JP2002329879A - Method for detecting defect in solar battery array - Google Patents
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】 本発明は、太陽電池アレイ
の電気的欠陥の検出方法に関するものである。The present invention relates to a method for detecting an electrical defect in a solar cell array.
【０００２】[0002]
【従来の技術】 近年、温室効果ガスによる地球温暖化
が社会的な問題となっており、温室効果ガスを削減する
ためのクリーンな新エネルギーとして、太陽電池を用い
た太陽光発電システムが注目されており、住宅用あるい
は産業用として徐々に普及しつつある。今後は、太陽電
池の設置面積を増加させていくために、建築物の屋根の
みならず、より大きな面積を確保できる外壁への適用が
課題となっており、この場合、複数個の太陽電池モジュ
ールで構成されるアレイを数多く設置してシステムを構
成することとなる。2. Description of the Related Art In recent years, global warming due to greenhouse gases has become a social problem, and solar power generation systems using solar cells have attracted attention as clean new energy for reducing greenhouse gases. It is gradually spreading for residential or industrial use. In the future, in order to increase the installation area of solar cells, application to not only the roof of the building but also the outer wall that can secure a larger area has become an issue. The system is configured by installing a number of arrays consisting of
【０００３】稼働中の太陽光発電システムを良好な状態
で運用していくためには、メンテナンス技術の確立が重
要である。断線などに起因する電気的欠陥は太陽電池の
性能に影響を及ぼすが、このような電気的欠陥を有する
箇所を簡便に検出することは、太陽電池の発電能力が低
下するのを防ぐために、非常に重要な技術である。[0003] In order to operate an operating solar power generation system in a good state, it is important to establish a maintenance technique. Electrical defects caused by disconnection etc. affect the performance of the solar cell.However, simply detecting a portion having such an electrical defect is very important to prevent the power generation capability of the solar cell from being reduced. Is an important technology.
【０００４】従来、発生した太陽電池の欠陥を検出する
手段としては、太陽電池の製造工程において、たとえ
ば、Ｈｅ−Ｎｅレーザのようなレーザ光の微小スポット
を薄膜太陽電池の面内でスキャニングして、発生した光
電流の面内分布を検出する方法がある。しかしながら、
上記レーザスキャニング法による場合は、検出装置が高
価となり、また微小スポットごとに行う必要性から検出
するのに長時間を要するという問題があり、稼働中の太
陽電池の欠陥検出方法として現実的な方法とはいいがた
い。Conventionally, as a means for detecting a defect of a generated solar cell, in a manufacturing process of the solar cell, for example, a minute spot of a laser beam such as a He—Ne laser is scanned in a plane of the thin film solar cell. There is a method of detecting the in-plane distribution of the generated photocurrent. However,
In the case of using the above laser scanning method, there is a problem that the detection device is expensive and it takes a long time to detect it from the necessity of performing each minute spot. It is hard to say.
【０００５】また、発電中の太陽電池について欠陥を検
出する大まかな方法として、各太陽電池モジュールの開
放電圧を測定する太陽電池モジュールの診断方法がある
が、測定するためには、あらかじめ各太陽電池モジュー
ルの開放電圧が測定できるような配線設計にしておく
か、あるいは各太陽電池モジュールの配線を外して測定
するなど、非常に手間がかかる。As a rough method of detecting a defect in a solar cell during power generation, there is a method of diagnosing a solar cell module by measuring an open circuit voltage of each solar cell module. It is very time-consuming to design the wiring so that the open-circuit voltage of the module can be measured, or to remove the wiring of each solar cell module for measurement.
【０００６】このように、従来の欠陥検出方法では、太
陽電池モジュールごとに、点として欠陥箇所を検出しよ
うとするものであり、たとえば、製品出荷前に各モジュ
ールごとに不良な製品を検出することには有用である
が、太陽光発電システムとして実際に稼働中のものに、
適用するには、個々のモジュールを取り外して検査する
必要性があるなどの問題点がある。さらに、架台方式の
太陽光発電システムの場合には、足場さえ確保すれば、
従来の方法を適用することが可能であるが、建築物の外
壁や屋根などへ適用した建材一体型の太陽光発電システ
ムの場合、モジュールの取り外しに手間がかかるなど、
個々の太陽電池モジュールごとに欠陥を検出するのは極
めて困難である。As described above, the conventional defect detection method attempts to detect a defective portion as a point for each solar cell module. For example, it is necessary to detect a defective product for each module before shipping the product. Is useful, but what is actually operating as a solar power generation system,
There are problems such as the necessity of removing and inspecting each module to apply. In addition, in the case of a gantry type solar power generation system,
Conventional methods can be applied, but in the case of building material integrated solar power generation systems applied to the outer walls and roofs of buildings, it takes time to remove modules,
It is extremely difficult to detect a defect for each individual solar cell module.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の問題点に鑑み、特に建築物の外壁に複数の太陽電
池アレイが一体的に設置され、稼働されている太陽光発
電システムにおいて、手間がかからず、安価で、短時間
で、かつ正確に、太陽電池アレイの中から電気的な欠陥
を有する太陽電池モジュールを検出することができる、
太陽電池アレイの欠陥検出方法を提供する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is particularly directed to a photovoltaic power generation system in which a plurality of solar cell arrays are integrally installed and operated on the outer wall of a building. It is possible to detect a solar cell module having an electrical defect from a solar cell array at low cost, in a short time, and accurately without any trouble.
