JP2017005803A - 太陽電池モジュールの検査装置および太陽電池モジュールの検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池モジュールの受光面内での光電流の分布を太陽電池モジュールから検査用に配線を引き出すことなく非破壊で推定すること。
【解決手段】検査装置は、照射する光の強度分布を変更可能な光源装置３と、太陽電池モジュール１の開放電圧を測定する電圧測定装置７と、太陽電池モジュール１の交流応答を測定する交流応答測定装置８とを備え、検査対象範囲内の光の強度のみが互いに異なる３個以上の強度分布に対してそれぞれ測定された３組以上の開放電圧と交流応答との組を用いて、３個以上の開放電圧のうちのいずれかと残りとの差分である複数個の電圧を計算すると共に、３個以上の強度分布に対して太陽電池モジュール１の等価回路における並列抵抗をそれぞれ計算し、３個以上の並列抵抗を用いて複数個の前記電圧に対応する複数個のアドミタンスをそれぞれ計算し、複数個の電圧および複数個のアドミタンスを用いて検査対象領域の電流特性を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールに含まれる太陽電池セルの発電特性を検査するための太陽電池モジュールの検査装置および太陽電池モジュールの検査方法に関する。

近年、化石燃料の使用に伴う温暖化ガスの排出による地球の温暖化および原子力発電所の事故または放射性廃棄物による放射能汚染により、地球環境とエネルギーに対する関心が急速に高まっている。このような状況の下、太陽の入射光を利用した光電変換素子である太陽電池は無尽蔵かつクリーンなエネルギー源として世界中から期待されている。

この太陽電池を利用した太陽光発電システムの形態としては、出力のオーダがＷからＭＷまで種々の規模および種類がある。このようなシステムの例としては、バッテリーを使用して太陽電池の発電エネルギーを保存するもの、およびＤＣ−ＡＣコンバータを使って太陽電池の出力エネルギーを商用系統に流し込むものが挙げられる。

住宅またはビルの屋上に太陽電池を設置する形態の太陽光発電システムとしては、系統連系型太陽光発電システムがある。この系統連系型太陽光発電システムは、太陽電池モジュールから出力される直流電力をインバータ回路で交流電力に変換して施設の電源として使用しつつ、不足分は系統電力網から補うことで連系運転を行うものである。また余剰電力が発生した場合は、系統電力網を用いて、余剰電力を電力会社へ逆潮流させ売電することも可能である。負荷の大小または売電の有無といった細かな差違はあるものの、出力のオーダとしてｋＷが典型的な一般家庭の屋根付け型からＭＷ以上の出力の大規模太陽光発電施設であるメガソーラーまで、この利用形態が多い。従って、系統電力との対比の面で、太陽光発電システムでは能力指標として発電コストが問われることが多い。

一般に発電コストは簡易的には次式（１）で表されることが多い。

発電コスト＝（初期投資費用＋維持費用）／（生涯発電量×劣化率）・・・（１）

従来は発電コストを下げるための技術開発は、初期投資費用および維持費用の削減を主として取り組まれてきた。ここで、初期投資費用は、パネルコストおよび設置コストが典型的であり、維持費用は、パネルの長寿命化および遠隔監視に費やされるコストが典型的である。光電変換効率の向上はパネルコストの削減の代表例である。しかしながら、光電変換効率は理論限界に近い領域に達してきている。実際、結晶シリコン太陽電池では、光電変換効率は、理論限界である２８％に対して開発品では２５％、量産品でも２１〜２３％に達している。そのため、光電変換効率の向上のみによるコスト削減だけでは、プロセスおよび装置の複雑化による製造費の増加、材料費の増加、さらには開発費の増加が賄えなくなりつつあるのが現状である。

そこで近年注目を浴びているのが維持費用の削減であり、長寿命化がその一手とも言える。ユーザー側からこのような要求がある中、メーカー側でも長期暴露試験または返品されたモジュールの解析を通じてモジュールの信頼性確保および長寿命化に努めてきた。

しかしながら、太陽電池モジュールは構成素子である太陽電池セルそのものの出力電圧が１Ｖ前後と非常に低いため、通常はモジュールに組み上げる際に多い場合には１００枚以上となる複数枚のセルを直列に接続している。このとき配線をガラスとバックシートとの間に封止材で埋め込んでしまうため、一度モジュールを組んでしまうと非破壊で太陽電池セル単体の特性変化を解析することは困難となる。この場合の解析手法としては、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｃｅ：キャリア注入発光現象）を利用した手法はあるが、ホットスポットの原因ともなる光電流の面内での差違に関する情報は間接的にしか推定できないことが多かった。

また、特許文献１のように直流特性ではなく交流特性を利用して太陽電池モジュールの内部を等価的に推察しようという技術もあるが、光電流に関する情報については多くは得られなかった。

