JP6113220B2 - 太陽電池検査装置および太陽電池検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池に使用されているバイパスダイオードの検査を実行する太陽電池検査装置および太陽電池検査方法に関するものである。

この種の太陽電池検査装置の一例として、下記の特許文献１に開示された太陽電池検査装置（パワーコンディショナ）が知られている。この太陽電池検査装置は、太陽電池アレイと接続されており、太陽電池アレイを流れる電流の電流値を検出して検出値を出力する電流センサ、太陽電池アレイの両端子間の電圧を検出して検出値を出力する電圧センサ、入力コンデンサ、電流センサ及び電圧センサの検出値に基づいて、太陽電池アレイの出力電力が最大になる点を追従するＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御を行うＭＰＰＴ制御部、太陽電池アレイから出力された直流電流を交流電流に変換して負荷へ出力するためのＤＣ−ＡＣインバータ、商用電源からの交流電流を直流電流に変換するＡＣ−ＤＣコンバータ、発電時と診断時とで配線の切り替えを行うための２つのスイッチ、太陽電池アレイおよび太陽電池アレイのバイパスダイオードの診断処理の制御を行うＣＰＵ、及び各種情報を記憶したメモリを含んで構成されている。

この場合、入力コンデンサは、発電時の入力コンデンサとして機能するだけでなく、診断時には、太陽電池アレイのＩ−Ｖ特性およびバイパスダイオードのＩ−Ｖ特性を取得するために、その放電特性が利用される。また、電流センサ及び電圧センサは、ＭＰＰＴ制御に用いられる電流及び電圧を検出する機能だけでなく、診断時には、太陽電池アレイのＩ−Ｖ特性を取得するための電流及び電圧を検出するためのセンサとしても用いられる。

この特許文献１に開示された太陽電池検査装置では、太陽光発電システムが発電していない時間帯に予め定められた診断時期において、発電用配線側に接続されていた一方のスイッチを中立にして太陽電池アレイと太陽電池検査装置（パワーコンディショナ）との接続を切り、ＤＣ−ＡＣインバータ側に接続されていた他方のスイッチをＡＣ−ＤＣコンバータ側に切り替える。そして、商用電源からの交流電流をＡＣ−ＤＣコンバータで変換した直流電流で入力コンデンサを充電する。この充電に際して、特にバイパスダイオードのＩ−Ｖ特性を取得する場合には、放電時にバイパスダイオードの順方向へ放電されるように充電する。充電完了後は、他方のスイッチを中立にして入力コンデンサとＡＣ−ＤＣコンバータとを切り離す。

次に、検査対象とするバイパスダイオードを含む太陽電池ストリングスを発電用配線側から診断用配線側に切り替える。次いで、一方のスイッチを診断用配線側へ接続し、充電された入力コンデンサを放電させる。そして、この放電時の電流値及び電圧値を電流センサ及び電圧センサから取得して、取得した電流値及び電圧値から検査対象とする太陽電池ストリングスについてのＩ−Ｖ特性を計測する。この場合、入力コンデンサを放電させた際の電流はバイパスダイオードの順方向に流れる電流であるため、太陽電池ストリングスに含まれているバイパスダイオードがすべて正常であるときのＩ−Ｖ特性と、太陽電池ストリングスに含まれているバイパスダイオードのいずれかがオープン状態で故障しているときのＩ−Ｖ特性とは相違する。

したがって、この特許文献１に開示された太陽電池検査装置によれば、メモリに記憶させる各種情報の１つとして、バイパスダイオードがすべて正常であるときのＩ−Ｖ特性を記憶させておき、メモリに記憶させたこの正常時のＩ−Ｖ特性と計測されたＩ−Ｖ特性とを比較することにより、バイパスダイオードのいずれかがオープン状態で故障しているか否かを診断することが可能となっている。

特開２０１１−６６３２０号公報（第７−９頁、第３図）

ところが、上記した太陽電池検査装置には、以下のような解決すべき課題が存在している。すなわち、この太陽電池検査装置には、太陽電池が発電していないとき（または、発電量が極めて少ないとき）にしか診断が行えないという課題が存在している。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、太陽電池が発電状態にあるときにおいても太陽電池を検査し得る太陽電池検査装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の太陽電池検査装置は、太陽電池およびバイパスダイオードを有する複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングにおける前記バイパスダイオードについてのオープン故障の有無を検査する太陽電池検査装置であって、前記太陽電池が発電状態のときに前記太陽電池ストリングから出力される出力電流の通過を許容する極性で当該太陽電池ストリングの正極および負極間に接続される一方向性素子と、前記一方向性素子が接続された前記太陽電池ストリングの前記正極および前記負極間に、当該正極の電位を基準として当該負極の電位が高電位となる電圧であって、複数の前記バイパスダイオードの順方向電圧の総和を上回る電圧値の試験電圧を印加可能な電圧印加部と、前記太陽電池ストリングに流れる電流を検出する電流検出部と、前記発電状態で、かつ前記太陽電池ストリングの前記正極および前記負極間に前記一方向性素子が接続されている短絡状態において前記電流検出部で検出された前記電流に基づいて当該太陽電池ストリングについての短絡電流の電流値を測定すると共に当該短絡電流の電流値よりも高い電流値を電流閾値として記憶する処理、および当該発電状態で、かつ当該短絡状態において前記試験電圧の印加時に前記電流検出部によって検出される前記電流に基づいて測定される最大電流値と前記電流閾値とを比較することにより、前記オープン故障の有無を検査する処理を実行する処理部とを備えている。

請求項２記載の太陽電池検査装置は、請求項１記載の太陽電池検査装置において、前記電圧印加部は、コンデンサおよび電流制限抵抗の直列回路、電源、並びに前記直列回路が前記電源に接続される充電接続状態と前記直列回路が前記太陽電池ストリングの前記正極および前記負極間に接続される放電接続状態とを切り替える切替部を備え、前記充電接続状態に切り替えるときに、前記切替部を制御して前記電源を前記直列回路に接続させて当該電源から出力される直流電圧で前記コンデンサを充電させ、前記放電接続状態に切り替えるときに、前記切替部を制御して前記直列回路を前記太陽電池ストリングの前記正極および前記負極間に接続させて、前記充電接続状態において充電された前記コンデンサの充電電圧を当該正極および当該負極間に前記試験電圧として印加させる。

