JPWO2019176467A1 - 集光型太陽光発電装置の検査システム及び受光部の検査方法 - Google Patents

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孝 岩崎
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Abstract

この集光型太陽光発電装置の検査システムは、集光部により太陽光を集光させる位置に発電用のセルを含む受光部が設けられたユニットが、筐体内に集合して構成されたモジュールと、モジュールが複数個集合して構成されたアレイを載せて、太陽を追尾する追尾架台と、アレイが発電する直流電力を取り出し、交流電力に変換して出力するインバータ装置と、太陽と、太陽を追尾しているアレイとの間にあって、アレイの表面に直交する方向からアレイを撮像する撮像装置と、を備え、アレイが太陽を追尾して太陽光をセルに集光させているとき、インバータ装置は、アレイからの電力の取り出しが制限された状態としてセルを自ら発光させ、撮像装置は、セルの発光を撮像する。

Description

本発明は、集光型太陽光発電装置の検査システム及び受光部の検査方法に関する。
本出願は、２０１８年３月１６日出願の日本出願第２０１８−０４９１７０号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
集光型太陽光発電装置は、集光レンズにより太陽光を集めて、発電用の小さなセルを含む受光部に入射させる光学系を、基本構成としている。この基本構成を、筐体内にマトリクス状に並べてなるモジュールを、さらに多数並べてアレイ（パネル）となり、１基の集光型太陽光発電装置となる。太陽を追尾するため、アレイを載せる追尾架台は、方位角及び仰角の２軸駆動が可能なように支柱に支持されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０１４−２２６０２５号公報 特開２０１６−２０８６７７号公報
本開示は、以下の発明を含む。但し、本発明は、請求の範囲によって定められるものである。
本発明の一表現に係る集光型太陽光発電装置の検査システムは、集光部により太陽光を集光させる位置に発電用のセルを含む受光部が設けられたユニットが、筐体内に集合して構成されたモジュールと、前記モジュールが複数個集合して構成されたアレイを載せて、太陽を追尾する追尾架台と、前記アレイが発電する直流電力を取り出し、交流電力に変換して出力するインバータ装置と、太陽と、太陽を追尾している前記アレイとの間にあって、前記アレイの表面に直交する方向から前記アレイを撮像する撮像装置と、を備え、前記アレイが太陽を追尾して太陽光を前記セルに集光させているとき、前記インバータ装置は、前記アレイからの電力の取り出しが制限された状態として前記セルを自ら発光させ、前記撮像装置は、前記セルの発光を撮像するものである。
また、本発明の一表現による受光部の検査方法は、集光部により太陽光を集光させる位置に発電用のセルを含む受光部が設けられたユニット、当該ユニットの集合体であるモジュール、及び、当該モジュールの集合体であるアレイにおける、受光部の検査方法であって、前記アレイに太陽を追尾させて、太陽光を前記セルに集光させ、太陽と、太陽を追尾している前記アレイとの間に撮像装置が入って、前記アレイの表面に直交する方向から前記アレイを撮像できる状態とし、前記アレイからの電力の取り出しが制限された状態として前記セルを自ら発光させ、当該発光を前記撮像装置により撮像する。
図１は、１基分の、集光型太陽光発電装置の一例を、受光面側から見た斜視図であり、完成した状態での集光型太陽光発電装置を示している。 図２は、１基分の、集光型太陽光発電装置の一例を、受光面側から見た斜視図であり、組立途中の状態での集光型太陽光発電装置を示している。 図３は、一例として、太陽に正対しているアレイの姿勢を示す斜視図である。 図４は、モジュールの構成の一例を示す斜視図である。 図５は、モジュールを構成する集光型発電の光学系の基本構成としてのユニットの一例を示す断面図である。 図６は、セルの内部構造（断面）の一例を示す図である。 図７は、１つのモジュール内の回路接続図の一例である。 図８は、アレイを撮像する状態の一例を示す斜視図である。 図９は、モジュール内のセルを全て発光させた場合の撮像の結果の一例を示す図である。 図１０は、モジュールを撮像した場合の、集光部（集光レンズ）の１区画（正常）を表した図である。 図１１は、モジュールを撮像した場合の、集光部（集光レンズ）の１区画（不良）を表した図である。 図１２は、撮像装置によって捉える光についてのスペクトルデータである。
［本開示が解決しようとする課題］
