JP2015103215A - 火災検出装置および火災検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光パネル等の面状の監視対象物の異常発熱状態を、全面を対象に迅速に高精度で検出することのできる火災検出装置および火災検出方法を得る。【解決手段】面状の監視対象物（１０）の異常発熱状態を検知する火災検出装置であって、監視対象物の全面の温度状態データを取得する赤外線カメラ（２０）と、赤外線カメラにより取得された温度状態データの中で、あらかじめ設定した異常判定閾値を超える温度データが存在する場合には、異常発熱状態が発生したと判断する監視制御部（３０）とを備え、監視制御部は、監視対象物の温度状態に影響を与える設置環境条件に応じて、異常判定閾値を動的に切り替えて異常発熱状態が発生したか否かを判断する。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光パネル等の面状の監視対象物の発熱に起因して発生する火災を検知することのできる火災検出装置および火災検出方法に関する。

一般的な住宅用太陽発電システムでは、住宅の屋根に、直並列に接続された太陽電池モジュールからなる太陽電池アレイ（以下では、この太陽電池アレイのことを太陽光パネルと称す）が設置されている。そして、太陽光パネルからの出力は、中継端子箱を介してパワーコンディショナに接続されており、所望の電力が得られるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１１０２９０号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
このような太陽光発電システムが普及する一方で、太陽光発電システムに起因する火災（例えば、太陽光パネルを構成する太陽電池モジュールの製品不良、経年劣化、施工不良などによる異常発熱や火災）の増加が問題となっている。太陽光パネルは、光が照射されれば、常に発電するため、太陽光パネル内の故障が火災発生につながることがある。

従って、このような太陽光パネル等の面状の監視対象物の発熱を迅速に検出することが重要となる。特に、太陽光パネルは、住宅用として屋根に設置される以外にも、メガソーラー（大規模太陽光発電所）として空間的に広範囲に渡って設置される場合も考えられ、設置面の全面に対して、太陽光パネルの異常発熱状態を迅速に監視することが望まれている。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、太陽光パネル等の面状の監視対象物の異常発熱状態を、全面を対象に迅速に高精度で検出することのできる火災検出装置および火災検出方法を得ることを目的とする。

本発明に係る火災検出装置は、面状の監視対象物の異常発熱状態を検知する火災検出装置であって、監視対象物の全面の温度状態データを取得する赤外線カメラと、赤外線カメラにより取得された温度状態データの中で、あらかじめ設定した異常判定閾値を超える温度データが存在する場合には、異常発熱状態が発生したと判断する監視制御部とを備え、監視制御部は、監視対象物の温度状態に影響を与える設置環境条件に応じて、異常判定閾値を動的に切り替えて異常発熱状態が発生したか否かを判断するものである。

また、本発明に係る火災検出方法は、面状の監視対象物の異常発熱状態を検知する火災検出方法であって、監視対象物の全面の温度状態データを、赤外線カメラを用いて取得するデータ取得ステップと、赤外線カメラにより取得された温度状態データの中で、あらかじめ設定した異常判定閾値を超える温度データが存在する場合には、異常発熱状態が発生したと判断する監視制御ステップとを備え、監視制御ステップは、監視対象物の温度状態に影響を与える設置環境条件に応じて、異常判定閾値を動的に切り替えるためのテーブルをあらかじめ記憶部に記憶させておく記憶ステップと、記憶部に記憶されたテーブルの中から、内部または外部から取得した設置環境条件に応じた異常判定閾値を抽出することで、異常判定閾値を動的に切り替えて異常発熱状態が発生したか否かを判断する判定ステップとを有するものである。

本発明によれば、赤外線カメラを用いて監視対象全面の温度情報を取得するとともに、設置環境条件を考慮して異常発熱状態の発生の有無を判断することにより、太陽光パネル等の面状の監視対象物の異常発熱状態を、全面を対象に迅速に高精度で検出することのできる火災検出装置および火災検出方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１における面状監視対象物の異常発熱状態を検知するための火災検出装置の全体構成図である。 本発明の実施の形態１において、住宅の屋根に太陽光パネルを設置する場合の具体的なレイアウトの説明図である。 本発明の実施の形態１において、メガソーラーとして利用される太陽光パネルが広い空間に設置された場合の具体的なレイアウトの説明図である。

