JP6630057B2 - 太陽電池モジュール検査装置及び太陽電池モジュール検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池モジュール検査装置及び太陽電池モジュール検査方法に関する。

昨今、多数の太陽電池モジュール（太陽電池パネル）を並べた太陽光発電システムが普及している。この太陽光発電システムは、ビルや家屋等の屋根等に設置される小規模なものや、広大な場所に設置される発電量の大きい大規模なもの（メガソーラーシステム）も存在している。

このような太陽光発電システムが、十分な光電変換性能を発揮しているのかを検査する方法としては、種々のものが提案されており、例えば太陽電池モジュールに対して順方向に直流電流を導入することで太陽電池モジュールを発光させ、この発光に基づいて太陽電池モジュールの評価を行うエレクトロルミネッセンス検査法が存在する（特許文献１参照）。このエレクトロルミネッセンス検査法によれば、容易且つ確実に太陽電池モジュールの欠陥を検出することができるというメリットがある。

特許第５０５１８５４号公報

上記エレクトロルミネッセンス検査法によって太陽電池モジュールを評価するためには、太陽電池モジュールに対して順方向に直流電流を導入する電力源が必要となる。

この電力源として、太陽光発電システムの一部の太陽電池モジュールが発電した電力を用いる方法が提案されている。しかし、この方法は、電力源として太陽光照射による電力を用いるので、太陽光照度に依存するものであり、定量的に制御することができず、その評価結果も必ずしも確実なものであると言えない不都合がある。

また、上記電力源として発電機を用いることも考えられるが、多数の太陽電池モジュールに直流電流を流す場合、発電量の大きい発電機を用いる必要がある。このため、既に設置された太陽光発電システムにおいて太陽電池ストリング単位でエレクトロルミネッセンス検査法を適用するためには、発電量の大きい発電機を用いる必要があり、大きな発電量の発電機は重く、検査場所までの搬送等が困難となり、検査作業の煩雑さを招くおそれがある。

そこで、本発明は上述のような事情に基づいてなされたものであり、本発明の課題は、屋外に設置された太陽電池ストリングにおける太陽電池モジュールの検査を容易かつ確実に行うことのできる太陽電池モジュール検査装置及び太陽電池モジュール検査方法を提供することにある。

上記課題を解決するためになされた本発明に係る太陽電池モジュール検査装置は、屋外に設置された太陽電池ストリングにおける太陽電池モジュール検査装置であって、太陽電池モジュールに対して順方向にパルス電流を導入するパルス電流供給部を備えることを特徴とする。

当該太陽電池モジュール検査装置にあっては、パルス電流供給部によって導入されるパルス電流に基づく太陽電池モジュールの変化を測定することにより、太陽電池モジュールの検査を行うことができる。当該太陽電池モジュール検査装置は、評価のための電力としてパルス電流を用いるものであるので、電力源として他の太陽電池モジュールや大きな発電機等を必ずしも必要とせず、容易かつ確実に太陽電池モジュールの評価を行うことができる。

当該太陽電池モジュール検査装置は、上記パルス電流供給部が、直流電源と、この直流電源に接続され上記パルス電流のための電気を蓄えるコンデンサとを有するとよい。これにより、直流電源から供給される電気をコンデンサが蓄えることで、容易かつ確実にパルス電流を太陽電池モジュールに導入することができる。

当該太陽電池モジュール検査装置は、上記パルス電流に基づく太陽電池モジュールの発光を検出する光検出部を備えるとよい。これにより、当該太陽電池モジュール検査装置を用いてエレクトロルミネッセンス検査法による太陽電池モジュールの検査を行うことができる。

当該太陽電池モジュール検査装置は、上述のように光検出部を備える場合、上記パルス電流供給部が、複数パルスからなる上記パルス電流を太陽電池モジュールに対して導入するとよい。これにより、各パルスによる太陽電池モジュールのそれぞれの発光量が小さくても、各パルスによる太陽電池モジュールの各発光を利用することで、太陽電池モジュールの正確な検査を容易かつ確実に行うことができる。