集光型太陽光発電装置では、集光した太陽光が、非常に強い光となるため、長年の使用により、例えば受光部のセル周辺に使用している透明なシリコーン樹脂が劣化して、透明度の低い黒っぽい色又は白っぽい色に変色する場合が考えられる。透明度が下がると、集光した太陽光がセルに届きにくくなる。このような受光部が少数であれば特に大きな問題は無いが、モジュール内での数が増えると、発電量が下がるので、モジュール単位での取替が必要となる。また、セルのジャンクション（ＰＮ接合）の欠陥が増大した場合も、発電量が下がる。
しかしながら、変色しているかどうかを検査するには、アレイの受光面を下向きにした状態で、例えば、高所作業車等のゴンドラに乗った作業員が、アレイを下から見て点検することになる。このような点検作業は時間（工数）がかかり、効率的ではない。また、そもそも受光面を真下に向けることができないタイプの集光型太陽光発電装置もあり、その場合は、さらに高いところからアレイを見て点検する必要がある。このような点検作業は容易ではない。
また、セルのジャンクションの欠陥を目視で検出することはできない。
一方、集光型ではない太陽光発電パネルの場合、モジュールに対して順方向に外部からパルス電流を供給してモジュールの良否を検査する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、集光型太陽光発電装置のセルは化合物半導体を用いており、逆方向バイアスを印加するとジャンクションが壊れやすい。そのため、モジュール全体として、保護用に、逆流防止ダイオードを接続する必要がある。このような逆流防止ダイオードを有するモジュールに外部電源から電圧を印加しても、セルに電流を流すことはできない。
かかる従来の問題点に鑑み、本開示は、集光型太陽光発電装置における受光部の検査を容易にすることを目的とする。
［本開示の効果］
本開示によれば、集光型太陽光発電装置における受光部の異変の有無の検査を容易にすることができる。
［実施形態の要旨］
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
（１）この集光型太陽光発電装置の検査システムは、集光部により太陽光を集光させる位置に発電用のセルを含む受光部が設けられたユニットが、筐体内に集合して構成されたモジュールと、前記モジュールが複数個集合して構成されたアレイを載せて、太陽を追尾する追尾架台と、前記アレイが発電する直流電力を取り出し、交流電力に変換して出力するインバータ装置と、太陽と、太陽を追尾している前記アレイとの間にあって、前記アレイの表面に直交する方向から前記アレイを撮像する撮像装置と、を備え、前記アレイが太陽を追尾して太陽光を前記セルに集光させているとき、前記インバータ装置は、前記アレイからの電力の取り出しが制限された状態として前記セルを自ら発光させ、前記撮像装置は、前記セルの発光を撮像するものである。
このような集光型太陽光発電装置の検査システムは、セルを自ら発光させることができること、及び、その発光を、集光部を通して外部から観測できること、に着眼した検査システムである。セルを自ら発光させたとき、受光部に何らかの異変があれば、セルの発光に基づく光学的な結果に影響が出る。例えば、セル周辺の樹脂が劣化していない箇所では、相対的に、集光部を通して観測される発光のスペクトル強度が高く、これに対して、セル周辺の樹脂が劣化している箇所ほど、発光のスペクトル強度が下がる。従って、スペクトル強度に基づいて樹脂の劣化を検出することができる。
このようにして、受光部の異変の有無の検査を容易に行うことができる。
（２）また、（１）の集光型太陽光発電装置の検査システムにおいて、前記制限された状態とは、発電中に前記アレイから電力を取り出さないことであってもよい。
この場合、セル内の電子及びホールキャリアの再結合によりセルは発光現象を起こすので、撮像装置はこれを撮像することができる。
（３）また、（１）の集光型太陽光発電装置の検査システムにおいて、前記制限された状態とは、前記アレイに対する最大電力点追従制御が最適化されていない状態であってもよい。
この場合、セル内の電子及びホールキャリアの再結合によりセルは発光現象を起こすので、撮像装置はこれを撮像することができる。例えば、朝夕など、相対的に日射の弱い時間帯には最大電力点追従制御が最適化されないことがあり、電力がセルにより内部消費されることがある。これが発光現象を引き起こす。
なお、発光現象から受光部の良否をどう評価するかについては、何となく明るい／暗いではなく、定量的な判定評価が必要となる。上記（２）の場合は、例えば、直達日射量及び集光部の光学効率に基づいて、セルの発光効率で内部消費されるべき後述（４）の発光のスペクトル強度の推定値を算出することが可能である。従って、推定値との比較に基づいて、受光部の良否を定量的に判定することが可能である。また、上記（３）の場合には、最大電力点追従制御が最適化されていなくても電力を取り出すということは、電圧が出力され、電流が流れる。そこで、例えば、直達日射量、モジュール又はアレイの電圧及び電流、並びに、集光部の光学効率、に基づいて、セルの発光効率で内部消費されるべき発光のスペクトル強度の推定値を算出することが可能である。従って、推定値との比較に基づいて、受光部の良否を定量的に判定することが可能である。
