Немецкие исследователи разработали инновационную методику, которая позволяет превратить недорогую потребительскую цифровую фотокамеру в мощный измерительный прибор для количественной диагностики кремниевых солнечных элементов и модулей. В основе этого технологического прорыва лежит явление электролюминесценции — собственное свечение панелей при их подключении к источнику электрического тока. Использование модифицированной зеркальной камеры Canon EOS 4000D в сочетании со специально разработанным математическим алгоритмом дает возможность буквально по одной фотографии оценивать важнейшие физические характеристики солнечных панелей.
Технические особенности модификации камеры и съемки
При подаче электрического смещения кремниевые фотоэлементы начинают испускать слабое инфракрасное излучение, параметры которого напрямую связаны с качеством полупроводникового материала и напряжением холостого хода. Для регистрации этого диапазона исследователи удалили из камеры штатный блокирующий ИК-фильтр и установили вместо него длинноволновый фильтр Heliopan ES RG850, полностью отсекающий видимый спектр света. Несмотря на то, что в идеальных условиях съемку требуется проводить в абсолютной темноте из-за крайне низкой интенсивности собственной люминесценции, разработанные методы калибровки успешно решают эту проблему.
Математическая модель и калибровка измерений
Главной задачей научной группы была не просто фиксация инфракрасного излучения, а точное преобразование яркости пикселей изображения в количественные физические параметры. Кремниевая КМОП-матрица камеры способна воспринимать излучение вблизи 1120 нм, куда попадает электролюминесценция кремния, а стандартные цветные фильтры Bayer сохраняют достаточную прозрачность. Для калибровки ученые создали модель, учитывающую линейный и нелинейный режимы работы сенсора, что позволило переводить интенсивность свечения в абсолютную внешнюю электролюминесцентную квантовую эффективность EQE_LED с привязкой к эталонным значениям.
Противоречивые данные
В ходе практических испытаний метода на новых и старых солнечных панелях были выявлены определенные расхождения в точности результатов. Если для новых модулей расчетные данные продемонстрировали высокую степень точности и совпали с лабораторными замерами, то для длительно эксплуатировавшихся старых панелей расчетные показатели заметно отставали от измеренных напрямую значений. Данный феномен пока не получил исчерпывающего объяснения и требует дальнейшего глубокого осмысления со стороны исследователей для корректировки алгоритмов.
Перспективы экспресс-диагностики солнечной энергетики
Полученные результаты доказывают, что электролюминесцентная фотография может применяться не только для качественного визуального поиска дефектов, но и для детальной количественной оценки каждого участка солнечного модуля. В перспективе откалиброванная бюджетная камера позволит быстро тестировать даже те элементы, которые ранее не исследовались в стационарных лабораториях. В дальнейшем немецкие исследователи намерены адаптировать разработанную технологию для проведения точных количественных измерений непосредственно при дневном освещении, что выведет мониторинг эффективности возобновляемой энергетики на качественно новый уровень.