A method for detecting a defect in a solar cell array is provided.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】 そのため、本発明に係
る太陽電池アレイの欠陥検出方法は、発電中の太陽電池
アレイについて、該太陽電池アレイを構成する太陽電池
モジュールの表面の温度分布を、太陽電池アレイごとに
または複数の太陽電池アレイごとに測定することによ
り、太陽電池アレイの電気的欠陥を検出することを特徴
とする。Therefore, a method for detecting a defect in a solar cell array according to the present invention uses a method for detecting the temperature distribution of the surface of a solar cell module constituting the solar cell array for a solar cell array that is generating power. The electrical defect of the solar cell array is detected by measuring for each battery array or for each of a plurality of solar cell arrays.
【０００９】太陽電池モジュールの表面の温度分布を測
定するためには、赤外線熱画像装置を用いることができ
る。In order to measure the temperature distribution on the surface of the solar cell module, an infrared thermal imaging device can be used.
【００１０】また、設置場所の条件により、太陽電池ア
レイの一部について、表面温度の分布が周囲の影響を受
けている場合には、太陽電池アレイの正常な表面温度分
布パターンをあらかじめ作成しておいて、経時的変化を
前記正常なパターンとの比較で行うことが好ましい。If the surface temperature distribution of a part of the solar cell array is affected by the surroundings due to the conditions of the installation location, a normal surface temperature distribution pattern of the solar cell array is created in advance. Here, it is preferable that the change with time is performed by comparison with the normal pattern.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】 太陽電池は、太陽光などの光を
浴びると発電するが、発電損失の一部が熱エネルギーと
なり、太陽電池自体も発熱している。ところが、太陽電
池において欠陥があると、当該欠陥箇所は、正常な箇所
と比較して太陽電池の表面に現れる発熱量に相違が生じ
る。たとえば、接触不良がある箇所では、抵抗の増加に
より、正常な箇所に比べて、電気がより多く流れるた
め、発熱量がより増加する可能性がある。一方、断線が
ある箇所では、通電がなく発熱しないため、発熱量が減
少する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A solar cell generates power when exposed to light such as sunlight, but a part of power generation loss becomes thermal energy, and the solar cell itself generates heat. However, if there is a defect in the solar cell, a difference occurs in the amount of heat generated on the surface of the solar cell in the defective portion as compared with a normal portion. For example, in a place where there is poor contact, more electricity flows than in a normal place due to an increase in resistance, so that the amount of heat generated may increase further. On the other hand, in places where there is a disconnection, there is no electricity supply and no heat is generated, so the amount of heat generated is reduced.
【００１２】かかる太陽電池アレイの表面における温度
分布を、対象物に触れることなく、離れた場所から計測
することで、その発熱量の相違を検出することで、太陽
電池モジュールごとに点で温度を計測することなく、太
陽電池アレイ全体といった広いエリア単位ごとに一度に
計測を行い、２次元情報を得ることができる。そのた
め、処理時間が早く、温度変化の早い状況でも、温度を
正確に計測することができる。なお、「アレイ」の用語
は、複数個の太陽電池モジュールを結合してパネルで構
成したものを意味するが、サブアレイなど複数のモジュ
ールによる集合体を含むものとする。The temperature distribution on the surface of the solar cell array is measured from a distant place without touching an object, thereby detecting a difference in the amount of generated heat. Without performing measurement, two-dimensional information can be obtained by performing measurement once for each large area unit such as the entire solar cell array. Therefore, the temperature can be accurately measured even in a situation where the processing time is short and the temperature changes rapidly. Note that the term “array” means a panel formed by combining a plurality of solar cell modules, but includes an aggregate of a plurality of modules such as a subarray.