（４）また、（１）〜（３）のいずれかの集光型太陽光発電装置の検査システムにおいて、前記セルの発光を撮像する、とは、例えば、発光のスペクトルを抽出することである。
この場合、セルの例えばトップセルからの発光であれば可視光のスペクトルを抽出し、異変があれば検出することができる。ミドルセル又はボトムセルであれば、近赤外発光又は赤外発光のスペクトルを放出するので、これらに基づいて、異変があれば、内部の欠陥を非破壊で検出することができる。また、例えば、初期の発光のスペクトルにおけるピークが、どれだけピークシフトしたかという量から、セルのジャンクションにおける温度を解析することができ、放熱性能の劣化も解析することができる。
（５）また、（１）〜（４）のいずれかの集光型太陽光発電装置の検査システムにおいて、前記撮像装置は、飛行体に搭載されていてもよい。
この場合、飛行体（例えばいわゆるドローン）により太陽を背にして高所からの撮像を容易に行うことができる。
（６）また、（５）の検査システムにおいて、前記アレイに届く直達日射量を検出する直達日射計を、前記アレイ及び前記飛行体の少なくとも一方に備えていてもよい。
この場合、直達日射計で直達日射量を測定しながら、セルからの発光のスペクトル強度を測定し、さらに例えば、モジュール又はアレイの電流及び電圧を検出することで、受光部の発光を定量的に評価することができる。
（７）また、（５）の検査システムにおいて、前記セルからの発光のスペクトルのみを通過させる光フィルタを前記撮像装置に搭載してもよい。
この場合、太陽光の強い反射光や散乱光から、セルの発光のみを抽出することができる。
（８）一方、これは、集光部により太陽光を集光させる位置に発電用のセルを含む受光部が設けられたユニット、当該ユニットの集合体であるモジュール、及び、当該モジュールの集合体であるアレイにおける、受光部の検査方法であって、前記アレイに太陽を追尾させて、太陽光を前記セルに集光させ、太陽と、太陽を追尾している前記アレイとの間に撮像装置が入って、前記アレイの表面に直交する方向から前記アレイを撮像できる状態とし、前記アレイからの電力の取り出しが制限された状態として前記セルを自ら発光させ、当該発光を前記撮像装置により撮像する、受光部の検査方法である。
このような受光部の検査方法は、セルを自ら発光させることができること、及び、その発光を、集光部を通して外部から観測できること、に着眼している。セルを自ら発光させたとき、受光部に何らかの異変があれば、セルの発光に基づく光学的な結果に影響が出る。例えば、セル周辺の樹脂が劣化していない箇所では、相対的に、集光部を通して観測される発光のスペクトル強度が高く、これに対して、セル周辺の樹脂が劣化している箇所ほど、発光のスペクトル強度が下がる。従って、スペクトル強度に基づいて樹脂の劣化を検出することができる。
このようにして、受光部の異変の有無の検査を容易に行うことができる。
（９）また、（８）の受光部の検査方法において、前記アレイに届く直達日射量に対する前記セルの発光のスペクトル強度に基づいて前記受光部の検査を行ってもよい。
この場合、直達日射量を測定しながら、セルからの発光のスペクトル強度を測定することで、受光部の発光を定量的に評価することができる。
（１０）また、（８）の受光部の検査方法において、前記モジュール又は前記アレイについて検出した電流及び電圧に対する前記セルの発光のスペクトル強度に基づいて前記受光部の検査を行うようにしてもよい。
この場合、セルからの発光のスペクトル強度を測定し、さらに、モジュール又はアレイの電流及び電圧を検出することで、受光部の発光を定量的に評価することができる。
（１１）また、（８）の受光部の検査方法において、前記アレイの周囲温度、及び、前記モジュールの筐体の底面温度の少なくとも一方を考慮しつつ、前記セルの発光スペクトルのピーク波長に基づいて、前記受光部の検査を行うようにしてもよい。
例えば受光部のフレキシブルプリント配線板が筐体の底面から剥離する等の場合、セルの放熱性が低下するので、ピーク波長が高くなる。従って、ピーク波長に基づいて、セルの放熱に関する異常の有無を捉えることができる。なお、セルの温度には、アレイの周囲温度（気温）や、筐体の底面の温度も影響するので、受光部が正常か異常かを正確に峻別するには、これらの情報も考慮する必要がある。
［実施形態の詳細］
以下、本発明の一実施形態に係る受光部の発光による検査方法を、図面を参照して説明する。
《集光型太陽光発電装置》
