光伏组件测试装置及测试方法发明专利

专利名称：光伏组件测试装置及测试方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202411127206.0

专利申请（专利权）人：广东金源光能股份有限公司,广东金源太阳能科技有限公司
权利人地址：广东省潮州市潮州经济开发试验区北站西路D5-8-3号地块厂房(1-3)

专利发明（设计）人：陈育,李泽宇,苏彬锋,陈晓涛,丁锐伟,赖霁晖,陈湘群,庄维杰

专利摘要：本发明提供了一种光伏组件测试装置及测试方法，该装置的测试平台用于支撑光伏组件；应力施加膜用于覆盖在光伏组件的表面，应力施加膜的应力施加单元用于与光伏组件表面接触以向其施加应力；光电检测件包括多个光电探测器，每一光电探测器均用于测量光伏组件在受到应力时的局部光电流变化；干涉测量系统用于测量光伏组件表面在受到应力时的微观形变；控制处理单元，分别与多个应力施加单元、多个光电探测器和干涉测量系统电连接，控制处理单元用于控制应力施加单元施加应力，并处理光电探测器和干涉测量系统采集的数据。本发明能够在动态应力条件下全面评估光伏组件的性能。

主权利要求：
1.一种光伏组件测试装置，其特征在于，包括：
测试平台(1)，用于支撑光伏组件(100)；
应力施加膜(2)，包括薄膜本体(21)和设于所述薄膜本体(21)上的多个应力施加单元(22)，所述薄膜本体(21)用于覆盖在所述光伏组件(100)的表面，所述应力施加单元(22)用于与所述光伏组件(100)表面接触以向其施加应力；
光电检测件(3)，包括设于所述应力施加单元(22)背向所述光伏组件(100)一侧的多个光电探测器(31)，每一所述光电探测器(31)均用于测量所述光伏组件(100)在受到应力时的局部光电流变化；
干涉测量系统(4)，用于测量所述光伏组件(100)表面在受到应力时的微观形变；
控制处理单元，分别与所述多个应力施加单元(22)、多个所述光电探测器(31)和所述干涉测量系统(4)电连接，所述控制处理单元用于控制所述应力施加单元(22)施加应力，并处理所述光电探测器(31)和所述干涉测量系统(4)采集的数据；
所述薄膜本体(21)包括多个子膜体，每个所述子膜体上均设有多个所述应力施加单元(22)，所述子膜体的周缘部通过柔性连接件与其他所述子膜体的周缘部可拆卸连接，以使应力施加膜(2)可根据光伏组件(100)的尺寸和形状进行组合；
所述多个应力施加单元(22)设于所述薄膜本体(21)的下表面，所述多个光电探测器(31)设于所述薄膜本体(21)的上表面，所述多个应力施加单元(22)与所述多个光电探测器(31)一一对应；
所述干涉测量系统(4)包括激光源(41)、光束分离器(42)、参考镜(43)、物镜(44)和光电接收器(45)；
所述激光源(41)设于所述光伏组件(100)的上方，用于向所述光伏组件(100)发射激光束；
所述光束分离器(42)设置在所述激光源(41)与所述光伏组件(100)之间，用于将激光束分为沿垂直光伏组件(100)上表面的测量光和与所述光伏组件(100)上表面相平行的参考光；
所述参考镜(43)设置在所述光束分离器(42)的一侧，用于反射所述参考光；
所述物镜(44)，设置在所述光束分离器(42)与所述光伏组件(100)之间，用于聚焦所述测量光至所述光伏组件(100)表面；
所述光电接收器(45)设置在所述光束分离器(42)的另一侧，用于接收由所述参考镜(43)所反射的参考光和从所述光伏组件(100)表面反射回的测量光重新组合形成的干涉光；
所述控制处理单元与所述光电接收器(45)电连接，以通过分析所述光电接收器(45)接收的干涉光强度变化，计算光伏组件(100)表面的微观形变。
2.根据权利要求1所述的光伏组件测试装置，其特征在于，所述多个应力施加单元(22)可独立控制，每个所述应力施加单元(22)能够单独施加不同大小和频率的应力。
3.根据权利要求2所述的光伏组件测试装置，其特征在于，所述薄膜本体(21)上设有柔性印刷电路，所述柔性印刷电路包括多个独立的控制线路，每个所述控制线路分别与所述控制处理单元与一个所述应力施加单元(22)电连接，以独立控制每个应力施加单元(22)的应力施加。
4.一种光伏组件测试方法，运用于如权利要求1至3任一项所述的光伏组件测试装置，其特征在于，包括：提供光伏组件；
将应力施加膜覆盖在所述光伏组件的表面；
通过所述的多个应力施加单元向所述光伏组件施加动态应力；其中，所述动态应力的频率范围为0.1Hz‑1kHz，应力大小范围为0.1MPa‑10MPa；
获取所述光伏组件在受到动态应力时的局部光电流变化；
获取所述光伏组件表面在受到动态应力时的微观形变；
基于所述局部光电流变化和所述微观形变判断所述光伏组件的性能。
5.根据权利要求4所述的光伏组件测试方法，其特征在于，所述基于所述局部光电流变化和所述微观形变判断所述光伏组件的性能，包括：计算动态响应因子，所述动态响应因子的计算公式为：
；
其中，DRF为动态响应因子，ΔI为在应力作用下的光电流变化量，I0为初始光电流，Δd为应力作用下的微观形变量，d0为参考微观形变量，Δσ为施加的动态应力变化量，σ0为参考应力；
