JP2013197173A - 太陽電池アレイ検査方法および太陽電池アレイ検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不良の太陽電池パネルについて低下した出力電力の推定値を算出する太陽電池アレイの検査装置および検査方法を提供する。
【解決手段】複数の太陽電池パネル１を含む太陽電池アレイの検査方法であって、太陽電池アレイに直流電源６を接続して通電する工程と、太陽電池アレイの太陽電池パネル１の熱画像を取得する工程と、熱画像を多値化して複数レベルの面積比を算出し、面積比に対する太陽電池パネル１の出力特性式を用いて太陽電池パネル１の出力電力の推定値を演算する工程と、推定値の時間変化が所定値以下となった後に、推定値に基づいて太陽電池パネル１を交換すべきか否か判断する工程と、を備え、出力特性式は、各面積比に係数を乗じた値と定数との和を演算する式であって、係数と定数とは予め回帰分析により得られた値である。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、太陽電池アレイ検査方法および太陽電池アレイ検査装置に関する。

近年、脱石油エネルギーの流れを受け、世界的に太陽光発電システムの導入が急増している。世界各地で発電出力が１ＭＷを超えるメガソーラーといわれる大規模な太陽光発電システムも各国に建設されている。このメガソーラーでは、数万枚の太陽電池パネルが使用されることがあり、故障検出技術やメンテナンス技術が必要とされているが、まだ技術が発展途上である。

ところで、太陽光発電システムの出力特性は日射強度などの環境条件によって大きく変動するため、故障などによって本来の出力が得られていない場合でも、出力低下を環境条件の影響によるものと誤認してしまう可能性があった。これまでは、過去の発電量を記録しておき、経時的な変化をみることが一般的であった。さらに、太陽電池アレイの中から出力が低下した故障パネルの特定を行おうとした場合、複数の太陽電池パネルを太陽電池アレイから一枚ずつ取り外して電気特性を測定しなくてはならず、多大な時間と労力を要していた。

太陽電池パネルの故障には、太陽電池パネルに含まれる太陽電池セルの異常と、太陽電池セル以外の部品の異常とが考えられる。

太陽電池セルの異常は、太陽電池セルのクラックやはんだ接続部のクラック等があり、太陽電池セル以外の異常は、バイパスダイオード不良や封止剤の変質等が挙げられる。太陽電池セルの異常は出力低下に結びつき、太陽電池セル以外の異常は安全性の低下を引き起こすことがある。このうち、はんだ接続部のクラックやバイパスダイオード不良等の異常は、発熱を伴うため、発電中の太陽電池パネル表面や裏面、温度やバイパスダイオードの取付箇所の温度を測定する検査方法がある。また、発電中ではなく太陽電池パネルに通電して、発熱箇所を特定することも行われている。

これらの方法では、発熱の有無によって太陽電池セルに何らかの異常があること、及びバイパスダイオード不良を検出することができるが、パネルの出力が低下しているかどうかを判断することはできなかった。

すなわち、発熱箇所が発見されても、そのパネルが公称最大出力の許容範囲外の不良品であるのか、又は許容範囲内の正常品なのかを判定できない。なお、許容範囲としては、ＪＩＳ Ｃ ８９１８（結晶系太陽電池モジュール）及びＪＩＳ Ｃ ８９３９（アモルファス太陽電池モジュール）では、公称最大出力の９０％以上が規定されている。したがって、交換する必要のないパネルを不良品と誤認して交換してしまうリスクがある。

この他、パネル通電時の微弱発光を既設の太陽電池アレイのメンテナンスに適用する方法が提案されている。上記の方法では、太陽電池パネルを構成している太陽電池セルについて、性能低下した太陽電池セルを特定して、交換している。

しかし、太陽電池パネルは多様な環境で動作するように、非常に頑丈に作られているため、特定の太陽電池セルだけを交換することは困難である。また、太陽電池パネルに性能低下した太陽電池セルが存在していたとしても、パネル全体では許容範囲（公称最大出力の９０％以上）を満たしている場合があり、太陽電池パネル一式を交換すると不経済である。