請求項３記載の太陽電池検査装置は、請求項２記載の太陽電池検査装置において、前記処理部は、前記充電電圧が予め規定された上限電圧値に達するまで当該充電電圧を徐々に上昇させつつ前記試験電圧として印加させる制御を前記電圧印加部に対して実行する。

請求項４記載の太陽電池検査装置は、請求項１から４のいずれかに記載の太陽電池検査装置において、前記試験電圧の印加時に前記バイパスダイオードに流れる電流の上限値を制限する電流制限回路を備えている。
請求項５記載の太陽電池検査方法は、太陽電池およびバイパスダイオードを有する複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングにおける前記バイパスダイオードについてのオープン故障の有無を検査する太陽電池検査方法であって、前記太陽電池が発電状態のときに前記太陽電池ストリングから出力される出力電流の通過を許容する極性で当該太陽電池ストリングの正極および負極間に一方向性素子を接続した短絡状態において、前記太陽電池ストリングに流れる短絡電流を検出すると共に当該短絡電流の電流値よりも高い電流値を電流閾値として記憶させる処理と、当該発電状態で、かつ当該短絡状態において前記太陽電池ストリングの前記正極および前記負極間に、当該正極の電位を基準として当該負極の電位が高電位となる電圧であって、複数の前記バイパスダイオードの順方向電圧の総和を上回る電圧値の試験電圧の印加時に検出される前記電流に基づいて測定される最大電流値と前記電流閾値とを比較することにより、前記オープン故障の有無を検査する処理を実行する。

請求項１記載の太陽電池検査装置および請求項５記載の太陽電池検査方法では、一方向性素子によって短絡されている短絡状態において発電状態の太陽電池ストリングに流れる短絡電流を検出すると共にこの短絡電流の電流値よりも高い電流値を電流閾値として記憶し、発電状態で、かつこの短絡状態において太陽電池ストリングの正極および負極間に、正極の電位を基準として負極の電位が高電位となる電圧であって、バイパスダイオードの順方向電圧の総和を上回る電圧値の試験電圧を印加したときに電流検出部で検出される電流に基づいて測定される最大電流値と電流閾値とを比較して、バイパスダイオードについてのオープン故障の有無を検査する。

したがって、この太陽電池検査装置およびこの太陽電池検査方法によれば、太陽電池ストリングが発電状態にあり、その開放電圧が極めて高い電圧であっても、一方向性素子で短絡されることで、太陽電池ストリング内の複数のバイパスダイオードをオン状態に移行させるための試験電圧がこれらのバイパスダイオードの順方向電圧の総和よりも若干高い程度の低い電圧（上記の開放電圧と比べて極めて低い電圧）で済ますことができる。このため、太陽電池ストリングが発電状態であっても、バイパスダイオードについてのオープン故障の有無を確実かつ容易に検査することができる。

請求項２記載の太陽電池検査装置によれば、バイポーラ電源のような高価な電源を使用することなく、電圧印加部を、コンデンサおよび電流制限抵抗の直列回路と、電源（ユニポーラ電源）と、切替部（例えばスイッチ）とで、簡易に構成することができ、これにより、太陽電池検査装置を安価に製造することができる。

請求項３記載の太陽電池検査装置によれば、電圧印加部から太陽電池ストリングに印加される試験電圧を徐々に上昇させることができるため、例えば、電流検出部で検出されたこの試験電圧の印加の前後の電流を比較してバイパスダイオードが正常であることを検出した時点で、試験電圧の印加を中止することで、過度の試験電圧の印加に起因してバイパスダイオードが故障するという事態の発生を未然に防止することができる。
請求項４記載の太陽電池検査装置によれば、電流制限回路で制限するバイパスダイオードに流れる電流の上限値を、例えば、バイパスダイオードの尖頭順電流未満に規定することで、バイパスダイオードの数が様々な各種の太陽電池ストリングを検査対象とする場合であっても、過電流に起因したバイパスダイオードの故障を回避しつつ、検査対象とする太陽電池ストリングのうちのバイパスダイオードの数が最も多い太陽電池ストリング内のバイパスダイオードをオン状態に移行させ得る上限電圧を最初から試験電圧として印加することができる。したがって、一回の試験電圧の印加でバイパスダイオードのオープン故障の有無を検査することができるため、検査に要する時間を短縮することができる。

太陽電池検査装置１および太陽電池ストリング１２の各構成図である。 太陽電池アレイ１１および接続箱１３の各構成図である。 太陽電池検査装置１の動作および太陽電池検査方法を説明するためのフローチャートである。 太陽電池検査装置１の動作および太陽電池検査方法を説明するための波形図（バイパスダイオード２４が正常なときの波形図）である。 太陽電池検査装置１の動作および太陽電池検査方法を説明するための波形図（いずれかのバイパスダイオード２４がオープン故障しているときの波形図）である。 電流制限回路７を配置した際の太陽電池検査装置１の部分構成図である。

以下、太陽電池検査装置および太陽電池検査方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

最初に、太陽電池検査装置の構成について、図面を参照して説明する。

まず、図１に示す太陽電池検査装置としての太陽電池検査装置１の構成について説明する。

太陽電池検査装置１は、一方向性素子（例えば、ダイオードや、ダイオード接続されたトランジスタなど。本例では一例としてダイオード）２、電圧印加部３、電流検出部４、スイッチ５および処理部６を備えて、後述の太陽電池ストリング１２を検査対象としてその中に配設されているバイパスダイオード２４についてのオープン故障の有無を検査する。

ここで、太陽電池検査装置１の各構成要素についての具体的な説明の前に、太陽電池ストリング１２の概要について説明する。太陽電池ストリング１２は、例えば、ビルや住宅などの建物に設置されている図２に示すような太陽電池アレイ１１の構成単位であり、複数個で１つの太陽電池アレイ１１を構成している。また、複数の太陽電池ストリング１２は、例えば、接続箱１３内において、ブロッキングダイオード１４を介して並列接続されている。また、各太陽電池ストリング１２は、接続箱１３内に配設されたスイッチ１５により、他の太陽電池ストリング１２から切り離したり、並列接続状態に戻したりすることが可能になっている。

