Vitronic分选设备在太阳能电池片分选中的应用

孟庆平，王举亮，董 鹏，张 治，吴 翔，高艳飞

（青海黄河上游水电开发有限责任公司 青海 西宁810006）

地球的资源总是有限的，随着传统能源频频告急，不可再生能源的使用对环境造成的危害日益加剧。世界上许多国家掀起了开发和利用新能源的热潮。在新能源中，特别引人瞩目的是不断地倾注于地球的永久性能源——太阳能[1]。太阳能是一种干净、清洁、无污染和取之不尽用之不竭的自然能源，将太阳能转换为电能是大规模利用太阳能的重要技术基础。效率高、成本低和寿命长等优点。

在太阳能电池片的生产过程中，需要人工对成品的电池片进行分选分类。人工分选效率低且误判率较高，运用Vitronic太阳能电池片外观分选设备，能精准的分类，而且效率比较高[2]。

1 设备介绍

在太阳能光伏行业，对太阳能电池片的分类主要采取人工分类，为了提高分选效率和降低误判，使用Vitronic分选设备进行电池片分类，Vitronic分选设备主要由线性相机、LED光源、PLC控制系统、PC系统组成。线性相机主要是在电池片通过的过程中，进行采样收集信息。LED光源主要是对电池片通过的过程中，进行辅助光源照明，使线性相机拍摄出来的图片更为清晰、准确。PLC和PC系统主要是控制和对采集到的数据进行处理，从而在PC输出端显示出来[3]。

软件主界面主要由图像查看、图像分析数据、软件设置三大部分组成。图像查看位于主界面左边，显示在线当前测试每一片电池片的测试图像。图像的分析数据在软件的右半部分，主要记录当前测试电池片的测试数据。软件的设置主要在主界面下端和最右端。

图1 Vitronic图形系统Fig.1 Vitronic graphics system

2 Vitronic分选系统在太阳能电池分选中的应用

对于大量的成品电池片的分选，如果依靠人眼来分辨，不但工作量大，而且易出错，从而影响电池片分选结果的准确性。如果依靠Vitronic分选设备分选，这样就能节省人力提高工作效率。Vitronic分选设备主要对电池片的印刷质量、几何尺寸、边缘和表面缺陷等进行检测，通过设定好的程序，能准确有效的分档。

图2 Vitronic软件界面Fig.2 Vitronic software interface

2.1 对印刷后电池片虚印的检测

在电池片印刷过程中，由于所使用的刮胶变形或网版张力不足或浆料太干都易造成虚印[4]，可以通过设置Vitronic设备中参数，能将虚印的电池片分选到规定的档位盒中。图3为印刷虚印的电池片，通过人眼查看已经比较明显。图4为在Vitronic设备软件中，虚印区域被挑选出来，用绿色的小框标示出。

图3 虚印的电池片Fig.3 Virtual printed cells

图4 Vitronic检测出虚印的电池片Fig.4 Vitronic detect the cells of virtual printed

通过Vitronic的检测，将虚印处用绿色小方框框起来，并且将此类电池片放入预先设置好的档位盒中。

通过生产实际对比，选取两条生产线，一条通过人工挑选，一条线通过Vitronic设备自动分选，统计当班数据对比，发现Vitronic自动分选设备对虚印的判定准确率在准确性在99.9%以上。人工对虚印的分选结果在99.66%。机器分选准确性明显高于人工分选，而且Vitronic自动分选设备误分选比人工低0.24%。

在电池片的生产过程中，虚印会造成电池片转换效率降低，在做成组件后，组件寿命变短。通过Vitronic自动分选设备分选，将不合格品挑选出来，并且可以提醒作业人员，及时采取措施，减少虚印电池片的产生。

表1 人工和机器对虚印电池片分选对比结果Tab.1 Labor and machine to virtual printing cell sorting comparison results

2.2 对印刷后电池片断线的检测

在电池片印刷过程中，由于所使用浆料太干造成网版堵网，阻止浆料透过网版，造成印刷后细栅线断开。如果有Vitronic设备分选，能及时将不合格的断线电池片挑选出来，而且还能提醒作业人员，及时采取相应的办法，解决此类问题的产生。图5为电池片断线图片，图6为Vitronic检测出的断线图像。

