JP2019140886A - 太陽電池モジュール劣化診断システム - Google Patents

Abstract

【課題】故障箇所のない太陽電池モジュールの情報を必要とせずに、太陽電池モジュールの故障箇所を精確に特定し、かつ特定能率の高い故障診断方法等を提供する。【解決手段】劣化診断する太陽電池モジュール１とパワーコンディショナ２との接続を切り離し、印加電源制御装置９により定電圧電源３を制御し太陽電池モジュール１に対応した最適な印加電圧、電流を生成し、印加電源切替装置１０を介して無人航空機７の飛行に合わせ印加する太陽電池モジュール１を切替え、太陽電池モジュール１にエレクトロルミネセンス発光を発生させ、これを送受信機８で飛行する無人航空機７に搭載する近赤外線カメラ４により撮影し、これをパソコン５に蓄積し、パソコン５内の画像解析プログラム６により太陽電池モジュール１の劣化状況を特定する。高所作業車等からの撮影可能な小規模太陽光発電設備の場合は、作業者が高所作業車に乗って撮影する。【選択図】図１

Description

本発明は太陽光発電設備の点検保守業務で使用する太陽電池モジュールの劣化状況を特定する診断装置に関する。

地球環境保護の世界的な動きにより、大量の太陽光発電設備が設置されている。施工不良や経年劣化による太陽電池の出力低下などの故障や不具合の事例が数多く報告されている。そこでこれまでに太陽電池の故障診断方法が開発されてきている。

例えば特許文献１記載の手法は、太陽電池モジュールを直列に接続した太陽電池ストリングの故障診断方法であるが、故障箇所のない太陽電池ストリングの一方の端に信号発生器及び波形観測装置を接続し、太陽電池ストリングの他方の端は開放端とする第１接続形態と、故障箇所診断対象である太陽電池ストリングの一方の端に信号発生器及び波形観測装置を接続する第２接続形態において、第１接続形態における波形観測装置による観測信号（太陽電池ストリングから反射される出力信号）と第２接続形態における波形観測装置による観測信号との差信号波形の立ち上がり及び立下がりが閾値を越える時間をそれぞれＴ_ａ及びＴ_ｂとし、第２接続形態において、信号発生器から開放端までの距離をＬ_Ａとし、信号発生器から故障箇所までの距離Ｌ_Ｃを、Ｌ_Ｃ＝（Ｔ_ａ／Ｔ_ｂ）×Ｌ_Ａにより求めるものである。

特開２００９−２１３４１号 公報

特許文献１記載の方法では、第２接続形態における故障箇所診断対象である太陽電池ストリングからの観測信号だけでなく、第１接続形態における故障箇所のない太陽電池ストリングからの観測信号も必要となる。すなわち、比較対象となる太陽電池ストリングの用意が必要となる。

しかしながら、一般に、実際に設置された太陽電池ストリングの観測信号は、設置環境に大きく影響される。そのため、例えば、経年劣化した太陽電池ストリングの故障診断を行う場合、比較対象となる太陽電池ストリングを用意することは困難である。

しかも、太陽電池モジュール内の故障箇所を特定する故障診断には、太陽電池ストリングの故障の有無や何枚目の太陽電池モジュールが故障しているかを診断する故障診断の場合と比べて、さらに課題が存在する。なお、以下では複数の太陽電池セルを直列に接続して基板に固定したものを「太陽電池モジュール」という。また、複数の太陽電池モジュールを直列に接続したものを「太陽電池ストリング」という。

太陽電池モジュールの故障診断に特有の第１の課題は、故障診断方法に高い分解能が要求されることにある。１枚の太陽電池モジュールを有する太陽電池モジュールの故障診断の場合、複数の太陽電池モジュールを有する太陽電池ストリングの故障診断よりも信号の伝送距離が短い。そのため、短い観測信号が得られる。したがって、非常に高速なパルス発生／波形観測装置を用意しない限り、隣接する太陽電池セルの故障が区別できない。

また、１ストリング単位毎の測定となり、メガソーラ等の大規模な太陽光発電システムの測定の場合、多くの時間と稼動を要する。

よって、本発明は、故障箇所のない太陽電池モジュールの情報を必要とせずに、太陽電池モジュールの劣化状況を精確に特定し、かつ作業能率の高い劣化診断システムを提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明に係る太陽電池モジュール劣化診断システムは、複数の太陽電池ストリングに電圧を印加し、エレクトロルミネセンス発光される定電圧電源装置と、前記エレクトロルミネセンス発光を撮影する近赤外線カメラと、前記近赤外線カメラからの撮影画像を蓄積、画像処理するパソコンと、前記電子計算機内で撮影画像で太陽電池モジュールの劣化診断をする画像解析プログラムと、を有することを特徴とする。