また、太陽電池ストリング１２は、図１，２に示すように、複数の太陽電池モジュール２１が直列接続されて構成され、さらに各太陽電池モジュール２１は、複数のクラスタ２２が直列接続されて構成されている。また、各クラスタ２２は、直列接続された複数の太陽電池セル（太陽電池）２３と、この直列接続された複数の太陽電池セル２３における全体としての出力端子間（クラスタ２２の出力端子間）に接続されたバイパスダイオード２４とを備えて構成されている。バイパスダイオード２４は、複数の太陽電池セル２３における全体としての正側の出力端子にカソード端子が接続され、負側の出力端子にアノード端子が接続されている。

この構成により、バイパスダイオード２４は、１つのクラスタ２２を構成する直列接続された複数の太陽電池セル２３内において、負側の出力端子から正側の出力端子に向かう電流（直流電流）が流れ難くなる状況（例えば、木陰に入るなどの状況）が生じたときに、他のクラスタ２２から流れ込む電流をバイパスさせることで、太陽電池ストリング１２からの電流（直流電流）の出力を継続させる。

次いで、太陽電池検査装置１の各構成要素について個別に説明する。ダイオード２は、図１に示すように、太陽電池セル２３が発電状態のときに太陽電池ストリング１２から出力される出力電流Ｉｏの通過を許容する極性（出力電流Ｉｏに対して順方向となる極性）で太陽電池ストリング１２の正極Ｐ１および負極Ｐ２間に接続される。本例では一例として、ダイオード２は電流検出部４およびスイッチ５と直列に接続され、これらの部材で構成される直列回路が、プローブＰＬ１，ＰＬ２などを介して、太陽電池ストリング１２の正極Ｐ１および負極Ｐ２間に接続される。出力電流Ｉｏを検出する電流検出部４は、一般的な電流計と基本構成は同じであることから、理想的には内部抵抗が極めてゼロオームに近い状態となっている。したがって、スイッチ５がオン状態に移行したときには、ダイオード２は、太陽電池ストリング１２を短絡させる。

電圧印加部３は、ダイオード２の両端子間に、ダイオード２のアノード端子の電位を基準としてカソード端子が高電位となる試験電圧Ｖｔｓｔを印加可能に構成されている。この構成により、電圧印加部３は、太陽電池ストリング１２に太陽電池検査装置１が接続されて、太陽電池検査装置１のダイオード２（具体的には、ダイオード２、電流検出部４およびスイッチ５の直列回路）によって太陽電池ストリング１２が短絡されているときには、太陽電池ストリング１２の正極Ｐ１および負極Ｐ２間に、正極Ｐ１の電位を基準として負極Ｐ２が高電位となる試験電圧Ｖｔｓｔを印加可能となっている。

また、本例では、電圧印加部３は、少なくとも初期電圧値Ｖｉｎｉから上限電圧値Ｖｍａｘまでの範囲内の電圧値で試験電圧Ｖｔｓｔを出力可能に構成されている。この場合、初期電圧値Ｖｉｎｉは、検査対象として想定される種々の太陽電池ストリング１２内に配設されているバイパスダイオード２４の順方向電圧をＶｆとし、この種々の太陽電池ストリング１２のうちのバイパスダイオード２４の数の最も少ない太陽電池ストリング１２でのバイパスダイオード２４の個数をｎ１個としたときに、直列に接続されたこの個数ｎ１のバイパスダイオード２４の順方向電圧Ｖｆの総和（電圧値：ｎ１×Ｖｆ）に、後述する電流制限抵抗３２での電圧降下分を加えた電圧値を若干上回る電圧値（つまり、この個数ｎ１のバイパスダイオード２４を同時にオン状態にさせ得る電圧値）である。また、上限電圧値Ｖｍａｘは、バイパスダイオード２４の数の最も多い太陽電池ストリング１２でのバイパスダイオード２４の個数をｎ２個としたときのこの個数ｎ２のバイパスダイオード２４の順方向電圧Ｖｆの総和（電圧値：ｎ２×Ｖｆ）を使用して算出される電圧値である。

具体的には、電圧印加部３は、図１に示すように、一例として、コンデンサ３１および電流制限抵抗（コンデンサ３１の放電時に流れる電流を大まかな電流値に制限する抵抗）３２の直列回路ＳＣと、電源（直流電源）３３と、切替部としての一対のスイッチ３４，３５（一極双投型のスイッチ）とを備えている。この場合、一例として、スイッチ３４，３５の各ｃ接点間に直列回路ＳＣが接続され、スイッチ３４のａ接点に電源３３の負極が接続され、スイッチ３５のａ接点に電源３３の正極が接続されている。また、スイッチ３４のｂ接点（電圧印加部３の出力端子として機能する部位）にダイオード２のアノード端子が接続され、スイッチ３５のｂ接点（電圧印加部３の出力端子として機能する部位）にダイオード２のカソード端子が接続されている。なお、スイッチ３４，３５は、例えばリレーなどの有接点スイッチで構成することもできるし、オフ・オンする際におけるチャタリングの発生を回避するためにトランジスタやサイリスタなどの半導体スイッチ（無接点スイッチ）で構成することもできる。

電源３３は、例えば可変電圧電源（ユニポーラ電源）で構成されて、処理部６によって制御されることにより、処理部６によって設定された電圧値で直流電圧Ｖ１を出力する。また、各スイッチ３４，３５は、処理部６によって制御されることにより、ｃ接点とａ接点とが接続される接続状態（充電接続状態）、およびｃ接点とｂ接点とが接続される接続状態（放電接続状態）のうちの一方の接続状態に選択的に切り替えられる。