特開２００２−３２９８７９号公報 特開２００１−２４２０４号公報 特開２０００−５９９８６号公報 特開２００４−３６３１９６号公報

上述のように、従来の太陽電池アレイの検査方法では、太陽電池アレイ中のどの位置の太陽電池パネルで故障が発生しているかを検出することが困難であった。また、太陽電池パネル表面や裏面の温度測定、通電時の発熱分布又は微弱発光分布から性能低下した太陽電池セルを不良と判定する方法では、特定のパネルに何らかの異常が発生していることはわかっても、どの程度出力が低下しているか判断することが困難であった。

本発明の実施形態は上記実情を鑑みてなされたものであって、不良の太陽電池パネルについて低下した出力電力の推定値を算出する太陽電池アレイの検査方法及び太陽電池アレイの検査装置を提供することを目的とする。

実施形態によれば、複数の太陽電池パネルを含む太陽電池アレイの検査方法であって、前記太陽電池アレイに直流電源を接続して通電する工程と、前記太陽電池アレイの前記太陽電池パネルの熱画像を取得する工程と、前記熱画像を多値化して複数レベルの面積比を算出し、前記面積比に対する前記太陽電池パネルの出力特性式を用いて前記太陽電池パネルの出力電力の推定値を演算する工程と、前記推定値の時間変化が所定値以下となった後に、前記推定値に基づいて前記太陽電池パネルを交換すべきか否か判断する工程と、を備え、前記出力特性式は、各面積比に係数を乗じた値と定数との和を演算する式であって、前記係数と前記定数とは予め回帰分析により得られた値であることを特徴とする太陽電池アレイの検査方法が提供される。

図１は、実施形態の太陽電池パネルの検査装置の設置例を示す図である。 図２は、複数の太陽電池パネルを含む太陽電池アレイから発電電力を出力させる場合の切換手段の接続状態の一例を示す図である。 図３は、太陽電池アレイの太陽電池パネルへ、直流電源から直流電力を供給する場合の切換手段の接続状態の一例を示す図である。 図４は、上記太陽電池アレイの検査装置の画像解析装置４の一構成例を説明するためのブロック図である。 図５は、一実施形態の太陽電池アレイ検査方法の一例を説明するフローチャートである。 直流電源から太陽電池パネル（パネルＡ）へ電圧を印加して、一定時間後に温度が安定したときの熱画像の一例を示す図である。 直流電源から太陽電池パネル（パネルＢ）へ電圧を印加して、一定時間後に温度が安定したときの熱画像の一例を示す図である。 直流電源から太陽電池パネル（パネルＣ）へ電圧を印加して、一定時間後に温度が安定したときの熱画像の一例を示す図である。 図７は、図６Ｂおよび図６Ｃに示したパネルＢ及びパネルＣの熱画像を多値化した一例を示す図である。 図８は、太陽電池パネルの交換指標として、中温部分の比率を採用した場合の推定出力（又は定格出力比）特性の一例を示す図である。 図９は、太陽電池パネルに通電したときの熱画像の時間変化の一例を説明するための図である。 図１０は、太陽電池パネルの出力推定値の時間変化の一例を説明するための図である。

以下、実施形態の太陽電池アレイの検査装置および太陽電池アレイの検査方法について、図面を参照して説明する。

図１は、一実施形態の太陽電池アレイの検査装置の設置例を示す図である。
太陽電池アレイの検査装置は、赤外線カメラ等の画像撮影部２と、画像解析装置４と、直流電源６と、を備えている。

画像撮影部２は、太陽電池パネル１を撮影するように三脚等のカメラ架台３により位置を調整され、太陽電池パネル１の画像を赤外線カメラで撮影する。赤外線カメラと画像解析装置４とはケーブル５０２でつないでも良く、無線による伝送、記録メディアでデータの受け渡しを行っても良い。

なお、画像撮影部２は手持ちで撮影しても良いが、後段の画像処理に与える影響を低減するため、できればカメラ架台３を使用するのが望ましい。カメラ架台３は安定したものであれば、三脚であっても台車状のものであってもかまわない。