当該太陽電池モジュール検査装置は、上記パルス電流を導入した太陽電池モジュールの電流及び電圧を検出する電流電圧検出部を備えるとよい。これにより、パルス電流を導入した太陽電池モジュールの電流電圧特性に基づいて太陽電池モジュールの検査を行うことができる。

また、上記課題を解決するためになされた本発明に係る太陽電池モジュール検査方法は、屋外に設置された太陽電池ストリングにおける太陽電池モジュール検査方法であって、太陽電池モジュールに対して順方向にパルス電流を導入するパルス電流供給工程、及び上記パルス電流に基づく太陽電池モジュールの変化を測定する測定工程を有することを特徴とする。

当該太陽電池モジュール検査方法によれば、パルス電流に基づく太陽電池モジュールの変化を測定することにより、太陽電池モジュールの検査を行うことができる。

当該太陽電池モジュール検査方法は、上記測定工程において、上記パルス電流に基づく太陽電池モジュールの発光を検出するとよい。これにより、エレクトロルミネッセンス検査法による太陽電池モジュールの検査を行うことができる。また、この測定工程において、複数パルスからなる上記パルス電流を太陽電池モジュールに対して導入し、この複数パルスからなるパルス電流に基づく太陽電池モジュールの発光を検出するとよい。これにより、複数のパルスに基づく太陽電池モジュールの発光を利用して、太陽電池モジュールの正確な検査を容易かつ確実に行うことができる。

当該太陽電池モジュール検査方法は、上記測定工程において、上記パルス電流を導入した太陽電池モジュールの電流及び電圧を検出するとよい。これにより、パルス電流を導入した太陽電池モジュールの電流電圧特性に基づいて太陽電池モジュールの検査を行うことができる。

以上説明したように、本発明は、パルス電流を用いることによって、屋外に設置された太陽電池ストリングにおける太陽電池モジュールの検査を容易かつ確実に行うことができる。

本発明の一実施形態の太陽電池モジュール検査装置及び検査対象である太陽電池システムの概略を示した概略的説明図である。 図１の太陽電池モジュール検査装置のパルス電流供給部の概略的説明図である。 太陽電池モジュールに導入されるパルス電流の模式的説明図である。 図３のパルス電流のピーク部分の拡大図である。

［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態について、図１乃至図３を参酌しつつ説明する。

＜検査装置＞
図１の太陽電池モジュール検査装置１は、屋外に設置された太陽電池ストリング１１０における太陽電池モジュール１００を検査する装置である。この太陽電池モジュール検査装置１は、検査対象である太陽電池モジュール１００に対して順方向にパルス電流を導入するパルス電流供給部１０、及び上記パルス電流に基づく太陽電池モジュール１００の変化を検出する検出部（光検出部２０）を備えている。

当該太陽電池モジュール検査装置１は、太陽電池ストリング１１０を測定対象とする。なお、ストリングとは、複数（例えば１５〜２０枚）の太陽電池モジュール１００を直列接続した単位であり、太陽電池ストリング１１０とは、直列接続した複数の太陽電池モジュール１００から構成される。また、太陽電池モジュール１００とは、いわゆる太陽電池パネルであり、複数の太陽電池セル１０１が直列に接続されると共に一体化されたモジュールを意味する。

本実施形態の太陽電池モジュール検査装置１は、エレクトロルミネッセンス検査法を行う。具体的には、上記検出部として、上記パルス電流に基づく太陽電池モジュール１００の発光を検出する光検出部２０が用いられ、この光検出部２０としては具体的には例えばＣＣＤカメラ等のカメラが用いられる。

上記パルス電流供給部１０は、図２に示すように、直流電源１１と、この直流電源１１に接続され上記パルス電流のための電気を蓄えるコンデンサ１３とを有する。さらに、パルス電流供給部１０は、太陽電池モジュール１００に接続される端子部１５、及びこの端子部１５とコンデンサ１３との通電状態を切り換えるスイッチ部１７を有している。これにより、スイッチ部がＯＦＦ状態においてコンデンサ１３には直流電源１１から供給される電気が蓄積される。その後、スイッチ部がＯＮ状態となると、コンデンサ１３に蓄積された電気が、パルス電流として、端子部１５に接続される太陽電池モジュール１００に導入される。なお、スイッチ部は、図示しない制御部によって制御され、このスイッチ部の制御によってパルス電流が太陽電池モジュール１００に導入される。