根据所述动态响应因子的大小判断光伏组件的性能，具体包括：
当|DRF|<0.1时，表征所述光伏组件上被测试的区域对动态应力响应不敏感，不存在明显的结构或性能缺陷；
当0.1≤|DRF|<1时，表征所述光伏组件上被测试的区域对动态应力响应较为敏感，存在潜在的微小缺陷；
当|DRF|≥1时，表征所述光伏组件上被测试的区域对动态应力响应高度敏感，存在严重的结构或性能缺陷。
6.根据权利要求4所述的光伏组件测试方法，其特征在于，所述光伏组件为制备光伏组件最终成品过程中的任一阶段的半成品光伏组件或者成品光伏组件。 说明书 : 光伏组件测试装置及测试方法技术领域[0001] 本发明涉及光伏电池测试技术领域，尤其涉及一种光伏组件测试装置及测试方法。背景技术[0002] 光伏组件作为清洁能源的重要组成部分，其性能和寿命直接影响了太阳能发电系统的效率和经济性。在实际使用过程中，光伏组件会受到各种外部应力的影响，如风载荷、热循环和机械振动等。这些应力可能导致组件内部产生微裂纹或其他结构缺陷，进而影响组件的性能和寿命。因此，对光伏组件进行全面的性能测试和缺陷检测至关重要。[0003] 目前，光伏组件的性能评估和缺陷检测主要依赖于几种技术方法，其中较为常见的包括基于电致发光和光致发光原理的检测技术。电致发光检测技术通过对光伏组件施加电流，使其发出特定波长的光，然后利用专门的成像设备捕捉这些光信号。这种方法可以揭示组件内部的各种异常，如材料缺陷、微裂纹、电极问题等。另一方面，光致发光检测技术则是通过外部光源激发光伏组件，然后分析其发出的光信号。这种方法特别适合识别材料内部的缺陷，如杂质分布、晶格缺陷等，这些因素都可能导致光伏组件的性能下降。[0004] 然而，这些传统的测试方法存在一些局限性。首先，它们主要集中在静态条件下的性能评估，难以全面模拟实际使用环境中的动态应力条件，因此无法有效预测组件在长期使用过程中可能出现的问题。其次，电致发光检测技术一般只能用于检测已经制备完成的成品光伏组件，且需要将光伏组件电连接至电路中。这导致检测结果可能受到探针与光伏组件接触以及串联电阻的影响，同时也无法在光伏组件的制备过程中对半成品进行内部缺陷检测。[0005] 鉴于现有技术的局限性，亟需开发一种新型的光伏组件测试装置。这种装置应能在动态应力条件下全面评估光伏组件性能，以更好地预测组件在实际使用环境中的表现。同时，理想的测试装置还应该能够适用于光伏组件制备过程的不同阶段，包括半成品和成品光伏组件，并且能够提供更全面、精确的性能评估和缺陷检测。这样的测试装置将有助于提高光伏组件的质量控制水平，推动太阳能发电技术的进一步发展。发明内容[0006] 本发明的主要目的在于解决现有技术的测试装置无法在动态应力条件下全面评估光伏组件性能的技术问题。[0007] 本发明第一方面提供了一种光伏组件测试装置，所述光伏组件测试装置包括测试平台、应力施加膜、光电检测件、干涉测量系统和控制处理单元；[0008] 测试平台，用于支撑光伏组件；[0009] 应力施加膜，包括薄膜本体和设于所述薄膜本体上的多个应力施加单元，所述薄膜本体用于覆盖在所述光伏组件的表面，所述应力施加单元用于与所述光伏组件表面接触以向其施加应力；[0010] 光电检测件，包括设于所述应力施加单元背向所述光伏组件一侧的多个光电探测器，每一所述光电探测器均用于测量所述光伏组件在受到应力时的局部光电流变化；[0011] 干涉测量系统，用于测量所述光伏组件表面在受到应力时的微观形变；[0012] 控制处理单元，分别与所述多个应力施加单元、多个所述光电探测器和所述干涉测量系统电连接，所述控制处理单元用于控制所述应力施加单元施加应力，并处理所述光电探测器和所述干涉测量系统采集的数据。[0013] 在一些实施例中，所述多个应力施加单元可独立控制，每个所述应力施加单元能够单独施加不同大小和频率的应力。[0014] 在一些实施例中，所述薄膜本体上设有柔性印刷电路，所述柔性印刷电路包括多个独立的控制线路，每个所述控制线路分别与所述控制处理单元与一个所述应力施加单元电连接，以独立控制每个应力施加单元的应力施加。[0015] 在一些实施例中，所述薄膜本体包括多个子膜体，每个所述子膜体上均设有多个所述应力施加单元，所述子膜体的周缘部通过柔性连接件与其他所述子膜体的周缘部可拆卸连接，以使应力施加膜可根据光伏组件的尺寸和形状进行组合。[0016] 在一些实施例中，所述多个应力施加单元设于所述薄膜本体的下表面，所述多个光电探测器设于所述薄膜本体的上表面，所述多个应力施加单元与所述多个光电探测器一一对应。[0017] 在一些实施例中，所述干涉测量系统包括：[0018] 激光源，设于所述光伏组件的上方，用于向所述光伏组件发射激光束；[0019] 光束分离器，设置在所述激光源与所述光伏组件之间，用于将激光束分为沿垂直光伏组件上表面的测量光和与所述光伏组件上表面相平行的参考光；[0020] 参考镜，设置在所述光束分离器的一侧，用于反射所述参考光；[0021] 物镜，设置在所述光束分离器与所述光伏组件之间，用于聚焦所述测量光至所述光伏组件表面；[0022] 光电接收器，设置在所述光束分离器的另一侧，用于接收由所述参考镜所反射的参考光和从所述光伏组件表面反射回的测量光重新组合形成的干涉光；[0023] 所述控制处理单元与所述光电接收器电连接，以通过分析所述光电接收器接收的干涉光强度变化，计算光伏组件表面的微观形变。