直流電源６は複数の太陽電池パネル１に直流電力を供給するように接続されている。直流電源６により通電された太陽電池パネル１は発熱及び微弱発光する。

図２は、複数の太陽電池パネル１を含む太陽電池アレイから発電電力を出力させる場合の接続状態の一例を示す図である。太陽電池アレイのそれぞれは正極端子と負極端子とを備えている。正極端子は接続箱７のスイッチ（切換手段）ＳＷを介して電力出力ライン（正側）と接続される。負極端子は接続箱７を介して電力出力ライン（負側）と接続されている。

スイッチＳＷは、太陽電池アレイの正極端子を、ダイオードＤを介して電力出力ライン（正側）と接続する経路と、ダイオードＤを介することなく電力出力ライン（正側）と接続する経路とを切換える。ダイオードＤは太陽電池アレイの正極端子から電力出力ライン（正側）へ電流が流れる方向に接続され、太陽電池アレイへの逆流を防止する。

太陽電池アレイから発電電力を出力させる場合、スイッチＳＷは、太陽電池アレイの正極端子を、ダイオードＤを介する経路で電力出力ライン（正側）と接続する。

図３は、太陽電池アレイ１０の太陽電池パネル１へ、直流電源６から直流電力を供給する場合の接続状態の一例を示す図である。直流電源６は、正極端子が電力出力ライン（正側）と電気的に接続され、負極端子が電力出力ライン（負側）と電気的に接続される。

スイッチＳＷは、太陽電池アレイの正極端子を、ダイオードＤを介さない経路で電力出力ライン（正側）と接続する。このようにスイッチＳＷを切換えてダイオードＤを介さない経路を設けることにより、電力出力ラインから太陽電池アレイへ電力を供給することが可能となる。

図４は、上記太陽電池アレイの検査装置の画像解析装置４の一構成例を説明するためのブロック図である。画像解析装置４は、データ入力部４１、演算部４３、記憶部４４、表示部４５、及び、通信部４６を備えている。

記憶部４４は、パネル種類情報データベース４０１と、画像情報データベース４０２とを備えている。

パネル種類情報データベース４０１は、検査する太陽電池パネル及びそれまでに検査した太陽電池パネルについて、製造元、機種名、定格出力、大きさ、使用年数、パネル交換基準、出力推定に用いる数式及び定数などの各種情報を格納している。

画像情報データベース４０２は、太陽電池パネル１の元画像、パネル領域切り出し画像、多値化処理に必要な一時的に作成する画像、多値化した画像等が格納される。

データ入力部４１は、ユーザによって操作され、太陽電池パネル１の製造元、機種名、定格出力、大きさ、使用年数、パネル交換基準、出力推定に用いる数式及び定数などのデータを入力可能である。データ入力部４１で入力されたデータは、演算部４３へ送信される。

演算部４３は、パネル種類指定部４３１と、パネル交換基準設定部４３２と、パネル領域切り出し部４３３と、パネル領域画像解析部４３４と、出力推定部４３５と、パネル交換判定部４３６と、を備えている。

パネル種類指定部４３１は、データ入力部４１で入力されたデータに基づいて、太陽電池パネル１の種類を指定するとともに、データ入力部４１で入力された新規のデータを種類情報データベース４０１へ格納する。なお、過去に検査したことがあるパネルの場合、種類情報データベース４０１を参照する。過去に検査したパネルか否かはデータ入力部４１からユーザが入力してもよく、パネル種類指定部４３１がデータ入力部４１で入力された製造元、機種名、使用年数等と種類情報データベース４０１に格納された過去の情報とを比較して判断してもよい。

パネル交換基準設定部４３２は、パネル種類指定部４３１から受信したパネル交換基準に従って、太陽電池パネルの交換基準を設定する。データ入力部４１からパネル交換基準が入力されない場合、パネル交換基準設定部４３２は種類情報データベース４０１を参照して過去に検査したパネルであれば過去に使用したパネル交換基準を設定してもよく、ＪＩＳ規格等により定められた基準に基づいてパネル交換基準を設定してもよい。ここで設定する交換基準は、記憶部４４等に格納された交換基準よりも、データ入力部５０１から入力されたものを優先する。