特表２０１３−５２７６１３号公報

ホットスポットの原因ともなる、太陽電池モジュールの受光面内での光電流の大小の分布についての情報は、従来、バックシートに穴を空けて配線を引き出すか、あるいは最初から配線を引き出しておき、この配線を介した測定により得られている。前者は破壊検査であり、後者は最初から配線が引き出されていない返品されたモジュールには適用ができないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、太陽電池モジュールの受光面内での光電流の分布を太陽電池モジュールから検査用に配線を引き出すことなく非破壊で推定することが可能な太陽電池モジュールの検査装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る太陽電池モジュールの検査装置は、直列に接続された複数枚の太陽電池セルを有する太陽電池モジュールの受光面に照射する光の強度分布を変更可能な光源装置と、前記光源装置が前記受光面に光を照射した状態で前記太陽電池モジュールの開放電圧を測定する電圧測定装置と、前記光源装置が前記受光面に光を照射した状態で前記太陽電池モジュールに交流信号を印加し当該交流信号に対する交流応答を測定する交流応答測定装置と、前記光源装置を制御すると共に前記電圧測定装置および前記交流応答測定装置から得られたデータを処理する制御処理部と、を備え、前記制御処理部は、前記受光面内に設定された検査対象範囲内の光の強度のみが互いに異なる３個以上の前記強度分布に対してそれぞれ測定された３組以上の前記開放電圧と前記交流応答との組を用いて、３個以上の前記開放電圧のうちのいずれかと３個以上の前記開放電圧のうちの残りとの差分である複数個の電圧を計算すると共に、３個以上の前記強度分布に対して前記太陽電池モジュールの等価回路に含まれる発電層を表す回路素子に並列な並列抵抗をそれぞれ計算し、３個以上の前記並列抵抗を用いて複数個の前記電圧に対応する複数個のアドミタンスをそれぞれ計算し、複数個の前記電圧および複数個の前記アドミタンスを用いて前記電圧に対する前記検査対象範囲の電流特性を求めることを特徴とする。

本発明によれば、太陽電池モジュールの受光面内での光電流の分布を太陽電池モジュールから検査用に配線を引き出すことなく非破壊で推定することができる、という効果を奏する。

実施の形態１に係る太陽電池モジュールの検査装置の構成を示す模式図 実施の形態１におけるハイパスフィルタの構成例を示す回路図 実施の形態１におけるハイパスフィルタの別の構成例を示す回路図 実施の形態１における照射光の強度差に対するインピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜の変化を示す図 実施の形態１において照射光の強度差に対する印加交流信号の強度の設定の一例を示す図 実施の形態１において照射光の強度差に対する印加交流信号の強度の設定の別の一例を示す図 実施の形態１における計算機の構成例を示すブロック図 実施の形態１における計算機の処理を示すフローチャート 実施の形態１において照射光の強度分布の設定例を説明するための図 実施の形態１における太陽電池モジュールの等価回路の回路図 実施の形態１における等価回路の典型的なＺ（ｆ）を示す図 実施の形態１において並列抵抗を計算する際の周波数の選択の一例を示す図 実施の形態１において太陽電池モジュールの典型的なＹ（Ｖ）特性を示す図 実施の形態２における光源装置の構成を示す模式図 実施の形態２における光源装置の構成の一部を示す断面図 実施の形態２において制御データが識別子とともに光源に送信される様子を示した図 実施の形態２において光源に識別子を付与した場合の駆動制御回路のデータ取得処理を示したフローチャート 実施の形態３における光源装置の構成の一部を示す断面図 実施の形態３の変形例における光源装置の構成の一部を示す断面図

以下に、本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュールの検査装置および太陽電池モジュールの検査方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る太陽電池モジュールの検査装置の構成を示す模式図である。本実施の形態に係る太陽電池モジュールの検査装置は、太陽電池モジュール１の受光面に照射する光の強度分布を変更可能な光源装置３と、光源装置３が太陽電池モジュール１の受光面に光を照射した状態で太陽電池モジュール１の開放電圧を測定する電圧測定装置７と、光源装置３が太陽電池モジュール１の受光面に光を照射した状態で太陽電池モジュール１に交流信号を印加し当該交流信号に対する交流応答を測定する交流応答測定装置８と、光源装置３を制御すると共に電圧測定装置７および交流応答測定装置８から得られるデータを処理する計算機１１とを備える。

太陽電池モジュール１は、直列に接続された複数枚の太陽電池セル２を有する。太陽電池セル２は、１０ｃｍ角から２０ｃｍ角のものが一般的である。複数枚の太陽電池セル２は２次元的に配列され、太陽電池モジュール１の受光面を形成する。図示例では、太陽電池モジュール１の受光面は、太陽電池モジュール１の光源装置３側の面である。また、太陽電池モジュール１はいわゆる結晶シリコン系であり、太陽電池セル２は結晶シリコンを有する。なお、検査対象となる太陽電池モジュール１に制約はなく、太陽電池モジュール１は結晶シリコン系でなくてもよい。