[0024] 根据本申请一些实施例，本申请实施例另一方面还提供一种光伏组件测试方法，包括：[0025] 提供光伏组件；[0026] 将应力施加膜覆盖在所述光伏组件的表面；[0027] 通过所述应力施加膜的多个应力施加单元向所述光伏组件施加动态应力；[0028] 获取所述光伏组件在受到动态应力时的局部光电流变化；[0029] 获取所述光伏组件表面在受到动态应力时的微观形变；[0030] 基于所述局部光电流变化和所述微观形变判断所述光伏组件的性能；[0031] 其中，所述动态应力的频率范围为0.1Hz‑1kHz，应力大小范围为0.1MPa‑10MPa。[0032] 在一些实施例中，所述基于所述局部光电流变化和所述微观形变判断所述光伏组件的性能，包括：[0033] 计算动态响应因子，所述动态响应因子的计算公式为：[0034] ；[0035] 其中，DRF为动态响应因子，ΔI为在应力作用下的光电流变化量，I0为初始光电流，Δd为应力作用下的微观形变量，d0为参考微观形变量，Δσ为施加的动态应力变化量，σ0为参考应力；[0036] 根据所述动态响应因子的大小判断光伏组件的性能，具体包括：[0037] 当|DRF|<0.1时，表征所述光伏组件上被测试的区域对动态应力响应不敏感，不存在明显的结构或性能缺陷；[0038] 当0.1≤|DRF|<1时，表征所述光伏组件上被测试的区域对动态应力响应较为敏感，存在潜在的微小缺陷；[0039] 当|DRF|≥1时，表征所述光伏组件上被测试的区域对动态应力响应高度敏感，存在严重的结构或性能缺陷。[0040] 在一些实施例中，在执行所述通过所述应力施加膜的多个应力施加单元向所述光伏组件施加动态应力的步骤时，分别在0.1Hz至1kHz的不同应力频率下重复进行测试；[0041] 对每个测试频率，获取相应的局部光电流变化和微观形变数据；[0042] 对每个测试频率，计算动态响应因子DRF；[0043] 分析DRF随频率的变化特性；[0044] 根据所述DRF随频率的变化特性判断光伏组件中存在的不同类型缺陷，具体包括：[0045] 当DRF在低频段（0.1Hz‑10Hz）相对于其他频段出现显著峰值时，表征存在界面剥离或层间粘结不良；[0046] 当DRF在中频段（10Hz‑100Hz）相对于其他频段出现显著峰值时，表征存在微裂纹或局部应力集中；[0047] 当DRF在高频段（100Hz‑1kHz）相对于其他频段出现显著峰值时，表征存在材料本身的缺陷或杂质。[0048] 在一些实施例中，所述光伏组件为制备光伏组件最终成品过程中的任一阶段的半成品光伏组件或者成品光伏组件。[0049] 本申请实施例提供的技术方案至少具有以下优点：[0050] 上述技术方案中，一方面，通过使用应力施加膜对光伏组件施加动态应力，结合光电检测件和干涉测量系统，可以同时获取光伏组件在受到应力时的局部光电流变化和微观形变，有利于全面评估光伏组件在实际使用环境中的性能，提高测试结果的准确度和可靠性；另一方面，由于本方案的测试装置可以对光伏组件施加不同频率和大小的动态应力，因此可以模拟各种实际使用环境下的应力条件，为光伏组件的长期性能预测提供更全面的数据支持；最后，本申请实施例提供的测试装置可以应用于光伏组件制备过程的任一阶段，包括半成品和成品光伏组件，大大提高了测试方法的适用范围和实用性。附图说明[0051] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。[0052] 图1为本申请一实施例提供的光伏组件测试装置的一种结构示意图；[0053] 图2为本申请另一实施例提供的光伏组件测试方法的一种流程图。[0054] 附图标号说明：[0055] 1、测试平台；2、应力施加膜；21、薄膜本体；22、应力施加单元；3、光电检测件；31、光电探测器；4、干涉测量系统；41、激光源；42、光束分离器；43、参考镜；44、物镜；45、光电接收器；100、光伏组件。[0056] 本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式[0057] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0058] 需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……），则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。