図１及び図２はそれぞれ、１基分の、集光型太陽光発電装置の一例を、受光面側から見た斜視図である。図１は、完成した状態での集光型太陽光発電装置１００を示し、図２は、組立途中の状態での集光型太陽光発電装置１００を示している。図２は、追尾架台２５の骨組みが見える状態を右半分に示し、モジュール１Ｍが取り付けられた状態を左半分に示している。なお、実際にモジュール１Ｍを追尾架台２５に取り付ける際は、追尾架台２５を地面に寝かせた状態で取り付けを行う。
図１において、この集光型太陽光発電装置１００は、上部側で連続し、下部側で左右に分かれた形状のアレイ（太陽光発電パネル全体）１と、その支持装置２とを備えている。アレイ１は、背面側の追尾架台２５（図２）上にモジュール１Ｍを整列させて構成されている。図１の例では、左右のウイングを構成する（９６（＝１２×８）×２）個と、中央の渡り部分の８個との、合計２００個のモジュール１Ｍの集合体として、アレイ１が構成されている。アレイ１の例えば上部には、太陽からアレイ１への直達日射量を検出するための直達日射計２６が取り付けられる。
支持装置２は、支柱２１と、基礎２２と、２軸駆動部２３と、駆動軸となる水平軸２４（図２）とを備えている。支柱２１は、下端が基礎２２に固定され、上端に２軸駆動部２３を備えている。
図１において、基礎２２は、上面のみが見える程度に地中に堅固に埋設される。基礎２２を地中に埋設した状態で、支柱２１は鉛直となり、水平軸２４（図２）は水平となる。２軸駆動部２３は、水平軸２４を、方位角（支柱２１を中心軸とした角度）及び仰角（水平軸２４を中心軸とした角度）の２方向に回動させることができる。図２において、水平軸２４には、追尾架台２５を補強する補強材２５ａが取り付けられている。また、補強材２５ａには、複数本の水平方向へのレール２５ｂが取り付けられている。従って、水平軸２４が方位角又は仰角の方向に回動すれば、アレイ１もその方向に回動する。
なお、図１，図２では１本の支柱２１でアレイ１を支える支持装置２を示したが、支持装置２の構成は、これに限られるものではない。要するに、アレイ１を、２軸（方位角、仰角）で可動なように支持できる支持装置であればよい。
図１のようにアレイ１が鉛直になっているのは、通常、夜明け及び日没前である。
日中は、アレイ１の受光面が常に太陽に正対する姿勢となるよう、２軸駆動部２３が動作し、アレイ１は太陽の追尾動作を行う。
図３は、一例として、太陽に正対しているアレイ１の姿勢を示す斜視図である。また、例えば赤道付近の南中時刻であれば、アレイ１は受光面を太陽に向けて水平な姿勢となる。夜間は、例えば、アレイ１の受光面を地面に向けて水平な姿勢となる。
《モジュールの構成例》
図４は、モジュール１Ｍの構成の一例を示す斜視図である。但し、底面１１ｂ側はフレキシブルプリント配線板１３のみ示し、ここでは、他の構成要素は省略している。
モジュール１Ｍは、外観上の物理的な形態としては、例えば金属製又は樹脂製で長方形の平底容器状の筐体１１と、その上に蓋のように取り付けられる集光部１２と、を備えている。集光部１２は、例えば１枚の光透過性のガラス板１２ａの裏面に樹脂製の集光レンズ（フレネルレンズ）１２ｆが貼り付けられて構成されている。例えば図示の正方形（この例では１４個×１０個であるが、数量は説明上の一例に過ぎない。）の区画の１つ１つが、集光レンズ１２ｆであり、太陽光を焦点位置に収束させることができる。
筐体１１の底面１１ｂ上には、細長いフレキシブルプリント配線板１３が、突き当たりで方向転換しながら整列するように配置されている。フレキシブルプリント配線板１３には相対的に幅広な部位と幅狭な部位とがある。セル（図示せず。）が実装されるのは幅広な部位である。
フレキシブルプリント配線板１３と集光部１２との間には、例えば金属製の遮蔽板１４が取り付けられている。遮蔽板１４には、個々の集光レンズ１２ｆの中心に対応した位置に、集光レンズ１２ｆの正方形に相似な正方形の開口１４ａが形成されている。アレイ１が太陽を正確に追尾し、モジュール１Ｍに対する太陽光の入射角が０度であれば、集光レンズ１２ｆにより集光された光は開口１４ａを通過することができる。追尾がずれた場合は、集光された光は遮蔽板１４により遮蔽される。
《ユニットの構成例》
図５は、モジュール１Ｍを構成する集光型発電の光学系の基本構成としてのユニット１Ｕの一例を示す断面図である。
図において、ユニット１Ｕが、太陽と正対し、太陽光の入射角が０度であると、１次レンズである集光レンズ１２ｆの光軸Ａｘ上に、受光部Ｒの２次レンズ４７及びセル４１があり、集光レンズ１２ｆにより集光する光は受光部Ｒの２次レンズ４７に取り込まれ、セル４１に導かれる。
なお、図５における受光部Ｒは、構造説明の都合上、適宜拡大して描いており、実際の寸法に比例した図ではない。
フレキシブルプリント配線板１３は、断面構造として見ると、筐体１１の底面１１ｂ上に、放熱性粘着剤３１、裏面銅層３２、接着剤層３３、絶縁基材３４、銅パターン３５、接着剤層３６、カバーレイ３７を有している。
