JP2009099607A

JP2009099607A - 太陽電池モジュールの故障診断装置

Info

Publication number: JP2009099607A
Application number: JP2007266944A
Authority: JP
Inventors: Seiji Yamashita; 征士山下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2027-10-12
Also published as: JP4935614B2

Abstract

【課題】太陽電池モジュールが移動体に搭載されている場合でも、正確に太陽電池の故障診断を行うことができる太陽電池モジュールの故障診断装置を提供することにある。
【解決手段】太陽電池モジュール２の故障を診断する故障診断装置１は、太陽電池３に対する検査光を発生するＬＥＤ４と、太陽電池３の出力電圧を検出する電圧計５と、故障判定用コントローラ６とを備えている。故障判定用コントローラ６は、電圧計５により検出された出力電圧と、太陽電池３に検査光を照射したときの太陽電池３の予想出力電圧値とを比較して、太陽電池３の故障判定を行う。このようにすることで、太陽電池モジュール２が車両等に搭載されている場合でも、一定の入力光を用いて故障判定を行なうことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の太陽電池を有する太陽電池モジュールの故障診断装置に関するもので
ある

従来における太陽電池モジュールの故障診断装置としては、例えば特許文献１〜３に記載されているものが知られている。特許文献１に記載の故障診断装置は、太陽電池を備える車体に日射量を検出する日射センサを備え、この日射センサが検出した日射量と、太陽電池の出力との比較を行い、この比較結果が所定の状態にない場合に警告を発する。

また、特許文献２に記載の故障診断装置は、太陽電池で発生する電力と日射量センサで検出された日射量より得られる理論発電電力とを比較し、比較結果より得られる電力差が所定値より大きい場合に太陽電池の異常と判断する。

さらに、特許文献３に記載の故障診断装置は、測定対象の太陽電池の出力と、この太陽電池と同様の特性を持つ比較用の太陽電池の出力とを比較することで太陽電池の異常を検出する。
特開平１−１３５０７８号公報特開２０００−４０８３８号公報特開平１０−３２６９０２号公報

上記従来技術は、故障診断に自然光（太陽光）を利用している。このような太陽電池モジュールの故障診断装置が車両等の移動体に搭載されている場合には、太陽電池に対する自然光の入力の状態が、移動体の移動及び時間の推移に伴って時々刻々と変化する。また、移動体が走行する屋外には、自然光以外に外乱光が存在する。このような自然光の変化及び外乱光の存在による影響を受けるので、上記従来技術には、故障診断が困難になるという問題がある。

本発明の目的は、太陽電池モジュールが移動体に搭載されている場合でも、正確に太陽電池の故障診断を行うことができる太陽電池モジュールの故障診断装置を提供することである。

本発明は、複数の太陽電池を有する太陽電池モジュールの故障を診断する故障診断装置であって、太陽電池に対する検査光を発生する光源と、太陽電池の出力値を検出する検出手段と、検出手段により検出された出力値と、太陽電池に検査光を照射したときの太陽電池の予想出力値とを比較して、太陽電池の故障判定を行う故障判定手段とを備えることを特徴とするものである。

本発明に係る太陽電池モジュールの故障診断装置においては、太陽電池に対する検査光を発生する光源を設け、この検査光を太陽電池に対して照射し、その時に検出手段により検出された出力値と検査光を太陽電池に照射したときの太陽電池の予想出力値とを比較して故障診断を行なう。このため、太陽電池モジュールが移動体に搭載されている場合でも、一定の入力光を用いて故障判定を行なうことができる。従って、自然光の変化及び外乱光の存在による影響を排除することができ、正確に故障診断を行うことが可能となる。

好ましくは、検査光の発光パターンを設定する設定手段を更に備え、光源は、発光パターンに従った検査光を発生し、故障判定手段は、検出手段により検出された出力値と、発光パターンに対応する太陽電池の予想出力値とを比較して、太陽電池の故障判定を行うことを特徴とする。

本発明に係る太陽電池モジュールの故障診断装置においては、検査光の発光パターンとして、自然光の変化及び外乱光の存在による影響を排除するためのパターンを予め規定しておき、この発光パターンに応じた検査光を太陽電池に対して照射し、その時に検出手段により検出された出力値と発光パターンに対応する太陽電池の予想出力値とを比較して故障診断を行なう。このようにして故障診断を行なうことにより、太陽電池モジュールの故障診断の精度を向上させることが可能となる。