この構成により、電圧印加部３では、各スイッチ３４，３５が処理部６によって制御されて充電接続状態に切り替えられたときには、直列回路ＳＣを構成するコンデンサ３１が、電源３３から出力される直流電圧Ｖ１によってこの直流電圧Ｖ１の電圧値（この電圧値についても符号Ｖ１で表し、以下、電圧値Ｖ１という）と同じ電圧値Ｖ１に充電される。また、電圧印加部３は、この状態で各スイッチ３４，３５が処理部６によって制御されて放電接続状態に切り替えられたときには、コンデンサ３１に充電されている直流電圧Ｖ１を、ダイオード２間（つまり、スイッチ５がオン状態のときには、ダイオード２によって短絡される太陽電池ストリング１２間）に、上記の極性で試験電圧Ｖｔｓｔとして印加する。なお、電源３３については、上記のようにコンデンサ３１を充電させるだけの電力を供給できればよいため、例えば、乾電池と昇圧回路とを組み合わせて、簡易に構成することもできる。

電流検出部４は、上記のように、ダイオード２およびスイッチ５と直列に接続された状態で、太陽電池ストリング１２の正極Ｐ１および負極Ｐ２間にプローブＰＬ１，ＰＬ２を介して接続される。この電流検出部４は、例えば電流電圧変換回路を備えて構成されて、通過する電流を検出して電圧に変換し、この変換した電圧を電圧信号Ｓｉ（通過する電流の電流値に比例して電圧値が変化する信号）として処理部６に出力する。

スイッチ５は、例えば、トランジスタやサイリスタなどの半導体スイッチ（無接点スイッチ）で構成されて、オフ・オンする際におけるアークの発生が回避されている。また、スイッチ５は、処理部６によって制御されることにより、オン状態およびオフ状態のうちの一方の状態に選択的に切り替えられる。また、スイッチ５は、上記のように、ダイオード２および電流検出部４と直列に接続された状態で、太陽電池ストリング１２の正極Ｐ１および負極Ｐ２間にプローブＰＬ１，ＰＬ２を介して接続される。

処理部６は、例えば、Ａ／Ｄ変換器、メモリおよびＣＰＵなどを備えて、電圧印加部３に対する制御処理（具体的には、電源３３に対して直流電圧Ｖ１の電圧値Ｖ１を設定する処理および直流電圧Ｖ１の出力の開始・停止を制御する処理、並びに各スイッチ３４，３５を切り替える処理）と、電流検出部４から出力される電圧信号Ｓｉに基づいて電流検出部４に流れる電流の電流波形を測定する波形測定処理と、スイッチ５に対する制御処理（スイッチ５を切り替える処理）と、検査対象として太陽電池検査装置１にプローブＰＬ１，ＰＬ２を介して接続されている太陽電池ストリング１２のバイパスダイオード２４について検査する（バイパスダイオード２４についてのオープン故障の有無を検査する）バイパスダイオード検査処理５０（図３参照）とを実行可能に構成されている。なお、処理部６のメモリには、上記の初期電圧値Ｖｉｎｉ、上記の上限電圧値Ｖｍａｘ、および直流電圧Ｖ１の電圧値Ｖ１を徐々に上昇させる（本例では一例として、段階的に上昇させる）際の変更幅（単位電圧ΔＶ）が予め記憶されている。

また、処理部６は、バイパスダイオード検査処理５０の結果を出力する出力処理についても実行可能に構成されている。この出力処理では、太陽電池検査装置１にディスプレイ装置などの出力装置を設けて、この出力装置に検査の結果を出力したり、太陽電池検査装置１の外部に設けられた他の装置に対して検査の結果を出力したりすることができる。

次に、太陽電池検査装置１を用いて太陽電池ストリング１２のバイパスダイオード２４を検査する際の太陽電池検査装置１の動作を、太陽電池検査方法と併せて図３を参照して説明する。なお、太陽電池ストリング１２の各太陽電池セル２３は正常であるものとする。

建物に設置されている太陽電池アレイ１１を構成している複数の太陽電池ストリング１２のバイパスダイオード２４について検査する際には、この太陽電池アレイ１１が接続されている接続箱１３内の各スイッチ１５のうちの検査対象として太陽電池検査装置１に接続する１つの太陽電池ストリング１２に対応するスイッチ１５をオン状態からオフ状態に切り替えて、他の太陽電池ストリング１２から切り離し、この切り離された状態の１つの太陽電池ストリング１２の正極Ｐ１および負極Ｐ２間にプローブＰＬ１，ＰＬ２を介して太陽電池検査装置１を接続するという操作を、全ての太陽電池ストリング１２のバイパスダイオード２４についての検査が完了するまで繰り返す。

太陽電池検査装置１では、検査対象とする１つの太陽電池ストリング１２（検査対象とするバイパスダイオード２４を含む太陽電池ストリング１２）がプローブＰＬ１，ＰＬ２を介して接続されている状態において、図３に示すバイパスダイオード検査処理５０を実行する。

このバイパスダイオード検査処理５０では、処理部６は、まず、太陽電池ストリング１２を短絡させる処理を実行する（ステップ５１）。この処理では、処理部６は、スイッチ５に対する制御処理を実行して、初期状態においてオフ状態となっているスイッチ５をオン状態に切り替える。これにより、オン状態のスイッチ５および内部抵抗が極めてゼロオームに近い状態の電流検出部４と共に、太陽電池ストリング１２からの出力電流Ｉｏの通過を許容する極性のダイオード２が、プローブＰＬ１，ＰＬ２を介して太陽電池ストリング１２の正極Ｐ１および負極Ｐ２間に直列に接続される。このため、太陽電池ストリング１２は、ダイオード２、電流検出部４およびスイッチ５の直列回路によって短絡される。

次いで、処理部６は、この短絡状態において太陽電池ストリング１２から出力される出力電流Ｉｏ（短絡状態での出力電流Ｉｏであることから、特に短絡電流Ｉｓともいう）を測定する処理を実行する（ステップ５２）。具体的には、処理部６は、この処理において、まず、波形測定処理を実行して、電流検出部４から出力される電圧信号Ｓｉに基づいて電流検出部４に流れている短絡電流Ｉｓの電流波形（図４参照）を測定して記憶する。次いで、処理部６は、この記憶した電流波形に基づいて短絡電流Ｉｓの電流値を測定し、この測定した電流値よりも若干高い電流値（例えば、数％程度高い電流値）を、バイパスダイオード２４の検査の際に使用する電流閾値Ｉｔｈ（図４参照）として記憶する。この場合、１回のバイパスダイオード検査処理５０に要する時間（実質的にコンデンサ３１の放電波形が観測できればよいため、短絡電流Ｉｓの測定に要する時間を含め、数ｍｓ〜数１０ｍｓ）のように日照状態の変化に要する時間と比較して十分に短い時間においては、太陽電池アレイ１１に対する日照量はほぼ一定とみなすことができる。このため、短絡電流Ｉｓは、図４において実線で示すように、その電流値がほぼ一定で推移する直流電流の電流波形となる。