セル４１の出力電極から銅パターン３５までは、Ｐ極側及びＮ極側が分かれて絶縁樹脂４４により互いに絶縁されている。セル４１の出力のＰ側と接続されるリードフレーム４３ｐと、金ワイヤー４１ｗを介してＮ側と接続されるリードフレーム４３ｎとは、それぞれ別に、銅パターン３５に接続されている。リードフレーム４３ｐ，４３ｎ上に乗った樹脂製のリング４２は、２次レンズ４７を支持している。リードフレーム４３ｐ，４３ｎの周囲はポッティング樹脂４５により覆われている。２次レンズ４７とセル４１との間の空間には透明な封止樹脂４６が充填され、封止樹脂４６は、セル４１を封止し、２次レンズ４７を接着させている。封止樹脂４６は、例えば、透明なシリコーン樹脂である。例えば、この封止樹脂４６が、長年の使用により変色する可能性がある。
図６は、セル４１の内部構造（断面）の一例を示す図である。図において、セル４１は、上から順に、トップセル４１ｔ、ミドルセル４１ｍ、ボトムセル４１ｂと、を備えている。太陽から入射光を受けている状態で、リードフレーム４３ｐ，４３ｎから出力を取り出さない場合、トップセル４１ｔでは電子とホールキャリアとの再結合発光が起こる。このときの発光は波長が６１０〜７５０ｎｍの赤色の可視光である。また、ミドルセル４１ｍでも電子とホールキャリアとの再結合発光が起こる。このときの発光は波長が９００〜９５０ｎｍの近赤外発光である。さらに、ボトムセル４１ｂでも電子とホールキャリアとの再結合発光が起こる。このときの発光は波長が１６５０〜１８００ｎｍの赤外発光である。
《モジュールの回路接続図の例》
図７は、１つのモジュール１Ｍ内の回路接続図の一例である。各々のセル４１には並列にバイパスダイオード４１ｄが接続されている。多数のセル４１は、例えば、図７では、向かって左側のセル群と、右側のセル群とがそれぞれ互いに直列に接続され、かつ、それらが並列に接続されている。故障して発電しなくなったセル４１があったとしても、バイパスダイオード４１ｄがあるので、その部分で直列回路が途切れることはない。すなわち、故障したセル４１の個数が全体数から見て僅かであれば、全体としては、さほど影響を受けない。逆に、全体数から見て軽視できないほど多くのセル４１が故障すると、モジュール１Ｍ全体の発電電力への影響が大きくなる。セル４１は逆耐電圧が低いため、外部から電圧をかけることがないように、逆流防止ダイオードＤ１，Ｄ２が設けられている。従って、モジュール１Ｍの外部から電圧を印加して、モジュール１Ｍ内のセル４１に電流を流すことはできない。
《アレイの撮像》
図８は、アレイ１を撮像する状態の一例を示す斜視図である。図示のように、飛行体（例えば、いわゆるドローン）５２に搭載した撮像装置５１（カメラ）を用いて、アレイ１を正面から撮像する。なお、撮像装置５１は、太陽に正対するモジュール１Ｍの光軸Ａｘ上にあって、アレイ１に対して垂直になるように向けて撮像する。すなわち、太陽に正対し、太陽光の入射角０度の状態のアレイ１と太陽との間に入るように撮像装置５１が入る。撮像装置５１は上下左右に動きながら、アレイ１全体を撮像する。アレイ１と撮像装置５１との距離は、等距離を保って撮像する必要はなく、単に、アレイ全体をスキャンするように撮像すればよい。撮像装置５１と、これに対向するモジュール１Ｍとの適切な距離は、撮像装置５１の解像度に依存する。
一方、直達日射計２６は、アレイ１に対する直達日射量を検出する。直達日射量と共に、後述の発光のスペクトル強度を測定することで、定量的に、受光部Ｒの良否を評価することができる。なお、直達日射計２６は、飛行体５２に設けることも可能であり、また、飛行体５２及びアレイ１の双方に設けてもよい。
《セルの発光》
アレイ１の発電電力は、インバータ装置（パワーコンディショナ）６０に送り込まれ、交流電力に変換される。インバータ装置６０は、通常はＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御を行っており、その時点の日射条件において最大の電力が引き出せるよう、常に電圧及び電流の制御を行っている。
ここで、インバータ装置６０の運転を停止するか又は、意図的に最大電力点を外し、最大電力を引き出さない状態にする。このような状態では、行き場を失った発電電力によりセル４１がフォトルミネッセンス又はエレクトロルミネッセンス現象により、発光する。発光は、太陽光の反射光又は散乱光に比べて弱いが、例えば撮像装置５１に光フィルタ５３を装着することにより、容易に、セル４１の発光を撮像することができる。このとき、例えばセル４１周辺の封止樹脂４６が透明であれば、発光は撮像装置５１によって捉えることができる。逆に、封止樹脂４６の透明度が低下している場合は、発光が撮像装置５１に捉えにくい状態となる。すなわち、封止樹脂４６の透明度が、撮像装置５１によって捉えることができる赤い色の光の明暗となって現れる。
