光伏电池组件电致发光缺陷检测仪校准规范

JJF2063—20231光伏电池组件电致发光缺陷检测仪校准规范1范围本规范适用于光伏电池及光伏组件用电致发光缺陷检测仪的校准。2引用文件本规范引用了下列文件:GB/T19953—2005数码照相机分辨率的测量GB/T20733数码照相机术语凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3术语和定义GB/T20733界定的及下列术语和定义适用于本规范。3.1电致发光electroluminescence;EL由于电场作用而产生的发光现象。注:EL分为两种类型,一种是半导体p-n结的注入式电致发光;另一种是本征型电致发光。目前光伏产业使用较多的是光伏电池、组件正向偏置下少子注入式的电致发光。3.2EL缺陷ELdefect通过电致发光作用,在光伏电池、组件中观察到的对电池组件性能造成不良影响的特征,通常有黑心、黑边、亮斑、裂纹、断栅和暗片等。3.3线对linepairs具有同样方向及宽度的黑白相间的成对条纹。3.4线对每毫米linepairspermillimeter按有关标准规定,采用能分辨的每毫米等间隔黑白线对数来表示分辨能力(如视觉分辨率和极限分辨率)的度量单位。[来源:GB/T20733—2022,3.4.8]3.5EL空间分辨率ELspatialresolution表征电致发光缺陷检测仪对EL图像的细节分辨能力。注:根据光学成像系统常见的成像质量测试方法,通常采用等宽度的黑白条纹作为成像目标对成像系统的空间分辨率做测试,以Rs表示,其单位为线对每毫米(lp/mm)。3.6EL空间分辨率测试板ELspatialresolutiontestchart为测试EL成像系统的特性而规定的测试图配置。3.7正向电流forwardcurrent流入光伏电池或组件正极的直流电流。24概述光伏电池组件电致发光缺陷检测仪(以下简称缺陷检测仪)常用于光伏组件、太阳电池片生产企业和光伏系统检测机构，利用电致发光原理，通过向光伏电池、组件提供正向电流，使光伏电池、组件产生电致发光现象，并使用红外相机对光伏电池、组件的缺陷进行检测。缺陷检测仪主要由直流电源、成像系统、暗室、图像处理系统组成，如图1所示。1—直流电源；2—测试样品(光伏组件);3—成像系统；4—暗室；5—图像处理系统5计量特性5.1EL空间分辨率EL空间分辨率测量值的范围为(0.25～2.00)lp/mm。5.2正向电流示值误差正向电流测量范围一般为(0.1～20)A,示值误差不超过±3%。5.3正向电流稳定性正向电流稳定性优于1%。注：以上指标不适用于合格性判别，仅供参考。6校准条件6.1环境条件环境温度：(23±5)℃;相对湿度：不大于75%;测试现场周围无强磁场、电场干扰，无强气流及腐蚀性气体。6.2测量标准及其他设备6.2.1EL空间分辨率测试板EL空间分辨率测试板为薄片，厚度约0.1mm,面积在(156mm×156mm~210mm×210mm),具有镂空结构，在EL拍摄下可形成不同粗细具有相同方向及宽度的黑白相间条纹(遮光条纹和透光条纹)检测图案，每一种线对方向应至少包含19组线对，线对中单个条纹宽度范围至少为(0.25～2.00)mm,与标称值的示值误差均不超过±0.02mm,EL空间分辨率测试板参考标准样式见附录C。36.2.2数字万用表电流测量范围：(0.1～20)A,最大允许误差优于±0.1%。7校准项目和校准方法7.1校准项目缺陷检测仪的校准项目如表1所示。校准项目计量特性条款号校准方法条款号12正向电流示值误差37.2校准方法7.2.1校准前检查校准环境参考用户默认环境，包括环境光源、显示器设置、目视距离等采用目测法检查下述内容。缺陷检测仪的标识应齐全、准确、完整、清晰。缺陷检测仪成像镜头零部件应清洁，无裂痕、发暗、霉斑、脱胶、开胶、脱膜等瑕疵，也不可有气泡、条纹、沙眼、斑点、污迹、尘埃、灰雾状及其他明显瑕疵，镜头表面的镀膜无明显的擦伤7.2.2EL空间分辨率对于光伏电池用缺陷检测仪，采用单个太阳电池封装的小型组件，将EL空间分辨率测试板平整地粘贴在单电池组件前表面，如图2所示。单电池组件电致发光区域覆盖分辨率测试板的线对测试区域，线对区域避开影响判断结果的栅线。单电池组件应无裂片、隐裂、黑斑等明显缺陷，在粘贴分辨率测试板线对对应区域，其EL图像灰度均匀性不超过10%。按照通常的光伏电池EL检测设置进行成像检测，得到EL图像。