なお、バイパスダイオード検査処理５０を実行する都度、電流閾値Ｉｔｈを測定して記憶する構成を採用することにより、太陽電池アレイ１１に対する日射量（つまり、太陽電池ストリング１２に対する日射量）の増減に応じて電流閾値Ｉｔｈを増減させることができるため、この電流閾値Ｉｔｈを後述するように使用するバイパスダイオード２４の検査の精度を向上させることが可能になっている。

続いて、処理部６は、電圧印加部３に対する制御処理を実行して、電源３３から出力される直流電圧Ｖ１の電圧値Ｖ１を初期電圧値Ｖｉｎｉに設定する（ステップ５３）。

次いで、処理部６は、電圧印加部３に対する制御処理を実行して、コンデンサ３１を直流電圧Ｖ１に充電する（ステップ５４）。具体的には、このステップ５４では、処理部６は、まず、各スイッチ３４，３５を切り替える処理を実行して、コンデンサ３１および電流制限抵抗３２の直列回路ＳＣを電源３３に接続し、次いで、電源３３に対して直流電圧Ｖ１の出力を開始させる。これにより、コンデンサ３１は、直流電圧Ｖ１（スイッチ３４側の端子の電位を基準として、スイッチ３５側の端子が電圧値Ｖ１だけ高電位となる状態）に充電される。

続いて、処理部６は、電圧印加部３に対する制御処理を実行して、コンデンサ３１をダイオード２側に接続して放電させると共に、このコンデンサ３１の放電時に電流検出部４に流れる電流の最大電流値（ピーク値）Ｉｐを測定する（ステップ５５）。具体的には、このステップ５５では、処理部６は、各スイッチ３４，３５を切り替える処理を実行して、コンデンサ３１および電流制限抵抗３２の直列回路ＳＣをダイオード２に接続する。これにより、コンデンサ３１に充電されている直流電圧Ｖ１が、アノード端子の電位を基準としてカソード端子の電位が高電位となる状態でダイオード２に印加され、ひいてはこのダイオード２によって短絡されている太陽電池ストリング１２に試験電圧Ｖｔｓｔとして印加される。また、処理部６は、この試験電圧Ｖｔｓｔの印加後に、電圧印加部３に対する制御処理を実行して、電源３３に対して直流電圧Ｖ１の出力を停止させる。

また、処理部６は、この試験電圧Ｖｔｓｔの印加の開始から予め規定された時間だけ、波形測定処理を実行して、電流検出部４から出力される電圧信号Ｓｉに基づいて電流検出部４に流れている電流の電流波形を測定し、この電流波形に基づいて、電流検出部４に流れている電流の最大電流値（ピーク値）Ｉｐを測定して記憶する。

次いで、処理部６は、測定したピーク値Ｉｐと、ステップ５２において記憶した電流閾値Ｉｔｈとを比較する（ステップ５６）。

この場合、試験電圧Ｖｔｓｔは、図１に示すように、太陽電池ストリング１２内の複数のバイパスダイオード２４全体に対して、カソード端子に対してアノード端子が高電位となる極性で印加される（順方向で印加される）。このため、試験電圧Ｖｔｓｔが検査中の太陽電池ストリング１２内の複数のバイパスダイオード２４の順方向電圧値Ｖｆの総和を上回る電圧値であって（第１条件）、かつこれらのバイパスダイオード２４がすべて正常であるとき（第２条件）には、試験電圧Ｖｔｓｔの印加により、これらのすべてのバイパスダイオード２４がオン状態に移行する。

したがって、この際には、コンデンサ３１に充電されている電荷が、電圧印加部３から太陽電池ストリング１２の負極Ｐ２、太陽電池ストリング１２の直列接続されたオン状態の各バイパスダイオード２４、太陽電池ストリング１２の正極Ｐ１、オン状態のスイッチ５および電流検出部４２を介して電圧印加部３に至る電流経路に流れ、これに伴い、試験電圧Ｖｔｓｔの印加の直後の期間において、図４に示すように、電流検出部４に流れる電流の電流波形に短絡電流Ｉｓの電流波形を超えるピークが現れる。また、上記したように、電流閾値Ｉｔｈがこの短絡電流Ｉｓの電流値よりも若干だけ高い電流値に規定されていることから、このピークについてのピーク値Ｉｐは、殆どの場合、この電流閾値Ｉｔｈを上回る状態となる。

このため、処理部６は、このステップ５６での比較の結果、ピーク値Ｉｐが電流閾値Ｉｔｈを上回る状態となったことを検出したときには、検査中の太陽電池ストリング１２内のすべてのバイパスダイオード２４が正常であると判別し、出力処理を実行して、バイパスダイオード２４が正常である旨の検査結果を出力する（ステップ５７）。なお、充電されている電荷の放電の結果、コンデンサ３１の電圧がバイパスダイオード２４の順方向電圧値Ｖｆの総和以下となったときには、すべてのバイパスダイオード２４がオン状態からオフ状態に戻ることから、電流検出部４には流れる電流は、図４に示すように、太陽電池ストリング１２からの短絡電流Ｉｓだけとなる。この場合、コンデンサ３１に残存している電荷はこの短絡電流Ｉｓの一部として流れ（コンデンサ３１の放電は継続され）、コンデンサ３１の電圧は、次第に減少してほぼゼロボルト（具体的には、ダイオード２の順方向電圧）に至る。

処理部６は、このステップ５７の実行後は、スイッチ５に対する制御処理を実行して、スイッチ５をオフ状態（初期状態）に切り替える。これにより、ダイオード２、電流検出部４およびスイッチ５の直列回路による太陽電池ストリング１２の短絡が解除されて（ステップ５８）、バイパスダイオード検査処理５０が完了する。

