关的载流子复合位点的高密度的区域中，通过局部复合减少载流子的数量，使得这些区域显得相对暗。
一旦已经获取模块的一个或多个发光或其它图像，就可以使用图像处理技术来识别和量化出现在模块的电池或其它部分中的缺陷或其它特征。有两个主要任务：缺陷检测和缺陷分类。检测是第一步，并且其涉及找到候选缺陷并将其从周围分开。然后分类步骤确定缺陷的类型，例如，破裂的指状纹、裂纹等。对于这两个步骤，必须对强度与背景不同的像素区域进行测量，这些测量值在下文称为“指标”。示例指标包括相对强度、大小、形状、取向、纹理和位置。并非由图像处理技术识别的所有特征都必然是会降低模块性能的缺陷，但重要的是可以可靠地识别性能下降的缺陷。
用于缺陷检测和分类的最常用指标之一是相对强度，即候选缺陷与其周围相比多暗或多亮。这导致电池的基于EL的成像的基本限制，其中所有缺陷比周围区域显得更暗。在这种情况下，“相对强度”指标不具有较强的区分能力，即，它不是用于区分一种缺陷类型与另一种缺陷类型的稳健指标。相比之下，并如图10B所示，在行扫描PL图像中，某些缺陷类型具有倒置的对比度。具体地，串联电阻缺陷显得很亮，而复合缺陷显得较暗。在这种情况下，“相对强度”指标具有较强的区分能力并且可以用来稳健地区分不同类型的缺陷。
除了其它指标之外，图像处理算法可以使用不同相对强度、大小、形状、取向、纹理或位置来自动区分候选缺陷。然而，应理解，如果样本具有可能在空间上重叠的几种类型的候选缺陷，尤其是如果候选缺陷全部比背景更暗，则这种算法的准确度和精度可能受到影响。在这种情况下，行扫描PL图像中的“对比度倒置”效应在提供可用于区分不同类别缺陷的附加指标方面非常有益，从而大大提高了图像处理算法的准确度和精度。参考图11A至图11D中所示的图像进一步论述用于电池和模块检查的行扫描PL和EL成像的相对优点。
图11A示出从用如图5A至图5C所示的设备500获取的60个电池模块的行扫描EL图像提取的多晶硅电池的行扫描EL图像1100。在模块100以50mm/s的速度移动通过具有增强的近红外响应的硅CCD行扫描照相机502的视场时，向模块的电触点106施加39.5V的正向偏压(相当于开路电压的1.045倍)。图11B示出用相同的照相机获取的相同电池的行扫描PL图像1102，其中PL通过来自光源514的约为4Sun的光照强度从移动模块生成，光源514包括在模块的短边上聚焦于6mm宽的条纹516的1.2m长的近红外LED阵列。
行扫描EL图像1100示出与周围材料的发射相比显得相对暗的大量特征，包括与裂纹相关联的广泛的线的网络1004、位错簇1104、由断裂的金属指状物引起的从汇流条1008垂直延伸的若干暗纹1106以及指示电隔离的电池片段1108的大的完全暗的三角形区域。裂纹的网络1004和位错簇1104在行扫描PL图像1102中显得同样暗，因为它们充当局部降低载流子寿命的复合中心。另一方面，断裂的金属指状物现在由亮条纹1006显现，并且隔离的电池片段1108也显得相对亮，因为从这些区域横向传送出光生电荷载流子被部分或完全阻碍。这说明了EL图像和行扫描PL图像之间的另一个显着差异。如前面参考图4所论述的，EL只能从电激励可访问的电池或电池区域生成。相比之下，可以看出PL可以在所有电池区域产生。如通过在隔离的电池片段1108内识别裂纹1110所示，从完全隔离的电池区域内生成PL的能力提供了可能与确定电池或模块失效原因相关的附加信息。
通过比较图11C和图11D，可以证明相似的效果，图11C和图11D分别示出了模块内的四个多晶硅电池102的拐角区域的行扫描EL图像1112和行扫描PL图像1114。每个电池的边缘和角落在行扫描PL图像1114中清晰可见，而在行扫描EL图像1112中难以辨别它们，因为通过在更远离金属接触指状物1116的区域中电激励来生成更少的电荷载流子。这种效果对于裂纹的早期检测是特别重要的，裂纹通常在电池边缘开始，并因此更有可能在行扫描PL图像中被检测到。这两个图像均揭示了电池中的许多其它特征，如左下电池中的若干位错簇1104和右下电池中的一些晶粒结构1118。在行扫描PL图像1114中更容易辨别金属接触指状物1116。沿着左上电池中的一个指状物的局部高串联电阻的区域显揭示出行扫描EL图像1112中的相对暗的条纹1106和行扫描PL图像1114中的相对亮的条纹1006，这与先前提到的对比度倒置一致。
应指出，尽管行扫描PL图像可以说比EL图像更适合于识别由于对比度倒置效应在受检电池或模块中的不同类型的缺陷，但是存在EL成像可能更适合的一些模块失效模式。例如，如图4所示，通过互连错误与模块隔离的另外的完整电池在行扫描PL图像中可能显得非常正常，但在EL图像中将显得完全黑暗。例如，在局部断开的类似方式的电池中，如果相邻电池之间的多个电池互连中的一个被中断，则将显示某些汇流条周围的区域比EL图像中的其它区域显得更亮的特征图案。有时这种类型的图案足以识别特定的故障机理。然而，在其它情况下，汇流条周围的暗图案可能由其它效应引起，如由从边缘或角砖切割的多晶硅片中的高杂质浓度引起的暗边区域。这种不确定性可以通过在分析中引入行扫描PL图像来解决：如果在EL图像和行扫描PL图像两者中的汇流条周围的区域显得暗，则将由于增强的复合，例如在边缘或角落晶片中，而如果在行扫描PL图像中相同区域显得正常(即没有减小的强度)，则将是由于电池互连问题。应理解，由于两种成像模式之间的协同作用，如图5A至图9中所示的组合的行扫描PL和EL成像设备具有相当大的价值，因为其这可以产生比任一孤立成像模式更多的信息。进一步的信息还可以从通过不同的激励条件如不同的电压或电流注入生成的EL的图像或者利用不同的光照强度或波长带生成或者在不同的波长带中检测到的PL的图像或者通过光和电激励的各种组合生成的发光图像获得。可以比较发光图像的不同组合，例如，通过计算逐像素的强度差异或比率来检测或突出显示某些缺陷或其它特征。
在组合的电激励和光激励的一个具体示例中，并且参考图5D，当光源514对模块施加光照时，将电流注入到模块100中将产生有助于由照相机502检测到的发光504的电和光激励。结果将是“偏置的”行扫描PL图像，其将显示如图11A所示的EL图像的一些特性，以及如图11B所示的正常的“非偏置”行扫描PL图像的一些特性，其混合取决于电激励和光激励的相对大小。这例如可以使得PL成像模式能够检测否则将不能够检测到的电池互连错误，使得如果由于任何其它原因不需要EL成像，则可能仅需要模块通过检查设备500一次。理想地，在没有丢失上述参考图11A至图11D所论述的“对比度倒置”效应的情况下，当获取偏置的行扫描PL图像时施加的电激励的水平应该足以显示揭示出电池互连错误。