上記直流電源１１は、可変電圧電源であることが好ましく、これによりコンデンサ１３に蓄積できる電荷を容易かつ確実に変更できる。上記直流電源１１は、発電機が好適に用いられる。この発電機の出力電流は、特に限定されるものではなく、太陽電池モジュール１００にパルス電流を十分に供給できる電気をコンデンサに供給できるとよい。ここで、太陽電池モジュール１００に供給される電流値の下限としては、短絡電流値の１／１０倍が好ましく、１／５倍がより好ましい。また、上記電流値の上限としては、短絡電流値の２倍が好ましく、１．５倍がより好ましい。この電流値が上記下限を満たさないと、太陽電池モジュール１００を十分に発光させることができなくなるおそれがあり、また検査時間が長くなるおそれがある。逆に、上記電流値が上記上限を超えると、当該太陽電池モジュール検査装置１の各部品の高額化又は重量化を招くおそれがある。

上記コンデンサ１３の静電容量は、特に限定されるものではないが、この静電容量の下限としては、５００μＦが好ましく、１０００μＦがより好ましい。また、静電容量の上限としては、１００００μＦが好ましく、５０００μＦがより好ましい。静電容量が上記下限を満たさないと、太陽電池モジュール１００に十分なパルス電流を導入することができなくなるおそれがある。逆に、静電容量が上記上限を超えると、装置全体がコスト高となるおそれがある。

太陽電池モジュール１００に導入されるパルス電流は、複数パルスから構成され、パルスは周期的に太陽電池モジュール１００に導入され、太陽電池モジュール１００は点滅する。この複数パルスから構成されるパルス電流のデューティ比は、２０％以下が好ましく、１０％以下がより好ましい。デューティ比が上記上限を超えると、コンデンサ１３に十分な電荷を容易かつ確実に蓄積するためには大容量電源が必要となり、重厚かつ煩雑となるおそれがある。なお、デューティ比（ｔ／Ｔ）とは、パルス電流の周期（Ｔ）に対するパルス幅（パルスが流れる時間（ｔ））の比である（図３参照）。また、デューティ比の下限は、特に限定されるものではないが、例えば１％である。

上記パルス幅（ｔ）は、特に限定されないが、例えば５ｍｓとすることができる。なお、パルス幅（ｔ）の下限としては、１ｍｓが好ましく、３ｍｓがより好ましい。パルス幅（ｔ）の上限としては、２０ｍｓが好ましく、１０ｍｓがより好ましい。パルス幅（ｔ）が上記下限を満たさないと、太陽電池モジュール１００が発光するのに十分な電気を太陽電池モジュール１００に導入できないおそれがある。逆に、パルス電流の周期（Ｔ）が上記上限を超えると、検査時間が長くなるおそれがある。

上記パルス電流の周期（Ｔ）は、特に限定されないが、例えば５０ｍｓとすることができる。なお、パルス電流の周期（Ｔ）の下限としては、１０ｍｓが好ましく、３０ｍｓがより好ましい。パルス電流の周期（Ｔ）の上限としては、２００ｍｓが好ましく、１００ｍｓがより好ましい。パルス電流の周期（Ｔ）が上記下限を満たさないと、コンデンサ１３に十分な電荷を容易かつ確実に蓄積することが困難となるおそれがある。逆に、パルス電流の周期（Ｔ）が上記上限を超えると、検査時間が長くなるおそれがある。

上記パルス電流注入のための最大電圧（Ｖ）は、測定対象の太陽電池モジュール１００の枚数によって変更される。例えば直列接続された１５枚の太陽電池モジュール１００からなる太陽電池ストリング１１０が測定対象である場合、上記最大電圧（Ｖ）は１０００Ｖとすることが好ましい。なお、パルス電流注入のための最大電圧（Ｖ）の下限としては、５００Ｖが好ましく、８００Ｖが好ましい。これにより、同時に多数枚の太陽電池モジュール１００に対してエレクトロルミネッセンス検査法を行うことができる。なお、パルス電流注入のための最大電圧（Ｖ）の上限は、特に限定されず、例えば５０００Ｖである。