[0059] 另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中的“和/或”包括三个方案，以A和/或B为例，包括A技术方案、B技术方案，以及A和B同时满足的技术方案；另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。[0060] 本申请一实施例提供一种光伏组件测试装置。如图1所示，图1中的虚线所指方向代表光线的传播方向，光伏组件测试装置包括测试平台1、应力施加膜2、光电检测件3、干涉测量系统4和控制处理单元（图未示）；[0061] 测试平台1，用于支撑光伏组件100；[0062] 应力施加膜2，包括薄膜本体21和设于所述薄膜本体21上的多个应力施加单元22，所述薄膜本体21用于覆盖在所述光伏组件100的表面，所述应力施加单元22用于与所述光伏组件100表面接触以向其施加应力；[0063] 光电检测件3，包括设于所述应力施加单元22背向所述光伏组件100一侧的多个光电探测器31，每一所述光电探测器31均用于测量所述光伏组件100在受到应力时的局部光电流变化；[0064] 干涉测量系统4，用于测量所述光伏组件100表面在受到应力时的微观形变；[0065] 控制处理单元，分别与所述多个应力施加单元22、多个所述光电探测器31和所述干涉测量系统4电连接，所述控制处理单元用于控制所述应力施加单元22施加应力，并处理所述光电探测器31和所述干涉测量系统4采集的数据。[0066] 需要说明的是，本实施例中所提及的光伏组件100是一个广义概念，涵盖了从单个电池（单个最基本的光电转换单元）到电池串（多个电池串联或并联连接而成的组合体），再到完整的光伏模块（包括电池串以及相应封装材料如玻璃、EVA膜、背板等的完整产品）的各个层级。本测试装置适用于光伏组件100生产过程的各个阶段，包括评估钝化工艺后的性能、检测电极沉积质量、测试电池串整体性能以及分析封装后模块的可靠性。[0067] 测试平台1是一种用于支撑和固定待测光伏组件100的结构，可采用高强度材料制作，具有足够的刚性和稳定性，其可以设计成略大于标准光伏电池尺寸（如210mm×210mm）。此外，其表面可以配备定位装置以适应不同尺寸的光伏组件100。[0068] 应力施加膜2是一种覆盖在光伏组件100表面的柔性结构，由薄膜本体21和多个应力施加单元22组成，能够对光伏组件100施加可控的动态应力，模拟实际使用环境中的各种应力条件。具体实施时，薄膜本体21可使用柔性聚酰亚胺（PI）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）或高度透明的材料（如PDMS）等柔性材料。薄膜本体21的厚度优选为50‑200微米之间，以保证足够的柔性和强度。此外，应当注意的是，薄膜本体21的尺寸应略大于标准光伏电池尺寸，确保完全覆盖。[0069] 应力施加单元22可采用多种实施方式，比如说，在一些实施方式中，应力施加单元22由交替的PZT‑5H压电陶瓷薄片和银钯合金电极层组成，通电后的应力施加单元22在自身的厚度方向产生位移；在另一些实施方式中，应力施加单元22包括两个正交极化方向的压电片，通电后可实现复合运动；在又一些实施方式中，应力施加单元22也可以为柔性压电薄膜，如聚偏氟乙烯(PVDF)材料，通电后在厚度方向产生振动；具体实施时，可根据实际条件选择最适合的方案。[0070] 每个应力施加单元22通过独立的微型导线与控制处理单元相连。这些导线被整合到柔性印刷电路中，嵌入薄膜本体21内部或附着在其表面。控制处理单元通过这些导线向每个应力施加单元22发送精确控制的电压信号，使应力施加单元22产生微小形变或振动，从而对光伏组件100施加局部应力。[0071] 光电探测器31可使用硅光电二极管或砷化镓光电探测器31。其应能检测到微弱的光电流变化，如灵敏度在nA级别。当应力施加单元22呈矩阵排列时，光电探测器31阵列也呈矩阵排列。每个光电探测器31通过独立的信号线与控制处理单元相连。[0072] 当光伏组件100受到应力施加单元22施加的应力时，其局部电学特性会发生变化，这主要是由于应力引起的一系列物理效应。首先，应力会导致半导体材料的晶格结构发生微小变形，这种变形会影响材料的能带结构，从而改变光生载流子的产生效率和迁移特性。这种现象被称为压电‑光伏效应。同时，晶格变形还可能改变材料的光学特性，如吸收系数和反射率，进而影响局部的光电转换效率。其次，应力可能激活或扩展一些潜在的缺陷，如微裂纹或位错，这些被激活的缺陷可能成为载流子的复合中心，增加局部的复合损失，从而降低光电流。在多层结构的光伏组件100中，应力还可能影响层间界面的特性，改变界面态密度，进而影响电荷的分离和传输过程。此外，应力的施加可能导致局部温度的微小变化，直接影响半导体材料的电学特性，如载流子浓度和迁移率。对于已经沉积电极的光伏组件100，应力还可能影响电极与半导体材料之间的接触特性，改变接触电阻，进而影响局部的电流收集效率。这些复杂的物理过程综合作用，导致了光伏组件100在受到局部应力时电学特性的变化。光电探测器31捕捉这些变化，将光信号转换为电信号。这些电信号通过信号线传输到控制处理单元，反映了光伏组件100各个局部区域的光电流变化。