Німецькі дослідники розробили інноваційну методику, яка дозволяє перетворити недорогу споживчу цифрову фотокамеру на потужний вимірювальний прилад для кількісної діагностики кремнієвих сонячних елементів та модулів. В основі цього технологічного прориву лежить явище електролюмінесценції — власне світіння панелей при їх підключенні до джерела електричного струму. Використання модифікованої дзеркальної камери Canon EOS 4000D у поєднанні зі спеціально розробленим математичним алгоритмом дає можливість буквально за однією фотографією оцінювати найважливіші фізичні характеристики сонячних панелей.
Технічні особливості модифікації камери та зйомки
При подачі електричного зміщення кремнієві фотоелементи починають випускати слабке інфрачервоне випромінювання, параметри якого безпосередньо пов'язані з якістю напівпровідникового матеріалу та напругою холостого ходу. Для реєстрації цього діапазону дослідники видалили з камери штатний блокуючий ІЧ-фільтр і встановили замість нього довгохвильовий фільтр Heliopan ES RG850, що повністю відсікає видимий спектр світла. Незважаючи на те, що в ідеальних умовах зйомку потрібно проводити в абсолютній темряві через вкрай низьку інтенсивність власної люмінесценції, розроблені методи калібрування успішно вирішують цю проблему.
Математична модель та калібрування вимірювань
Головним завданням наукової групи була не просто фіксація інфрачервоного випромінювання, а точне перетворення яскравості пікселів зображення на кількісні фізичні параметри. Кремнієва КМОП-матриця камери здатна сприймати випромінювання поблизу 1120 нм, куди потрапляє електролюмінесценція кремнію, а стандартні кольорові фільтри Bayer зберігають достатню прозорість. Для калібрування вчені створили модель, що враховує лінійний та нелінійний режими роботи сенсора, що дозволило переводити інтенсивність світіння в абсолютну зовнішню електролюмінесцентну квантову ефективність EQE_LED з прив'язкою до еталонних значень.
Суперечливі дані
Під час практичних випробувань методу на нових та старих сонячних панелях було виявлено певні розбіжності у точності результатів. Якщо для нових модулів розрахункові дані продемонстрували високий ступінь точності та збіглися з лабораторними вимірами, то для старих панелей, що тривалий час експлуатувалися, розрахункові показники помітно відставали від виміряних безпосередньо значень. Цей феномен поки не отримав вичерпного пояснення і потребує подальшого глибокого осмислення з боку дослідників для коригування алгоритмів.
Перспективи експрес-діагностики сонячної енергетики
Отримані результати доводять, що електролюмінесцентна фотографія може застосовуватися не тільки для якісного візуального пошуку дефектів, а й для детальної кількісної оцінки кожної ділянки сонячного модуля. У перспективі відкалібрована бюджетна камера дозволить швидко тестувати навіть ті елементи, які раніше не досліджувалися у стаціонарних лабораторіях. Надалі німецькі дослідники мають намір адаптувати розроблену технологію для проведення точних кількісних вимірювань безпосередньо при денному освітленні, що виведе моніторинг ефективності відновлюваної енергетики на якісно новий рівень.