另一种可能性是在光源514正在向模块100施加光照时，例如通过电阻器或有源负载提取流过模块的电触点106(模块端子)的电流。通常，如果电池组列104中的所有电池102至少部分被光照，而该组列中的一个或多个电池正被成像，则这将仅产生有用的信息，如增强的“对比度倒置”效应。参考图5A，如果模块100在平行于其短尺寸110的方向上被扫描并且来自光源514的光散焦使得“被光照”条纹516足够宽以至少部分地照射组列104中的所有电池，则可以实现所述的增强的“对比度倒置”效应。
尽管通常设想用于模块检查的发光将主要由电池材料生成，例如，硅基电池模块中的硅二极管材料，本实用新型的意想不到和期望特征在于，在一些情况下，可以生成和检测来自模块中的其它材料的发光，特别是通过仔细选择光源、检测器或相关的光学器件。例如，可以促使位于电池后面的背板聚合物材料发出PL，所述背板聚合物材料可以为例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氟乙烯、聚酰胺或其复合物。其可以为电池提供对比的背景，也可以提供电池之间的金属互连，由于金属材料中PL的含量较低，所以电池之间的金属互连通常会显得较暗。另一个示例为电池上的接触指状物，甚至在烧制之后其可以包含来自丝网印刷金属糊的残余有机材料，这些材料可以被制成发光，从而再次与硅PL形成有用的对比。如果金属材料在其表面上具有金属氧化物并且通常是这种情况，那么即使金属互连也可以发光。不发光的模块部件仍然可以对一个或多个模块图像产生可检测的影响。在一个示例中，在模块内密封硅电池的乙烯醋酸乙烯酯(EVA)聚合物的氧化引起的混浊可由发光或光学图像中的特征的模糊来检测，通过在不同时间获取的图像的比较可能会有更加明显的效果。由模块的各个部件发出的PL中的意想不到的对比度的一种用途是提供金属互连和电池，或者更具体地金属互连和电池上印刷的汇流条之间的对准测试。另一种应用是在金属互连结构中查找断裂。另一种应用是探测每个PL发射材料的PL发射中的不均匀性，其可以与可能指示实际或潜在缺陷的变化材料特性相关联。
在某些实施例中，模块检查或状况确定设备被配置成除了获取EL或PL图像之外还获取光学(即，反射或透射)图像，例如通过具有如图5B所示的附加光源520和线性照相机或TDI照相机522或528，以用于获得关于待测模块的进一步信息。例如，光学图像与发光图像之间的比较可以用于区分在光学图像中通常不可见的载流子复合缺陷如位错和在两个图像中通常是可见的粒子边界。在另一个示例中，光学图像可以揭示出可能被位错簇隐藏的裂纹。而且，高分辨率光学图像可以揭示出金属线中的缺陷，其可以与行扫描PL图像中所示的高串联电阻区域或与EL图像中的区域的黑暗程度相关联。另外，至少响应于可用光源的发射带，光学图像可以突出显示不发光的模块部件的缺陷。不发光模块部件可以包括封装部件如盖玻璃、边缘密封剂或盖玻璃与电池之间的聚合物密封剂。封装部件中的缺陷可能允许氧气和/或水传送到电池或互连，这将最终导致功率下降的缺陷，如电断开或载流子复合缺陷。通过将关于光学图像的不发光部件的信息与多个故障模块的一个或多个发光图像的信息相结合，可以建立即使在电池和互连受到影响之前也可以仅基于光学图像提前警告潜在的模块失效的关系。
在其它实施例中，模块检查或状况确定设备另外被配置成获取从模块的至少一部分发射的热辐射的图像，例如，通过具有如图7A和图7B所示的热成像线性照相机或TDI照相机704，以用于检测从待测模块中的热斑发射的中红外辐射706。
模块状况确定系统
在许多情况下，如图5A至图9所示的行扫描成像设备可以用于通过获取由光激励或电激励生成的发光图像或两者的组合并且可选地通过光学或热学图像或I-V测试数据来检查模块。例如，它们可以在模块工厂中用来在生产期间检查模块，例如，在密封聚合物材料和玻璃之前检查电池组列或电池的叠层以进行纠正，例如替换具有与过量水平的串联电阻相关的缺陷或过度水平的裂纹或其它载流子复合缺陷的电池。他们也可以在模块工厂中用作已完成模块的最终测试以用于质量控制(QC)或质量保证(QA)目的。其它示例应用是在运输之后或在安装之前检查模块以检查由于粗暴运输造成的损坏，或者在安装之后立即检查由于粗暴处理或不正确的附接方法造成的损坏。所安装的模块也可以在其使用寿命期间进行检查，例如作为定期检查计划的一部分，或在发生严重冰雹等不利事件之后进行检查。最后，行扫描成像设备可以用于在模块解剖实验室中检查有缺陷的模块，往往作为保修索赔的先决条件。所述设备的不同版本可以被设计成用于不同的应用。例如，图5A至图6C所示类型的“可移动模块”设备的较小的、更便携的版本可以被设计成在工厂或实验室环境之外使用，例如，在装运之后和安装之前检查模块。
除了其它目的之外，所述设备对于故障的保修和确定是有利的，以保持在从生产线到其使用寿命结束的这些以及可能的其它阶段从给定模块获取的图像的记录。
图12示出用于确定光伏模块的例如在其整个使用寿命期间的状态的系统1200的高级示例。系统的中心为网络可访问存储装置1202，其存储从多个模块获取的图像和其它数据。此外，“处理的图像”，即已经使用一种或多种算法处理以检测各种缺陷和其它特征的图像也可以存储在网络可访问的存储装置1202中。在一些示例中，可以使用本文描述的模块检查设备的多个实例来确定多个模块的各种类型的模块数据。如以下另外论述，所确定的模块数据可以被上传或以其它方式通过一个或多个网络1206如有线或无线数据链路发送到网络可访问存储装置1202。如果模块检查设备被适当地配备以在安装之后监测模块发电，或者如果模块在制造时或在安装之前用I-V测试系统进行检查，则此类数据的示例可以包括光致发光图像和/或电致发光图像，并且还可以包括光学图像或热图像以及发电和I-V测试数据。发送到网络可访问存储装置1202的数据可以由多个实体1204中的不同实体获取，所述实体涉及模块的供应和操作或者故障模块的检查并且包括制造商1210、运输商1212、安装人员1214、模块经营者1216和模块解剖实验室1218。网络可访问存储装置1202中的数据可以由位于一个或多个位置的一个或多个服务器或数据中心存储和管理。