[0073] 干涉测量系统4是本测试装置中用于精确测量光伏组件100表面微观形变的关键部分。该系统利用光的干涉原理，通过分析反射光的相位变化来检测表面形变。在一些实施例中，干涉测量系统4包括激光源41、光束分离器42、参考镜43、物镜44和光电接收器45。其中，激光源41设于所述光伏组件100的上方，用于向所述光伏组件100发射激光束；光束分离器42设置在所述激光源41与所述光伏组件100之间，用于将激光束分为沿垂直光伏组件100上表面的测量光和与所述光伏组件100上表面相平行的参考光；参考镜43设置在所述光束分离器42的一侧，用于反射所述参考光；物镜44设置在所述光束分离器42与所述光伏组件100之间，用于聚焦所述测量光至所述光伏组件100表面；光电接收器45设置在所述光束分离器42的另一侧，用于接收由所述参考镜43所反射的参考光和从所述光伏组件100表面反射回的测量光重新组合形成的干涉光；所述控制处理单元与所述光电接收器45电连接，以通过分析所述光电接收器45接收的干涉光强度变化，计算光伏组件100表面的微观形变。[0074] 具体实施时，光束分离器42采用立方体分光镜，其材料为光学级BK7玻璃，表面镀有特殊的半反射膜。光束分离器42利用半反射膜将入射光均分为强度相等的两束（一束沿垂直于光伏组件100上表面的方向传播（测量光），另一束与光伏组件100上表面平行（参考光））。参考镜43采用高反射率（>99%）的精密平面镜，材料可以是熔融石英基底上镀铝并覆盖保护层。镜面平整度控制在λ/20以内（λ为使用的激光波长）。物镜44选用长工作距离的显微物镜44，如50倍率、数值孔径(NA)为0.55的物镜44。工作距离约为10mm。物镜44将准直的测量光聚焦到一个微小斑点上，以提高空间分辨率。激光源41使用He‑Ne激光器或半导体激光器。波长可选632.8nm（红光）或1064nm（近红外）。功率范围在1‑10mW之间。激光源41能够发射单一波长、相位一致的激光，为干涉测量提供必要的相干光源。光电接收器45采用高灵敏度的CCD或CMOS图像传感器，像素分辨率至少为2048 2048，其能够捕捉由参考镜43反射的参考光和从光伏组件100表面反射回的测量光重新组合形成的干涉图样，将光强分布转换为电信号。[0075] 实际运行过程中，激光源41发出的光束首先经过光束分离器42，被分为两束：一束作为参考光被反射到固定的参考镜43上，另一束作为测量光通过物镜44聚焦到光伏组件100表面，测量光从光伏组件100表面反射后再次通过物镜44返回，参考光则被参考镜43反射回光束分离器42。这两束光在光束分离器42中重新结合，形成干涉图样。当光伏组件100表面因应力而产生微小形变时，反射回来的测量光的光程会发生变化，导致干涉图样的变化。这些变化被高灵敏度的光电接收器45捕获，并转换为电信号。通过分析这些信号，系统可以检测到纳米级的表面形变。这种高精度的形变测量能力使得系统能够捕捉到光伏组件100在受到动态应力时的微小结构变化，为评估材料的机械性能和潜在缺陷提供了重要依据。[0076] 干涉测量系统4的另一种实施例可包括宽带光源（如超辐射发光二极管）、光纤耦合器、参考臂（带有精密平移台的参考镜43）、样品臂（带有物镜44的扫描头）、光谱仪和高速线阵CCD。该系统通过控制参考臂的平移，在垂直方向上扫描光程差，同时利用光谱仪分析不同波长的干涉信号，实现对光伏组件100表面的高精度三维轮廓测量。扫描过程中，系统记录每个扫描位置的光谱干涉图，然后通过傅里叶分析计算出表面高度信息，最终生成高分辨率的三维表面图，可同时获得大面积和高精度的测量结果，适合测量具有较大高度变化的光伏组件100表面。[0077] 控制处理单元是整个测试装置的中枢，负责协调各个子系统的工作，并对采集到的数据进行处理和分析。该控制处理单元通过多通道数模转换器向各个应力施加单元22发送精确控制的电压信号，实现对光伏组件100的动态应力施加。同时，它可以通过高速数据采集卡同步接收来自光电检测件3和干涉测量系统4的信号。对于光电检测件3的数据，控制处理单元进行解调和滤波处理，计算出每个局部区域的光电流变化。对于干涉测量系统4的数据，控制处理单元通过相位解缠绕算法，将干涉图样的变化转换为表面形变的三维数据。然后，控制处理单元将这两组数据进行时空对应和相关性分析，计算出动态响应因子(DRF)。DRF反映了光伏组件100各个局部区域对动态应力的敏感度。通过分析DRF的空间分布和频率特性，控制处理单元可以识别可能存在缺陷或性能异常的区域，并推断出可能的缺陷类型。这种全面的数据处理和分析能力使得本测试装置能够提供比传统测试方法更加深入和全面的光伏组件100性能评估，为提高光伏组件100的质量控制和长期可靠性提供了强有力的工具。[0078] 具体实施时，控制处理单元可以为高性能多核CPU。[0079] 在一些实施例中，所述多个应力施加单元22可独立控制，每个所述应力施加单元22能够单独施加不同大小和频率的应力。[0080] 在此实施例中，每个应力施加单元22能够单独施加不同大小和频率的应力，这种高度的可控性为光伏组件100测试提供了显著的优势。