パネル領域切り出し部４３３は、画像撮影部２から受信した画像から周囲の領域を削除して、太陽電池パネル１の部分のみを切り出す。パネル領域切り出し部４３３は、切り出した太陽電池パネル１の画像をパネル領域画像解析部４３４へ出力する。

パネル領域画像解析部４３４は、受信した太陽電池パネル１の画像を後述するように多値化するとともに、各値の領域が太陽電池パネル１全体に占める割合（面積比）を演算する。パネル領域画像解析部４３４は、各値の面積比を、出力推定部４３５へ出力する。パネル領域画像解析部４３４には、記憶部４４が接続されており、太陽電池パネルの元画像、パネル領域切り出し画像、多値化処理に必要な一時的に作成する画像、及び多値化した画像などを格納し、これらの画像をデータ入力部４１で入力したデータと関連付けて画像情報データベース４０２に格納する。

出力推定部４３５は、パネル領域画像解析部４３４から受信した面積比から、太陽電池パネル１の出力推定値を演算する。出力推定部４３５は、演算した出力推定値をパネル交換判定部４３６へ出力する。

パネル交換判定部４３６は、出力推定部４３５から受信した太陽電池パネル１の出力推定値と、パネル交換基準設定部４３２から受信した交換基準とに基づいて、太陽電池パネル１を交換すべきか否かを判定する。パネル交換判定部４３６は、判定結果を表示部４５および通信部４６へ出力する。

表示部４５は、例えば、液晶表示装置等の表示装置を含み、パネル交換判定部４３６から受信した判定結果を表示して、ユーザに提示する。なお、表示部４５は、パネル交換判定部４３６での判定結果を視覚的にユーザに提示するものであればよく、例えばパネルを交換すべきという判定結果を知らせるランプを有していてもよい。

通信部４６は、パネル判定部４３６での判定結果を受信して外部へ通信する通信手段を有している。通信部４６は、有線により通信を行う手段でもよく、無線により通信を行う手段であってもよい。

次に、上記太陽電池アレイの検査装置を用いた太陽電池アレイの検査方法について説明する。

図５は、本実施形態の太陽電池アレイ検査方法の一例を説明するフローチャートである。一実施形態の太陽電池アレイの検査方法は、検査対象の太陽電池アレイ１０を選定する工程（ステップＳＴ１）と、選択した太陽電池アレイ１０に含まれる太陽電池パネル１のデータを入力する工程（ステップＳＴ２）と、太陽電池アレイに直流電源６を接続して通電する工程（ステップＳＴ３）と、熱画像を取得する工程（ステップＳＴ４）と、熱画像を解析する工程（ステップＳＴ５）と、熱画像の解析結果から太陽電池パネル１の出力を演算する工程（ステップＳＴ６）と、演算した太陽電池パネル１の出力が安定したか否か判断する工程（ステップＳＴ７）と、太陽電池パネル１を交換すべきか否か判断する工程（ステップＳＴ８）と、太陽電池パネル１を交換する工程（ステップＳＴ９）とを含む。

本実施形態の太陽電池アレイの検査方法では、従来の赤外線カメラによる検査方法と異なる点は、熱画像を画像解析して太陽電池パネルの出力電力との関係付けを行っていることである。

以下、具体的に検査方法を説明する。まず、複数の太陽電池アレイから、検査対象の太陽電池アレイ１０として一定期間の発電量または任意の時点の出力が最も低いものを選択する（ステップＳＴ１）。検査アレイの選択方法は、アレイ出力が低下していることを推定できる方法を用いるのであれば、上記の方法以外でも良い。

検査対象の太陽電池アレイ１０を選定後、太陽電池パネル種類、定格出力及びパネル交換基準などのデータを入力する（ステップＳＴ２）。これらのデータは、出力推定値の精度向上及びパネル交換判定のために用いる。