光伏模块通常具有独特的或以其它方式单独区分的识别条形码或数字代码以用于ID目的，其可以在发光或光学图像中可辨别或作为元数据手动输入以与图像或其它模块数据一起上传，或如果变频器配备齐全，则从变频器无线地广播。在一些示例中，与模块检查事件相关联的多个元数据项与图像和其它模块数据一起上传，所述数据包括图像获取设备ID、经营者ID、图像获取的时间和地点、成像模式(例如，EL，PL，光学或热学)、环境状况如温度和相对湿度以及经营者评论中的一者或多者。可以被上传以用于存储在网络可访问存储装置1202的其它元数据项可以包括关于模块的制造的信息，如电池的供应商、电池的序列号、电池的类型以及单个电池的I-V测试数据。元数据还可以包括关于用于模块组装的材料和工艺的详细信息，例如，供应商和包括晶圆原料在内的原材料类型，以及如电炉的电池加工设备和状态以及晶圆切割设备。最终，为了从状况确定系统中获得最大的价值，存储的数据可能跨越整个光伏价值链。
存储在网络可访问存储装置1202中的记录可以包括模块在安装之后的地理位置。将这些信息与特定位置的天气记录结合，能够开发出将缺陷类型与天气历史相关联的算法，或者帮助评估保修索赔。
可以使得存储在网络可访问存储装置1202的模块数据被涉及模块供应、操作和/或检查的任何实体1204以及其它感兴趣方1208如太阳能金融实体1220、太阳能保险实体1222、太阳能项目业主1224、太阳能市场报告团体1226以及标准和质量保证机构1228访问以用于各种目的。这些目的包括例如：当模块未能提供其保证的发电时，确定哪个实体出现故障；允许保险和财务团体挖掘数据以将风险因素应用于模块供应链中的各个实体；允许标准或市场报告团体挖掘数据以将质量因素应用于模块供应链中的各个实体；允许项目业主、安装人员、保险公司或金融机构在安装前坚持使用带有经过验证的测试记录的模块；并允许制造商提供已通过基于发光成像的QC和QA程序的预先认证的高质量模块。模块数据还可以为任何供应、操作和/或检查实体1204或感兴趣方1208提供用于增值分析的大数据，以用于改进制造、潜在改进电池设计、特定模块对于不同环境的适用性、某些模块制造商、运输商或安装者以及最终客户营销的可靠性或其它方面的目的。包含受检模块完整历史的数据记录(除模块制造之外，包括关于晶片和电池制造的信息)可帮助跟踪特定模块失效模式，以使用特定材料、工艺、工艺设备、供应商等。
在优选实施例中，上传到网络可访问存储装置1202的图像在配备有合适的机器可读程序代码的计算机上用一个或多个算法来处理，以定性或定量地识别感兴趣的缺陷。例如对于发光图像，可以应用边缘检测算法来识别通常指示缺陷的相对于背景具有较高或较低强度的局部区域。其它算法可以分类或区分不同类型的缺陷，例如，基于特性形状、在不同激励条件下生成的两个或更多个发光图像的比较或者发光图像和光学图像的比较。然后可以生成突出显示不同类型的缺陷的重叠图像。其它算法可以用于量化特定类型的缺陷。在一个示例中，可以应用裂纹检测算法来计算一个或多个指标，例如待测模块中的每个电池中裂纹的数量或总长度。可以应用其它算法来识别断裂的指状物并计算如每个电池中断裂指状物的数量的指标，或者识别和列举电隔离的电池或电池区域或者计算载流子重组缺陷的指标，如位错或杂质-丰富的电池区域。还可以使用另一种算法，特别是在模块制造结束时，其基于从模块中识别的各种类型的缺陷的出现估算的预期性能，对模块将应用质量分类。来自给定发光、光学或热图像的这些和其它图像处理结果可以与该图像以及任何I-V测试数据一起存储。
在其它实施例中，代替或除了与网络可访问存储装置1202相关联的服务提供商的计算装置之外，由获取图像的供应、操作和/或检查实体1204应用图像处理算法并且计算分析数据。在其它实施例中，可以在任何供应、操作和/或检查实体1204和/或感兴趣方1208的请求下分析所存储的图像。
应理解，在不同的时间，例如在运输之前和之后获取的给定模块的图像和数据可以例如通过减法或通过计算强度比来比较以突出显示任何新的缺陷，以帮助确定模块失效的原因和时间。除此之外或另选地，可以在从这些图像和数据获得的一个或多个指标之间进行比较。“差异”或“比率”图像对于区分新形成的缺陷如裂纹或断裂的金属指状物与载流子重组缺陷如从开始就存在于电池材料中的位错可能特别有用。图像元数据也可以提供有用的信息，例如以识别具有统计意义的显著性的多个模块失效是否与特定的制造商1210、运输商1212或安装人员1214相关联。
在某些实施例中，用于各种模块分组的统计数据，例如，来自特定制造商1210或由特定运输商1212装运的模块可以由与网络可访问存储装置1202相关联的服务提供商的计算装置按常规或根据感兴趣方1208或供应、操作和/或检查实体1204的请求进行计算。处理后的模块数据的更复杂的比较也是可能的，包括例如根据本领域已知的ANOVA(方差分析)或其它统计分析，将从图像获得的数据或用于选择一个或多个模块的相关指标与从一般模块群体获得的数据进行比较。类似的统计分析可以应用于单个电池。例如，可以将一个或多个模块的PL图像分割成独立的电池图像，其在通过平均或获得电池图像的中值来计算电池模板之前可以任选地对失真进行校正。为此目的，将模块图像分割成单独的电池图像，其在被馈送到模板计算之前可选地对失真进行校正，然后使用平均中值或任何其它方法分析个体图像以创建“正常电池”的电池图像。然后可以根据ANOVA分析或类似方法排除怀疑有缺陷的电池，即PL图像强烈偏离模板的电池，以提供代表“正常电池”的图像。然后可以将单个电池图像与“正常电池”图像进行比较，这使得能够从预期的正常性能中量化电池性能的偏差。
可以基于一个或多个图像处理和分析结果作出可行的判定。此类判定包括例如基于预期的性能将模块评级为有缺陷、对模块进行评分，如果检测到模块失效，则确定可能的实体出现故障，和/或将模块从使用中移除，例如决定不装运或安装它。在一些实施例中，这些判定可以在网络可访问存储装置1202进行，该网络可访问存储装置1202可以用作作为云服务操作的集中式图像存储和处理服务，即通过图12中表示的IT网络和后端服务器/处理单元作为云1202。然后可以将可行的判定传达给适当的经营者。在其它实施例中，可以在模块生产期间作出可行的判定，例如移除有缺陷的电池或组列并在将电池密封在模块封装中的不可逆步骤之前将其替换。