2对于光伏组件用缺陷检测仪，根据缺陷检测仪的检测面积选取无裂片、隐裂、黑斑等明显缺陷的辅助光伏组件，其电致发光图形面积应不小于缺陷检测仪测试面积的70%。在光伏组件前表面4个角以及中心区域共5个电池位置上对齐并平整地粘贴5个4分辨率测试标板，线对区域避开影响判断结果的栅线，如图3所示。4个角位置处电池片区域的平均灰度与中心区域处电池片区域平均灰度最大差距应不大于±10%,在粘贴分辨率测试板线对对应区域，其EL图像灰度均匀性不超过10%。将粘贴有分辨率测试标板的光伏组件放置在EL缺陷检测仪上，按照通常的组件EL检测设置进行成像检测，得到该组件的EL图像。jiijiitjijtjii_图3EL空间分辨率测试板粘贴位置示意图注：若光伏组件中心区域为4个电池片，EL空间分辨率测试板参考图3进行粘贴，使成像位置也如图3所示，详细记录铭牌方向。EL空间分辨率测试板上的分辨率测试图案为连续排列的相同方向与宽度的黑白条纹线对，如图4所示，图中d为单个条纹宽度，相邻的黑色、白色条纹组成一个线对。线对组采用等比数列排列，比例系数为10°-05,范围为(0.25～2.00)lp/mm。表2为EL空间分辨率测试板推荐的线对组成，其中EL空间分辨率与条纹宽度对应关系图4线对条纹示意图JJF2063—20235表2EL空间分辨率测试板推荐的线对组成Rs/(lp/mm)0.250.280.320.350.400.450.500.560.630.71d/mm1.991.771.581.411.251.121.000.890.790.70Rs/(lp/mm)0.790.891.001.141.251.431.611.792.00 d/mm0.630.560.500.440.400.350.310.280.25—Rs=12×d(1)获取EL原始图像后,在显示器上对EL空间分辨率图像采用目视方式判别,遵循原则参考GB/T19953—2005中6.1的监视器显示判读法。可对被观察的黑白条纹图像进行缩放操作,根据能够清晰分辨出线对的最小条纹宽度读数,计算出相应的EL空间分辨率。取所有EL空间分辨率最低值作为缺陷检测仪EL空间分辨率的测量值。根据测量所得的EL空间分辨率Rs,m,将不同的缺陷检测仪分为A+、A、B、C共4个等级,如表3所示。表3电致发光缺陷检测仪分级等级EL空间分辨率/(lp/mm)A+Rs,m≥1.00A0.50≤Rs,m<1.00B0.25≤Rs,m<0.50CRs,m<0.257.2.3正向电流示值误差将数字万用表接入电路回路,如图5,设置EL检测仪控制软件,使得EL检测仪直流电源能够持续输出电流,等待数值稳定后,开始读取数字万用表上的电流值,同时记录被测缺陷检测仪电流示值,一共测量3次,测量点短路电流的0.1倍、0.5倍和1倍,一般为0.5A、1A、5A、10A、15A和20A。根据式(2)计算正向电流示值误差:δⅠ×100%(2)I—被测缺陷检测仪电流示值均值,A;I0—数字万用表测得的电流值均值,A。67.2.4正向电流稳定性对于有独立电源的缺陷检测仪，采用图6的电气连接方式，采用光伏电池或组件1倍短路电流进行电流稳定性测量。测量时间为60s,采样间隔为10s。采用式(3)计算电流稳定性：Imax——被测缺陷检测仪60s内电流最大值，A;Imin——被测缺陷检测仪60s内电流最小值，A;8校准结果表达根据被检仪器校准结果出具校准证书，校准证书应至少包含以下信息：b)实验室名称和地址；c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识；e)客户的名称以及地址；JJF2063—20237f)被校准对象的描述和明确标识;g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关时,应说明被校准对象的接收日期;说明;i)校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;k)校准环境的描述;l)校准结果及其测量不确定度的说明;m)对校准规范的偏离的说明;n)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识;o)校准结果仅对被校准对象的有效性说明;p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书或报告的声明。9复校时间间隔复校时间间隔由仪器使用情况、使用者、仪器本身质量等因素决定,送检单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。