光源装置３は、２次元的に配列された複数個の光源５と、複数個の光源５を制御する光源制御部４とを備える。ここで、光源５は、光源本体５ａと、光源本体５ａを駆動する光源駆動部６とを備える。

複数個の光源５は、太陽電池モジュール１の受光面の全体に光を照射可能なように配置される。また、複数個の光源５は、受光面内の光の強度分布を太陽電池セル２の単位で変更可能である。換言すれば、光源５の個数および配置は、１枚の太陽電池セル２を最小単位として光の強度分布が変更可能なように調整されている。なお、複数個の光源５は、複数枚の太陽電池セル２と一対一または複数対一に配置される。

光源制御部４は、計算機１１で指定された光の強度分布を実現するための制御信号を複数個の光源駆動部６にそれぞれ送信する。光源駆動部６は、光源制御部４からの制御信号に従って光源本体５ａに電力を供給し、光源本体５ａの光強度を個別に調整する。すなわち、光源装置３は、光源５ごとに光源駆動部６が独立して設けられるいわゆるアクティブマトリクス方式を採用している。光源装置３にアクティブマトリクス方式を適用することで、光源５の時分割での発光が可能となる。なお、光源５を全て一括して駆動するいわゆるパッシブマトリクス方式を採用することもできるが、アクティブマトリクス方式を採用する場合に比べて駆動回路が複雑になる。

このような光源装置３により、太陽電池モジュール１の受光面に光を非一様に、すなわち受光面内で光の強度差をつけて照射することが可能になる。なお、強度差は、照射光の特定の波長成分による強度差、すなわち分光強度の差により実現してもよい。

電圧測定装置７は、光源装置３により太陽電池モジュール１の受光面に光が照射された状態で、太陽電池モジュール１の無負荷状態における電圧、すなわち開放電圧Ｖоｃを測定する。電圧測定装置７は、直流電圧を測定可能なものであればよく、その構成は限定されない。電圧測定装置７は、開放電圧Ｖоｃの測定値を計算機１１に出力する。

交流応答測定装置８は、ハイパスフィルタ９と、ハイパスフィルタ９に接続されたインピーダンス測定器であるインピーダンスアナライザ１０とを備える。インピーダンスアナライザ１０は、ハイパスフィルタ９を介して太陽電池モジュール１に接続される。ハイパスフィルタ９は、太陽電池モジュール１で発生した直流電圧を含む直流成分を除去する。インピーダンスアナライザ１０は、光源装置３により太陽電池モジュール１の受光面に光が照射された状態で、太陽電池モジュール１に交流信号を印加し、当該交流信号に対する交流応答であるインピーダンスＺを測定する。この際、インピーダンスアナライザ１０は、交流信号の周波数を変えてインピーダンスＺの測定が可能である。すなわち、インピーダンスアナライザ１０は、交流応答特性、具体的にはインピーダンスＺの周波数依存性を測定することができる。交流応答測定装置８は、インピーダンスＺの測定値を計算機１１に出力する。

一般に、インピーダンス測定器は、ネットワークアナライザのように測定対象への入射交流電力と測定対象からの反射交流電力との比を用いてインピーダンスを測定するものと、ＬＣＲメータのように測定対象に印加した交流電圧に対する交流電流からインピーダンスを測定するものに大別されるが、本実施の形態におけるインピーダンスアナライザ１０はいずれであってもよいし、あるいは、周波数範囲およびインピーダンスの大きさの範囲に応じてこれらを使い分けてもよい。

図２は、ハイパスフィルタ９の構成例を示す回路図である。図２では、ハイパスフィルタ９は、単一のキャパシタ２０からなる。この場合、ハイパスフィルタ９は、１次のハイパスフィルタになるため、低周波帯でのダイナミックレンジが低下する。また、キャパシタ２０は、高耐圧、大容量、かつ低寄生インダクタンスのものを選択する必要があり、入手も容易でないことに加えて高コストとなる。

図３は、ハイパスフィルタ９の別の構成例を示す回路図である。図３では、ハイパスフィルタ９は、太陽電池モジュール１へ信号を送信するための順方向のアンプ２１と、太陽電池モジュール１からの信号を受信するための逆方向のアンプ２２と、ローパスフィルタ２３とを組み合わせて構成される。このハイパスフィルタ９では、ローパスフィルタ２３を用いて直流成分の除去を行っている。特に、ローパスフィルタ２３は、アンプおよびキャパシタを３段に構成した３次のローパスフィルタとしている。太陽電池モジュール１への信号は、順方向のアンプ２１においてローパスフィルタ２３を通過した信号との差がとられるので直流成分が除去される。同様に、太陽電池モジュール１からの信号は、逆方向のアンプ２２においてローパスフィルタ２３を通過した信号との差がとられるので直流成分が除去される。この際、ローパスフィルタ２３を３次のものとしているので、ハイパスフィルタ９は急峻なフィルタ特性を有することとなる。

