文/Sally Cole Johnson

圖1：國家可再生能源實驗室（NREL）的研究人員Tim Silverman和Nicole Luna正在查看PLatypus生成的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)與Flatirons校區(qū)的光伏系統(tǒng)相連。（圖片來源：NREL）

為了幫助解決人類面臨的巨大氣候變化問題，我們需要建造大量的太陽能發(fā)電廠。這些發(fā)電廠可以產(chǎn)生廉價、清潔的電力，但前提是它們能夠長期可靠地運行。

因此，美國能源部國家可再生能源實驗室（NREL）的高級科學家Tim Silverman和同事們正在通過Platypus系統(tǒng)檢測現(xiàn)有太陽能電池中的問題。PLatypu是一套相機系統(tǒng)，旨在檢測現(xiàn)場光伏模塊中不可見的隱形問題。

Platypus系統(tǒng)對光致發(fā)光進行成像，當光被吸收并以更長的波長重新發(fā)射時，就會發(fā)生光致發(fā)光。太陽能電池表現(xiàn)出光致發(fā)光，重新發(fā)射的光越強，太陽能電池的質(zhì)量就越好。

“當太陽能電池內(nèi)部因惡劣的冰雹天氣而破裂時，我們無法用眼睛看到裂縫。”Silverman介紹說，“但是裂紋產(chǎn)生了兩個新的界面，電荷載流子傾向于以一種不產(chǎn)生光的方式重新結(jié)合。因此，當我們拍攝光致發(fā)光的照片時，存在裂紋的區(qū)域顯示得比周圍區(qū)域更暗。”

創(chuàng)建光致發(fā)光圖像

為了創(chuàng)建光致發(fā)光圖像，研究人員將單色光照射到太陽能電池板上，并用相機收集重新發(fā)射的光。最好在晚上進行這項操作，以避免陽光照射。

Silverman說：“光致發(fā)光強度比入射光暗得多，所以我們需要設(shè)計一個能夠發(fā)射大量光、并收集波長偏移后返回的少量光的系統(tǒng)。”

它需要強大的LED、靈敏的相機和濾鏡，來防止原始光線出現(xiàn)在圖像中。Silverman說：“在很長一段時間內(nèi)，這都是一項在實驗室中進行的小規(guī)模測量。但幸運的是，隨著主要器件變得更好、更便宜，太陽能電池的光致發(fā)光強度也越來越強，這使得我們今天能夠以大規(guī)模、低成本的方式做到這一點。”

盡管大多數(shù)太陽能發(fā)電廠運行良好，但研究人員還是設(shè)計了他們的PLatypus工具來檢測太陽能電池板中存在的隱形故障。

Silverman說：“我一直認為光致發(fā)光成像是實驗室中使用的一種專門技術(shù)。后來我的朋友Will Hobbs在他的車庫里使用從網(wǎng)上訂購的產(chǎn)品做了這件事，這真是一個驚喜。我們意識到可以把車庫里的裝置應(yīng)用到真正的發(fā)電廠中使用。”

圖2：國家可再生能源實驗室的研究人員Tim Silverman、Nicole Luna、Byron McDanold和Josh Parker在Flatirons校區(qū)的光伏系統(tǒng)中，測試了Platypus系統(tǒng)的原型。（圖片來源：NREL）

研究人員面臨的一項有趣的挑戰(zhàn)是，在他們第一次全面演示的中途，天開始下雪了。Silverman和同事們沒有一個簡單的方法來重新安排他們的演示，所以他們只能一邊演示一邊清理太陽能電池板上的雪。事實證明，他們的概念驗證原型是防雪的。

“通過原型驗證表明，我們的技術(shù)是可行的，而且成本和系統(tǒng)復雜性都比較合理。”Silverman表示，“但目前它并不是一個用戶友好的日常使用工具。在未來的項目中，我們希望制作一個新版本。然后，人們可以使用Platypus自行檢查，這樣他們就不用擔心發(fā)電廠是否存在看不見的隱形損壞了。”