以下、本発明の火災検出装置および火災検出方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
本発明は、広範囲に設置される太陽光パネル等の面状の監視対象物の表面温度を、１以上の赤外線カメラを用いて取得し、かつ、設置環境条件（例えば、時間帯、季節、周囲温度、天候、監視領域内の位置など）に応じた適切な異常判定閾値を用いて監視対象物の異常発熱状態を監視できる点を技術的特徴とするものである。
なお、以下の説明では、面状の監視対象物の代表例として、太陽光パネルを挙げて説明するが、その他の面状の監視対象物に対しても、同様の構成を用いて、異常発熱状態を、全面を対象に迅速に高精度で検出することができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における面状監視対象物の異常発熱状態を検知するための火災検出装置の全体構成図である。本実施の形態１における面状監視対象物として、図１では、複数の太陽電池モジュール１１を３×３で配列してなる太陽光パネル１０が、２つ配置されている場合を例示している。

また、図１では図示していないが、複数の太陽電池モジュール１１のそれぞれの背面には、隣接する太陽電池モジュール１１との配線接続を行うための端子箱（ジャンクションボックス）が設けられている。そして、太陽電池モジュール１１では、この端子箱が異常発熱しやすい箇所として挙げられる。

本実施の形態１における火災検出装置は、太陽光パネル１０を構成する全ての太陽電池モジュール１１を撮像する赤外線カメラ２０と、赤外線カメラ２０によって得られる、撮像エリア全面にわたっての温度状態データに基づいて、複数の太陽電池モジュール１１の異常発熱状態の有無を監視する監視制御部３０とを備えて構成されている。

次に、本実施の形態１の火災検出装置における太陽光パネル１０、赤外線カメラ２０、および監視制御部３０の具体的なレイアウトについて、図面を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態１において、住宅の屋根に太陽光パネルを設置する場合の具体的なレイアウトの説明図であり、（ａ）〜（ｃ）の３通りのレイアウトを示している。図２（ａ）〜（ｃ）の全てに共通して、太陽光パネル１０は、住宅の屋根の一面に設置されており、監視制御部３０は、保守点検が容易な位置に取り付けられている。

そして、図２（ａ）〜（ｃ）では、赤外線カメラ２０の設置方法が異なっている。図２（ａ）は、庭などに支持ポール２１を建て、その先端に赤外線カメラ２０を取り付けることで、太陽光パネル１０全面の撮像を可能としている。また、図２（ｂ）は、軒先からステー２２を出し、その先端に赤外線カメラ２０を取り付けることで、太陽光パネル１０全面の撮像を可能としている。また、図２（ｃ）は、屋根に設置されているアンテナのポール２３の適切な位置に赤外線カメラ２０を取り付けることで、太陽光パネル１０全面の撮像を可能としている。

一方、図３は、本発明の実施の形態１において、メガソーラーとして利用される太陽光パネルが広い空間に設置された場合の具体的なレイアウトの説明図である。図３においては、先の図２に示した住宅用とは異なるため、複数の太陽電池モジュール１１を備えた太陽光パネル１０を、広い空間に複数敷き詰める形となる。なお、図３では、図を簡略化するために、３×４で配列された太陽電池モジュール１１を備えた太陽光パネル１０を、２つ並べた状態を例示している。

そして、メガソーラーとして広範囲に太陽光パネル１０が設置される場合には、監視領域を複数に分割して、分割された監視領域ごとに赤外線カメラ２０を設置することが考えられる。なお、図３では、太陽光パネル１０と赤外線カメラ２０とが１対１で対応するように分割監視領域を設定しているが、本発明は、このような分割に限定されるものではない。１つの太陽光パネル１０の領域を複数に分割して、１つの太陽光パネル１０を複数の赤外線カメラ２０で監視する、あるいは２つ以上の太陽光パネル１０を１つの分割監視領域として、１台の赤外線カメラ２０で２つ以上の太陽光パネル１０を監視することも可能である。

また、図３では、２台の赤外線カメラ２０のそれぞれに監視制御部３０が接続された構成を示しているが、１台の監視制御部３０で複数台の赤外線カメラ２０を統括して監視制御することも可能である。

このような図２、図３のようなレイアウトにおいて、赤外線カメラ２０は、監視対象領域の全面に渡っての温度状態データを取得する。そして、監視制御部３０は、赤外線カメラ２０によって取得された温度状態データについて、所定の許容温度に相当する異常判定閾値を越える値が存在する場合には、異常発熱状態が発生したと判断する。

なお、本発明では、異常発熱状態を監視する際に、設置環境条件（例えば、時間帯、季節、周囲温度、天候、監視領域内の位置など）に応じた適切な異常判定閾値を用いて監視対象物の異常発熱状態を監視できる点を技術的特徴としている。そこで、設置環境条件の具体的な内容について、面状の監視対象物として住宅用の太陽光パネル１０を用いた場合を例に、以下に説明する。