具体实现时，可以采用多通道数字‑模拟转换器(DAC)系统，每个通道对应一个应力施加单元22。DAC系统的分辨率通常为16位或更高，以确保精确的电压控制。应力施加单元22可采用上面所举例的PZT（铅锆钛酸盐）陶瓷材料，尺寸为5mm 5mm，厚度约为0.5mm。这些应力施加单元22通过柔性印刷电路(FPC)与控制系统相连。控制信号的频率范围可以从0.1Hz到1kHz，覆盖了大多数实际应用中可能遇到的应力频率。应力大小可以在0.1MPa到10MPa之间调节，这个范围足以模拟光伏组件100在各种实际使用环境中可能遇到的应力条件。通过精确控制每个应力施加单元22，系统可以模拟复杂的应力分布，如局部应力集中、周期性应力变化等。这种设计允许研究人员模拟各种复杂的实际使用情况，如风载荷引起的动态应力、热循环导致的周期性应力等。此外，通过对不同区域施加不同的应力模式，可以快速识别光伏组件100中对应力特别敏感的区域，这些区域可能存在潜在的缺陷或性能问题。这种高度可控和精确的应力施加能力，结合之前描述的光电流检测和形变测量系统，使得该测试装置能够提供比传统静态测试更加全面和深入的光伏组件100性能评估。[0081] 当然，本申请的设计不限于此，于其他实施例中，多个应力施加单元22也可以统一控制。[0082] 在一些实施例中，所述薄膜本体21上设有柔性印刷电路，所述柔性印刷电路包括多个独立的控制线路，每个所述控制线路分别与所述控制处理单元与一个所述应力施加单元22电连接，以独立控制每个应力施加单元22的应力施加。[0083] 具体实施时，柔性印刷电路采用聚酰亚胺(PI)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等柔性材料作为基底，厚度在25到100微米之间。导电层可使用铜箔，厚度约为18微米，通过光刻蚀刻工艺形成精细的电路图案。这种柔性印刷电路包含多个独立的控制线路，每个控制线路的宽度可能在50到100微米之间，以确保足够的电流承载能力。线路之间的间距保持在100到200微米，以防止信号干扰。每个控制线路一端与控制处理单元相连，另一端则与相应的应力施加单元22电连接。连接点采用微型焊盘设计，焊盘尺寸约为0.5mm 0.5mm，使用导电环氧树脂或微型焊接技术实现可靠连接。这种设计不仅确保了每个应力施加单元22可以被独立控制，还保证了整个系统的柔性和可靠性，使其能够紧密贴合光伏组件100的表面，即使在光伏组件100表面存在微小的不平整时也能保持良好的接触。[0084] 在一些实施例中，所述薄膜本体21包括多个子膜体，每个所述子膜体上均设有多个所述应力施加单元22，所述子膜体的周缘部通过柔性连接件与其他所述子膜体的周缘部可拆卸连接，以使应力施加膜2可根据光伏组件100的尺寸和形状进行组合。[0085] 子膜体的尺寸可以为10cm 10cm，每个子膜体包含20 20个应力施加单元22。子膜体之间通过柔性连接件连接，这些柔性连接件可采用柔性PCB材料，厚度约为0.1mm，宽度为5mm。柔性连接件上设有金属触点，采用插拔式或磁性连接方式，确保子膜体间的可靠电气连接和机械连接。这种模块化设计的一个关键优势是使应力施加膜2可以根据被测光伏组件100的尺寸和形状进行裁剪和重新组合。例如，对于标准的60片电池组件（尺寸约1650mm 990mm），可能需要使用6 4的模块阵列。而对于72片电池组件（尺寸约1960mm990mm），则可能需要7 4的模块阵列。这种灵活性使得测试装置能够适应各种规格的光伏组件100，从小型实验样品到大型商业模块都能进行测试。此外，如果某个区域需要更高的测试精度，可以使用更小尺寸的子膜体来增加该区域的应力施加单元22密度。这种模块化设计不仅提高了系统的适应性和可扩展性，还便于维护和更换，大大增强了测试装置的实用性和经济性。[0086] 在一些实施例中，所述多个应力施加单元22设于所述薄膜本体21的下表面，所述多个光电探测器31设于所述薄膜本体21的上表面，所述多个应力施加单元22与所述多个光电探测器31一一对应。这种布局实现了应力施加和光电响应检测的精确空间对应。[0087] 应力施加单元22可通过柔性导电胶粘剂固定在薄膜本体21的下表面。每个应力施加单元22的中心间距可以为6mm，以在保证足够空间分辨率的同时避免相邻单元之间的机械干扰。[0088] 光电探测器31则采用硅光电二极管，直接集成在薄膜本体21的上表面。每个光电探测器31的位置与其下方的应力施加单元22精确对应，中心偏差控制在±0.1mm以内。光电探测器31采用反向偏置工作模式，以获得快速响应和高灵敏度。它们通过微型金属导线与薄膜本体21上的柔性印刷电路相连，导线直径约为50微米，采用超声波键合技术实现可靠连接。[0089] 此实施例的优势是实现了高度局部化的应力‑响应测量。当某个应力施加单元22对光伏组件100施加应力时，正上方的光电探测器31可以直接测量该局部区域的光电响应变化。这种一一对应的关系使得系统能够创建高分辨率的应力‑响应地图，精确定位光伏组件100中可能存在的缺陷或性能异常区域。