図９は、モジュール１Ｍ内のセル４１を全て発光させた場合の撮像の結果の一例を示す図である。集光部１２を介して発光が一定以上の明るさで撮像される箇所を白で表し、一定の明るさに満たない箇所に斜線を付して表すと、例えば、図示のように３箇所で、発光が確認できないか、又は、周辺より薄暗い状態となる。すなわち、これらの３箇所は、封止樹脂４６が変色し、その透明度が下がっている可能性がある。このような不良箇所の数が、全体数（図示の例では１０×１４）に比べて大きな影響がない程度の少数の場合は、経過観察としてもよい。逆に、不良箇所の数が全体数に比べて無視できないほど多い場合は、発電電力の著しい低下が予想されるので、モジュール１Ｍ全体を取り替えることが好ましい。
図１０及び図１１は、モジュール１Ｍを撮像した場合の、集光部１２（集光レンズ１２ｆ）の１区画を表した図である。中央の丸い部分は、受光部Ｒの２次レンズ４７を通して見るセル４１周辺の部分である。図１０は、発光が一定以上の明るさで撮像される箇所を表している。図１１は、発光が確認できないか、又は、周辺より薄暗い状態となる箇所を表している。
図１２は、撮像装置５１によって捉える光についてのスペクトルデータ（発光のスペクトル強度）である。図において、実線は、正常な受光部Ｒにおけるセル４１の発光に基づくスペクトルを表している。図示のように、トップセルからは、波長６１０〜７５０ｎｍの光が明瞭に観測されている。ミドルセルからも、９００〜９５０ｎｍ付近で若干の光が観測されている。点線は、劣化が進んだ受光部Ｒにおけるセル４１の発光に基づくスペクトルを表している。図示のように、トップセルからの光はほとんど届いていない。ミドルセルからも光は届いていない。
《まとめ及び補足説明》
以上のような集光型太陽光発電装置１００の検査システムによれば、アレイ１が太陽を追尾して太陽光をセル４１に集光させているとき、インバータ装置６０は、アレイ１からの電力の取り出しが制限された状態としてセル４１を自ら発光させ、撮像装置５１は、セル４１の発光を撮像する。
また、受光部Ｒの検査方法としての観点からは、アレイ１に太陽を追尾させて、太陽光をセル４１に集光させ、太陽と、太陽を追尾しているアレイ１との間に撮像装置５１が入って、アレイ１の表面に直交する方向からアレイ１を撮像できる状態とし、アレイ１からの電力の取り出しが制限された状態としてセル４１を自ら発光させ、当該発光を撮像装置５１により撮像する。
このような集光型太陽光発電装置１００の検査システム、及び、受光部Ｒの検査方法は、セル４１を自ら発光させることができること、及び、その発光を、集光レンズ１２ｆを通して外部から観測できること、に着眼した検査システム／検査方法である。セル４１を自ら発光させたとき、受光部Ｒに何らかの異変があれば、セル４１の発光に基づく光学的な結果に影響が出る。例えば、セル周辺の樹脂（封止樹脂４６）が劣化していない箇所では、相対的に、集光レンズを通して観測される発光のスペクトル強度が高く、これに対して、セル周辺の樹脂が劣化している箇所ほど、発光のスペクトル強度が下がる。従って、スペクトル強度に基づいて樹脂の劣化を検出することができる。このようにして、受光部Ｒの異変の有無の検査を容易に行うことができる。
このような検査は、毎日行う必要はないが、定期的に撮像装置５１によりアレイ１を撮像し、初期状態からの輝度分布変化、波長のピークシフト等を行うことにより、受光部Ｒの非破壊検査を行うことができる。こうして、劣化の進行を監視しつつ、集光型太陽光発電装置１００を運用することを可能とする集光型太陽光発電装置の検査システムを提供することができる。
また、同時期（例えば同じ日）の、直達光６００Ｗ／ｍ２以上のときと、朝夕などの１００Ｗ／ｍ２以下のときとで、セル４１の発光の撮像結果を比較し、分光評価することにより、セルの良否を判定することもできる。
なお、アレイ１からの電力の取り出しが制限された状態とは、例えば、発電中にセル４１から電力を取り出さないことである。
この場合、外部に取り出されない残留電流（電子及びホールキャリア）が、セル４１の内部のＰＮ接合部分で再結合して発光する。こうして、セル４１は発光現象を起こすので、撮像装置５１はこれを撮像することができる。
また、アレイ１からの電力の取り出しが制限された状態とは、例えば、アレイ１に対するＭＰＰＴ制御が最適化されていない状態である。朝夕の日射量が少ない場合（例えば直達日射光１００Ｗ／ｍ２以下）では、インバータ装置６０におけるＭＰＰＴ制御が最適化できていない時間帯があり、その際は、インバータ装置６０を通してすべての電流が系統に供給されない。この場合も、外部に取り出されない残留電流（電子及びホールキャリア）が、セル４１の内部のＰＮ接合部分で再結合して発光する場合がある。
また、発光の撮像とは、発光のスペクトルを抽出することである。上記の実施形態では、赤い色（可視光）を発光するトップセルについて述べたが、スペクトル解析により、セル４１の内部のミドルセル及びボトムセルの状況（結晶内部応力、欠陥の有無）をも検査することが可能である。なお、ミドルセルの近赤外発光の波長域（９００〜９５０ｎｍ付近）はトップセルより小さい波長なので、トップセルは、その波長域で透明となり、外部観測が可能である。従ってトップセルと同様にミドルセル用のバンドパス光フィルタを撮像装置５１の前に設置することでミドルセルにおける状況を検査することも可能になる。同様のことは、ボトムセルについても言える。