また太陽電池モジュール１に印加される交流信号は、太陽電池モジュール１の受光面に照射される光の強度分布の受光面内における強度差に応じて調整するとよい。図４は、照射光の強度差に対するインピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜の変化を示す図である。図４では、太陽電池モジュール１の受光面の全体に一様な光を照射した状態を基準として、検査対象範囲のみ照射光の強度を低下させることで照射光の強度差を変化された場合を示している。図４に示すように、照射光の強度差が小さいときには｜Ｚ｜は小さいが、照射光の強度差が大きいときには｜Ｚ｜は大きくなる。そのため、ＬＣＲメータを用いて印加する交流電圧を一定に制御してインピーダンスを測定する場合は、照射光の強度差が大きいときに｜Ｚ｜が大きいため、交流電流の振幅が小さくなり、測定値のＳ／Ｎが悪くなることがある。従って、この場合は、照射光の強度分布の面内差が大きいときには、Ｓ／Ｎを改善するために、印加する交流電圧の振幅を大きくするようにするとよい。この場合、図５に示すように、印加交流信号の強度が照射光の強度差に対して複数の離散値となるように制御にしてもよいし、あるいは、図６に示すように、モデル関数を仮定して、印加交流信号の強度が照射光の強度差に対して連続的に変化するように制御してもよい。

なお、印加する交流電流を一定に制御してインピーダンスを測定する場合は、照射光の強度差が小さいときに｜Ｚ｜が小さいため、交流電圧の振幅が小さくなり、測定値のＳ／Ｎが悪くなることがある。従って、この場合は、照射光の強度分布の面内差が小さいときには、Ｓ／Ｎを改善するために、印加する交流電流の振幅を大きくするようにするとよい。

図７は、計算機１１の構成例を示すブロック図である。計算機１１は、入力部２５、プロセッサ２６、メモリ２７および出力部２８を備える。入力部２５は、外部から入力されたデータを受信する。特に、入力部２５は、電圧測定装置７の測定値および交流応答測定装置８の測定値を受信する。プロセッサ２６は、メモリ２７に記憶された制御プログラムに従って動作する。メモリ２７は、制御プログラム、電圧測定装置７の測定値および交流応答測定装置８の測定値を記憶し、プロセッサ２６が実施する各処理における一時メモリとしても使用される。出力部２８は、データを外部へ送信する。特に、出力部２８は、光源制御部４、電圧測定装置７および交流応答測定装置８にそれぞれ制御信号を送信する。プロセッサ２６およびメモリ２７は制御処理部２９を構成する。

次に、図８を参照して、本実施の形態に係る太陽電池モジュールの検査方法について説明する。図８は、計算機１１の処理を示すフローチャートである。

まず、計算機１１に太陽電池モジュール１の検査対象範囲の設定がされる（Ｓ１）。検査対象範囲を示すデータは、計算機１１の入力部２５を介して計算機１１に入力され、計算機１１のメモリ２７に保存される。検査対象範囲は、太陽電池モジュール１に含まれる太陽電池セル２の１枚を単位として設定される。

さらに、計算機１１に照射光の強度分布の設定がされる（Ｓ２）。ここで、照射光の強度分布は３個以上設定される。照射光の強度分布を示すデータは、計算機１１の入力部２５を介して計算機１１に入力され、計算機１１のメモリ２７に保存される。

設定される照射光の強度分布には、以下の３パターンの分布が含まれる。
（Ｐ１）受光面の全体に同じ強度の光を一様に照射するような分布
（Ｐ２ａ）（Ｐ１）の分布に対して、検査対象範囲に照射する光の強度のみを検査対象範囲外に照射する光の強度よりも小さくするような分布
（Ｐ２ｂ）（Ｐ１）の分布に対して、検査対象範囲にのみ光を照射しないような分布
すなわち、（Ｐ１）によれば、すべての太陽電池セル２に同じ強度の光が照射される。（Ｐ２ａ）によれば、検査対象範囲に含まれない太陽電池セル２に照射する光の強度は（Ｐ１）の場合の光の強度と同じであり、検査対象範囲に含まれる太陽電池セル２に照射する光の強度は（Ｐ１）の場合の光の強度よりも小さいが０とはならない。（Ｐ２ｂ）によれば、検査対象範囲に含まれる太陽電池セル２には光を照射せず、検査対象範囲に含まれない太陽電池セル２に照射する光の強度は（Ｐ１）の場合の光の強度と同じである。（Ｐ１）から（Ｐ３）のいずれの分布でも、検査対象範囲内の光の強度のみが互いに異なる。なお、（Ｐ２ａ）と（Ｐ２ｂ）とを区別しない場合には、両者を（Ｐ２）と記載する。（Ｐ１）の分布は第１の強度分布、（Ｐ２）の分布は第２の強度分布である。