一般而言，除了其它因素之外，与在网络可访问存储装置1202存储模块数据如图像数据和关联的元数据以及分析数据相关的成本取决于所存储的数据文件的大小、所需的数据可访问性和所需的存储时间，所述存储时间根据模块的使用寿命可以预计为二十年或二十五年或者甚至更长。不管可以应用的任何数据压缩算法，模块的图像数据文件的大小通常将随着空间分辨率，即像素的数量而缩放。更高分辨率的图像可以提供优异的缺陷检测结果，但是存储可能更昂贵，从而需要权衡。如果成像系统所提供的空间分辨率超出了要求，则可以使用像素合并来降低分辨率，并从而降低图像文件的大小。例如，来自2×2个像素组的计数可以被组合以将图像文件大小减小四分之一。在一个具体示例中，本申请人已经发现，可以将2×2个像素合并应用于如图10A中所示的模块的700万像素发光图像，与原始的未合并图像相比不会显着影响图像处理算法的结果。
在另一种减少数据存储要求和成本的方法中，本申请人已经开发了使用每像素10位的专有数据格式(通过相关的编解码器)。所述方法在图像显示或处理之前被解码为16位，这涉及小的计算开销但是提供显着的存储节省。图像压缩在分辨率方面是无损的，使得在与网络可访问存储装置1202相关联的处理器中进行图像的处理和/或比较不受影响。在一个特定的示例中，本申请人确定以无压缩形式存储两种图像，例如行扫描EL和行扫描PL图像，需要约100兆字节的存储空间，而压缩图像仅需要25兆字节。
在用于降低存储成本的另一种方法中，可以将模块数据初始存储在更快的存取存储中，直到受检模块已经被安装，并且此后被移到更便宜、更慢的存取存储中。
在一些示例中，图12中示出的状况确定系统1200可以作为基于网络的软件即服务(SaaS)模型来操作。在图13中所示的一个特定实施例中，如1302所示，负责或以其它方式与模块状态确定系统相关联的服务提供商1300可以向涉及模块的供应、操作和/或检查的一个或多个实体1204提供(例如，租赁、出售等)模块检查设备500、600、700、800或900。实体1204和/或检查设备500-900将模块图像数据1304上传到服务提供商1300，以在网络可访问存储装置1202等处进行处理、分析和存储1306。服务提供商1300可以向网络可访问存储装置1202的经营者支付数据存储，并且可以通过向感兴趣方1208如评估保修索赔的太阳能保险公司或者如上列举的一些其它感兴趣方1208收取费用1310来补偿成本。服务提供商1300或感兴趣方1208可以检索1312并提供1314所请求的模块数据和/或分析数据。在替代实施例中，服务提供商1300可以将模块检查设备500-900提供给供应、操作和/或检查实体1204而不需要预付费用，并且可以向实体1204收取费用以用于上传或以其它方式提供模块数据1304。在其它实施例中，使用模块检查设备500-900的服务提供商1300和供应、操作和/或检查实体1204可以协商更高的设备租赁或销售成本以换取访问模块数据的较低费用。在替代实施例中，服务提供商1300向一方1204提供模块检查设备而不需要预付费用，并且收取费用以用于图像数据上传1304并且向想要在未来任何时间访问图像数据的任何其它方收取另一费用。可以考虑其它费用和收费的变型。
图14示出根据一些实施方式的用于确定光伏模块(图14中未示出)的状况的系统1200的示例物理和逻辑架构1400。架构1400包括服务提供商的一个或多个服务计算装置1402，如以上关于图13论述的服务提供商1300或另一服务提供商。一个或多个服务计算装置1402能够通过具有网络可访问存储装置1202的一个或多个网络1404进行通信。此外，一个或多个服务计算装置1402能够通过一个或多个网络1404与涉及光伏模块的供应、操作和/或检查的实体1204进行通信。例如，一个或多个服务计算装置1402可以与涉及光伏模块的供应、操作和/或检查的实体1204的客户端计算装置1406和/或与模块检查设备500-900相关联的计算装置510进行通信。
在一些示例中，与检查设备500-900相关联的计算装置510可以被配置成通过一个或多个网络1404将模块数据1408，例如在现场获得的模块数据1408直接发送到服务计算装置1402。例如，控制程序1410可以被存储或以其它方式保持在计算装置510中的一个或多个计算机可读介质(CRM)1412中。控制程序1410可以由计算装置510的一个或多个处理器1414执行以获得现场的模块数据1408。例如，控制程序1410可以被执行以操作照相机、扫描机构和上述的其它部件，以获得关于被检查设备500-900中的一者或多者检查的一个或多个光伏模块的模块数据1408。如上所述，模块数据1408可以包括一个或多个PL和/或EL图像、光学图像或其它类型的图像、I-V测试数据等。此外，如上所述，模块数据1408可以包括关于被测试的光伏模块、正在执行的测试、执行测试的检查设备的元数据和/或其它元数据。
控制程序1410的执行可以使得处理器1414使用一个或多个无线和/或有线通信接口1416连接到一个或多个网络1404，以将模块数据1408发送到服务计算装置1402。在一些情况下，模块数据1408可以实时发送，例如在检查设备500-900生成模块数据1408时。在其它情况下，模块数据1408可以批量发送，如在达到特定的触发点之后/在收集到特定量的数据之后、在某个时间点过去之后等等。因此，一个或多个服务计算装置1402可以接收模块数据1408、将模块数据1408存储在网络可访问存储装置1202处并且对模块数据1408执行分析或其它操作。
除此之外或另选地，模块数据1408可以由客户端计算装置1406从检查设备500-900的计算装置510接收。随后，客户端计算装置1406可以将模块数据1408发送到服务计算装置1402以将其存储在网络可访问存储装置1202上。例如，客户端计算装置1406可以包括存储或以其它方式保持在一个或多个CRM 1420上的客户端应用1418。客户端应用1418可以由客户端计算装置1406的一个或多个处理器1422执行，如从检查设备500-900接收模块数据1408并将模块数据1408发送到服务计算装置1402。客户端应用1418可以使得处理器1422使用一个或多个无线和/或有线通信接口1424连接到一个或多个网络1404，以将模块数据1408发送到服务计算装置1402。在一些情况下，客户端应用1418可以由服务计算装置1402下载或以其它方式提供给客户端装置1406。例如，客户端应用1418可以为专门配置客户端计算装置1406以接收和处理来自检查设备500-900的模块数据1408并将模块数据1408发送到服务计算装置1402的程序。
