本發明屬于電氣測量，更進一步涉及光伏電池檢測中的一種基于近端梯度法的光伏電池能效圖檢測方法。本發明可通過對光伏電池缺陷的檢測，提供反映光伏電池健康狀況、光電轉化效率的光伏電池能效檢測結果能效圖。

背景技術：

1、光伏電池能效檢測結果可以直接反映光伏電池健康狀況、光電轉化效率。光伏電池在實際生產和使用中是極其脆弱的，特別容易造成碎裂、隱裂、斷柵、花片、劃痕等缺陷，會嚴重影響光伏電池健康狀況、降低光伏電池的光電轉化效率，一種精確、實用、全面的光伏電池缺陷檢測方法可以提供有價值的能效圖，對工業生產中提高出廠良品率和品質分類有著重要作用。因為采集到的光伏電池輸出電流是整個電池的輸出總和，所以難以確定缺陷在電池上的具體位置，也難以確定電池上各個點的輸出電流值，如果可以準確的獲取光伏電池上每個點的輸出電流值，就可以得到該點的光電轉化效率，通過計算就可以獲得光伏電池的能效圖，就可以反應出光伏電池缺陷的具體位置。

2、demirci等人在其發表的文獻“efficient?deep?feature?extraction?andclassification?for?identifying?defective?photovoltaic?module?cells?inelectroluminescence?images.”(2021.expert?syst.appl.175,114810.)中公開了一種電致發光el(electroluminescence)檢測方法。該方法主要依賴高分辨率的紅外相機和圖像分析軟件。通過在光伏材料上施加電壓，利用紅外相機拍攝光伏材料的近紅外圖像，然后利用圖像分析軟件對圖像進行處理和分析，從而發現光伏材料內部的缺陷和問題，防止潛在的安全隱患，還可以對光伏材料進行定期的檢測和維護。但是，該方法仍然存在的不足之處是，需要對特定的光伏材料進行檢測并且需要紅外相機和圖像分析軟件，會有很高的建設成本，對不易發現的質量缺陷會進行誤判。

3、西安電子科技大學在其申請的專利文獻“基于正交調制的光伏電池能效圖測量方法”(申請號：202110981312.5，申請公布號：cn?113824400?a，申請日：2021.08.25)中公開了一種基于正交調制的光伏電池能效圖測量方法。該方法具體實現步驟包括以下：步驟1，根據光伏電池待測區域的范圍和投影像素大小確定投影像素數量，基于投影像素數量確定投影矩陣；步驟2，構建子投影矩陣，使用子投影矩陣控制結構光照射待測區域獲得測量值；步驟3，將測量值按列方向排列組成測量向量，對測量向量進行后處理得到待測區域的能效圖。該方法存在的不足之處是，投影矩陣為哈達瑪矩陣，該矩陣的維度受到指數影響，不能隨意調整測量區域大小，在實際應用中有局限性。

技術實現思路

1、本發明的目的是針對上述現有技術存在的不足，提供一種基于近端梯度法的光伏電池能效圖檢測方法，旨在解決由傳統el檢測方法伴隨的高建設成本，哈達瑪矩陣受維度影響不能隨意調整測量區域大小的問題，以及在檢測環境中受到的環境光噪聲影響的問題。

2、實現本發明目的的技術思路是，由于本發明采用基于全變分正則化的近端梯度法對構建的擾動壓縮感知模型進行求解。因為在求解迭代過程中采用自適應規則來選擇步長，可以減少梯度的波動，并且正則化部分可以有助于減少過擬合和提升模型的泛化能力，從而提高了抗噪聲性能。以此解決了現有技術實際檢測中受到環境光噪聲影響的問題，并且使得本發明可以高效實現梯度稀疏圖像的重構，由此可以提供更精確、高質量的光伏電池能效圖。本發明利用交替方向乘子法對擾動壓縮感知模型求解進行加速。該方法將原問題拆分為若干個簡單的子問題，將子問題進行并行求解，還可以通過調節懲罰系數來調節收斂速度，因此在不需要升級硬件的條件下可以完成檢測并恢復能效圖，以此解決了現有技術建設成本高的問題。本發明可以根據測試區域面積大小來確定生成投影矩陣的維度大小，以此解決了哈達瑪矩陣受維度影響不能隨意調整測量區域大小的問題。

3、本發明的具體步驟包括如下：

4、步驟1，根據光伏電池待測試區域的面積來確定生成投影矩陣，并生成投影矩陣組合(φ+e)，其中，φ表示矩陣組合，e表示噪聲，其取值范圍為[-20,-30]db；

5、步驟2，根據生成的測量向量，構建全變分擾動壓縮感知模型；

6、步驟3，采用基于全變分正則化的近端梯度法，對擾動壓縮感知模型進行求解；

7、步驟4，引入凸松弛來降低求解模型的難度；

8、步驟5，利用交替方向乘子法，對擾動壓縮感知模型求解進行加速；

9、步驟6，判斷當前迭代是否滿足收斂條件，若是，則得到一個n*1個重構向量后執行步驟7，否則，執行步驟4；

10、步驟7，生成光伏電池測試區域能效圖。

11、本發明與現有技術相比較，具有如下優點：

12、第1，本發明可以根據測試區域面積大小來確定生成投影矩陣的維度大小，克服了以哈達瑪矩陣為投影矩陣，矩陣受維度影響不能隨意調整測量區域大小的問題，可以在實際光伏電池檢測應用中根據測試區域的大小進行檢測，不受投影矩陣維度的影響。