図９は、照射光の強度分布の設定例を説明するための図である。図９（ａ）は、光が照射されていない太陽電池モジュール１の平面図である。図９（ｂ）では、太陽電池モジュール１の受光面の全体に一様に光が照射されている。すなわち、図９（ｂ）は、（Ｐ１）の強度分布を模式的に示している。なお、検査対象範囲７０には４枚の太陽電池セル２が含まれる。図９（ｃ）では、検査対象範囲７０に照射される光の強度が検査対象範囲７０外に照射される光の強度よりも小さくなっている。すなわち、図９（ｃ）は、（Ｐ２ａ）の強度分布を模式的に示している。図９（ｄ）では、検査対象範囲７０のみ光が照射されない。すなわち、図９（ｄ）は、（Ｐ２ｂ）の強度分布を模式的に示している。

なお、（Ｐ１）の強度分布においては、面内の強度差が０であることが好ましいが、ある程度の幅を有していてもよい。また、（Ｐ２ｂ）の強度分布においても、検査対象範囲の強度は０であることが好ましいが、ある程度の範囲を有していてもよい。

次に、計算機１１の制御処理部２９は、設定された３個以上の照射光の強度分布のうちから１個を選択し、選択された照射光の強度分布を実現するための制御データを計算する（Ｓ３）。すなわち、選択された照射光の強度分布を光源装置３に実現させるため、光源装置３への制御データを計算する。制御処理部２９は、計算機１１の出力部２８を介して制御データを光源装置３の光源制御部４に送信する（Ｓ４）。

光源装置３は、計算機１１から送信された制御データをトリガとして、この制御データを用いて照射光の強度分布に従って太陽電池モジュール１の受光面に光を照射する。具体的には、光源制御部４は、この制御データを複数個の光源５の各々に送信し、これにより複数個の光源５は制御データに従って駆動され、選択された照射光の強度分布が実現される。

また、太陽電池モジュール１の受光面に光が照射されると、電圧測定装置７は開放電圧Ｖоｃを測定する。開放電圧Ｖоｃの測定のタイミングは、制御処理部２９により制御される。さらにまた、交流応答測定装置８は交流応答を測定する。ここで、交流応答は太陽電池モジュール１のインピーダンスＺである。この際、交流応答測定装置８は、予め決められた周波数ｆについてインピーダンスＺを測定する。換言すれば、交流応答測定装置８は、インピーダンスＺの周波数依存性Ｚ（ｆ）を測定する。なお、交流応答の測定のタイミングは、制御処理部２９により制御される。

電圧測定装置７により開放電圧Ｖоｃが測定されると、制御処理部２９は電圧測定装置７から開放電圧Ｖоｃを取得する（Ｓ５）。すなわち、制御処理部２９は、開放電圧Ｖоｃの測定値をメモリ２７に保存する。

また、交流応答測定装置８により交流応答が測定されると、制御処理部２９は交流応答測定装置８から交流応答を取得する（Ｓ６）。すなわち、制御処理部２９は、交流応答の測定値をメモリ２７に保存する。

次に、制御処理部２９は、設定されたすべての照射光の強度分布についてデータを取得したか否かを判定する（Ｓ７）。この場合のデータとは、開放電圧Ｖоｃの測定値および交流応答であるインピーダンスＺ（ｆ）の測定値を意味する。Ｓ７での判定の結果、設定されたすべての照射光の強度分布についてデータを取得した場合には（Ｓ７，Ｙｅｓ）、Ｓ８の処理に進み、設定されたすべての照射光の強度分布についてデータを取得していない場合には（Ｓ７，Ｎｏ）、いまだデータを取得していない次に選択された強度分布についてＳ３からＳ６の処理を実施し、再度Ｓ７の判定処理を実施する。

次に、Ｓ８では、制御処理部２９は、太陽電池モジュール１の等価回路に基づき、インピーダンスの測定値Ｚ（ｆ）を用いて、太陽電池モジュール１の発電層を表すキャパシタＣｄに並列なシャント抵抗である並列抵抗Ｒｓｈを計算する（Ｓ８）。ここで、太陽電池モジュール１の等価回路について説明する。

図１０は、太陽電池モジュール１の等価回路の回路図である。図１０に示すように、等価回路３０は、キャパシタ３４と、キャパシタ３４に並列に接続された並列抵抗３３と、キャパシタ３４および並列抵抗３３に直列に接続された直列抵抗３２と、直列抵抗３２に直列に接続されたインダクタンス３１とからなる。ここで、キャパシタ３４の大きさはＣｄ、並列抵抗３３の大きさはＲｓｈ、直列抵抗３２の大きさはＲｓ、インダクタンス３１の大きさはＬｓで示される。

キャパシタ３４は、電極間に結晶シリコンが配置されてなる発電層を等価的に表す回路素子である。並列抵抗３３は、発電層からのリーク電流に対応する抵抗を表しており、この抵抗値の大小を評価することで太陽電池セル２の良否の判定が可能になる。直列抵抗３２および寄生インダクタンスであるインダクタンス３１は、太陽電池モジュール１内の配線および電極を表す。

