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光伏发电技术 储能系统 ★ 5.0

基于电致发光图像的太阳能电池缺陷分割

Referring Solar Cell Defect Segmentation in Electroluminescence Images

作者 Shenghao Dong · Jinxia Zhang · Yu Shen · Dehong Gao
期刊 IEEE Transactions on Industrial Informatics
出版日期 2025年5月
技术分类 光伏发电技术
技术标签 储能系统
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 太阳能电池缺陷 参考分割任务 数据集 多模态网络 精准识别
语言:

中文摘要

在光伏发电领域,基于电致发光(EL)图像准确识别太阳能电池缺陷对于维持光伏电站的高效运行至关重要。当前的太阳能电池缺陷分割方法通常对EL图像中的所有缺陷进行统一分割,难以根据维护需求精确识别特定缺陷。这一局限性阻碍了光伏电站智能运维的个性化缺陷检测。为解决该问题,本文提出了一种名为指称太阳能电池缺陷分割(RSCDS)的新任务。RSCDS任务的目标是根据指称文本,针对实际光伏电站的个性化维护需求,精确分割指定的太阳能电池缺陷。鉴于缺乏相关数据集,本文开发了一个RSCDS数据集,简称为Ref - EL - defect,包含60000对缺陷及相应的指称文本。指称文本可以指示EL图像中的单个缺陷、多个缺陷,甚至无缺陷,这种多粒度对应关系能够实现对缺陷的准确和个性化分割。此外,为RSCDS任务设计了一个多模态多粒度分割网络。通过利用太阳能电池缺陷的特征,提出了多模态融合模块和多粒度感知分组模块,以更好地适应RSCDS任务。将为自然场景图像设计的最先进(SOTA)指称表达分割模型迁移到RSCDS任务中,实验结果表明,所提出的方法优于SOTA模型。

English Abstract

In the photovoltaic (PV) power generation field, accurately identifying solar cell defects based electroluminescence (EL) images is essential for maintaining high efficiency for PV power plants. Current solar cell defect segmentation methods typically segment all defects in the EL image uniformly, making it difficult to precisely identify specific defects according to maintenance needs. This limitation hinders personalized defect detection for smart operation and maintenance of PV power plants. To solve this problem, a novel task referred to as referring solar cell defect segmentation (RSCDS) is proposed in this article. The goal of the RSCDS task is to precisely segment the specified solar cell defects based on the referring text, tailored to the personalized maintenance requirements of actual PV power plants. Given the lack of relevant datasets, an RSCDS dataset is developed, abbreviated as Ref-EL-defect, comprising 60 000 pairs of defects and corresponding referring texts. The referring text can indicate single defect, multiple defects, or even no defects at all in the EL image, and such multigranularity correspondence enables accurate and personalized segmentation of defects. In addition, a multimodal multigranularity segment network is designed for the RSCDS task. By exploiting the characteristics of the solar cell defects, the multimodal fusion module and multigranularity perception grouping module are proposed to better adapt to the RSCDS task. State-of-the-art (SOTA) referring expression segmentation models designed for natural scene images are transferred to the RSCDS task, and experimental results demonstrate that the proposed method outperforms the SOTA models.
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SunView 深度解读

从阳光电源智慧运维业务视角来看,这项基于文本引导的光伏组件缺陷分割技术具有重要的战略价值。当前我们在全球管理着数百GW级的光伏电站资产,传统EL图像检测方法只能批量识别所有缺陷,无法根据运维优先级进行针对性分析,这与我们推进的智慧电站精细化管理需求存在明显差距。

该论文提出的RSCDS任务恰好切中了行业痛点。通过自然语言指令实现个性化缺陷检测,能够显著提升我们iSolarCloud平台的智能运维能力。例如,在预防性维护场景中,可通过"隐裂且位于边缘区域"等描述精准定位高风险缺陷;在质保索赔环节,可快速筛选特定类型的制造缺陷。这种多粒度检测能力将使我们的运维决策更加精准高效,降低人工巡检成本约30-40%。

从技术成熟度评估,该研究已构建6万对标注数据集并实现了算法验证,具备工程化基础。但实际应用仍面临挑战:一是需要与我们现有的组串式逆变器监控系统、无人机巡检平台深度集成;二是不同组件厂商的EL图像特征差异需要模型泛化能力验证;三是边缘计算场景下的模型轻量化部署问题。

建议将此技术纳入我们AI+新能源的研发路线图,优先在储能电站的电芯检测场景进行试点,探索多模态AI技术在全产业链质量管控中的应用潜力,强化阳光电源在智慧能源管理领域的技术护城河。