なお、メガソーラーのような大規模太陽光発電設備では、検査対象の太陽電池アレイ１０を一定期間の発電量または任意の時点の出力が低い順から高い順に選択する。これは、メガソーラーのような大規模太陽光発電所において検査を行う際に、効率よく検査を行うために不可欠な工程である。具体的には、複数の太陽電池アレイ１０からの出力が集まるＰＣＳ（パワーコンディショナー）の近くで電流・電圧を監視し、一定期間の発電量や任意の時点の出力が最も低い太陽電池アレイ１０から昇順に検査対象とする。こうすることで、異常パネルが存在する可能性が高い太陽電池アレイ１０から検査することができ、メンテナンスの作業効率が向上する。

次に、検査対象の太陽電池アレイ１０に直流電源６を接続する（ステップＳＴ３）。直流電源６と太陽電池アレイとの接続は、直流電源６のプラス側を太陽電池アレイ１０の正側に接続し、直流電源６のマイナス側を太陽電池アレイ１０の負側に接続する。このとき、太陽電池アレイ１０には安全上の理由で逆流防止ダイオードＤが接続されていることがあるが、直流電源ケーブルは逆流防止ダイオードを回路に含まないようにスイッチＳＷを切換えて接続する。

続いて、直流電源６と太陽電池アレイとを通電する（ステップＳＴ３）。通電条件は太陽電池アレイ１０の枚数によって異なるが、電圧は開放電圧と太陽電池パネル１の枚数とを乗じた値相当とする。また、電流は各太陽電池パネル１の最適動作電流相当あればよいが、発熱分布がわかれば良いため、太陽電池パネル１が発熱する程度の値であれば良い。太陽電池アレイ１０に含まれる太陽電池パネル１は直列接続されているため、各太陽電池パネル１に流れる電流はすべて一定である。このため、複数の太陽電池パネル１の熱画像及び発光画像を横並びで比較することが容易にできる。これは、大量の太陽電池パネル１を検査する場合に特に効果的である。なお、直流電源の電圧が不足する場合には、一度に接続するパネル枚数を少なくし、数回に分けて検査しても良い。

次に、赤外線カメラ等の画像撮影部２を用いて熱画像を撮影する（ステップＳＴ４）。熱画像の撮影には８〜１４μｍ程度に感度を持つサーモグラフィが好適である。上記範囲の波長は太陽光にも含まれるため、太陽電池アレイ１０の検査を行うのは日没後が望ましい。なお、汎用のＬＥＤライトには上記波長は含まれないため、撮影時にＬＥＤライトから出射した光が太陽電池アレイ１０に照射されていても問題ない。また、パネル交換を判定するための出力演算には、温度の絶対値を用いないため、温度分解能やピクセル数が高いサーモグラフィである必要はない。リアルタイムで画像処理を行う場合には、ケーブル接続または無線による伝送など、画像処理装置に熱画像を直接転送できる装置が必要である。

続いて、画像撮影部２により撮影した熱画像について画像解析装置４により画像解析を行う（ステップＳＴ５）。
図６Ａ乃至図６Ｃは、直流電源により太陽電池パネル１（パネルＡ〜パネルＣ）へ電圧を印加して、一定時間後に温度が安定したときの熱画像の一例を示す図である。

図６Ａ乃至図６Ｃでは、複数の太陽電池パネル１（パネルＡ〜パネルＣ）の温度に対応した色による発熱分布が表示される。例えば、低温部分は黒色、高温部分は白色とした場合、低温部分と高温部分との間の中温部分は複数の温度範囲に分割され、グラデーションとなるようにそれぞれに対応する色（輝度）が割り当てられる。

通電条件は、電流が各パネルの最適動作電流相当であり、電圧が各パネルの開放電圧相当である。太陽電池パネルＡ〜Ｃは、いずれも約５〜１２年使用されていた多結晶シリコンパネルであり、いずれもソーラシミュレータにより使用後のＩＶ特性を取得している。パネルＡは公称最大出力の９８％であり、発熱ムラはみられなかった。