【００１３】なお、測定はアレイごとに行う以外に、複
数のアレイについて同時に行うことも可能であるが、そ
の範囲は、たとえば測定装置のカメラのアングルや設置
条件などにより決定される。The measurement can be performed simultaneously for a plurality of arrays in addition to the measurement for each array. However, the range is determined by, for example, the angle of the camera of the measuring apparatus and the installation conditions.
【００１４】この測定には、一般的な赤外線熱画像装置
を用いることができる。この赤外線熱画像装置は、絶対
温度０度以上のすべての物体が、表面から赤外線を放射
しており、放射量は物体の温度と相関関係にあるという
原理を利用したものであり、センサーにより物体から放
射される赤外線の放射量を検出し、これを電気信号とし
て出力し、温度情報に変換することで、当該装置のモニ
タに温度分布を色分けして表示するものである。このよ
うにして得られる温度情報をあらかじめ正常な状態で入
手しておき、適宜測定した温度情報を正常な状態のもの
と比較して異常を検出する。For this measurement, a general infrared thermal imaging device can be used. This infrared thermal imaging device uses the principle that all objects with an absolute temperature of 0 ° or more emit infrared light from the surface, and the amount of radiation is correlated with the temperature of the object. The amount of infrared radiation emitted from the device is detected, output as an electric signal, and converted into temperature information, so that the temperature distribution is displayed on a monitor of the device in different colors. The temperature information obtained in this way is obtained in a normal state in advance, and an abnormality is detected by comparing the appropriately measured temperature information with that in the normal state.
【００１５】本発明では、図１に示すように、建材１に
一体的に設置された太陽光発電システムの太陽電池アレ
イ２に対して、当該アレイから離れた場所に赤外線熱画
像装置３を設置し、太陽電池表面の発熱量をたとえばア
レイごとに計測する。上記したように、当該装置では、
太陽電池の表面から放射される赤外線の放射量が温度情
報に変換されて、モニタに色分けされた温度分布として
表示される。In the present invention, as shown in FIG. 1, an infrared thermal imaging device 3 is installed at a location away from the solar cell array 2 of the photovoltaic power generation system integrated with the building material 1. Then, the calorific value of the solar cell surface is measured, for example, for each array. As described above, in the device,
The amount of infrared radiation radiated from the surface of the solar cell is converted into temperature information and displayed on a monitor as a color-coded temperature distribution.
【００１６】よって、かかる温度分布より、周囲の正常
な太陽電池モジュールよりも高い発熱量ないしは低い発
熱量を有するモジュールについて電気的な欠陥を有する
ことがわかるため、そのモジュールだけを建材から取り
外して、交換することができる。Therefore, it can be understood from the temperature distribution that a module having a higher or lower calorific value than the surrounding normal solar cell module has an electrical defect. Therefore, only the module is removed from the building material, and Can be exchanged.
【００１７】なお、赤外線熱画像装置を使用して測定す
る場合には、発電量の多い晴天日の日中に当該方法を使
用することが好ましい。When the measurement is carried out using an infrared thermal imaging apparatus, it is preferable to use this method during the daytime on a sunny day when the amount of power generation is large.
【００１８】[0018]
【実施例】 図２に示すように、太陽電池モジュール６
枚を直列に接続したサブアレイを１単位として、これら
のサブアレイを並列に３枚で構成して太陽電池アレイを
構成した。図３に示すように、これらの３６枚の太陽電
池アレイを３６枚、建築物の外壁に設置し、太陽光発電
システムを構築して、運転した。EXAMPLE As shown in FIG.
A solar cell array was constructed by using three sub-arrays in parallel with one sub-array in which the sub-arrays were connected in series. As shown in FIG. 3, 36 of these 36 solar cell arrays were installed on the outer wall of a building, and a solar power generation system was constructed and operated.
【００１９】日射のある日中に、発電中である太陽光発
電システムに対して、日本アビオニクス社製の、形式Ｔ
ＶＳ−２１００の赤外線熱画像装置を使用して、図１の
ように、太陽電池表面の温度分布を測定した。測定は、
図２に示した、１アレイごと、すなわち１８枚のモジュ
ールを１単位として行った。The solar power generation system which is generating power during the day with solar radiation is manufactured by Nippon Avionics, Inc.
The temperature distribution on the surface of the solar cell was measured as shown in FIG. 1 using an infrared thermal imager of VS-2100. The measurement is
This was performed for each array, that is, for 18 modules as shown in FIG.