また、好ましくは、設定手段は、発光パターンとしてパルス波を設定することを特徴とする。この場合には、光源は、発光パターンに対応したパルス状の検査光を太陽電池に照射することとなる。このように、自然光や街灯等の外乱光とは異なる発光パターンをもった入力光を用いて故障判断を行うので、自然光又は外乱光の影響を受けずに太陽電池モジュールの故障診断を行なうことが可能となる。

さらに、好ましくは、設定手段は、発光パターンとしてＯＮ／ＯＦＦ時間が変化するようなパルス波を設定することを特徴とする。この場合には、光源は、発光パターンに対応してＯＮ／ＯＦＦ時間が変化するようなパルス状の検査光を太陽電池に照射することになる。従って、規則的な発光・消灯を繰り返すように変化する信号機や看板等の外乱光の影響を排除することができるので、より確実な太陽電池モジュールの故障診断を行なうことが可能となる。

また、好ましくは、光源は、ＬＥＤにより構成されることを特徴とする。この場合には、安価かつ簡易に太陽電池モジュールを構成することが可能となる。

本発明によれば、太陽電池モジュールが移動体に搭載されている場合でも、正確に太陽電池の故障診断を行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る太陽電池モジュールの故障診断装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、全図中、同一又は相当部分には同一符号を付すこととする。

図１は、本発明に係る太陽電池モジュールの故障診断装置の一実施形態を示す概略構成図である。本実施形態の故障診断装置１は、例えば乗用車等のルーフに設置された太陽電池モジュール２の故障を診断するものである。

故障診断装置１は、複数のＬＥＤ４と、複数の電圧計５と、故障判定用コントローラ６と、入力器８と、表示器９とを備えている。

太陽電池モジュール２は、図２に示すように、複数の太陽電池（セル）３を４行４列のマトリクス状に集合させてなるものである。これらの太陽電池３は、単結晶Ｓｉセルであり、直列接続されている。各太陽電池３により得られる発電電力は、乗用車等に搭載されるバッテリー（図示せず）に蓄電される。

ＬＥＤ４は、太陽電池３の故障判定を行なうための検査光を発生する光源であり、図２に示すように、異なる４つの太陽電池３間の隙間に配置されている。また、ＬＥＤ４は、例えば、図３に示すような態様で太陽電池モジュール２に設けられている。図３は、図２に示した太陽電池モジュール２の一部断面図である。

太陽電池モジュール２には、各太陽電池３の全面を覆うようなカバーガラス１０が設けられており、このカバーガラス１０の下面には、ＬＥＤ４からの検査光を反射させる反射鏡１１が設けられている。反射鏡１１を設ける位置は、各太陽電池３間の隙間に対応するＬＥＤ４の上方が好ましい。ＬＥＤ４から発せられた検査光は、反射鏡１１で反射され、隣接する太陽電池３に照射される。

なお、図３に示すような反射鏡１１を設けずに、ＬＥＤ４から発せられた検査光の一部をカバーガラス１０の下面にて反射させるようにしても良いし、ＬＥＤ４から発せられた検査光を発散させるレンズを、ＬＥＤ４を覆うように設けてもよい。

電圧計５は、各太陽電池３の発電電圧（出力電圧）を検出する。また、電圧計５は、検出した発電電圧を故障判定用コントローラ６に送出する。

故障判定用コントローラ６は、ＬＥＤ４及び電圧計５と接続されており、太陽電池３の出力電圧を監視して故障判定を行ない、その判定結果を表示器９に表示させる。また、故障判定用コントローラ６は、ＬＥＤ４で発生させる検査光の制御を行なう。

故障判定用コントローラ６が備えるメモリ７には、ＬＥＤ４の発光パターン及び当該発光パターンによりＬＥＤ４を発光させた場合に太陽電池３から出力される電圧の予想出力値が記憶されている。発光パターンは、時間に対する発光状態の変化として規定されている。また、予想出力値は、例えば、時間に対する出力電圧の遷移を表した波形データとして記憶させたり、出力電圧が所定の閾値を超える単位時間あたりの回数のデータとして記憶させることもできる。ＬＥＤ４の発光パターン及び太陽電池３の予想出力電圧値については、後で詳述する。