次に、パネルＢには３箇所に発熱部／未発熱部を持つセルがみられる。一見すると不良品のようにみえるが、公称最大出力の９１％を維持しており、ＪＩＳ規定では正常品に区分される。パネルＣは多くの箇所に発熱部／未発熱部を持つセルがみられ、出力も公称最大出力の６１％であるため、不良品に区分される。

このように、パネルＡからパネルＣの間に、様々な出力レベルのパネルがあり、これらを画像解析することにより機械的に不具合品を判別し、交換が必要か否か判断する。

画像解析装置４は、例えば上記熱画像を多値化した後、各値の割合から太陽電池パネル１の出力を演算して（ステップＳＴ６）、出力が安定したか否かを判断する（ステップＳＴ７）。出力が安定したと判断した後に、最後に演算した出力に基づいて交換が必要か否か判断し（ステップＳＴ８）、交換が必要と判断した太陽電池パネル１０についてはパネル交換を行うようにユーザに提示する（ステップＳＴ９）。

以下、ステップＳＴ５乃至ステップＳＴ８における、画像解析装置４の動作例について具体的に説明する。

図７は、図６Ｂおよび図６Ｃに示したパネルＢ及びパネルＣの熱画像を多値化した一例を示す図である。ここでいう多値化とは、発熱分布を持つ熱画像を１つ以上のしきい値で２レベル以上の温度範囲に分別することをいう。しきい値は熱に対応する輝度値であり、例えば、１つのしきい値で２レベルの温度範囲（低温部分および高温部分）に分別する場合を２値化といい、２つのしきい値を設けて３レベルの温度範囲（低温部分、中温部分、および、高温部分）に分別することを３値化という。

図７は熱画像の３値化の例であり、パネルＢについて説明すると、画像解析装置４は、のパネル領域画像解析部４３４は、まず元の熱画像を前処理工程で正規化した。続いて、画像解析装置４は、２つのしきい値（第１閾値＞第２閾値）を設定して、第１閾値よりも輝度が高い高温部分と、第２閾値以上第１閾値以下の輝度の中温部分と、第２閾値よりも輝度が低い低温部分とに分別した。パネルＣについても同様の処理を行い、高温部分と、中温部分と、低温部分とに分別した。

なお、上記のように３値化を行うと、出力の低い部分（高温部分と低温部分）と出力が正常な部分（中央部分）とを区別することができるため、より精度の高い出力推定値の演算を行うために、多値化を行う際には３つのレベル以上の多値化とすることが望ましい。

図７に示す例では、パネルＢは、高温部分（白線に囲まれた部分）は面積比が略１０％であり、低温部分（灰色線で囲まれた部分）は面積比が略７％であり、中温部分（線に囲まれない部分）は面積比が８３％であった。パネルＣは、高温部分の面積比が１２％であり、中温部分の面積比が７２％であり、低温部分の面積比が１６％であった。

上記のように３値化した後の熱画像において、高温部分はダイオード故障やはんだクラックにより電流集中した発熱異常の領域、中温部分は正常セルに相当する領域、低温部分はセル割れやブスバー断線により電流経路が遮断された領域と推定される。

そこで、画像解析装置４のパネル領域画像解析部４３４は、画像解析により熱画像を上記のように多値化し、所定レベルの値の比率（面積比）を指標として算出する（ステップＳＴ５）。

出力推定部４３５は、画像解析装置４は算出した比率に対する太陽電池パネル１０の推定出力特性から、太陽電池パネル１０の出力電力の推定値を演算する（ステップＳＴ６）。

図８は、太陽電池パネル１の交換指標として、中温部分の比率を採用した場合の推定出力（又は定格出力比）特性の一例を示す図である。中温部分の比率を指標とすると、この比率が低いほど正常セルが少ない、すなわち出力（又は定格出力比）が低いと推定される。図８に示す出力特性は、太陽電池パネル１の種類によってそれぞれ異なるので、出力推定の精度を高めるには太陽電池パネル１の種類毎に出力特性を作成しておくと良い。

図８では、指標として中温部分の比率を採用した場合の推定出力特性を示して説明したが、パネル領域画像解析部４３４は、高温部分の比率、低温部分の比率、高温部分の比率と低温部分の比率との和等を指標としてもよい。すなわち、熱画像を多値化した場合、１つのレベルの比率を指標としてもよく、複数のレベルの面積比を指標としてもよい。