（１）設置環境条件として、時間帯、季節を考慮する場合
太陽光パネル１０の表面温度は、太陽が当たる昼間の時間帯の方が、太陽が当たらない夜の時間帯よりも高くなる。また、太陽光パネル１０の表面温度は、季節としては、夏場の方が、冬場よりも高くなる。
そこで、例えば、時間帯が表面温度が高くなる昼間である場合や、季節が夏場である場合には、異常発熱状態の判定する異常判定閾値を上昇させる。また、表面温度が低くなる昼間以外の時間帯や、夏場以外の季節には異常判定閾値を元の設定に戻す。

すなわち、時間帯や季節を考慮して、異常判定閾値を動的に変更することで、過剰検出（実際には異常発熱状態でないにもかかわらず、異常発熱状態であると判断してしまう場合）や未検出（実際には異常発熱状態であるにもかかわらず、異常発熱状態でないと判断してしまう場合）を防ぎ、監視精度を向上させることができる。なお、異常判定閾値を動的に変更するためには、時間帯、あるいは季節に応じた閾値テーブルをあらかじめ記憶部に記憶させておき、内蔵しているカレンダー情報に基づいて切り換えることが考えられる。

（２）設置環境条件として、周囲温度、天候を考慮する場合
太陽光パネル１０の表面温度は、周囲温度や天候によっても左右される。例えば、雨が降っている状況で異常発熱状態が発生した場合には、雨が降っていない状況で異常発熱状態が発生した場合よりも、赤外線カメラ２０で取得される温度状態データが低いことが考えられる。
そこで、例えば、周囲温度が設定値より高い場合や、天候が晴れの場合には、異常発熱状態の判定する異常判定閾値を上昇させる。また、周囲温度が低くなった場合や、天候が晴れではなくなった場合には異常判定閾値を元の設定に戻す。

すなわち、周囲温度や天候を考慮して、異常判定閾値を動的に変更することで、過剰検出や未検出を防ぎ、監視精度を向上させることができる。なお、異常判定閾値を動的に変更するためには、周囲温度、あるいは天候に応じた閾値テーブルをあらかじめ記憶部に記憶させておき、外部から取得した気象情報に基づいて切り換えることが考えられる。
（３）設置環境条件として、監視領域内の位置を考慮する場合
太陽光パネル１０の表面温度は、例えば、裏面側に端子箱が設置されている部分は、異常発熱が起こりやすい箇所として挙げられる。従って、赤外線カメラ２０で監視しているエリアのうち、端子箱に相当する部分の異常判定閾値を他の部分よりも低めに設定（すなわち、より低い温度で、異常発熱状態の発生を検知するよう、高感度に設定）することで、他の部分における過検出を防止しつつ、端子箱近傍を高精度で監視することができる。

あるいは、１画面として赤外線カメラ２０により撮像される温度状態データは、赤外線カメラ２０から太陽光パネル１０までの距離が、１画面内の位置により異なっていると考えられる。そこで、このような場合にも、赤外線カメラ２０で監視しているエリアを複数に分割し、分割したエリアごとに適切な異常判定閾値を設定することで、検出精度の高精度化を実現できる。

なお、異常判定閾値を、エリア内の分割領域ごとに異なる値として設定するためには、赤外線カメラ２０で監視しているエリアをあらかじめ所望の複数のエリアに分割し、分割したエリアごとに適切に個別設定した異常判定閾値を、テーブルとしてあらかじめ記憶部に記憶させておき、判定エリアごとに適切な異常判定閾値に動的に切り替えて判定を行えばよい。

また、赤外線カメラ２０で複数の太陽光パネル１０を監視している場合、太陽光パネル１０が他の太陽光パネル１０と比較して、全面的に温度が高い場合には、当該太陽光パネル１０に不具合が起きていることが考えられる。そこで、当該太陽光パネル１０のエリアの異常判定閾値を低下させて、高感度に火災を監視することもできる。周囲の太陽光パネル１０と比較して、故障した太陽光パネル１０の表面温度が全面的に高くなる理由は、太陽光エネルギーを電力に変換していないからである。つまり、通常の太陽光パネル１０は、太陽光エネルギーを電力に変換しているため、表面温度が上昇しづらく、反対に、故障した太陽光パネル１０は、太陽光エネルギーを電力にできないため、表面温度が上昇するからである。

以上のように、実施の形態１によれば、広範囲に設置される太陽光パネル等の面状の監視対象物の表面温度情報を、１以上の赤外線カメラを用いて取得している。そして、あらかじめ設定された異常判定閾値を用いて、取得した表面温度情報の中から異常判定閾値を超える温度が存在する場合には、異常発熱状態が発生したと判断している。さらに、設置環境条件（例えば、時間帯、季節、周囲温度、天候、監視領域内の位置など）に応じて、異常判定閾値を適切に切り換えることにより、過検出や未検出を抑制して高精度に異常発熱状態の発生の有無を監視することができる。