一方、ステップ５６での比較の結果、ピーク値Ｉｐが電流閾値Ｉｔｈ以下となっていることを検出したとき（実際には、短絡電流Ｉｓ以下のピークは観測できないため、ピークが現れない短絡電流Ｉｓのみが観測されたとき）には、処理部６は、上記した第１条件が満たされていない、つまり試験電圧Ｖｔｓｔが太陽電池ストリング１２内の複数のバイパスダイオード２４の順方向電圧値Ｖｆの総和に達していないと判別して、現在の電圧値Ｖ１にメモリに記憶されている単位電圧ΔＶを加算して得られる電圧値を直流電圧Ｖ１ついての新たな電圧値Ｖ１の候補として算出する（ステップ５９）。なお、この場合には、図５に示すように、破線で示すコンデンサ３１の放電に起因して発生する電流は、短絡電流Ｉｓの一部として流れるため、コンデンサ３１の放電状態においても、電流検出部４で検出される電流は、太陽電池ストリング１２からの短絡電流Ｉｓだけとなっている。また、コンデンサ３１は放電されて、その電圧は次第に減少してほぼゼロボルト（具体的には、ダイオード２の順方向電圧）に至る。

また、処理部６は、このようにして、より高い新たな電圧値Ｖ１を算出したときには、この新たな電圧値Ｖ１と、メモリに記憶されている上限電圧値Ｖｍａｘとを比較して、電圧値Ｖ１が上限電圧値Ｖｍａｘを上回っていないか否かを判別する（ステップ６０）。この結果、電圧値Ｖ１が上限電圧値Ｖｍａｘを上回っていないとき（Ｖ１＞Ｖｍａｘではないとき）には、処理部６は、上記したステップ５４に移行して、電圧印加部３に対する制御処理を実行することで、コンデンサ３１を新たな電圧値Ｖ１の直流電圧Ｖ１で充電する。

その後、処理部６は、ステップ５４、ステップ５５、ステップ５６、ステップ５９およびステップ６０を繰り返し実行しつつ、ステップ５９において算出する新たな電圧値Ｖ１が、ステップ６０での比較において上限電圧値Ｖｍａｘを上回るまでの間に、ステップ５６での比較の結果が「ピーク値Ｉｐが電流閾値Ｉｔｈを上回る」との比較結果となったときには、検査中の太陽電池ストリング１２内のすべてのバイパスダイオード２４が正常であると判別すると共にその検査結果を出力し（ステップ５７）、太陽電池ストリング１２の短絡を解除して（ステップ５８）、バイパスダイオード検査処理５０を完了させる。

また、処理部６は、ステップ５４、ステップ５５、ステップ５６、ステップ５９およびステップ６０を繰り返し実行している状態において、ステップ５６での比較の結果が「ピーク値Ｉｐが電流閾値Ｉｔｈを上回る」との比較結果となる前に、ステップ５９で算出する新たな電圧値Ｖ１が、ステップ６０での比較において上限電圧値Ｖｍａｘを上回ったことを検出したときには、検査中の太陽電池ストリング１２内の少なくとも１つのバイパスダイオード２４がオープン故障であると判別し、出力処理を実行して、その旨の検査結果を出力する（ステップ６１）。

この際にオープン故障であると判別する理由としては、上記した第１条件が満たされている（つまり、検査対象として想定されている太陽電池ストリング１２のうちのバイパスダイオード２４の個数が最大（ｎ２個）の太陽電池ストリング１２であっても、上限電圧値Ｖｍａｘは、これらのバイパスダイオード２４の順方向電圧Ｖｆの総和（ｎ２×Ｖｆ）を上回っている）にも拘わらず、バイパスダイオード２４がオン状態に移行しないのは、上記した第２条件（バイパスダイオード２４がすべて正常であるとの条件）が満たされていない、つまり、検査中の太陽電池ストリング１２内の少なくとも１つのバイパスダイオード２４がオープン故障だからである。この場合、コンデンサ３１の電荷は短絡電流Ｉｓの一部として流れ、コンデンサ３１の電圧は、次第に低下してほぼゼロボルト（具体的には、ダイオード２の順方向電圧）に至る。

処理部６は、このステップ６１の実行後は、スイッチ５に対する制御を実行して、スイッチ５をオフ状態（初期状態）に切り替える。これにより、ダイオード２、電流検出部４およびスイッチ５の直列回路による太陽電池ストリング１２の短絡が解除されて（ステップ５８）、バイパスダイオード検査処理５０が完了する。

このように、この太陽電池検査装置１および太陽電池検査方法では、太陽電池ストリング１２におけるバイパスダイオード２４についてのオープン故障の有無を検査する際に、太陽電池セル２３が発電状態のときに太陽電池ストリング１２から出力される出力電流Ｉｏの通過を許容する極性で太陽電池ストリング１２の正極Ｐ１および負極Ｐ２間にダイオード２を接続した状態において、ダイオード２が接続された太陽電池ストリング１２（接続されたダイオード２によって短絡されている太陽電池ストリング１２）の正極Ｐ１および負極Ｐ２間に、正極Ｐ１の電位を基準として負極Ｐ２の電位が高電位となる電圧であって、複数のバイパスダイオード２４の順方向電圧Ｖｆの総和を上回る電圧値Ｖ１の試験電圧Ｖｔｓｔを印加し、電流検出部４で検出されたこの試験電圧Ｖｔｓｔの印加の前後の電流を比較して（上記の例では、試験電圧Ｖｔｓｔの印加の前の短絡電流Ｉｓに基づいて決定された電流閾値Ｉｔｈと、試験電圧Ｖｔｓｔの印加の後の電流のピーク値Ｉｐとを比較して）、バイパスダイオード２４についてのオープン故障の有無を検査する。