等価回路３０のインピーダンスＺは、下記（２）式で与えられる。
Ｚ（ｆ）＝１／（１／Ｒｓｈ＋ｊ・ω・Ｃｄ）＋Ｒｓ＋ｊ・ω・Ｌｓ・・・（２）
ここで、ω＝２πｆ、ｊは虚数単位である。等価回路３０のインピーダンスＺ（ｆ）は通常、図１１のようになる。具体的には、図１１（ａ）では、横軸を対数スケールの周波数、縦軸を絶対値｜Ｚ｜としている。絶対値｜Ｚ｜が極小となる周波数ｆは共振周波数である。図１１（ｂ）では、横軸を対数スケールの周波数、縦軸をＺの位相を表すθ（Ｚ）としている。

従って、等価回路３０に基づき、インピーダンスの測定値Ｚ（ｆ）を用いることにより、並列抵抗Ｒｓｈは、Ｃｄ，Ｒｓ，Ｌｓとともに、（２）式に基づく多変量解析により求めることができる。具体的には、少なくとも４点以上の周波数ｆに対するインピーダンスの測定値Ｚ（ｆ）を用いて、例えば最小２乗法により、すべての回路定数であるＲｓｈ，Ｃｄ，Ｒｓ，Ｌｓを求めることができる。

なお、並列抵抗Ｒｓｈの計算は、上記の計算方法に限らず、等価回路３０の回路素子の周波数特性を利用して求めることもできる。すなわち、図１１（ａ）に示すように、絶対値｜Ｚ｜は、対数スケールの周波数に対して、共振周波数よりも小さい周波数範囲および共振周波数よりも大きい周波数範囲で直線状となる。なお、この場合の二つの直線の傾きの大きさは互いに等しい。そこで、等価回路３０の共振周波数よりも低周波の周波数であって、対数スケールの周波数に対する絶対値｜Ｚ｜が直線で近似できるような周波数範囲における周波数に対しては、Ｒｓ，Ｌｓが無視できるので、並列抵抗Ｒｓｈの計算は、下記の（３）式を用いることができる。
１／Ｚ（ｆ）＝１／Ｒｓｈ＋ｊ・ω・Ｃｄ・・・（３）
この場合は、図１２に示すように、共振周波数よりも低周波の２つの周波数ｆａ，ｆｂに対するインピーダンスＺの測定値を用いることにより、（３）式を連立させて解くことで、ＲｓｈおよびＣｄを決定することができる。

並列抵抗Ｒｓｈは、照射光の強度分布ごとに計算され、従って、並列抵抗Ｒｓと開放電圧Ｖｏｃとの組が得られる。

次に、制御処理部２９は、（Ｐ２）の強度分布に対応する開放電圧Ｖｏｃと（Ｐ１）の強度分布に対応する開放電圧Ｖｏｃ０との差分である電圧Ｖ＝Ｖｏｃ０−Ｖｏｃを算出すると共に、（Ｐ２）の強度分布に対応する並列抵抗Ｒｓｈと（Ｐ１）の強度分布に対応する並列抵抗Ｒｓｈ０との差分であるΔＲｓｈ＝Ｒｓｈ−Ｒｓｈ０を算出することで、以下のようにしてアドミッタンスＹとＶとの組であるＹ（Ｖ）を計算する（Ｓ９）。
Ｖ＝Ｖｏｃ０−Ｖｏｃ・・・（４ａ）
Ｙ＝１／ΔＲｓｈ＝１／（Ｒｓｈ−Ｒｓｈ０）・・・（４ｂ）
すなわち、制御処理部２９は、太陽電池モジュール１の受光面の全体に同じ強度で光を照射した場合の並列抵抗Ｒｓｈ０と開放電圧Ｖｏｃ０との組を基準に、太陽電池モジュール１の検査対象範囲７０の強度のみが小さい強度分布Ｐ２で光を照射した場合の開放電圧Ｖｏｃと並列抵抗Ｒｓｈとの組を用いて、上記（４ａ）および（４ｂ）を計算する。上記（４ａ）および（４ｂ）は、複数個の電圧Ｖに対して計算される。なお、（Ｐ１）の強度分布に対応する開放電圧Ｖｏｃ０は第１の開放電圧、（Ｐ２）の強度分布に対応する開放電圧Ｖｏｃは第２の開放電圧、（Ｐ１）の強度分布に対応する並列抵抗Ｒｓｈ０は第１の並列抵抗、（Ｐ２）の強度分布に対応する並列抵抗Ｒｓｈは第２の並列抵抗である。

上記のように計算されるＶとＹとの組は、検査対象範囲７０外に照射される光の寄与分が差分により相殺されるので、実質的に検査対象範囲７０の開放電圧およびアドミッタンスを評価するものである。

次に、制御処理部２９は、Ｙ（Ｖ）をＶで積分してＩ（Ｖ）を計算する（Ｓ１０）。この処理は、太陽電池モジュール１の検査対象範囲７０の光電流特性であるＩ（Ｖ）特性を求める処理である。