当該太陽電池モジュール検査装置１は、検出部が検出した検出データを評価する評価部３０を備えている。この評価部３０は、例えばＭＰＵ等からなる演算処理部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、モニター、操作手段などを備えるコンピューターにより構成することができ、ＲＯＭ、ハードディスクに記憶されているコンピュータプログラムに基づいて演算処理部が各部を制御することで所望の動作を行い得る。

当該太陽電池モジュール検査装置１にあっては、複数のパルスによって点滅する太陽電池モジュール１００の画像データを上記光検出部２０が取得し、この画像データに基づいて太陽電池モジュール１００の良否判定がなされる。なお、この良否判定は、上記画像データを表示部に表示させて人の目で行うことも可能であり、また画像データの明度等から中央演算部が判断することも可能である。

＜検査方法＞
当該太陽電池モジュール検査方法は、太陽電池モジュール１００に対して順方向にパルス電流を導入するパルス電流供給工程、及び上記パルス電流に基づく太陽電池モジュール１００の変化を測定する測定工程を有する。さらに、当該太陽電池モジュール検査方法は、測定工程で測定した太陽電池モジュール１００の変化に基づいて太陽電池モジュール１００を評価する評価工程を有する。

具体的には、まず、当該太陽電池モジュール検査装置１の上記光検出部２０を測定対象の太陽電池ストリング１１０を撮像できるようセッティングし、上記パルス電流供給部１０を上記太陽電池ストリング１１０に接続する。そして、上記パルス電流部から太陽電池ストリング１１０に対して順方向にパルス電流を導入することで、太陽電池モジュール１００を点滅させる（パルス電流導入工程）。この太陽電池ストリング１１０の点滅を上記光検出部２０によって撮像する（測定工程）。その後、上記光検出部２０によって撮像された画像データに基づいて太陽電池モジュール１００の欠陥の有無を判断する（評価工程）。

＜利点＞
当該太陽電池モジュール検査装置１によれば、パルス電流供給部１０によって導入されるパルス電流に基づく太陽電池モジュール１００の変化を測定することにより、太陽電池モジュール１００の検査を行うことができる。特に、パルス電流に基づく太陽電池モジュール１００の発光を検出、つまりはエレクトロルミネッセンス検査法を行うものであるので、太陽電池モジュール１００の欠陥箇所の特定が容易である。つまり、太陽電池モジュール１００の欠陥箇所は発光しない又は極めて弱い発光となっているので、撮像データからその箇所を特定することで、セル単位での欠陥箇所の発見が可能である。

また、評価のための電力源として他の太陽電池モジュール１００の発光を用いないので、当該太陽電池モジュール検査方法を夜間に行うことができ、太陽光等の影響を受けずに太陽電池モジュール１００の発光を的確に検出することができる。

さらに、評価のための電力源として上記パルス電流供給部１０を用いるものであるので、大型の発電機がなくとも多数枚の太陽電池モジュール１００の検査を同時に行うことができる。以下、具体的に説明する。現在の典型的なシリコン太陽電池セルは、面積２５０ｃｍ^２程度であり、電圧１Ｖかつ電流１０Ａ（電力１０Ｗ）程度の直流電流を流すことでエレクトロルミネッセンス検査法を行うことができる。４０〜６０枚の太陽電池セルが直列接続して構成される太陽電池モジュールについてエレクトロルミネッセンス検査法を行うためには、電圧６０Ｖかつ電流１０Ａ（電力６００Ｗ）程度の直流電流が必要となり、この程度であれば一般的な発電機によって対応可能である。しかし、メガソーラーと言われる太陽光発電システムの場合、１５〜２０枚の太陽電池モジュール１００を直列に接続した太陽電池ストリング１１０を多数集合させており、ストリング単位でエレクトロルミネッセンス検査法を行うためには、電圧１２００Ｖかつ電流１０Ａ（電力１２ｋＷ）程度の直流電流が必要となり、このような直流電源１１を供給するための高圧電源は、重量的に５０ｋｇ以上あり、また接続電源も２００Ｖ以上、２０Ａ以上の大電力が必要となり、搬送が困難であり、また設置が煩雑である。特にメガソーラーシステムは離散地に設置されるため、上記搬送の困難性等から直流電流を用いたエレクトロルミネッセンス検査法を実施することを困難ならしめている。これに対して、当該太陽電池モジュール検査装置１であれば、パルス電流を用いるものであるので、電源の小型化及び軽量化を図ることができ、離散地のメガソーラーシステムに対して容易にエレクトロルミネッセンス検査法を実施できる。