したがって、この太陽電池検査装置１および太陽電池検査方法によれば、太陽電池ストリング１２（つまり太陽電池セル２３）が発電状態にあり、その開放電圧が極めて高い電圧（一例として、最大級の太陽電池ストリング１２（直列に接続された太陽電池モジュール２１の数は３０個であり、１つの太陽電池モジュール２１において３つのクラスタ２２が直列接続されている太陽電池ストリング１２）では約１０００Ｖ）であっても、ダイオード２で短絡されることで、太陽電池ストリング１２内の複数のバイパスダイオード２４をオン状態に移行させるための試験電圧Ｖｔｓｔがこれらのバイパスダイオード２４の順方向電圧Ｖｆの総和よりも若干高い程度の低い電圧（上記の例では、１つの太陽電池ストリング１２内のバイパスダイオード２４の個数は９０個（＝３０×３）であり、この総和は、順方向電圧Ｖｆを例えば０．６Ｖとしたときに５４Ｖとなって、１０００Ｖと比較して極めて低い電圧となる）で済ますことができる。このため、太陽電池ストリングが発電状態であっても、バイパスダイオードについてのオープン故障の有無を確実かつ容易に検査することができる。

また、この太陽電池検査装置１および太陽電池検査方法によれば、バイポーラ電源のような高価な電源を使用することなく、上記した例のように、電圧印加部３を、コンデンサ３１および電流制限抵抗３２の直列回路ＳＣと、電源３３と、切替部としての一対のスイッチ３４，３５（一極双投型のスイッチ）とで、簡易に構成することができる。このため、太陽電池検査装置１を安価に製造することができる。

また、この太陽電池検査装置１および太陽電池検査方法では、処理部６は、コンデンサ３１の充電電圧（電圧値Ｖ１）が予め規定された上限電圧値Ｖｍａｘに達するまで、この充電電圧を徐々に上昇させつつ試験電圧Ｖｔｓｔとして印加させる制御を電圧印加部３に対して実行する。上記したように、検査対象としての太陽電池ストリング１２内に配設されているバイパスダイオード２４の個数は、建物に設置されている太陽電池アレイ１１によって相違する場合がある。この場合、検査対象としての太陽電池ストリング１２のうちのバイパスダイオード２４が最も多い太陽電池ストリング１２内のバイパスダイオード２４をオン状態に移行させ得る上限電圧値Ｖｍａｘを最初から試験電圧Ｖｔｓｔとして印加させる構成を採用することも考えられるが、この構成では、例えば、バイパスダイオード２４が少ない太陽電池ストリング１２に対して、過度の試験電圧Ｖｔｓｔが印加される状態となることがあり、これに起因してバイパスダイオード２４に過電流が流れることで、バイパスダイオード２４が故障を引き起こすおそれがある。

一方、この太陽電池検査装置１および太陽電池検査方法によれば、電圧印加部３から太陽電池ストリング１２に印加される試験電圧Ｖｔｓｔを徐々に上昇させることができるため、電流検出部４で検出されたこの試験電圧Ｖｔｓｔの印加の前後の電流を比較してバイパスダイオード２４が正常であることを検出した時点で、試験電圧Ｖｔｓｔの印加を中止することで、過度の試験電圧Ｖｔｓｔの印加に起因してバイパスダイオード２４が故障するという事態の発生を未然に防止することができる。

なお、内部に配設されているバイパスダイオード２４の個数が既知の太陽電池ストリング１２を検査対象とするときには、太陽電池ストリング１２に印加される試験電圧Ｖｔｓｔを徐々に上昇させる上記の構成に代えて、これらのバイパスダイオード２４の順方向電圧Ｖｆの総和から算出される試験電圧Ｖｔｓｔを最初から印加する構成を採用してもよいのは勿論である。

また、図６に示すように、試験電圧Ｖｔｓｔの印加に起因してバイパスダイオード２４に流れる電流の上限値を制限値に制限する電流制限回路７をこの電流経路に配置する構成を採用することもできる。なお、同図では、電圧印加部３の外部に電流制限回路７を配置する構成であるが、電圧印加部３の内部に配置する構成であってもよい。電流制限回路７を配置する場合、電流制限回路７のこの制限値をバイパスダイオード２４の尖頭順電流未満に規定することで、バイパスダイオード２４の数が様々な各種の太陽電池ストリング１２を検査対象とする場合であっても、過電流に起因したバイパスダイオード２４の故障を回避しつつ、検査対象とする太陽電池ストリング１２のうちのバイパスダイオード２４の数が最も多い太陽電池ストリング１２内のバイパスダイオード２４をオン状態に移行させ得る上限電圧Ｖｍａｘを最初から試験電圧Ｖｔｓｔとして印加させる構成を採用することができる。一般に太陽電池モジュールで使用されているバイパスダイオードの詳細はモジュールメーカから公開されていない場合が多く、尖頭順電流を知ることは困難であるが、発電電流を異常クラスタをバイパスさせて流すといったバイパスダイオードの目的から考えて、太陽電池モジュールの仕様として記載されている短絡電流は必ず流せるはずである。このため、電流制限回路７の制限値は、ステップ５２で観測される短絡電流Ｉｓの２倍（短絡電流Ｉｓ＋バイパスダイオードに流す電流）に制限することが望ましい（これは、電流制限回路７は処理部６によって制御されることを意味する）。この場合、図１に示す電圧印加部３の直列回路ＳＣを構成している電流制限抵抗３２は放電時には不要となる。一方、電源３３によるコンデンサ３１の充電の際には、充電電流を制限する必要がある。したがって、電流制限抵抗３２は、図１に示す位置に代えて、図６に示すように電源３３とスイッチ３４との間、および図示はしないが電源３３とスイッチ３５との間の少なくとも一方に配置する構成を採用する。この構成によれば、一回の試験電圧Ｖｔｓｔの印加でバイパスダイオード２４のオープン故障の有無を検査することができ、検査に要する時間を短縮することができる。

また、上記したように、建物に設置されている１つの太陽電池アレイ１１を構成している複数の太陽電池ストリング１２のバイパスダイオード２４について検査する際には、検査対象とする１つの太陽電池ストリング１２を、他の太陽電池ストリング１２から切り離して太陽電池検査装置１に接続するという操作を、全ての太陽電池ストリング１２について実行する。このため、この太陽電池検査装置１および太陽電池検査方法では、各太陽電池ストリング１２についての試験電圧Ｖｔｓｔの印加時の電流波形を取得することができる。したがって、例えば、正常時に太陽電池ストリング１２のバイパスダイオード２４に流れる電流のピーク値Ｉｐを、他の太陽電池ストリング１２のものと比較することにより、バイパスダイオード２４のインピーダンスの変化（劣化の度合い）を検出することもできる。