建议仪器复校时间间隔最长不超过12个月。JJF2063—20238附录AEL空间分辨率校准结果不确定度评定示例A.1测量方法A.1.1测量用标准器:EL空间分辨率测试板。A.1.2测量对象:光伏组件缺陷检测仪。A.2测量模型A.2.1采用经过溯源的空间分辨率测试板测量缺陷检测仪的空间分辨率,空间分辨率的计算如式(A.1)所示:Rs(A.1)式中:Rs—被检仪器EL空间分辨率,lp/mm;d—黑白线对单个条纹宽度,mm。A.2.2不确定度来源包括:测量重复性引入的不确定度,EL空间分辨率测试板引入的不确定度,目视判断引入的不确定度等。A.3标准不确定度分量的评定A.3.1测量重复性引入的不确定度u1评定用EL空间分辨率测试板贴在EL空间分辨率最差位置,使用缺陷检测仪在稳定的外部温湿度和光照环境下进行重复测量,再根据目视结果,记录每次测量的最小目视可分辨线对条纹宽度,测量结果如表A.1所示。表A.1测量重复性引入的不确定度测量次数最小目视可分辨线对条纹宽度/mmd10.63d20.63d30.56d40.63d50.63d60.56d70.63d80.56d90.63d100.63平均值d0.609实验标准偏差s(d)0.0349则由测量重复性引入的不确定度u1为:A.3.2EL空间分辨率测试板校u2评定对于EL空间分辨率测试板,根据校准证书提供的数据可知,校准结果的扩展不确0.005mm。定度U=0.01mm(k=2),则由EL空间分辨率测试板校准结果引入的不确定度0.005mm。A.3.3目视判断引入的不确定度u3评定目视的分辨极限角通常为1角分,则根据约25cm的目视距离,可分辨的最小线距约0.1mm。另外根据光学系统光学传递函数测量理论,正常人眼能够分辨的调制度最低值一般是0.05,此时的对比度约为1∶1.1,且每个人之间存在差异,对于缺陷检测仪,一般拍摄出的照片调制度都大于0.05,因此,对于(0.5~2.0)lp/mm的图案,由于人眼判断引入的判断误差约为0.1mm,假设为均匀分布,由于粘贴EL空间分辨率测试板区域经过软件将图像进行3倍放大,则人眼判断引入的不确定度u3=≈0.019mm。由于由目视判断引入的误差小于由重复性引入的误差,因此忽略由目视判断引入的误差。A.3.4电致发光图像灰度不均匀度引入的不确定度u4评定光伏组件上5个粘贴EL空间分辨率测试板位置处太阳电池片电致发光图像灰度存在差异,在不粘贴EL空间分辨率测试板的情况下,对使用被测仪器拍摄的电致发光缺陷图像对应的5个位置求平均灰度,结果如表A.2。表A.2各测试位置平均灰度位置灰度均值中心175.41左上167.56左下173.61右上172.55右下173.59左上、左下、右上、右下4个位置中灰度与中心差异最大的为左上,相对差异为4.5%,由电致发光图像灰度不均匀度引入的不确定度可忽略不计。A.4合成标准不确定度和扩展不确定度A.4.1标准不确定度分量一览表标准不确定度分量一览表见表A.3。10表A.3标准不确定度分量一览表不确定度分量ui评定方法ui来源ui的数值/mmu1A测量重复性0.034u2BEL空间分辨率测试板校准结果0.005u3B目视判断0u4B电致发光图像灰度不均匀度0A.4.2合成标准不确定度计算由于测量值d的各不确定度分量互不相关,因此合成标准不确定度uc,d为:根据JJF1059.1—2012中4.4.2.3的式(29),uc,Rs根据JJF1059.1—2012中4.4.2.3的式(29),uc,Rs为:uc,Rs/Rs=uc,d/dA.4.3扩展不确s=uc,d/d×Rs=uc,d/(d×2d)=0.046lp/mm在EL空间分辨率(0.50~2.0)mm范围内,缺陷检测仪EL空间分辨率的校准结果扩展不确定度U=0.046×2=0.092lp/mm,取U=0.1lp/mm(k=2)。11附录B正向电流校准结果的不确定度评定示例B.1倍短路电流挡B.1.1测量对象及标准器B.1.1.1测量用标准器:数字万用表。B.1.1.2测量对象:缺陷检测仪。B.1.2测量模型B.1.2.1采用经过溯源的数字万用表测量缺陷检测仪的正向电流示值误差,正向电流示值误差的计算如式(B.1)所示:δⅠ×100%(B.1)式中:δⅠ—正向电流示值误差; I—被测缺陷检测仪电流示值均值,A;I0—数字万用表测得的电流值均值,A。B.1.2.2不确定度来源主要包括:标准器的不确定度,测量重复性。