また、複数パルスからなるパルス電流を太陽電池モジュール１００に対して導入して、この複数パルスからなるパルス電流に基づく太陽電池モジュール１００の発光を検出するので、各パルスによる太陽電池モジュール１００の発光量が少なくても、複数回の発光を利用して、太陽電池モジュール１００の正確な検査を容易かつ確実に行うことができる。つまり、画像取得は、光検出部２０（カメラ）でのシャッター開放時間に依存するので、一回のシャッター開放時間内に複数パルスによる複数回の太陽電池モジュール１００の発光を撮像することで、十分な光量の撮像データを得ることができる。具体的には、定常的に１０Ａのパルス電流（パルス幅０．１秒、デューティ比１０％）を太陽電池モジュール１０に導入し、１０秒間撮像したとすると、１００回のパルスによる発光を積算した画像データが得られることになり、定常的に直流電流を１秒間導入した場合と同等の画像データが得られる。パルス電流の場合、単位時間当たりの電流注入時間は１／１０であるので、電源に要求される電力容量が１／１０となり、電源の小型化、軽量化、可搬性、測定機器の簡素化等を図ることができ、エレクトロルミネッセンス検査法の実施を容易ならしめる。

［その他の実施形態］
なお、上記実施形態は上記構成から上記利点を奏するものであったが、本発明の意図する範囲内で適宜設計変更可能である。

つまり、上記実施形態においては、エレクトロルミネッセンス検査法のみによって太陽電池モジュールを検査するものについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電流電圧特性を検出することで太陽電池モジュールを検査する方法（電流電圧特性検査法）を併用することも可能である。具体的には、例えば太陽電池ストリングに対してエレクトロルミネッセンス検査法を行った後に、欠陥が生じていると思われる太陽電池モジュールに対して上記パルス電流供給部から順方向にパルス電流を導入して、上記パルス電流を導入した太陽電池モジュールの電流及び電圧を検出することで、太陽電池モジュールの良否判定を行うことも可能である。

上記電流電圧特性検査法を行うにあっては、当該太陽電池モジュール検査装置は、太陽電池モジュールの電流及び電圧を検出する電流電圧検出部を備えることになる。また当該太陽電池モジュール検査装置は、この電流電圧検出部によって検出された電流及び電圧に基づいて太陽電池モジュールの良品判定を行う評価部をさらに備えるとよい。このパルス電流を用いた電流電圧特性検査法は、パルス電流が導入された瞬間からコンデンサの容量が徐々に減少することにより電流が徐々に降下するので（図４の△Ｉ参照）、この電流変化に応じて電圧の変化を測定し、この測定データと良品の太陽電池モジュールのデータとを比較することで、太陽電池モジュールの状態（良否）を判定することができるものである。

なお、本発明にあっては、エレクトロルミネッセンス法を行わずに上述の電流電圧特性検査法のみを行うことも意図するものである。

また、上記実施形態においては、太陽電池ストリング単位で検査を行うものについて説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば１枚の太陽電池モジュールに対して検査を行うものも本発明の意図する範囲内である。ただし、上記実施形態のように複数枚の太陽電池モジュール（例えば太陽電池ストリング）に対してパルス電流を導入することが好ましく、これにより複数枚の太陽電池モジュールを一度に検査することができる。

さらに、上記実施形態においては、太陽電池モジュールの検査を行った際に、検査現場で評価を行うものについて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、太陽光発電システムの現場では検出（撮像）のみを行い、この検出データを記憶手段（メモリー等）に記憶し、この記憶手段に記憶された検出データに基づいて太陽光発電システムの設置箇所以外で評価を行うことも可能である。