なお、発光しないセルに関しては、例えば、内部のＰＮ接合が破壊され、入射光に対してホールキャリアを発生しないことが考えられる。また、ホールキャリアは発生したものの再結合発光しないことも考えられる。すなわち、欠陥等の存在で、結晶内部で電子及びホールキャリアが流れないか、若しくは再結合できないことが考えられる。いずれにしてもセルとしての発電機能が失われていることを、容易に検出できる。
このようにして、セルの例えばトップセルからの発光であれば可視光のスペクトルを抽出し、異変があれば検出することができる。ミドルセル又はボトムセルであれば、近赤外発光又は赤外発光のスペクトルを放出するので、これらに基づいて、異変があれば、内部の欠陥を非破壊で検出することができる。
一方、インバータ装置６０のＭＰＰＴ制御が最適にできている場合(例えば直達光６００Ｗ／ｍ２以上)での観測であるにもかかわらず、セルの発光が観測できれば、セル周辺の回路(例えば、金ワイヤー断線、配線の断線等）に異常があると判断することができる。
また、セルの発光現象から受光部Ｒの良否をどう評価するかについては、例えば、直達日射計２６により検出した直達日射量、モジュール１Ｍ又はアレイ１の電圧及び電流、並びに、集光レンズ１２ｆの光学効率に基づいて、セルの発光効率で内部消費されるべき発光のスペクトル強度の推定値を算出することが可能である。そして、実際の撮像結果から得られた発光のスペクトル強度を推定値と比較して、受光部Ｒの良否を定量的に判定することが可能である。なお、アレイ１の電圧及び電流はインバータ装置６０で検出することができる。モジュール１Ｍ単位の電圧及び電流は、例えば、個々に計測器を用いて検出することになる。
また、図１２において、例えば、初期の発光のスペクトルにおけるピークが、どれだけピークシフトしたかという量から、セルのジャンクションにおける温度を解析することができ、放熱性能の劣化も解析することができる。
さらに、セルの温度によって発光スペクトルのピーク波長が変化することに基づいて、セルの発光から種々の情報を得ることができる。例えば、図５において、受光部Ｒのフレキシブルプリント配線板１３が、放熱性粘着剤３１のところで、底面１１ｂからの剥離を生じる可能性もある。剥離が生じると放熱性が低下し、セル４１の温度が上昇する。セル４１の温度が上昇すると、発光スペクトルのピーク波長が、波長の高い方へ移動する。従って、観測されるピーク波長に基づいて、セル４１の放熱に関する異常の有無を捉えることができる。なお、セル４１の温度には、アレイ１の周囲温度（気温）や、筐体１１の底面１１ｂの温度も影響するので、受光部Ｒが正常か異常かを正確に峻別するには、これらの情報も考慮する必要がある。すなわち、アレイ１の周囲温度、及び、筐体１１の底面温度の少なくとも一方を考慮しつつ、セル４１の発光スペクトルのピーク波長に基づいて、受光部Ｒの検査を行うことができる。
《その他》
なお、上記実施形態における飛行体５２は、遠隔操作又は自動制御が可能な小型のもの（ドローン）を想定して説明したが、基本的には、大型で有人の飛行体でも撮像は可能である。また、その他の手段（例えばクレーン車を使う等）を用いた高所からの撮像であってもよい。
また、上記実施形態は、集光レンズを用いる太陽光発電装置について説明したが、太陽光を凹面鏡で反射させ集光した光をセルに導く太陽光発電装置についても、同様にして受光部の検査を行うことができる。
《補記》
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
１ アレイ
１Ｍ モジュール
１Ｍ１，１Ｍ２，１Ｍ３，１Ｍ４ モジュール
１Ｕ ユニット
２ 支持装置
１１ 筐体
１１ｂ 底面
１２ 集光部
１２ａ ガラス板
１２ｆ 集光レンズ
１３ フレキシブルプリント配線板
１４ 遮蔽板
１４ａ 開口
２１ 支柱
２２ 基礎
２３ ２軸駆動部
２４ 水平軸
２５ 追尾架台
２５ａ 補強材
２５ｂ レール
２６ 直達日射計
３１ 放熱性粘着剤
３２ 裏面銅層
３３ 接着剤層
３４ 絶縁基材
３５ 銅パターン
３６ 接着剤層
３７ カバーレイ
４１ セル
４１ｄ バイパスダイオード
４１ｔ トップセル
４１ｍ ミドルセル
４１ｂ ボトムセル
４１ｗ 金ワイヤー
４２ リング
４３ｐ，４３ｎ リードフレーム
４４ 絶縁樹脂
４５ ポッティング樹脂
４６ 封止樹脂
４７ ２次レンズ
５１ 撮像装置
５２ 飛行体
５３ 光フィルタ
６０ インバータ装置
１００ 集光型太陽光発電装置
Ｄ１，Ｄ２ 逆流防止ダイオード
Ｒ 受光部