13、第2，由于本發明采用基于全變分正則化的近端梯度法對構建的擾動壓縮感知模型進行求解，克服了現有技術實際檢測中受到環境光噪聲影響的問題，使得本發明可以在實際測試中體現出更強的抗噪聲性能，高效實現梯度稀疏圖像的重構，由此可以提供更精確、高質量的光伏電池能效圖。

14、第3，本發明利用交替方向乘子法對擾動壓縮感知模型求解進行加速，在不需要升級硬件的條件下可以完成檢測并求解模型恢復能效圖，克服了現有技術建設成本高的問題，可以在實際工業檢測中低成本實現光伏電池能效圖檢測。

技術特征：

1.一種基于近端梯度法的光伏電池能效圖檢測方法，其特征在于，根據待測試區域面積大小來確定生成投影矩陣，采用基于全變分正則化的近端梯度法對構建的擾動壓縮感知模型進行求解，利用交替方向乘子法對擾動壓縮感知模型求解并進行加速；該方法檢測的步驟包括如下：

2.根據權利要求1所述的基于近端梯度法的光伏電池能效圖檢測方法，其特征在于，步驟1中所述生成投影矩陣指的是，根據光伏電池待測試區域的長和寬以及投影儀的每個像素大小計算投影矩陣的大小，用待測試區域的長度除以像素點的長度，得到投影矩陣的列數n，用待測試區域的寬度除以像素點的寬度，得到投影矩陣的行數m，投影矩陣的個數等于m與n之積。

3.根據權利要求1所述的基于近端梯度法的光伏電池能效圖檢測方法，其特征在于，步驟1中所述生成投影矩陣組合指的是，生成行列數為m*n，且元素只有0和1的n個隨機矩陣，將所有隨機矩陣組成矩陣組合φ；給矩陣組合φ中的每個矩陣添加噪聲，得到投影矩陣組合(φ+e)。

4.根據權利要求3所述的基于近端梯度法的光伏電池能效圖檢測方法，其特征在于，步驟2中所述測量向量是用投影矩陣組合(φ+e)依次對光伏電池待測量區域進行投影，記錄每次投影所產生的光生電流值，將所有投影的光生電流值組成測量向量y。

5.根據權利要求4所述的基于近端梯度法的光伏電池能效圖檢測方法，其特征在于，步驟2中所述全變分擾動壓縮感知模型如下：

6.根據權利要求5所述的基于近端梯度法的光伏電池能效圖檢測方法，其特征在于，步驟3中所述采用基于全變分正則化的近端梯度法，對擾動壓縮感知模型進行求解是由下式完成的：

7.根據權利要求6所述的基于近端梯度法的光伏電池能效圖檢測方法，其特征在于，步驟4中所述引入凸松弛來降低求解模型的難度是由下式得到的：

8.根據權利要求7所述的基于近端梯度法的光伏電池能效圖檢測方法，其特征在于，步驟5中所述利用交替方向乘子法，對擾動壓縮感知模型求解進行加速是由下式完成的：

9.根據權利要求8所述的基于近端梯度法的光伏電池能效圖檢測方法，其特征在于，步驟6中所述收斂條件如下：

10.根據權利要求1所述的基于近端梯度法的光伏電池能效圖檢測方法，其特征在于，步驟7中所述生成光伏電池測試區域能效圖指的是，用matlab中的imadjust函數，以列優先方式，將重構向量x排列為m*n的重構矩陣，用matlab中的imshow函數，將重構矩陣轉化為光伏電池待測試區域的能效圖。

技術總結
本發明公開一種基于近端梯度法的光伏電池能效圖檢測方法，其步驟為：根據光伏電池表面待測試區域的面積和投影儀像素大小確定投影矩陣；將投影矩陣組合投影后采集測量向量；構建全變分擾動壓縮感知模型；將擾動壓縮感知問題表示為一個總體最小二乘問題；通過引入凸松弛降低求解難度；通過引入交替方向乘子法加快求解過程中迭代效率；將求解得到的測量向量處理后得到待測試區域的能效圖。本發明可根據待測試區域面積大小隨意調整投影矩陣的行列數，并且采用近端梯度法對擾動壓縮感知模型求解，可以很好的克服噪聲的干擾，能夠獲得更精確、高質量的光伏電池能效圖。

技術研發人員：權磊,趙志寬,甘東文,朱繁,趙思宇,莊瑞陽
受保護的技術使用者：西安電子科技大學
技術研發日：
技術公布日：2025/3/20