入力器８は、操作者が故障診断装置１に指示入力するものである。例えば、操作者は、故障診断装置１に太陽電池モジュール２の故障診断を行なわせるタイミングの設定を行なったり、当該タイミング以外の時に故障診断を行なわせる場合にその旨を入力したりすることができる。

図４は、故障判定用コントローラ６が実行する故障判定の処理手順を示すフローチャートである。この故障判定の処理は、任意のタイミングで実行させることができる。例えば、一定時間毎に実行させることとしてもよい。あるいは、本実施形態に係る故障診断装置１が乗用車等に搭載されている場合には、エンジンの始動時に実行させることとしてもよい。

まず、ステップＳ１１において、メモリ７に記憶されている発光パターンを取得する。この発光パターンとしては、例えば、図５（ａ）及び図６（ａ）に示すように、ＬＥＤ４に与える電圧Ｖ_Ｌの時間ｔに対する変化を表すデータとして設定することができる。

図５（ａ）は、発光パターンとして、４Ｈｚのパルス波を設定した例である。パルス波は、検査光を発生させるＯＮ時間と検査光を発生させないＯＦＦ時間とを所定の時間毎に繰り返すパターンである。このようなパルス波は、太陽光（自然光）や街灯等の連続外乱光とは異なる発光パターンである。

図６（ａ）は、検査光のＯＮ／ＯＦＦ時間を変化させた、つまり、パルス波にパルス周波数の変調を加えた例である。ここでは、１秒間のパルス波（４Ｈｚ）と２秒間のＯＦＦ時間とを組み合わせたパターンの例を示す。このようなパルス波は、ＬＥＤ信号機やＬＥＤ看板等からのパルス的外乱光とは異なる発光パターンである。

このように、自然光や外乱光とは異なる発光パターンを設定し、この発光パターンに従って発生させる検査光を故障診断に用いることにより、自然光や外乱光の影響を排除することができる。

続いて、ステップＳ１２において、発光パターンに従った電圧をＬＥＤ４に入力する。ＬＥＤ４は、入力される電圧に従って、検査光を発生させる。この検査光は太陽電池３に照射され、太陽電池３は電力を発生する。太陽電池３の出力電圧は、電圧計５により測定される。すると、ステップＳ１３において、電圧計５により測定された電圧を取得する。

そして、ステップＳ１４において、メモリ７に記憶されている予想出力値を取得し、取得した予想出力値とステップＳ１３において取得した出力電圧とを比較する。予想出力電圧値は、時間ｔに対する出力電圧Ｖ_Ｃの変化により表した波形データとして取得される。例えば、図５（ａ）に示す一定のパルス波を発光パターンとした場合には、予想出力値は、図５（ｂ）に示すような波形データとして取得され、図６（ａ）に示す変調を加えたパルス波を発光パターンとした場合には、予想出力値は、図６（ｂ）に示すような波形データとして取得される。この場合には、予想出力値と出力電圧値との差が所定値以内であるか否かを判断することにより、太陽電池３の故障診断を行なう。

また、予想出力値としては、出力電圧が単位時間あたりの所定の閾値Ｖ_ｔｈを超える回数のデータとして取得することもできる。例えば、図５（ｂ）に示すような波形が出力されることが予想される場合には、予想出力値は、「４回／ｓ」として取得される。この場合には、単位時間あたりの出力電圧値が閾値Ｖ_ｔｈを超えた回数が、予想出力値として取得した回数と等しいか否かを判断することにより、太陽電池３の故障診断を行なう。

故障診断の結果として、太陽電池３が正常であると診断した場合にはステップＳ１５に進み、太陽電池３が故障していると診断した場合にはステップＳ１６に進む。

ステップＳ１５において、太陽電池３が正常である旨を表示器９に表示させる。一方、ステップＳ１６において、何れかの太陽電池３が故障している旨を表示器９に表示させる。この際、故障している太陽電池３を特定し、特定した太陽電池３の識別情報を併せて表示させることもできる。また、故障した太陽電池３のみを、直列接続されている回路から電気的に切り離し、並列接続とすることもできる。