图5 断线的电池片Fig.5 Disconnection cells

图6 Vitronic检测出断线电池片Fig.6 Vitronic detect disconnection cells

通过生产实际对比，选取两条生产线，一条通过人工挑选，一条线通过Vitronic设备自动分选，统计当班数据对比，发现Vitronic自动分选设备对虚印的判定准确率在准确性在99.9%以上。人工对虚印的分选结果在98.9%。机器分选准确性明显高于人工分选，Vitronic自动分选设备误分选比人工低1.019%。

由于断线只有几十微米，通过人工分选，肉眼有时很难分辨，误分选比例比较高，导致不合格电池片流入下道工序。运用Vitronic自动分选设备，采用高分辨率摄像头及强大的数据图像处理软件[4-5]，就能将不合格挑选出来，还能及时告知作业人员，采取适当的措施，减少不合格电池片的产生。使用Vitronic自动分选设备，既能挑选出不合格品，又能提醒作业人员，取得一举两得的功效。

表2 人工和机器对断线电池片分选对比结果Tab.2 Labor and machinery for sorting cells break comparative results

2.3 对印刷后电池片边缘缺陷的检测

电池片在生产过程中，有可能受到机器的碰撞或作业人员的不注意[6]，造成电池片边缘微小缺陷，产生隐裂，后期影响组件质量和外观。图7和图8为边缘缺陷电池片，图9和图10为Vitronic检测处电池片的边缘缺陷。

图7 边缘缺陷电池片Fig.7 Cell edge defects

图8 边缘缺陷电池片Fig.8 Cell edge defects

采取同样的方法，选取两条生产线，一条通过人工挑选，一条线通过Vitronic设备自动分选，统计当班A线和B线数据对比，发现Vitronic自动分选设备对边缘缺陷的判定准确率在准确性在99.98%以上。人工对虚印的分选结果在99.95%。机器分选准确性略高于人工分选。

图9 Vitronic检出边缘缺陷电池片Fig.9 Vitronic detected in edge defects cells

图10 Vitronic检出边缘缺陷电池片Fig.10 Vitronic detected in edge defects cells

表3 人工和机器对边缘缺陷电池片分选对比结果Tab.3 Labor and machine to edge defects cell sorting comparison results

对于电池片存在边缘碎裂等现象，缺裂点通常大于100 μm以上，人工肉眼分选，误判率较低，最终判定结果和Vitronic自动分选设备基本接近。

表4 人工和机器综合误判对比结果Tab.4 Labor and machine integrated false comparison results

综合Vitronic自动分选设备和人工分选准确率对比，Vitronic自动分选设备准确率达99.8%，人工分选准确率98.5%。Vitronic自动分选设备分选准确率高于人工分选，而且可以节省人力，提高效率。

3 结束语

太阳能光伏发展到现在，对生产出的电池片外观要求越来越严格，一个微小的缺陷都可能造成电池片的降级；分类也是越来越细，如果完全依靠人员来分选，人员之间的判别标准可能有差异，也会造成分类的不明确。Vitronic设备来分选将进一步提高电池片分选的可靠性、准确性和完整性。提高电池片分选自动化水平，产品质量和生产效率，成为太阳能电池片分选发展的必然趋势。

[1]秦桂红.多晶硅薄膜太阳能电池的研制及发展趋势[J].上海有色金属，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.应用光伏学[M].狄大卫，高兆利，韩见殊，石磊，施正荣等译.上海：上海交通大学出版社，2008.

[3]华满香，刘小春.电气控制与PLC应用[M].2版.北京：人民邮电出版社，2012.

[4]郑德海，郑军明，沈青.丝网印刷工艺［M］.北京：印刷工业出版社，1994.

[5]龚金云.基于灰度图像直方图的边缘检测[J].装备制造技术，2007:1-2.GONG Jin-yun.Grayimagehistogram basedonedge detection[J].Equipment Manufacturing Technology，2007:1-2.

[6]刘成志．机电设备概论[M]．北京：机械工业出版社，2008.