在一些示例中，供应、操作和/或检查实体1204中的一者或多者可以各自操作检查设备500-900和客户端计算装置1406。例如，模块制造商可以使用检查设备500-900来获得关于每个制造模块的第一模块数据，并且该第一模块数据可以被发送到服务计算装置1402以存储在网络可访问存储装置1202处。随后，在将特定模块运送到安装位置之后，可以再次使用检查设备500-900检查该模块，以获得关于该模块的第二模块数据，所述第二模块数据可以被发送到服务计算装置1402以用于存储在网络可访问存储装置1202处。另外，在安装之后，可以使用检查设备500-900再次检查特定模块以获得关于该模块的第三模块数据，所述第三模块数据可以被发送到服务计算装置1402以用于存储在网络可访问存储装置1202处。另外，在安装之后，可以使用检查设备500-900定期地重新检查特定模块以获得关于该模块的附加模块数据，所述附加模块数据可以被发送到服务计算装置1402以用于存储在网络可访问存储装置1202处。此外，如果确定该特定模块具有故障状况，则可以由模块解剖实验室实体使用检查设备500-900再次检查该特定模块以获得附加模块数据，所述附加模块数据可以被发送到服务计算装置1402以用于存储在网络可访问存储装置1202处。可以将在不同时间点获得的模块数据彼此比较，以确定何时可能发生导致模块的损坏、失效或其它故障状况的事件，例如用于确定模块的故障状况的可能原因。
在一些示例中，服务计算装置1402可以包括被存储在或以其它方式保持在一个或多个CRM 1432上的服务程序1426和分析程序1428。例如，服务程序1426可以由一个或多个处理器1434执行以配置服务计算装置1402以从检查设备500-900和/或客户端装置1406接收和处理模块数据1408并将模块数据1408发送到网络可访问存储装置1202。服务计算装置1402可以例如包括一个或多个通信接口1436，其被配置成通过一个或多个网络1404与检查设备500-900、客户端计算装置1406、网络可访问存储装置1202等通信。
另外，分析程序1428可以由一个或多个处理器1434执行以用于分析模块数据1408以确定分析数据1438。分析数据1438可以指示特定模块的状况和/或整体趋势、单个或多个模块中的失效原因等。例如，分析程序1428在由一个或多个处理器1434执行时，可使得处理器将在第一时间点为特定模块接收到的模块数据1408与在第二时间点为该模块接收到的模块数据1408进行比较以确定光伏模块的质量等级、光伏模块是否具有故障、光伏模块是否可能发生故障或光伏模块中的故障的原因中的至少一者。另外，分析数据1438可以指示制造和安装链中首先识别出故障状况的点以用于确定出可能是故障状况的原因的实体。因此，分析数据1438可以能够识别失效原因或其它故障状况，以能够改进用于改进模块的质量和/或可靠性的过程。
包括图像数据1440和元数据1442的分析数据1438和模块数据1408可以存被储在与网络可访问存储装置1202相关联的多个存储装置1444上的网络可访问存储装置1202上。在一些示例中，网络可访问存储装置1202可以为服务提供商1300提供存储容量，并为其它人提供存储服务。网络可访问存储装置1202可以包括存储阵列如网络附加存储(NAS)系统、存储区域网络(SAN)系统或存储虚拟化系统。此外，网络可访问存储装置1202可以与一个或多个服务计算装置1402位于同一位置，或者可以位于服务计算装置1402的远端或其它外部位置。
在所示示例中，网络可访问存储装置1202包括被称为存储控制器1446的一个或多个存储计算装置，存储控制器1446可以包括一个或多个服务器或任何其它合适的计算装置，如关于服务计算装置1402论述的任一示例。存储控制器1446可以各自包括一个或多个处理器1448、一个或多个计算机可读介质1450以及一个或多个通信接口1452。此外，存储控制器1446的计算机可读介质1450可以用于存储可由处理器1448执行的任何数量的功能组件。在许多实施方式中，这些功能组件包括可由处理器1448执行的指令、模块或程序，并且在被执行时，所述指令、模块或程序具体地对处理器1448进行编程以执行本文归因于存储控制器1446的动作。例如，存储管理程序1454可以控制或以其它方式管理模块数据1408的存储并在耦合至存储控制器1446的多个存储装置1444中分析数据1438。
另外，在一些情况下，存储装置1444可以包括一个或多个物理存储装置阵列。例如，存储控制器1446可以控制一个或多个阵列，如用于配置RAID(独立磁盘的冗余阵列)配置或其它期望的存储配置中的阵列。存储控制器1446可以将基于物理存储装置1444的逻辑单元提供给服务计算装置1402，并且可以管理存储在底层物理装置1444上的数据。物理装置1444可以为任何类型的存储装置，如硬盘驱动器、固态装置、光学装置、磁带等等或其组合。
另外，一个或多个服务计算装置1402可能够通过一个或多个网络1404与一个或多个感兴趣方1208的计算装置1458进行通信。感兴趣方的计算装置1458包括一个或多个处理器1460、一个或多个计算机可读介质(CRM)1462和一个或多个通信接口1464。感兴趣方(IP)应用1466可以被存储或以其它方式保持在CRM 1462上，并且可以由一个或多个处理器1460执行，例如，用于与服务计算装置1402通信和/或从服务计算装置1402接收分析数据1438。
在一些示例中，一个或多个服务计算装置1402和存储控制器1446可以包括多个物理服务器或其它类型的计算装置，其可以以任意种方式来实施。在例如服务器的情况下，模块、程序、其它功能组件和数据存储的一部分可以在服务器上如在服务器集群中实现，例如在服务器场或数据中心、云托管的计算服务等等，但是可以附加地或可选地使用其它计算机体系结构。此外，在一些示例中，客户端计算装置1406和/或感兴趣方计算装置1458可以为一个或多个服务器，或者另选地，可以为个人计算机、膝上型计算机、工作站、平板计算装置、移动装置、智能电话、可穿戴计算装置或能够通过网络发送数据的任何其它类型的计算装置。