また、上記実施形態のように太陽電池モジュールの発光を撮像する光検出部を用いる場合、太陽電池モジュールの発光と光検出部による検出とを同期させることも可能である。具体的には、例えば上記実施形態のスイッチ部１７のＯＮ／ＯＦＦ動作と、光検出部２０のシャッターの開閉とを同期させ、太陽電池モジュールの発光と光検出部による検出とを同期させることも可能である。このように太陽電池モジュールの発光と光検出部による検出とを同期させることで、測定対象である太陽電池モジュールの発光以外の光（迷光、擾乱光等）の影響を抑制し、的確な検査を行うことができるメリットを有する。

さらに、上記実施形態においては、パルス電流を発生させるためにコンデンサを用いたものについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばパルサーや、昇圧機等を用いることも適宜設計変更可能である。

以上のように、本発明の太陽電池モジュール検査装置及び太陽電池モジュール検査方法は、例えばメガソーラーシステム等の太陽光発電システムの検査に好適に用いることができる。

１ 太陽電池モジュール検査装置
１０ パルス電流供給部
１１ 直流電源
１３ コンデンサ
１５ 端子部
１７ スイッチ部
２０ 光検出部
３０ 評価部
１００ 太陽電池モジュール
１０１ 太陽電池セル
１１０ 太陽電池ストリング

Claims (4)

1. 屋外に設置された太陽電池ストリングにおける搬送可能で設置が容易な太陽電池モジュール検査装置であって、
   太陽電池モジュールに対して順方向にパルス電流を導入するパルス電流供給部を備え、
   上記パルス電流供給部が、直流電源と、この直流電源に接続され上記パルス電流のための電気を蓄えるコンデンサとを有し、
   上記パルス電流に基づく太陽電池モジュールの発光を検出する光検出部を備え、
   上記直流電源が可変電圧電源であり、
   上記コンデンサの静電容量が５００μＦ以上１００００μＦ以下であり、
   上記パルス電流が複数パルスから構成され、デューティ比が２０％以下、パルス幅が５ｍｓ以上２０ｍｓ以下、パルス周期が１０ｍｓ以上２００ｍ以下であり、
   太陽電池モジュールに供給される電流値が、短絡電流値の１／１０倍以上２倍以下であることを特徴とする太陽電池モジュール検査装置。
2. 上記パルス電流を導入した太陽電池モジュールの電流及び電圧を検出する電流電圧検出部を備える請求項１に記載の太陽電池モジュール検査装置。
3. 屋外に設置された太陽電池ストリングにおける搬送可能で設置が容易な検査装置による太陽電池モジュール検査方法であって、
   太陽電池モジュールに対して順方向にパルス電流を導入するパルス電流供給工程、
   上記パルス電流に基づく太陽電池モジュールの変化を測定する測定工程、及び
   上記測定に基づいて上記太陽電池モジュールの欠陥の有無を判断する評価工程
   を有し、
   上記測定工程において、上記パルス電流に基づく太陽電池モジュールの発光を検出し、
   上記検査装置が太陽電池モジュールに対して順方向にパルス電流を導入するパルス電流供給部を備え、
   上記パルス電流供給部が、直流電源と、この直流電源に接続され上記パルス電流のための電気を蓄えるコンデンサとを有し、
   上記パルス電流に基づく太陽電池モジュールの発光を検出する光検出部を備え、
   上記直流電源が可変電圧電源であり、
   上記コンデンサの静電容量が５００μＦ以上１００００μＦ以下であり、
   上記パルス電流が複数パルスから構成され、デューティ比が２０％以下、パルス幅が５ｍｓ以上２０ｍｓ以下、パルス周期が１０ｍｓ以上２００ｍ以下であり、
   太陽電池モジュールに供給される電流値が、短絡電流値の１／１０倍以上２倍以下であることを特徴とする太陽電池モジュール検査方法。
   
4. 上記測定工程において、上記パルス電流を導入した太陽電池モジュールの電流及び電圧を検出する請求項３に記載の太陽電池モジュール検査方法。
   

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