前記近赤外線カメラを搭載する無人航空機と、前記無人航空機を飛行コントロールし、前記近赤外線カメラからの撮影データを受信し、前記電子計算機へ送信する送受信機と、を有することを特徴とする。

それぞれの太陽電池モジュールに最適な印加電圧、電流となるように定電圧電源を制御する印加電源制御装置を有することを特徴とする。

それぞれの太陽電池モジュールに最適なバイパスダイオードの試験電圧、電流となるように定電圧電源を制御する印加電源制御装置を有することを特徴とする。

任意の太陽電池ストリングへの電源印加を可能にする印加電源切替装置を有することを特徴とする。

前記画像解析プログラムに経年比較データを表示することを特徴とする。

劣化診断する太陽光発電設備上に前記近赤外線カメラによる撮影で識別できるマークを設置することを特徴とする。

複数の太陽電池ストリングに接続して、エレクトロルミネセンス発光させ、近赤外線カメラによる撮影画像を画像解析することにより、劣化太陽電池モジュールを特定することができる。メガソーラ設備等の大規模な太陽光発電設備においても、能率良く太陽電池モジュールの劣化状況が特定可能である。また、太陽電池ストリングへの最適な試験電圧、電流の印加により太陽電池モジュールのバイパスダイオードの点検も可能である。

本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール劣化診断システムの全体構成を示す図である。 太陽光発電設備の回路接続図である。 本発明実施時の回路接続図である。 太陽電池モジュールの構成を示す図である。 印加電源制御装置による電圧波形の１例 印加電圧切替装置の構成を示す図である。 エレクトロルミネセンス発光強度と太陽電池モジュールの劣化度合の関係を示す図である。 前記近赤外線カメラによりエレクトロルミネセンス発光を撮影した画像例を示す図である。 太陽電池モジュールの劣化状況を経年比較した表示例を示す図であるである。 太陽電池モジュールのバイパスダイオード点検時の回路接続図である。 太陽光発電設備上への近赤外線カメラによる撮影で識別できるマークの設置例を示す図である。

以下、本発明に係る太陽電池モジュール劣化診断システムについて図に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール劣化診断システムの全体構成を示す図である。

図１に示すように太陽電池モジュール劣化診断システムは、劣化診断する太陽電池モジュール１とパワーコンディショナ２との接続を切り離し、太陽電池モジュール側に接続する定電圧電源３と、太陽電池モジュール１のエレクトロルミネセンス発光を撮影する近赤外線カメラ４と、近赤外線カメラ４の撮影データを蓄積、処理するパソコン５と、前記撮影データを画像処理する画像解析プログラム６と、太陽電池モジュール１の上空で撮影するために近赤外線カメラ４を搭載する無人航空機７、無人航空機７を操縦し、近赤外線カメラ４の撮影データをリアルタイムで受信し、パシコン５に送信する送受信機８とからなる。

図２は太陽光発電設備の回路接続図である。図２に示すようにパワーコンディショナ２の許容入力電圧の範囲内で太陽電池モジュール１が直列に接続された太陽電池ストリング９を、パワーコンディショナ２の許容入力電流の範囲内で並列にパワーコンディショナ２に接続されている。

図３は本発明の実施時の回路接続図である。図３に示すとおり、パワーコンディショナ２と各太陽電池ストリング９との間の接続を切り離し、定電圧電源３を太陽電池ストリング１１と接続し、定電圧電源３から太陽電池モジュールの公称開放電圧の範囲内、及び公称最大出力動作電流の範囲内で電源供給しエレクトロルミネセンス発光を生じさせる。

図４は太陽電池モジュール１の構成を示しており、太陽電池モジュール１は太陽電池モジュールの基本単位であるセル１０を直列接続し、その直列接続したものをバイパスダイオード１３により接続している。

太陽電池ストリング１１には、直列接続されている太陽電池モジュール１の直列接続数に比例した高圧直流電圧を印加する必要があり、現地でのヒューマンエラーを無くすため、定電圧電源３に印加電源制御装置９を接続し、それぞれの太陽電池モジュール１に最適な電圧、電流で、かつ図５に示すように滑らかな変化をする印加電圧、電流となるように制御する。