处理器1414、1422、1434、1448和/或1460中的每一者可以为单个处理单元或多个处理单元，并且可以包括单个或多个计算单元或多个处理核。所述处理器可以被实现为基于操作指令操纵信号的一个或多个中央处理单元、微处理器、微计算机、微控制器、数字信号处理器、状态机、逻辑电路和/或任何装置。例如，所述处理器可以为被具体编程或配置成执行本文所述的算法和处理的任何合适类型的一个或多个硬件处理器和/或逻辑电路。所述处理器可以被配置成获取和执行存储在其各自的计算机可读介质1412、1420、1432、1450和/或1462中的计算机可读指令，这些计算机可读指令可以对处理器进行编程以执行本文描述的功能。
计算机可读介质1412、1420、1432、1450和/或1462可以包括以任何类型的技术实现的易失性和非易失性存储器和/或可移动和不可移动介质，以用于存储如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据的信息。例如，计算机可读介质可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储器技术、光存储装置、固态存储装置、磁带、磁盘存储装置、RAID存储系统、存储阵列、附接网络的存储装置、存储区域网络、云存储装置或可用于存储所需信息并可由计算装置访问的任何其它介质。根据各个计算装置的配置，计算机可读介质可以为有形的非暂时性介质，其程度在于，当提及时，非暂时性计算机可读介质(non-transitory computer-readable media)排除如能量、载波信号、电磁波和/或信号本身的介质。
在一些情况下，计算机可读介质1412、1420、1432、1450和/或1462可以与关联的计算装置处于相同的位置，而在其它示例中，计算机可读介质可以为分开的或部分地远离关联的计算装置。此外，如上所述，计算机可读介质1412、1420、1432、1450和/或1462可以用于存储可由相应的关联处理器执行的任何数量的功能组件。在许多实施方式中，这些功能组件，例如控制程序1410、客户端应用1418、服务程序1426、分析程序1428、存储管理程序1454和感兴趣方应用1466包括可由相应处理器执行的指令、模块或程序，并且在被执行时，所述指令、模块或程序具体地编程处理器以执行本文归因于各个计算装置的动作。
通信接口1416、1424、1436、1452和/或1464可以包括一个或多个接口和硬件组件，其使得能够例如通过一个或多个网络1404与各种其它装置进行通信。因此，通信接口可以包括或可以耦合至提供到网络1404的连接的一个或多个端口以与其它计算装置进行通信。例如，如在本文其它地方另外列举的，通信接口可以允许通过LAN(局域网)、WAN(广域网)、因特网、有线网络、蜂窝网络、无线网络(例如Wi-Fi)和有线网络(例如，光纤信道、光纤、以太网)、直接连接以及近距离通信如蓝牙等中的一者或多者进行通信。另外，一个或多个网络1404可以包括有线和/或无线通信技术。用于网络1404的部件可以至少部分地取决于网络的类型、选择的环境、期望的性能等。本文通过网络进行通信的协议是公知的，将不会详细论述。此外，虽然已经参考图14描述了系统架构的示例，但是受益于本文的公开内容，许多其它软件和/或硬件配置对于本领域技术人员应是显而易见的。
在下面的实例中描述图12所示的模块状态确定系统1200的操作。
实例1
单晶硅模块的制造商1210在包装和运输之前使用行扫描EL/PL检查设备对完成的模块进行质量控制测试。特定的模块可通过前置条形码在行扫描PL图像中识别，也可通过模块框架边缘的数字代码进行识别，这些代码可包含在元数据中。将自动图像处理算法应用于所获取的EL和PL图像表明，特定模块没有裂纹、最小串联电阻问题以及没有互连问题。因此，该模块被包装和装运，而如果裂纹的水平高于预定的阈值，它将被拒绝和报废。该模块还使用太阳模拟器进行了功率输出测试，发现该模块属于300W模块类别。该额定功率输出是模块定价的基础。
来自发光成像测试和功率测试的特定数据被发送到状况确定系统的服务提供商1300以用于存储在网络可访问存储装置1202中。所发送的模块数据1408包括：(i)行扫描PL图像；(ii)行扫描EL图像；(iii)I-V曲线；(iv)测试的时间和日期；(v)经营者ID；(vi)工厂和生产线ID；(vii)模块ID；(viii)来自经处理的EL和PL图像的裂纹指标；(ix)来自经处理的EL和PL图像的串联电阻指标；(x)来自经处理的EL和PL图像的电池互连指标；以及(xi)来自经处理的EL和PL图像的载流子重组缺陷指标。
在稍后的时间，同一个模块在商业太阳能安装场地从其包装中被拆开。安装者1214使用行扫描EL/PL检查设备的便携式版本在安装之前检查每个模块，目的是识别在模块的使用期间已经有缺陷或可能失效的模块。他们这样做的动机与更换模块的成本有关。在这个地点更换单个有缺陷的太阳能模块的成本估计为800美元，即每瓦2.67美元，包括用于模块解剖报告的每瓦1.66美元的成本，基于这个报告可以提出保修索赔。许多制造商的保修要求在进行任何索赔之前进行昂贵的解剖测试和报告，这是为了防止保修索赔。由于这种成本，为安装提供资金的项目所有者1224坚持要求安装者1214花费1.33美元，即每瓦0.0044美元(包括人工)在安装之前用行扫描EL/PL检查设备测试每个模块。任何未通过测试的模块将被退还给制造商1210以获得退款或更换模块。这个要求是基于这样一个计算，即如果只有0.15％的模块在其25年的使用寿命期间失效，那么在安装之前识别有缺陷的模块比在失效之后替换它们是更低成本的选择。用于行扫描EL和PL模块检查的便携式现场单元除了I-V测试之外，还执行与出厂版本相同的测试。在安装现场生成以下模块数据1408并上传给服务提供商1300：(i)行扫描PL图像；(ii)行扫描EL图像；(iii)测试的时间和日期；(iv)经营者ID；(v)模块ID；(vi)来自经处理的EL和PL图像的裂纹指标；(vii)来自经处理的EL和PL图像的串联电阻指标；(viii)来自经处理的EL和PL图像的电池互连指标；以及(ix)来自经处理的EL和PL图像的载流子重组缺陷指标。