以上において、ＬＥＤ４は、太陽電池に対する検査光を発生する光源を構成する。電圧計５と図４に示すステップＳ１３の処理は、太陽電池の出力値を検出する検出手段を構成する。図４に示すステップＳ１４の処理は、検出手段により検出された出力値と、太陽電池に検査光を照射したときの太陽電池の予想出力値とを比較して、太陽電池の故障判定を行う故障判定手段を構成する。メモリ７及び図４に示すステップＳ１１の処理は、検査光の発光パターンを設定する設定手段を構成する。

以上のように本実施形態にあっては、太陽電池３に対する検査光を発生するＬＥＤ４を用いて故障診断を行なうので、太陽電池モジュール２が移動体に搭載されている場合でも、一定の入力光を用いて故障判定を行なうことができる。従って、自然光の変化及び外乱光の存在による影響を排除することができ、正確に故障診断を行うことが可能となる。

また、本実施形態にあっては、図５（ａ）や図６（ａ）に示すような発光パターンを設定し、この発光パターンに従った検査光をＬＥＤ４から発生させる。このように、自然光や街灯等の外乱光とは異なる発光パターンをもった検査光を用いて故障判断を行うので、自然光又は外乱光の影響を受けずに太陽電池モジュール２の故障診断を行なうことが可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、１つの太陽電池モジュール２に含まれる太陽電池３及びＬＥＤ４の数としては、上記実施形態のものには限られない。

また、各太陽電池３の接続形態としては、上記実施形態では直列接続としたが、並列接続としてもよい。各太陽電池３を並列接続とした場合には、太陽電池の出力値を検出する検出手段としては、電圧計５の代わりに電流計を用いる。

さらに、太陽電池３に対する検査光を発生する光源としては、上記実施形態ではＬＥＤ４を用いたが、これには限られず、例えばレーザダイオードを用いることができる。

また、上記実施形態では、発光パターンに対応する出力予想値として、太陽電池３が正常である場合の出力値を用いて、太陽電池３が正常であるか否かの故障診断を行なうが（ステップＳ１４）、これに加えて、各種故障モード（開放、短絡、出力低下）に対応する出力予想値を予めメモリ７に記憶させておき、各太陽電池３の出力電圧とこれらの出力予想値との一致／不一致を判定することにより、故障モードを特定する態様とすることもできる。

本発明に係る太陽電池モジュールの故障診断装置の一実施形態を示す概略構成図である。図１に示した太陽電池モジュールの太陽電池とＬＥＤとの配置関係を示す概略平面図である。図２に示した太陽電池モジュールの一部断面図である。図１に示した故障判定用コントローラが実行する処理手順を示すフローチャートである。検査光の発光パターン及び太陽電池の出力予想値（波形データ）の例を示す図である。検査光の発光パターン及び太陽電池の出力予想値（波形データ）の例を示す図である。

符号の説明

１…故障診断装置、２…太陽電池モジュール、３…太陽電池、４…ＬＥＤ（光源）、５…電圧計（検出手段）、６…故障判定用コントローラ（検出手段、故障判定手段、設定手段）、７…メモリ（設定手段）。

Claims

複数の太陽電池を有する太陽電池モジュールの故障を診断する故障診断装置であって、
前記太陽電池に対する検査光を発生する光源と、
前記太陽電池の出力値を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された出力値と、前記太陽電池に前記検査光を照射したときの前記太陽電池の予想出力値とを比較して、前記太陽電池の故障判定を行う故障判定手段と
を備えることを特徴とする太陽電池モジュールの故障診断装置。
前記検査光の発光パターンを設定する設定手段を更に備え、
前記光源は、前記発光パターンに従った検査光を発生し、
前記故障判定手段は、前記検出手段により検出された出力値と、前記発光パターンに対応する前記太陽電池の予想出力値とを比較して、前記太陽電池の故障判定を行う
ことを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュールの故障診断装置。
前記設定手段は、前記発光パターンとしてパルス波を設定することを特徴とする請求項２記載の太陽電池モジュールの故障診断装置。
前記設定手段は、前記発光パターンとしてＯＮ／ＯＦＦ時間が変化するようなパルス波を設定することを特徴とする請求項３記載の太陽電池モジュールの故障診断装置。
前記光源は、ＬＥＤにより構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の太陽電池モジュールの故障診断装置。