また、発光の撮像とは、発光のスペクトルを抽出することである。上記の実施形態では、赤い色（可視光）を発光するトップセルについて述べたが、スペクトル解析により、セル４１の内部のミドルセル及びボトムセルの状況（結晶内部応力、欠陥の有無）をも検査することが可能である。なお、ミドルセルの近赤外発光の波長域（９００〜９５０ｎｍ付近）はトップセルより長い波長なので、トップセルは、その波長域で透明となり、外部観測が可能である。従ってトップセルと同様にミドルセル用のバンドパス光フィルタを撮像装置５１の前に設置することでミドルセルにおける状況を検査することも可能になる。同様のことは、ボトムセルについても言える。
１ アレイ
１Ｍ モジュール
１Ｕ ユニット
２ 支持装置
１１ 筐体
１１ｂ 底面
１２ 集光部
１２ａ ガラス板
１２ｆ 集光レンズ
１３ フレキシブルプリント配線板
１４ 遮蔽板
１４ａ 開口
２１ 支柱
２２ 基礎
２３ ２軸駆動部
２４ 水平軸
２５ 追尾架台
２５ａ 補強材
２５ｂ レール
２６ 直達日射計
３１ 放熱性粘着剤
３２ 裏面銅層
３３ 接着剤層
３４ 絶縁基材
３５ 銅パターン
３６ 接着剤層
３７ カバーレイ
４１ セル
４１ｄ バイパスダイオード
４１ｔ トップセル
４１ｍ ミドルセル
４１ｂ ボトムセル
４１ｗ 金ワイヤー
４２ リング
４３ｐ，４３ｎ リードフレーム
４４ 絶縁樹脂
４５ ポッティング樹脂
４６ 封止樹脂
４７ ２次レンズ
５１ 撮像装置
５２ 飛行体
５３ 光フィルタ
６０ インバータ装置
１００ 集光型太陽光発電装置
Ｄ１，Ｄ２ 逆流防止ダイオード
Ｒ 受光部

Claims (11)

  1. 集光部により太陽光を集光させる位置に発電用のセルを含む受光部が設けられたユニットが、筐体内に集合して構成されたモジュールと、
    前記モジュールが複数個集合して構成されたアレイを載せて、太陽を追尾する追尾架台と、
    前記アレイが発電する直流電力を取り出し、交流電力に変換して出力するインバータ装置と、
    太陽と、太陽を追尾している前記アレイとの間にあって、前記アレイの表面に直交する方向から前記アレイを撮像する撮像装置と、を備え、
    前記アレイが太陽を追尾して太陽光を前記セルに集光させているとき、
    前記インバータ装置は、前記アレイからの電力の取り出しが制限された状態として前記セルを自ら発光させ、
    前記撮像装置は、前記セルの発光を撮像する、
    集光型太陽光発電装置の検査システム。
  2. 前記制限された状態とは、発電中に前記アレイから電力を取り出さないことである請求項１に記載の、集光型太陽光発電装置の検査システム。
  3. 前記制限された状態とは、前記アレイに対する最大電力点追従制御が最適化されていない状態である請求項１に記載の、集光型太陽光発電装置の検査システム。
  4. 前記セルの発光を撮像する、とは、発光のスペクトルを抽出することである、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の、集光型太陽光発電装置の検査システム。
  5. 前記撮像装置は、飛行体に搭載されている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の、集光型太陽光発電装置の検査システム。
  6. 前記アレイに届く直達日射量を検出する直達日射計を、前記アレイ及び前記飛行体の少なくとも一方に備えた請求項５に記載の検査システム。
  7. 前記セルからの発光のスペクトルのみを通過させる光フィルタを前記撮像装置に搭載した請求項５に記載の検査システム。
  8. 集光部により太陽光を集光させる位置に発電用のセルを含む受光部が設けられたユニット、当該ユニットの集合体であるモジュール、及び、当該モジュールの集合体であるアレイにおける、受光部の検査方法であって、
    前記アレイに太陽を追尾させて、太陽光を前記セルに集光させ、
    太陽と、太陽を追尾している前記アレイとの間に撮像装置が入って、前記アレイの表面に直交する方向から前記アレイを撮像できる状態とし、
    前記アレイからの電力の取り出しが制限された状態として前記セルを自ら発光させ、当該発光を前記撮像装置により撮像する、
    受光部の検査方法。
  9. 前記アレイに届く直達日射量に対する前記セルの発光のスペクトル強度に基づいて前記受光部の検査を行う、請求項８に記載の受光部の検査方法。
  10. 前記モジュール又は前記アレイについて検出した電流及び電圧に対する前記セルの発光のスペクトル強度に基づいて前記受光部の検査を行う、請求項８に記載の受光部の検査方法。
  11. 前記アレイの周囲温度、及び、前記モジュールの筐体の底面温度の少なくとも一方を考慮しつつ、前記セルの発光スペクトルのピーク波長に基づいて、前記受光部の検査を行う、請求項８に記載の受光部の検査方法。
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