在安装现场对受检模块的“缺陷”进行初步测试是基于上述列表的结果(vi)至(ix)。模块通过了这些测试，每个缺陷级别都小于模块拒收的预定阈值。然而，在继续进行安装之前，在上传模块数据(i)至(ix)之后，在服务提供商1300的计算装置1402中进行另一组数据分析以检查模块数据在运输之前和安装点之间的显著变化以检查运输过程中发生的损坏。差异图像是通过在“工厂”和“现场”PL图像中逐像素地减去强度来进行计算，并且对于两个EL图像也是如此。另选地，比率图像可以经由“工厂”和“现场”图像的逐像素强度比来计算。这些“差异”图像极有可能突出显示装运期间发生的对模块的任何改变，例如由于粗暴的处理。在每个差异/比率图像上运行图像处理算法以计算裂纹、串联电阻、电池互连和载流子复合缺陷的指标。每个指标均具有预定的阈值，在该阈值以上，模块将被视为有缺陷而不适合安装。
实例2
在太阳能发电场1216中安装模块十年之后，其电力输出降至低于保证值，保证值从其原始值计算，允许每年下降0.8％。太阳能发电场服务人员拆下并更换模块，并根据制造商1210的保修条件的要求，将有缺陷的模块发送到模块解剖实验室1218以识别失效原因，并且如果可能的话识别实体有故障。解剖实验室工作人员使用行扫描EL/PL检查设备和I-V功率测试单元生成以下数据：(i)行扫描PL图像；(ii)行扫描EL图像；(iii)I-V曲线；(iv)测试的时间和日期；(v)经营者ID；(vi)解剖实验室ID；(vii)模块ID；(viii)来自经处理的EL和PL图像的裂纹指标；(ix)来自经处理的EL和PL图像的串联电阻指标；(x)来自经处理的EL和PL图像的电池互连指标；以及(xi)来自经处理的EL和PL图像的载流子重组缺陷指标。
I-V测试数据证实，该模块生成低于预期的功率。用行扫描EL/PL检查设备进行的检查识别出可能是由于裂纹造成电隔离的几个电池中的许多区域。这些区域在EL图像中显得相对暗，因为没有电流被推入到这些区域中，并且由串联电阻和电池互连算法自动检测和报告。PL图像揭示出似乎是造成这些孤立区域的多个裂纹，其中裂纹通过裂纹检测算法自动检测并报告为定量指标。在这一点上，模块解剖实验室1218可以自信地报告模块失效是由于几个电池中的开裂造成，尽管没有实体可能被识别为可能造成电池故障的实体。然后将来自模块解剖实验室的测试数据1408上传给服务提供商1300，以将最近测量的数据与在安装之前和在模块工厂获取的数据进行比较。
由服务提供商1300的计算装置1402计算几个“差异”图像或者“比率”图像如下：(A)PL图像(解剖实验室)与PL图像(工厂)；(B)EL图像(解剖实验室)与EL图像(工厂)；(C)PL图像(解剖实验室)与PL图像(预安装)；以及(D)EL图像(解剖实验室)与EL图像(预安装)。在这种情况下，发现在安装之前或者在工厂中新制造的模块中没有裂纹存在。太阳能发电场经营者1216因此得出结论，裂纹不是制造商1210或运输者1212的故障，因此保修索赔是不恰当的。相反，这可能是由于在安装或使用/保养过程中或者最近的一次冰雹造成的。在太阳能发电场经营者1216向项目业主1224提供了相关结果之后，项目业主最终要求保险公司更换模块的成本。如果需要，保险实体1222可以从服务提供商1300请求其自己的结果副本。
实例3
标准和质量保证机构1228聘请数据分析公司从服务提供商1300获得并分析来自已经在市场上两年的特定制造商的特定型号的所有模块的模块数据1408，其中已经有20000000个单元被安装在欧洲或澳大利亚。制造商1210已经基于用工厂在行扫描检查设备获取的经处理的EL和PL图像为以下指标设置了特定的“合格/不合格”阈值：(i)裂纹指标；(ii)串联电阻指标；(iii)电池互连指标；以及(i-v)载流子重组缺陷指标。在每一种情况下，合格/不合格阈值被设定得相对高，因为否则由于制造商1210既没有预算也没有专业知识来将各种缺陷的发生率降低到接近于零，因此拒收率将不经济地高。市场担心制造商1210允许的缺陷水平可能导致在其使用寿命期间模块失效的发生率高得令人无法接受。
因此，分析公司收集了这些模块的所有可用数据，包括工厂测试、预安装测试数据和失效的模块解剖报告。该分析公司首先发现，发送给模块解剖实验室的模块有三个主要的失效原因：(i)电池互连问题已导致澳大利亚安装的一些模块中存在电隔离问题和彻底的模块失效，而在欧洲安装的模块则更少；(ii)在澳大利亚和欧洲，相对高水平的载流子重组缺陷出现在功率输出低于预期但并未完全失效的模块中；(3)较少数量的模块具有可能由于处理事件、冰雹或其它“上帝的行为”而造成的裂纹和其它失效模式。
更深入的分析，包括模块解剖实验室、工厂和预安装测试结果的比较提供了进一步有用的信息。首先，观察到主要在澳大利亚失效的模块中发现的电池互连问题在安装之前不存在。这表明由于工厂内材料或加工问题导致的系统性失效模式，加剧了澳大利亚太阳能设备的高温。其次，观察到载流子复合缺陷在安装之前不存在，并且主要限于模块边缘的电池外部。这与在模块边缘由于水侵入而造成的那些电池中的化学反应一致，这再次表明模块制造中的材料或加工故障。
因此，模块制造商1210被认为是有过错的，因此负责更换该型号的所有失效的模块。制造商承诺向项目所有者1224提供替换模块库，并调查这些系统性失效模式的原因。最终通过使用关键材料如模块边缘密封剂的替代供应商以及修改电池互连的焊接工艺来弥补失效模式。
图15至图19为示出根据一些实施方式的示例过程的流程图。这些过程被示为逻辑流程图中的块的集合，其表示操作序列，其中的一些或全部可以以硬件、软件或其组合来实现。在软件的背景下，所述块可以表示存储在一个或多个计算机可读介质上的计算机可执行指令，当由一个或多个处理器执行时，对处理器进行编程以执行所述操作。通常，计算机可执行指令包括执行特定功能或实现特定数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。描述块的顺序不应被解释为限制。可以以任何顺序和/或并行地组合任何数量的所述块来实现所述过程或替代过程，而不是所有的块都需要被执行。出于论述的目的，参考本文的示例中描述的环境、框架和系统来描述这些过程，尽管这些过程可以在各种各样的其它环境、框架和系统中实现。
图15为示出根据一些实施方式的用于随时间推移确定模块的状况的示例过程1500的流程图。在一些示例中，过程1500可以由服务计算装置1402中的至少一者或一些其它合适的计算装置来执行。