なお、上記実施の形態１では、異常判定閾値について、（１）時間帯、季節を考慮する場合、（２）周囲温度、天候を考慮する場合、（３）監視領域内の位置を考慮する場合、の３つに分けて説明したが、これらは組み合わせてもよい。
例えば、常時、（３）監視領域内の位置を考慮して異常判定閾値を設定しており、（１）時間帯、季節を考慮する場合、や（２）周囲温度、天候を考慮する場合に、異常判定閾値を動的に変化させる。すなわち、初期状態では、異常判定閾値は、監視カメラ２０のエリア内において、端子箱に相当する部分を他の部分よりも低めに設定されており、監視中に、時間帯、季節、周囲温度、天候等の様々な設置環境条件の変化に応じて、動的に変化させることで、適切な検出精度を実現できる。

１０ 太陽光パネル、１１ 太陽電池モジュール、２０ 赤外線カメラ、３０ 監視制御部。

Claims (6)

1. 面状の監視対象物の異常発熱状態を検知する火災検出装置であって、
   前記監視対象物の全面の温度状態データを取得する赤外線カメラと、
   前記赤外線カメラにより取得された前記温度状態データの中で、あらかじめ設定した異常判定閾値を超える温度状態データが存在する場合には、前記異常発熱状態が発生したと判断する監視制御部と
   を備え、
   前記監視制御部は、前記監視対象物の温度状態に影響を与える設置環境条件に応じて、前記異常判定閾値を動的に切り替えて前記異常発熱状態が発生したか否かを判断する
   火災検出装置。
2. 請求項１に記載の火災検出装置において、
   前記監視制御部は、
   前記設置環境条件として、時間帯、季節を考慮し、
   前記時間帯および前記季節に対応した複数の異常判定閾値をあらかじめ設定した第１のテーブルを記憶部に記憶しておき、
   前記記憶部に記憶された前記第１のテーブルの中から、カレンダー情報として得られる前記時間帯および前記季節のデータに応じた異常判定閾値を抽出することで、前記異常判定閾値を動的に切り替えて前記異常発熱状態が発生したか否かを判断する
   火災検出装置。
3. 請求項１に記載の火災検出装置において、
   前記監視制御部は、
   前記設置環境条件として、周囲温度、天候を考慮し、
   前記周囲温度および前記天候に対応した複数の異常判定閾値をあらかじめ設定した第２のテーブルを記憶部に記憶しておき、
   前記記憶部に記憶された前記第２のテーブルの中から、外部から取得した気象情報から得られる前記周囲温度および前記天候のデータに応じた異常判定閾値を抽出することで、前記異常判定閾値を動的に切り替えて前記異常発熱状態が発生したか否かを判断する
   火災検出装置。
4. 請求項１に記載の火災検出装置において、
   前記監視制御部は、
   前記設置環境条件として、前記赤外線カメラで撮像する監視領域の１画面内の位置を考慮し、
   前記１画面内の位置に対応した複数の異常判定閾値をあらかじめ設定した第３のテーブルを記憶部に記憶しておき、
   前記記憶部に記憶された前記第３のテーブルの中から、前記１画面内の位置に応じた異常判定閾値を抽出することで、前記異常判定閾値を動的に切り替えて前記異常発熱状態が発生したか否かを判断する
   火災検出装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の火災検出装置において、
   前記面状の監視対象物は、複数の太陽電池モジュールで構成され、
   前記赤外線カメラは、前記複数の太陽電池モジュールの全面を、１台もしくは複数台で撮像することで、前記温度状態データを取得する
   火災検出装置。
6. 面状の監視対象物の異常発熱状態を検知する火災検出方法であって、
   前記監視対象物の全面の温度状態データを、赤外線カメラを用いて取得するデータ取得ステップと、
   前記赤外線カメラにより取得された前記温度状態データの中で、あらかじめ設定した異常判定閾値を超える温度状態データが存在する場合には、前記異常発熱状態が発生したと判断する監視制御ステップと
   を備え、
   前記監視制御ステップは、
   前記監視対象物の温度状態に影響を与える設置環境条件に応じて、前記異常判定閾値を動的に切り替えるためのテーブルをあらかじめ記憶部に記憶させておく記憶ステップと、
   前記記憶部に記憶された前記テーブルの中から、内部または外部から取得した設置環境条件に応じた異常判定閾値を抽出することで、前記異常判定閾値を動的に切り替えて前記異常発熱状態が発生したか否かを判断する判定ステップと
   を有する火災検出方法。

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