【００２０】その結果、図４（ａ）に示すように、モニ
タに、下段のサブアレイのうち、右から３枚目のモジュ
ールにおいて、円形領域が現れた。図５に示すように、
円形領域が３０℃、その周囲領域及びその他のモジュー
ルは３７℃であり、円形領域とその他の領域で温度差が
生じていることがわかった。As a result, as shown in FIG. 4A, a circular area appeared on the monitor in the third module from the right in the lower sub-array. As shown in FIG.
The temperature of the circular area was 30 ° C., and that of the surrounding area and other modules was 37 ° C. It was found that there was a temperature difference between the circular area and other areas.
【００２１】当該太陽電池モジュールを、専用のシール
カッターを使用して、モジュール周囲と裏面のシールを
切断し、除去した。次に、モジュールを少し浮かせて、
モジュール裏側の配線コネクタを外し、落下防止用のス
テンレス線を切断後、吸盤を使用してモジュールを取り
外した。Using a special seal cutter, the seal around the module and the back surface of the solar cell module were cut and removed. Next, lift the module a little,
After removing the wiring connector on the back side of the module and cutting the stainless wire for drop prevention, the module was removed using a suction cup.
【００２２】当該モジュールを観察したところ、断線箇
所が発見された。よって、円形領域が周囲温度より低い
ために、当該方法により円形領域の中心で断線が発生し
ていることが検知できることがわかった。When the module was observed, a broken portion was found. Therefore, it was found that it is possible to detect that a disconnection has occurred at the center of the circular region by the method because the circular region is lower than the ambient temperature.
【００２３】その後、タイル端面のシール除去等の下地
処理を行い、下地防水処理を施し、養生後、新しいモジ
ュールを用意し、配線コネクタ接続、モジュール取り付
け、マスキングおよびプライマー処理という手順で交換
作業を行った。Thereafter, a base treatment such as removal of a seal from the tile end face is performed, a base waterproof treatment is performed, and after curing, a new module is prepared, and a replacement operation is performed in the order of wiring connector connection, module installation, masking and primer treatment. Was.
【００２４】再度、同様の測定を行ったところ、図４
（ｂ）に示すように、モニタには温度分布における円形
領域は示されなかった。また、交換後のサブアレイの開
放電圧を測定したところ、正常値に戻っていることが確
認された。When the same measurement was performed again, FIG.
As shown in (b), the monitor did not show a circular area in the temperature distribution. When the open-circuit voltage of the sub-array after the replacement was measured, it was confirmed that the value returned to the normal value.
【００２５】なお、図４に示されるアレイの温度分布か
ら理解されるように、同一モジュール内でも、建物に取
り付けられる位置によって、温度の高低がある。たとえ
ば、周囲に開口があったり、建物の端部であれば、温度
は低く測定される。本実施例では、欠陥修復後に再度の
測定を行ったが、正確を期すためには、当該温度分布
を、あらかじめ同一アレイについて正常機能を確認した
ときに測定しておき、その温度分布と比較することが好
ましい。本実施例の場合、図４（ｂ）のものが以後の基
準として利用できる。As can be understood from the temperature distribution of the array shown in FIG. 4, even within the same module, the temperature varies depending on the position where it is attached to the building. For example, if there is an opening around, or the edge of a building, the temperature will be measured lower. In the present embodiment, the measurement was performed again after the defect was repaired. However, in order to ensure accuracy, the temperature distribution was measured when the normal function was previously confirmed for the same array, and compared with the temperature distribution. Is preferred. In the case of the present embodiment, the one shown in FIG. 4B can be used as a subsequent reference.
【００２６】［比較例］ 太陽電池の性能や発電能力等
を確認するために、サブアレイごとに開放電圧、動作電
流、斜面日射量の測定を行い、外観上の不具合等を検知
するために、パネルの外観検査を定期的に行った。[Comparative Example] In order to confirm the performance and the power generation capacity of the solar cell, the open-circuit voltage, the operating current, and the amount of insolation on the slope were measured for each sub-array, and the panel was used to detect defects in appearance. Was periodically inspected.
【００２７】この定期測定で、開放電圧が低下している
サブアレイがあることが検出されたが、上記の検査・測
定では、たとえば他のサブアレイとの開放電圧の低下の
程度により、６枚のモジュールで構成されるサブアレイ
の不良となったモジュールの数を推測できるとはいえ、
いずれのモジュールが不良となっているかを特定するに
は、各モジュールを検査する必要があった。In this periodic measurement, it was detected that there was a sub-array in which the open-circuit voltage was reduced. Although you can estimate the number of failed modules in the subarray consisting of
To identify which module was defective, each module had to be inspected.