Ｙ（Ｖ）は離散データとして得られるので、Ｉ（Ｖ）は数値積分によって積分計算を行うとよい。例えば一般的な台形則を用いると、Ｉ（Ｖ）は下記（５）式から（７）式で計算できる。
Ｉｐ（Ｖ［ｎ］）
＝Σ［ｋ＝１〜ｎ］｛（Ｙ［ｋ］＋Ｙ［ｋ−１］）×（Ｖ［ｋ］−Ｖ［ｋ−１］）／２｝・・・（５）
Ｉｐ（Ｖ［０］）＝０・・・（６）
Ｉ（Ｖ）＝Ｉｐｍａｘ−Ｉｐ（Ｖ）・・・（７）
ここで、ｎ＝１〜Ｎ−１である。Σ［ｋ＝１〜ｎ］は、１からｎまでの和を表す。Ｖ［０］〜Ｖ［Ｎ−１］は小さい順に並べられている。Ｙ［ｋ］は、Ｖ［ｋ］と組になるＹである。また、ＩｐｍａｘはＩｐの最大値である。例えば、３個の強度分布に対しては、Ｎ＝２となり、（Ｙ［０］，Ｖ［０］）、（Ｙ［１］，Ｖ［１］）が得られるが、（５）式で求まるものはＩｐ（Ｖ[１]）のみとなり、Ｉｐｍａｘ＝Ｉｐ（Ｖ[１]）となる。この場合、Ｉ（Ｖ）は、（Ｉｐｍａｘ，Ｖ[０]）と（０，Ｖ[１]）とで決まる。なお、積分手法は、台形則に限定されず、より精度の高い積分手法を用いることもできる。例えば、シンプソン則を用いて積分計算を行うこともできる。

なお、図１３に示すように、太陽電池モジュール１の典型的なＹ（Ｖ）は、横軸をＶ、縦軸を対数スケールのＹとしたときに、２直線Ｌ１，Ｌ２で近似できることから、Ｓ９で得られたＹ（Ｖ）のデータから直線Ｌ１，Ｌ２を決定し、直線Ｌ１，Ｌ２を用いてＳ１０の積分計算を行ってもよい。上記（４ａ）および（４ｂ）から明らかなように、特にＶが小さくなるとＲｓｈがＲｓｈ０に近くなるためＹにおけるノイズが問題になる。従って、Ｖが小さい領域では直線近似を用いることで誤差を抑制することができる。

次に、制御処理部２９は、Ｉ（Ｖ）から太陽電池モジュール１の検査対象範囲７０の良否を判定する（Ｓ１１）。積分して得られたＩ（Ｖ）は、いわゆる通常の太陽電池のＩＶ曲線と同じ取り扱いができるので、Ｉ（Ｖ）に基づいて例えば開放電圧Ｖоｃ、短絡電流Ｉｓｃ、最大出力Ｐｍａｘ、または曲線因子ＦＦの固有値を計算して良否を判定することができる。制御処理部２９は、図８で示すＳ２からＳ１１までの処理を検査対象範囲７０の個数だけ繰り返す。

なお、図８では、Ｓ８およびＳ９の処理はすべての測定データが取得された後に一括して実施されているが、測定済みのデータに対するＳ８およびＳ９の処理はデータを測定するためのＳ３からＳ６の処理と並行に実施してもよい。

また、検査対象範囲７０が１枚の太陽電池セル２からなる場合には、この１枚の太陽電池セル２の光電流特性についての良否を判定できるが、検査対象範囲７０が複数枚の太陽電池セル２からなる場合には、Ｉ（Ｖ）は複数枚の太陽電池セル２に関する平均を反映するため、複数枚の太陽電池セル２の光電流特性の平均の良否を判定することになる。

また、太陽電池モジュール１の検査は、１枚ずつ任意の太陽電池セル２を検査してもよいし、全ての太陽電池セル２を順に検査してもよい。さらにまた、太陽電池モジュール１の検査は、最初に太陽電池モジュール１の受光面を２個の検査対象範囲７０に分割し、分割された両方の検査対象範囲７０のＩ（Ｖ）特性を比較することで不良の発生の有無および不良が発生している場合には分割されたいずれの検査対象範囲７０に不良個所が含まれるのかを判定することができる。そして、不良個所を含む検査対象範囲７０をさらに２個の検査対象範囲７０に分割して同様の処理を繰り返すことで、最終的にどの太陽電池セル２に不良が発生しているのかを判定することができる。

以上に説明したように、本実施の形態によれば、検査対象範囲７０のＩ（Ｖ）特性を得ることで、太陽電池モジュール１の受光面内での光電流の分布を太陽電池モジュール１から検査用に配線を引き出すことなく非破壊で推定することができる。

なお、本実施の形態では、交流応答測定装置８はインピーダンスＺ（ｆ）を測定するとしたが、反射係数Ｓ１１（ｆ）を測定するようにしてもよい。インピーダンスＺ（ｆ）と反射係数Ｓ１１（ｆ）との既知の対応関係を用いれば、反射係数Ｓ１１（ｆ）を測定した場合でも、上記と同様にしてＩ（Ｖ）特性を求めることができる。