[0090] 此外，由于光电探测器31位于薄膜本体21的上表面，它们不会直接接触光伏组件100，这降低了对被测组件造成损坏的风险。同时，这种布置也便于光电探测器31的散热和维护。整个薄膜层的厚度控制在1mm以内，确保了良好的柔韧性，能够紧密贴合光伏组件100表面，即使组件表面存在微小的不平整也能保持良好的接触。[0091] 需要说明的是，应力施加膜2覆盖在光伏组件100表面虽然会对干涉测量系统4测试过程产生一定影响，但这种影响是可控和可补偿的。薄膜本体21采用高度透明的材料（如PDMS），其透光率在可见光和近红外区域可达95%以上，仅造成约5%的光强损失。为补偿这一影响，控制处理单元在数据处理阶段应用光学校正算法，考虑薄膜本体21的透光特性，对光电探测器31测得的光电流进行相应调整。[0092] 薄膜本体21会对入射光造成微弱的散射和反射，可能略微改变光的入射角度。为应对这一影响，干涉测量系统4采取了多项措施：首先，选用波长稳定的He‑Ne激光器（波长632.8nm）作为激光源41，其长相干长度(>100m)有助于减少散射影响；其次，在光路中加入λ/4波片和起偏器，通过调节入射光的偏振状态来减少界面反射；再者，控制处理单元采用基于Mie散射理论的数值模拟方法，计算薄膜本体21引起的相位扰动，并在干涉图样分析时进行补偿。通过这些措施，系统能够有效克服薄膜本体21带来的光学影响，确保测量的准确性。[0093] 为降低薄膜本体21与光伏组件100表面接触可能引入的额外界面反射，薄膜本体21的底部涂覆了匹配光伏组件100表面折射率的薄层，最大限度地减少界面反射。[0094] 光电探测器31设置在薄膜本体21的上表面是为了避免直接接触光伏组件100，但这种设置也带来了一些需要考虑的因素。由于光电探测器31不直接接触光伏组件100表面，它们接收到的光信号强度会有所减弱。为补偿这一点，选用了高灵敏度的光电探测器31，能够准确捕捉微弱的光信号变化。同时，控制处理单元在数据处理阶段考虑光在薄膜本体21中的传播损耗，对测量结果进行相应的补偿。[0095] 为最小化光电探测器31对入射光的遮挡或散射影响，采用了微型化设计，确保光电探测器31的尺寸远小于应力施加单元22的面积。此外，光电探测器31的排列经过优化，确保不会对关键区域造成遮挡。考虑到光电探测器31的存在可能会轻微改变应力施加膜2的机械特性，在薄膜本体21设计时进行了力学模拟，确保光电探测器31的存在不会显著影响应力的传递。控制处理单元在数据分析中也会考虑这种微小的机械影响，通过算法补偿来保证测量的准确性。[0096] 总的来说，虽然应力施加膜2和光电探测器31的存在确实会对测试过程产生一些影响，但通过精心的设计、材料选择和控制处理单元的数据处理算法，这些影响都被控制在可接受的范围内，不会显著影响测试结果的准确性和可靠性。[0097] 本申请另一实施例还提供一种用于测试光伏组件性能的方法。图2为本申请一实施例提供的用于测试光伏组件性能的方法的一种流程图。[0098] 参考图2，S101、提供光伏组件；[0099] 需要说明的是，此处的光伏组件，同样可以是单个电池、电池串或完整的光伏模块。它可以是制备过程中的半成品，如刚完成钝化工艺或电极沉积的电池，也可以是最终成品。测试前应确保光伏组件表面清洁，无明显污染或损伤。[0100] S102、将应力施加膜覆盖在所述光伏组件的表面；[0101] 应力施加膜应小心地铺设在光伏组件表面，确保无气泡或褶皱。薄膜层的尺寸应略大于光伏组件，以完全覆盖其有效区域。覆盖过程中应避免对光伏组件施加过大压力，防止造成损伤。[0102] S103、通过所述应力施加膜的多个应力施加单元向所述光伏组件施加动态应力；其中，所述动态应力的频率范围为0.1Hz‑1kHz，应力大小范围为0.1MPa‑10MPa。[0103] 控制处理单元向应力施加单元发送精确控制的电压信号，使其产生形变，从而对光伏组件施加局部应力。应力的频率范围为0.1Hz‑1kHz，应力大小范围为0.1MPa‑10MPa。可以采用不同的应力模式，如正弦波、方波或复杂波形，以模拟各种实际应用场景。[0104] S104、获取所述光伏组件在受到动态应力时的局部光电流变化；[0105] 光电检测件中的光电探测器实时捕捉光伏组件各个局部区域的光电流变化。数据采集系统以高采样率（如10kHz）记录这些变化，确保能捕捉到快速的动态响应。[0106] S105、获取所述光伏组件表面在受到动态应力时的微观形变；[0107] 干涉测量系统持续监测光伏组件表面的形变。系统通过分析干涉条纹的变化，计算出纳米级的表面位移。这些数据与光电流变化数据同步采集。[0108] S106、基于所述局部光电流变化和所述微观形变判断所述光伏组件的性能。