図６は印加電源切替装置の構成を表しており、ストリング単位のヒューズ１５により故障時の異常電流から保護し、切替スイッチ１４により電圧印加する太陽電池ストリング１１を切り替える。無人航空機７は搭載しているバッテリ容量により飛行時間が２０分程度と限られているが、無人航空機７の飛行に合わせ印加切替スイッチ１４により電圧印加する太陽電池ストリング１１を順次切替えることで、１回の飛行で格段に多くの太陽電池モジュール１１の撮影が可能になる。

エレクトロルミネセンス発光は近赤外線帯であり、日中の太陽光の影響を避けるため、日没後に近赤外線カメラ４で撮影する。

図７にエレクトロルミネセンス発光強度と太陽電池モジュール１内のセル１２の劣化の関係を示す。セル１２の劣化度合が大きい程、エレクトロルミネセンス発光の強度は弱くなる。

図８は前記の撮影画像の１例である。セル１２の劣化度合により発光強度の強弱が確認でき、これをパソコン５内に記憶し、画像解析プログラム６により太陽電池モジュール１の劣化を特定する。

図９は特定した劣化状況を経年比較した表示例である。図７に示すとおり、経年的に比較することにより太陽電池モジュール１の点検業務等の開始判断が容易になる。

近赤外線の発光状況の撮影は、太陽電池モジュール１の上部から撮影する必要があり、通常は小規模な太陽光発電設備では高所作業車を使用して撮影可能である。

高所作業車が走行することが難しいメガソーラ等の大規模な太陽光発電設備の場合は、無人航空機７に近赤外線カメラ４を搭載し、送受信機８の操縦により全ての太陽光モジュール１を漏れなく撮影できる飛行ルートを飛行する。同時に近赤外線カメラ４の撮影データを送受信機８を通してパソコン５に蓄積する。

また太陽電池モジュール１を図１０のように接続し、印加する電流をバイパスダイオード１３の短絡電流近傍となるように制御することでバイパスダイオード１３の点検が可能になる。

図３の回路設定及び前記無人航空機７による空中撮影のみでメガソーラ設備等の大規模太陽光発電設備の太陽電池モジュール１の劣化特定が可能なことから、作業能率の高い点検業務を実現できる。また図１０の回路設定により太陽電池モジュール１のバイパスダイオード１３の点検ができる。

図１１は太陽光発電設備上への近赤外線カメラ４による撮影で識別できるマーク１７の設置例を示す図である。太陽電池アレイ１６上に識別マーク１７を設置し、近赤外線カメラ４の撮影データからのマーク情報により太陽電池モジュール１の特定精度が向上する。

本太陽電池モジュール劣化診断システムは太陽光発電設備の点検、保守業務に利用可能である。

１ 太陽電池モジュール
２ パワーコンディショナ
３ 定電圧電源
４ 近赤外線カメラ
５ パソコン
６ 画像解析プログラム
７ 無人航空機
８ 送受信機
９ 印加電源制御装置
１０ 印加電源切替装置
１１ 太陽電池ストリング
１２ セル
１３ バイパスダイオード
１４ 切替スイッチ
１５ ヒューズ
１６ 太陽電池アレイ
１７ 識別マーク

Claims (6)

1. 太陽光発電設備の点検保守業務で使用する太陽電池モジュール劣化診断システムであって
   複数の太陽電池ストリングに電圧印加し、エレクトロルミネセンス発光させる定電圧電源装置と、
   前記エレクトロルミネセンス発光を撮影する近赤外線カメラと、
   前記近赤外線カメラによる撮影画像を蓄積、画像処理するパソコンと、
   前記パソコン内に格納された撮影画像で太陽電池モジュールの劣化診断をする画像解析プログラムと、を有することを特徴とする太陽電池モジュール劣化診断システム。
2. 請求項１記載の構成装置と、
   前記近赤外線カメラを搭載する無人航空機と、
   前記無人航空機を飛行コントロールし、前記近紫外線カメラからの撮影データを受信し、前記電子計算機へ送信する送受信機と、を有することを特徴とする太陽電池モジュール劣化診断システム。
3. 請求項１及び請求項２記載の構成装置と前記太陽電池モジュールへの印加電圧、電流を制御する印加電源制御装置を有することを特徴とする太陽電池モジュール劣化診断システム。
4. 請求項１及び請求項２記載の構成装置と前記太陽電池モジュールへの印加電源を切替接続できる印加電源切替装置を特徴とする太陽電池モジュール劣化診断システム。
5. 前記画像解析プログラムに経年比較データを表示することを特徴とする請求項１及び請求項２記載の太陽電池モジュール劣化診断システム。
6. 太陽光発電設備上に前記近赤外線カメラによる撮影で識別できるマークを設置することを特徴とする請求項１及び請求項２記載の太陽電池モジュール劣化診断システム。