B.1.3标准不确定度分量的评定B.1.3.1测量重复性引起的不确定度u1,rel评定将数字万用表电流测量端与直流电源的输出端正负极相连,设置EL检测仪控制软件,使得直流电源能够持续输出电流,读取数字万用表上的电流值。重复测量结果如表B.1所示。表B.1测量重复性引入的不确定度测量次数标准器示值/AI18.01I27.99I37.98I48.01I58.00I67.98I77.98I88.01I97.99I108.02平均值I8.01实验标准偏差s(I)0.015JJF2063—202312由于测量值为3次测量均值,则由测量重复性导致的测量结果的相对标准不确定度为:u1,rel(I)I=0.11%B.1.3.2数字万用表校准引起的标准不确定度u2,rel评定根据数字万用表校准证书提供的数据可知,其直流电流挡的相对扩展不确定度为r02%(k=2)。则由数字万用表校准结果引入的相对不确定度为:u2,rel=B.1.4合成标准不确定度和扩展不确定度B.1.4.1标准不确定度分量一览表标准不确定度分量一览表见表B.2。表B.2标准不确定度分量一览表不确定度分量ui,rel评定方法ui,rel来源ui,rel的数值u1,relA测量重复性0.11%u2,relB数字万用表校准结果0.01%B.1.4.2合成标准不确定度计算由于各不确定度分量互不相关,因此合成标准不确定度为:B.1.4.3扩展不确定度的确定uc,rel==0.11%B.1.4.3扩展不确定度的确定电致发光缺陷检测仪电流校准结果的相对扩展不确定度为Urel=0.11%×2=B.2.1测量对象及标准器B.2.1.1测量用标准器:数字万用表。B.2.1.2测量对象:电致发光缺陷检测仪。B.2.2测量模型B.2.2.1采用经过溯源的数字万用表测量缺陷检测仪的正向电流示值误差,正向电流示值误差的计算见式(B.2):δⅠ×100%(B.2)式中:δⅠ—正向电流示值误差; I—被测缺陷检测仪电流示值均值,A;I0—数字万用表测得的电流值均值,A。B.2.2.2不确定度来源主要包括:标准器的不确定度,测量重复性。JJF2063—202313B.2.3合成标准不确定度和扩展不确定度B.2.3.1测量重复性引起的不确定度u1,rel评定将数字万用表电流测量端与直流电源的输出端正负极相连,设置EL检测仪控制软件,使得直流电源能够持续输出电流,读取数字万用表上的电流值。重复测量结果如表B.3所示。表B.3测量重复性引入的不确定度测量次数标准器示值/AI10.801I20.799I30.798I40.802I50.801I60.799I70.798I80.801I90.798I100.798平均值I0.800实验标准偏差s(I)0.0016由于测量值为3次测量均值,则由测量重复性导致的测量结果的相对标准不确定度为:u1,rel(I)I=0.12%B.2.3.2数字万用表校准引起的标准不确定度u2,rel评定根据数字万用表校准证书提供的数据可知,其直流电流挡的相对扩展不确定度为r02%(k=2)。则由数字万用表校准结果引入的相对不确定度为:u2,rel=B.2.4合成标准不确定度和扩展不确定度B.2.4.1标准不确定度分量一览表标准不确定度分量一览表见表B.4。JJF2063—202314表B.4标准不确定度分量一览表不确定度分量ui,rel评定方法ui,rel来源ui,rel的数值u1,relA测量重复性0.12%u2,relB数字万用表校准结果不确定度0.01%B.2.4.2合成标准不确定度计算由于各不确定度分量互不相关,因此合成标准不确定度为:B.2.4.3扩展不确定度的确定0.24%,Urel取0.3(k=B.2.4.3扩展不确定度的确定0.24%,Urel取0.3(k=2)。电致发光缺陷检测仪电流校准结果的相对扩展不确定度为Urel=0.12%×2=EL空间分辨率测试板参考标准样式图C.1为EL空间分辨率测试板参考标准样式。JJF2063—202316附录D校准原始记录推荐格式光伏电池组件电致发光缺陷检测仪校准记录送检单位和联系信息流转号记录编号样品名称型号规格生产厂出厂编号□电池片□组件图像分辨率(像素)□电池片□组件尺寸(长×宽)(mm×mm)显示器分辨率(像素)ISO快门速度标准器名称型号规格仪器编号测量范围溯源机构/证书编号不确定度或准确度等级或最大允差证书有效期至标准设备/样品检查校准前:□正常□不正常校准后:□正常□不正常技术依据温度℃校准地点相对湿度%说明证书编号校准员校准日期核验员核验日期17光伏电池组件电致发光缺陷检测仪校准记录(续页)被检单位记录编号校准数据/结果:1.光学性能线对序号线对数标