[0109] 具体地，所述基于所述局部光电流变化和所述微观形变判断所述光伏组件的性能，包括：[0110] 计算动态响应因子，所述动态响应因子的计算公式为：[0111] DRF=(ΔI/I0)×(Δd/d0)/(Δσ/σ0)；[0112] 其中，DRF为动态响应因子，ΔI为在应力作用下的光电流变化量，I0为初始光电流，Δd为应力作用下的微观形变量，d0为参考微观形变量，Δσ为施加的动态应力变化量，σ0为参考应力；[0113] 根据所述动态响应因子的大小判断光伏组件的性能，具体包括：[0114] 当|DRF|<0.1时，表征所述光伏组件上被测试的区域对动态应力响应不敏感，不存在明显的结构或性能缺陷；[0115] 当0.1≤|DRF|<1时，表征所述光伏组件上被测试的区域对动态应力响应较为敏感，存在潜在的微小缺陷；[0116] 当|DRF|≥1时，表征所述光伏组件上被测试的区域对动态应力响应高度敏感，存在严重的结构或性能缺陷。[0117] 在实际应用中，可以选择d0=1nm，σ0=1MPa作为标准参考值。例如，假设在某个测试点，初始光电流I0=100mA，施加1MPa的应力后，光电流变为99mA，同时检测到2nm的微观形变，那么该点的DRF计算结果为：DRF=(1/100)×(2/1)/(1/1)=0.02。根据本实施例的判断标准，当|DRF|<0.1时，表征光伏组件上被测试的区域对动态应力响应不敏感，不存在明显的结构或性能缺陷。因此，这个测试点的DRF值0.02表明光伏组件上被测试的区域性能良好。相比之下，如果在另一个测试点得到DRF=0.5，那么根据0.1≤|DRF|<1的判断标准，这个光伏组件上被测试的区域存在潜在的微小缺陷，需要进一步关注。在极端情况下，如果某个点的DRF≥1，例如DRF=1.2，那么这个光伏组件上被测试的区域很可能存在严重的结构或性能缺陷，可能是由于微裂纹、层间剥离或严重的材料缺陷造成的。通过在整个光伏组件表面进行这种分析，可以生成一个DRF分布图，直观地显示组件各个区域的性能状况。这种方法不仅能够识别出可能存在问题的区域，还能根据DRF值的大小判断缺陷的严重程度，为后续的质量控制和改进提供重要依据。[0118] 在一些实施例中，在执行所述通过所述应力施加膜的多个应力施加单元向所述光伏组件施加动态应力的步骤时，分别在0.1Hz至1kHz的不同应力频率下重复进行测试；[0119] 对每个测试频率，获取相应的局部光电流变化和微观形变数据；[0120] 对每个测试频率，计算动态响应因子DRF；[0121] 分析DRF随频率的变化特性；[0122] 根据所述DRF随频率的变化特性判断光伏组件中存在的不同类型缺陷，具体包括：[0123] 当DRF在低频段（0.1Hz‑10Hz）相对于其他频段出现显著峰值时，表征存在界面剥离或层间粘结不良；[0124] 当DRF在中频段（10Hz‑100Hz）相对于其他频段出现显著峰值时，表征存在微裂纹或局部应力集中；[0125] 当DRF在高频段（100Hz‑1kHz）相对于其他频段出现显著峰值时，表征存在材料本身的缺陷或杂质。[0126] 具体而言，在执行通过应力施加膜的多个应力施加单元向光伏组件施加动态应力的步骤时，测试系统会在0.1Hz至1kHz的频率范围内进行扫描。例如，可以从0.1Hz开始，以对数步进的方式增加频率，直到1kHz，在每个频率点都获取相应的局部光电流变化和微观形变数据。假设在某个测试区域，当应力频率为1Hz时测得的DRF为0.05，而当频率增加到10Hz时DRF突然上升到0.3，这可能表明该区域在10Hz附近存在共振现象，可能与界面剥离或层间粘结不良有关。继续增加频率，如果在80Hz时DRF再次出现峰值，达到0.25，这可能指示存在微裂纹或局部应力集中。如果在更高频率，如500Hz时，DRF又出现一个峰值0.2，这可能与材料本身的缺陷或杂质有关。通过这种频率扫描和分析，可以获得光伏组件在不同频率下的动态响应特性，从而更全面地评估其性能和可靠性。这种方法特别有助于识别那些在静态测试或单一频率测试中可能被忽视的潜在问题。[0127] 在一些实施例中，所述光伏组件为制备光伏组件最终成品过程中的任一阶段的半成品光伏组件或者成品光伏组件。[0128] 本申请的方案可以大大扩展测试方法的应用范围。例如，在电池组件的电池片的制造阶段，可以对刚完成钝化工艺的电池片进行测试，评估钝化层的质量和均匀性。测试结果可能显示，某些区域的DRF值异常高，这可能指示钝化层存在缺陷或厚度不均。在电极沉积后的测试中，可能发现某些区域在高频下的DRF值突然增大，这可能暗示电极与硅片之间的接触存在问题。对于已经串联的电池串，测试可以帮助识别个别电池片的性能差异或连接问题。例如，如果某个电池片的DRF值明显高于其他电池片，可能需要更换该电池片以提高整个电池串的性能。在最终封装阶段，这种测试方法可以评估封装过程是否引入了新的应力或缺陷。比如，如果封装后某些区域的低频DRF值显著增加，可能表明这些区域的EVA膜粘结不良或存在气泡。通过在生产的各个阶段应用这种测试方法，可以实现全流程的质量控制，及早发现并解决潜在问题，从而显著提高最终产品的性能和可靠性。[0129] 以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

专利地区：广东

专利申请日期：2024-08-16

专利公开日期：2024-11-08

专利公告号：CN118659740B