出力推定部４３５は、複数のレベルの比率を組み合わせる際に、ある係数を乗じて出力推定値の演算を行うこともできる。すなわち、出力推定部４３５は、高温部分、中温部分、低温部分の面積比を変数とし、３変数の一次方程式（式１）に当てはめて出力推定を行う。

Ｙ（推定出力値）＝ａＸ１（高温部分）＋ｂＸ２（中温部分）＋ｃＸ３（低温部分）＋ｄ …（式１）
各定数（ａ、ｂ，ｃ，ｄ）は、複数の太陽電池パネル１の出力から回帰分析によって予め決定される。
図９は、太陽電池パネル１に通電したときの熱画像の時間変化の一例を説明するための図である。通電直後に発熱箇所はみられないが、時間の経過とともにパネルの各所に発熱ポイントが出現する。これらの熱画像を３値化すると、高温部及び低温部の領域の増加に伴い、中温部分の面積が徐々に減少する傾向がみられる。このように、パネルの温度分布は時間とともに変化するため、例えば上記方法で推定した出力推定値も変化する。

図１０は、太陽電池パネル１の出力推定値の時間変化の一例を説明するための図である。通電直後は、太陽電池パネル全面の温度が一定であるため、出力推定値が高く算出される。時間経過とともに、太陽電池パネルの温度分布が安定し、出力推定値が一定値に近づく。

そこで、パネル交換判定部４３６は、受信した出力推定値を図示しないメモリに時系列に記録するとともに、例えば単位時間当たりの変化が所定値以下となっている事等により、出力推定値が安定しているかどうかを判断する（ステップＳＴ７）。なおこの判断は、パネル交換判定部４３６があるルールに基づいて機械的に判断してもよいし、例えば表示部４５にグラフ等で表示された数値をみながら人間が判断しても良い。

画像解析装置４は、出力推定値が安定するまで熱画像取得と出力推定を繰り返す。この工程を行うことで、出力推定の精度を高めることができる。さらに、出力推定値の演算の過程でパネル交換の閾値を下回るパネルも判別できるため、短時間に交換判断を行うことができる。その後、パネル交換判定部４３６は、安定したときの出力推定値に基づいて、太陽電池パネル１を交換すべきか否か判断する（ステップＳＴ８）。

なお、以上の解析結果は、表示部４５に表示される。また、通信部４６を通じて外部に転送することもできる。

上記のように、太陽電池パネル交換の指標として、熱画像を多値化して得られた複数のレベルの面積比を組み合わせて用いることができる。太陽電池パネル１の検査に先立ち、あらかじめＩＶ（電流−電圧）特性のわかっている太陽電池パネルの熱画像を撮影し、回帰分析により演算した定数（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を用いた１次方程式（式１）を用いると出力推定することができる。

また、ここでは熱画像を例に説明したが、近赤外線カメラで撮影された発光画像でも同様の操作を行うことにより出力推定値の演算を行うことができる。発光画像を多値化するときは、光強度分布を持つ発光画像を１つ以上のしきい値で２レベル以上の光強度範囲に分別することである。しきい値は発光強度に対応する輝度値であり、例えば、１つのしきい値で２レベルの発光強度範囲（低発光強度部分および高発光強度部分）に分別する場合を２値化といい、２つのしきい値を設けて３レベルの発光強度範囲（低発光強度部分、中発光強度部分、および、高発光強度部分）に分別することを３値化という。

上記のように、太陽電池パネル交換の指標として、発光画像を多値化して得られたあるレベルの比率を用いることができる。この指標を用いる場合、太陽電池パネルの検査に先立ち、あらかじめＩＶ（電流−電圧）特性のわかっている太陽電池パネルの発光画像を撮影しておき、回帰分析により演算した定数（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を用いた１次方程式（式１）を用いると出力推定することができる。発光画像の場合、パネル機種によって定数を変えると出力推定精度が高まるため、各パネル機種の定数をパネル種類情報データベース４０１に格納する。