【００２８】[0028]
【発明の効果】 本発明の太陽電池アレイの欠陥検出方
法によれば、各モジュールの欠陥が観察されるまでモジ
ュールを順次取り外して検査することなく、赤外線熱画
像測定装置などの太陽電池表面の発熱量を検出できる装
置により、太陽電池表面の温度分布を得ることで、各太
陽電池モジュールの電気的欠陥がある異常箇所を一度に
特定でき、不良なモジュールのみを交換することを可能
にするため、手間がかからず、安価に、短時間で、正確
に、太陽電池アレイから異常のある太陽電池モジュール
を検出でき、複数の電池アレイを設置する大規模な太陽
光発電システムにおけるメンテナンス性を著しく向上さ
せることができる。According to the method for detecting a defect in a solar cell array of the present invention, the heat generation on the surface of a solar cell such as an infrared thermal image measuring device is performed without removing and inspecting the modules one by one until a defect of each module is observed. By obtaining the temperature distribution on the surface of the solar cell with a device that can detect the amount, it is possible to identify at once the abnormal point where each solar cell module has an electrical defect, and to replace only the defective module, A troublesome, inexpensive, short, and accurate method for detecting abnormal solar cell modules from a solar cell array, significantly improving the maintainability of large-scale solar power generation systems with multiple cell arrays. Can be done.
【図１】 本発明の実施例において、赤外線熱画像装置
を使用した場合の、測定方法を示す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing a measuring method when an infrared thermal imaging device is used in an embodiment of the present invention.
【図２】 本発明の実施例で使用した太陽電池アレイの
構成を示す参考図である。FIG. 2 is a reference diagram showing a configuration of a solar cell array used in an example of the present invention.
【図３】 本発明の実施例で使用した太陽光発電システ
ムを示す参考図である。FIG. 3 is a reference diagram showing a photovoltaic power generation system used in an example of the present invention.
【図４】 （ａ）は、本発明の実施例において、赤外線
熱画像装置を使用した場合の、太陽電池モジュールの欠
陥箇所を表示した、モニタ装置の画像の例を示す参考図
であり、（ｂ）は、欠陥後における同様の参考図であ
る。FIG. 4 (a) is a reference diagram showing an example of an image of a monitor device displaying a defective portion of a solar cell module when an infrared thermal imaging device is used in the embodiment of the present invention; (b) is a similar reference diagram after the defect.
【図５】 本発明の実施例における、赤外線熱画像装置
のモニタに示される欠陥箇所の表示例を示す参考概念図
である。FIG. 5 is a reference conceptual diagram showing a display example of a defective portion shown on a monitor of the infrared thermal imaging device in the embodiment of the present invention.
フロントページの続き (72)発明者 岩城 隆行 東京都港区新橋５丁目11番３号 住友金属 鉱山シポレックス株式会社内 (72)発明者 黍野 和彦 東京都港区新橋５丁目11番３号 住友金属 鉱山シポレックス株式会社内 Ｆターム(参考） 2G066 AC20 CA02 CA04 5F051 JA20 KA08 KA09 Continued on the front page (72) Inventor Takayuki Iwaki 5-11-3 Shimbashi, Minato-ku, Tokyo Sumitomo Metal Mining Siporex Co., Ltd. (72) Inventor Kazuhiko Kamino 5-1-1-3 Shimbashi, Minato-ku, Tokyo Sumitomo Metal Mining Siporex Corporation F term (reference) 2G066 AC20 CA02 CA04 5F051 JA20 KA08 KA09
Claims (3)
陽電池アレイを構成する太陽電池モジュールの表面の温
度分布を、太陽電池アレイごとにまたは複数の太陽電池
アレイごとに測定することにより、太陽電池アレイの電
気的欠陥を検出することを特徴とする太陽電池アレイの
欠陥検出方法。1. A method for measuring a temperature distribution on a surface of a solar cell module constituting a solar cell array for each solar cell array or for each of a plurality of solar cell arrays. A method for detecting a defect in a solar cell array, comprising detecting an electrical defect in the array.
ュールの表面の温度分布を測定することを特徴とする請
求項１に記載の太陽電池アレイの欠陥検出方法。2. The method according to claim 1, wherein the temperature distribution on the surface of the solar cell module is measured using an infrared thermal imaging device.
ターンをあらかじめ作成しておいて、経時的変化を前記
正常なパターンとの比較で行う請求項１または２に記載
の太陽電池アレイの欠陥検出方法。3. The defect detection of the solar cell array according to claim 1, wherein a normal surface temperature distribution pattern of the solar cell array is created in advance, and a temporal change is compared with the normal pattern. Method.
Priority Applications (1)
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