また、上記の例では、電流検出部４で検出された試験電圧Ｖｔｓｔの印加の前後の電流を比較する構成の一例として、試験電圧Ｖｔｓｔの印加の前の短絡電流Ｉｓに基づいて決定された電流閾値Ｉｔｈと、試験電圧Ｖｔｓｔの印加の後の電流のピーク値Ｉｐとを比較する構成を採用しているが、すべてのバイパスダイオード２４が正常であるときには、図４に示すように電流検出部４で検出される電流の波形にスパイク状（尖塔状）の波形が現れるのに対して、いずれかのバイパスダイオード２４がオープン故障しているときには、図５に示すように、このスパイク状（尖塔状）の波形が現れないことに着目して、電流検出部４で検出された試験電圧Ｖｔｓｔの印加の前後の電流の波形を比較する構成を採用することもできる。

また、電流検出部４の配設位置は、図１に示す位置に限定されない。電流検出部４は、試験電圧Ｖｔｓｔの印加によってバイパスダイオード２４がオン状態に移行したときに流れるスパイク状の電流の電流経路（太陽電池ストリング１２の正極Ｐ１から、スイッチ５および電圧印加部３を経由して負極Ｐ２に至る電流経路）内の任意の位置に配設することができる。したがって、ダイオード２の両端間に接続される電圧印加部３側にも、電流検出部３を配置することもできる。具体的には、電流検出部４を、スイッチ３４のｂ接点とダイオード２のアノード端子との間、およびスイッチ３５のｂ接点とダイオード２のカソード端子との間のいずれか一方の位置に配設することもできる。さらには、電流検出部４を電圧印加部３内に、直列回路ＳＣと直列に配設することもできる（電流検出部４を電圧印加部３と一体化させることもできる）。

また、上記したように、太陽電池ストリング１２は一般的には複数の太陽電池モジュール２１が直列接続されて構成されているが、太陽電池ストリング１２が１つの太陽電池モジュール２１で構成されている太陽電池アレイ１１では、検査対象である太陽電池ストリング１２が太陽電池モジュール２１自体となる。

１ 太陽電池検査装置
２ ダイオード（一方向性素子）
３ 電圧印加部
４ 電流検出部
６ 処理部
１２ 太陽電池ストリング
２１ 太陽電池モジュール
２２ クラスタ
２３ 太陽電池（太陽電池セル）
２４ バイパスダイオード
３１ コンデンサ
３２ 電流制限抵抗
３３ 電源
３４，３５ スイッチ
Ｉｏ 出力電流
ＳＣ 直列回路
Ｖ１ 直流電圧
Ｖｔｓｔ 試験電圧

Claims (5)

1. 太陽電池およびバイパスダイオードを有する複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングにおける前記バイパスダイオードについてのオープン故障の有無を検査する太陽電池検査装置であって、
   前記太陽電池が発電状態のときに前記太陽電池ストリングから出力される出力電流の通過を許容する極性で当該太陽電池ストリングの正極および負極間に接続される一方向性素子と、
   前記一方向性素子が接続された前記太陽電池ストリングの前記正極および前記負極間に、当該正極の電位を基準として当該負極の電位が高電位となる電圧であって、複数の前記バイパスダイオードの順方向電圧の総和を上回る電圧値の試験電圧を印加可能な電圧印加部と、
   前記太陽電池ストリングに流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記発電状態で、かつ前記太陽電池ストリングの前記正極および前記負極間に前記一方向性素子が接続されている短絡状態において前記電流検出部で検出された前記電流に基づいて当該太陽電池ストリングについての短絡電流の電流値を測定すると共に当該短絡電流の電流値よりも高い電流値を電流閾値として記憶する処理、および当該発電状態で、かつ当該短絡状態において前記試験電圧の印加時に前記電流検出部によって検出される前記電流に基づいて測定される最大電流値と前記電流閾値とを比較することにより、前記オープン故障の有無を検査する処理を実行する処理部とを備えている太陽電池検査装置。
2. 前記電圧印加部は、コンデンサおよび電流制限抵抗の直列回路、電源、並びに前記直列回路が前記電源に接続される充電接続状態と前記直列回路が前記太陽電池ストリングの前記正極および前記負極間に接続される放電接続状態とを切り替える切替部を備え、前記充電接続状態に切り替えるときに、前記切替部を制御して前記電源を前記直列回路に接続させて当該電源から出力される直流電圧で前記コンデンサを充電させ、前記放電接続状態に切り替えるときに、前記切替部を制御して前記直列回路を前記太陽電池ストリングの前記正極および前記負極間に接続させて、前記充電接続状態において充電された前記コンデンサの充電電圧を当該正極および当該負極間に前記試験電圧として印加させる請求項１記載の太陽電池検査装置。
3. 前記処理部は、前記充電電圧が予め規定された上限電圧値に達するまで当該充電電圧を徐々に上昇させつつ前記試験電圧として印加させる制御を前記電圧印加部に対して実行する請求項２記載の太陽電池検査装置。
4. 前記試験電圧の印加時に前記バイパスダイオードに流れる電流の上限値を制限する電流制限回路を備えている請求項１から４のいずれかに記載の太陽電池検査装置。
5. 太陽電池およびバイパスダイオードを有する複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングにおける前記バイパスダイオードについてのオープン故障の有無を検査する太陽電池検査方法であって、
   前記太陽電池が発電状態のときに前記太陽電池ストリングから出力される出力電流の通過を許容する極性で当該太陽電池ストリングの正極および負極間に一方向性素子を接続した短絡状態において、前記太陽電池ストリングに流れる短絡電流を検出すると共に当該短絡電流の電流値よりも高い電流値を電流閾値として記憶させる処理と、当該発電状態で、かつ当該短絡状態において前記太陽電池ストリングの前記正極および前記負極間に、当該正極の電位を基準として当該負極の電位が高電位となる電圧であって、複数の前記バイパスダイオードの順方向電圧の総和を上回る電圧値の試験電圧の印加時に検出される前記電流に基づいて測定される最大電流値と前記電流閾値とを比較することにより、前記オープン故障の有無を検査する処理を実行する太陽電池検査方法。

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