在1502处，计算装置可以接收由检查设备在第一时间点生成的模块数据，其中所述检查设备被配置成生成所述光伏模块的模块数据。模块数据可以例如从模块检查设备和/或制造、运输、安装或操作模块或者检查发生故障的模块的实体的客户端计算装置接收。
在1504处，计算装置可以接收与所述模块数据相关联的一个或多个元数据项，所述一个或多个元数据项包括关于模块数据或光伏模块中的至少一者的信息。元数据可以例如包括关于模块ID、执行的测试、制造商信息、运输者信息、安装人员信息、经营者信息等等的信息。
在1506处，计算装置可以将模块数据和一个或多个元数据项存储在网络可访问存储装置。在多个不同时间点接收到的模块的模块数据可以被存储在例如网络存储位置，以使得能够分析和确定模块在不同的时间点的状态。
在1508处，计算装置可以至少部分地基于所述模块数据和一个或多个元数据项来确定光伏模块的状况。例如，计算装置可以通过将所述模块数据与在较早时间所述光伏模块生成的在前模块数据进行比较来确定光伏模块的状况。此外，计算装置可以基于该状况来确定以下中的至少一者：光伏模块的等级；光伏模块是否有故障；光伏模块是否有可能发生故障；或光伏模块中的故障的原因。另外，作为另一个示例，计算装置可以接收由同一检查设备或不同的检查设备在第二时间点生成的附加模块数据，并且计算装置可以至少部分地基于将来自第一时间点的模块数据与附加模块数据进行比较来确定在第二时间点的光伏模块的状况。
在1510处，计算装置可以基于该状况向与所述光伏模块的制造、运输、安装、操作或检查相关联的至少一个实体的计算装置发送指示所确定的状况的通信。
在1512处，计算装置可以向感兴趣方的计算装置发送模块数据、在前模块数据，针对光伏模块确定的分析数据或针对多个光伏接收的聚集模块数据中的至少一者。
如前所述，模块数据可以例如由检查设备500、600、700、800或900生成。在一些实施方式中，检查设备500-900可以处于计算装置510、终端512或其它计算装置的控制下。也就是说，计算装置可以操作照相机502、光源514、电源302和扫描机构508中的一些或全部，以及用于光学成像的各种可选部件如光源520和照相机522，热成像照相机704，太阳光模拟器904和相关联的电源906以及功率监测单元908，以及可能存在的各种可调节的光学部件如滤波器和反射镜。
图16至图19为示出根据一些实施方式的用于生成模块数据的示例过程1600、1700、1800和1900的流程图。在一些示例中，过程1600-1900中的每者可以由计算装置510或其它合适的计算装置执行。
首先转向图16所示的示例过程1600，在1602处，计算装置可以操作电源，以将电激励施加到光伏模块以从光伏模块生成电致发光。在1604处，计算装置可以操作用于检测在跨越光伏模块的第一尺寸延伸的第一区域中从光伏模块发射的电致发光的检测器。在1606处，计算装置可以操作扫描机构，以在施加电激励时沿光伏模块的第二尺寸扫描第一区域。在1608，当沿着第二尺寸扫描第一区域时，计算装置可以从检测器接收从光伏模块发射的电致发光的图像。
现在转向图17中所示的示例过程1700，在1702处，计算装置可以操作光源，以用于利用适合于从光伏模块生成光致发光的光来照射光伏模块的第一区域，所述第一区域延伸穿过光伏模块的第一尺寸。在1704处，计算装置可以操作用于检测在跨越光伏模块的第一尺寸延伸的第二区域中从光伏模块发射的光致发光的检测器。在1706处，计算装置可以操作扫描机构以沿着光伏模块的第二尺寸扫描第一和第二区域。在1708处，在沿着第二尺寸扫描第一和第二区域时，计算装置可以从检测器接收从光伏模块发射的光致发光的图像。
现在转向图18中所示的示例过程1800，在1802处，计算机可以处理用模块检查设备获取的一个或多个电致发光图像和/或光致发光图像，以对不同类型的特征或缺陷进行分类或区分。在1804处，计算机可以生成一个或多个重叠图像以用于突出显示一种或多种类型的特征或缺陷。在1806处，计算机可以计算发生一种或多种类型的特征或缺陷的一个或多个指标。在1808处，计算机可以基于从发生在光伏模块中识别的各种类型的特征或缺陷的估算的预期性能，对光伏模块应用质量分类。
现在转向图19所示的示例过程1900，在1902处，计算机可以获得用模块检查设备获取的光伏模块的两个或更多个图像，所述图像从包括电致发光图像、光致发光图像、光学图像或热图像的组中选择。在步骤1904处，计算机可以比较在步骤1902中获得的两个或更多个图像。
本文描述的示例过程仅是为了论述目的而提供的过程的示例。鉴于本文的公开内容，许多其它变化对于本领域技术人员来说应是显而易见的。此外，虽然本文的公开内容阐述了用于执行所述过程的合适的框架、体系结构和环境的若干示例，但是本文的实施方式不限于所示出和论述的特定示例。此外，如所描述的以及如附图所示，本公开提供了各种示例实施方式。然而，本公开不限于在本文描述和示出的实施方式，而是可以扩展到其它实施方式，如本领域技术人员应知道的或者将会是已知的。
本文描述的各种指令、过程和技术可以在计算机可执行指令如存储在计算机可读介质上并由本文的处理器执行的程序模块的一般背景下考虑。通常，程序模块包括用于执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、可执行代码等。这些程序模块等可以作为本地代码来执行，或者可以如在虚拟机中或在其它即时编译执行环境中下载和执行。典型地，程序模块的功能可以根据需要在各种实施方式中组合或分配。这些模块和技术的实施方式可以存储在计算机存储介质上或者通过某种形式的通信介质来传输。因此，本文中的索引布置可以在物理硬件上实现、可以在虚拟实施方式中使用、可以用作物理或虚拟机上的总体重复数据删除系统的一部分和/或可以作为其它重复数据删除实施方式(例如，SAN)或在一些非重复数据删除环境中如大规模内存索引的组件。
虽然本实用新型主要以硅电池为基础的模块进行描述，但是本实用新型的原理不限于这种类型的模块。具体地，通过选择具有合适的波长带和光照强度的光源以及具有适当的灵敏度和检测带的照相机，PL和EL成像技术通常可以被用于检查基于除了硅之外的材料的模块。对于基于直接带隙半导体如碲化镉的的薄膜模块，发光成像技术可能更容易应用，因为与硅相比，这些材料往往具有更高的发光效率。
尽管本实用新型已经特别参考其某些优选实施例进行了描述，但是本实用新型的变化和修改可以在所附权利要求的精神和范围内进行。