画像解析でわかるのは、初期の公称最大出力からどのくらい低下しているかであり、交換の判断はそれぞれのケースで決めるとよい。すなわち、ＪＩＳ Ｃ ８９１８（結晶系太陽電池モジュール）及びＪＩＳ Ｃ ８９３９（アモルファス太陽電池モジュール）では、公称最大出力の９０％以上が許容範囲であると規定されており、住宅用太陽光発電システムなどでこれを保証している場合には９０％で太陽電池パネルを交換する。一方、発電事業者などの場合、公称最大出力９０％以下であっても太陽電池パネル交換の費用対効果を考慮して、そのまま使い続けるという判断もある。その場合は、損益分岐点となる指標を設定して交換するか否か判断すると良い。

上記のように、本実施形態の太陽電池アレイの検査装置および太陽電池パネルの検査方法によれば、不良の太陽電池パネルを検出するととともに、不良の太陽電池パネルについて低下した出力電力の推定値を算出する太陽電池アレイの検査方法を提供することができ、太陽電池パネル１０を交換すべきか否かのユーザ判断を支援することができる。

なお、上記実施形態で検査対象とする太陽電池アレイは、結晶系太陽電池アレイであってもアモルファス太陽電池アレイであってもよい。なお、アモルファス太陽電池の場合、熱画像よりも発光画像を用いた検査方法により上記効果を得ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

ＳＷ…スイッチ（切換手段）、Ｄ…ダイオード（逆流防止ダイオード）、１、Ａ〜Ｃ…太陽電池パネル、２…カメラ（画像取得手段）、３…カメラ架台、４…画像解析装置、６…直流電源、７…接続箱、１０…太陽電池アレイ。

Claims (4)

1. 複数の太陽電池パネルを含む太陽電池アレイの検査方法であって、
   前記太陽電池アレイに直流電源を接続して通電する工程と、
   前記太陽電池アレイの前記太陽電池パネルの熱画像を取得する工程と、
   前記熱画像を多値化して複数レベルの面積比を算出し、前記面積比に対する前記太陽電池パネルの出力特性式を用いて前記太陽電池パネルの出力電力の推定値を演算する工程と、
   前記推定値の時間変化が所定値以下となった後に、前記推定値に基づいて前記太陽電池パネルを交換すべきか否か判断する工程と、を備え、
   前記出力特性式は、各面積比に係数を乗じた値と定数との和を演算する式であって、前記係数と前記定数とは予め回帰分析により得られた値であることを特徴とする太陽電池アレイの検査方法。
2. 前記太陽電池パネルの出力電力の推定値を演算する工程において、前記熱画像は３以上値で多値化されることを特徴とする請求項１記載の太陽電池アレイの検査方法。
3. 複数の前記太陽電池アレイの検査方法であって、
   前記太陽電池アレイの出力端子と出力ラインとの間においてダイオードを有する経路と、前記ダイオードを迂回する経路とを切換える切換手段を切換えて、一定期間の発電量又は任意の時点の出力が低い順に前記直流電源を接続して複数の前記太陽電池アレイを検査することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の太陽電池アレイの検査方法。
4. 複数の太陽電池パネルを含む太陽電池アレイの検査装置であって、
   前記太陽電池アレイに接続された直流電源と、
   前記太陽電池パネルの出力端子と出力ラインとの間において、ダイオードを有する経路と、前記ダイオードを迂回する経路とを切換える切換手段と、
   赤外線カメラを含み、前記太陽電池アレイの画像を取得する画像取得手段と、
   前記熱画像を多値化して複数レベルの面積比を算出し、前記面積比に対する前記太陽電池パネルの出力特性式を用いて前記太陽電池パネルの出力電力の推定値を演算するとともに、前記推定値に基づいて前記太陽電池パネルを交換すべきか否か判断する画像解析装置と、を備え、
   前記出力特性式は、各面積比に係数を乗じた値と定数との和を演算する式であって、前記係数と前記定数とは予め回帰分析により得られた値であることを特徴とする太陽電池アレイの検査装置。

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