また、本実施の形態では、照射光の強度分布には、（Ｐ１）から（Ｐ３）の３パターンの分布が含まれるとしたが、一般に、照射光の強度分布は、検査対象範囲７０内の光の強度のみが互いに異なる３個以上の強度分布とすることができる。この場合は、３個以上の強度分布に対してそれぞれ３組以上の開放電圧ＶｏｃとインピーダンスＺ（ｆ）との組を測定し、３個以上の開放電圧ＶｏｃのうちのいずれかをＶｏｃ０として上記（４ａ）を計算すると共に、Ｖｏｃ０に対応するＲｓｈをＲｓｈ０として上記（４ｂ）を計算すればよい。その他の処理は上記した通りである。ただし、本実施の形態のように、照射光の強度分布に（Ｐ１）または（Ｐ３）の分布が含まれる場合は、より広範なＶについてＩ（Ｖ）が求まり、Ｉ（Ｖ）の評価精度も向上する。

実施の形態２．
図１４は、本実施の形態における光源装置３の構成を示す模式図である。なお、図１４では、図１に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付している。図１４に示すように、光源５は、ＬＥＤ（発光ダイオード）である光源本体５ａと、電源線４３に接続され、光源本体５ａを駆動する光源駆動部４１と、制御線４４に接続され、光源駆動部４１を制御する駆動制御回路４２とを備える。光源５にＬＥＤを用いることで、安価、長寿命、安定かつ高速応答性な光源５を得ることができる。

なお、通常の検査で使用されるソーラーシミュレータでは１ｋＷ／ｍ^２に至る非常に強力な光が必要であるが、実施の形態１で説明した検査装置に用いられる光源５にはソーラーシミュレータで使用されるような光の強度は必要ではなく、一般的な結晶シリコン太陽電池の動作点の情報を取得するだけであれば１００Ｗ／ｍ^２から２００Ｗ／ｍ^２といった強度があれば十分である。従って、１６ｃｍ×１６ｃｍである一般的な太陽電池セルのサイズに対しては、ＬＥＤの発光効率を考えても典型的には３０Ｗの電力で済むため、光源５に安価な照明用ＬＥＤと同等のものが使用できる。

また、光源５は、通常の白色ＬＥＤを用いてもよいが、種々のピーク波長を有するＬＥＤを複数種類組み合わせることで分光強度を変化させてもよい。特に赤外域では多くの種類の太陽電池が分光感度を有するにもかかわらず、通常の白色ＬＥＤでは発光強度が極めて小さいので、分光強度を変えない場合でも光源５に赤外ＬＥＤを組合せるとよい。

また、図１に示す太陽電池セル２のサイズ変更に対して柔軟に対応できるよう、光源５の位置を可動にするとよい。図１５は、本実施の形態に係る光源装置３の構成の一部を示す断面図である。光源本体５ａは、金属製のベースプレート５０上に配置されたコの字型のヒートシンク５１上に配置される。ヒートシンク５１の内側には駆動制御回路４２が配置される。なお、図１５では、図示が省略されているが、光源駆動部４１もヒートシンク５１の内側に配置される。また、ヒートシンク５１の下部には支持部材５２が取り付けられ、支持部材５２はベースプレート５０に設けられた穴部５５を貫通している。穴部５５は支持部材５２よりも大径である。支持部材５２には板ばねである電極５４が取り付けられ、ベースプレート５０における穴部５５の周縁には電極５３が取り付けられている。そして、付勢された電極５４が電極５３を押圧することで電極５４は電極５３に摺動可能に接触している。このような構成により、ヒートシンク５１をベースプレート５０上で摺動可能に配置することができ、ヒートシンク５１を動かすことで光源５の位置を調整することができる。これにより、光源５の位置合わせを容易に行うことができ、光源５の放熱と位置合わせの容易さを両立させることができる。なお、光源５の位置を可動にする構成は図示例に限定されない。

また、複数個の光源５は、複数個の光源５の各々に識別子を付与して個別に制御してもよい。この場合、駆動制御回路４２には光源５に付与された識別子に関するデータが付与される。図１６は、光源制御部４から制御線４４を介して複数個の光源５にそれぞれ送信される制御データには識別子が付加される様子を示している。なお、図１６では、図１４に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付している。図１７は、駆動制御回路４２のデータ取得処理を示したフローチャートである。図１７に示すように、駆動制御回路４２は、光源制御部４の送信データを監視し（Ｓ５０）、送信データに含まれる識別子が自己の光源５に付与された識別子と同じであるかどうかの判定をし（Ｓ５１）、送信データに含まれる識別子が自己の光源５に付与された識別子と同じである場合には（Ｓ５１，Ｙｅｓ）、データを取得し（Ｓ５２）、送信データに含まれる識別子が自己の光源５に付与された識別子と異なる場合には（Ｓ５１，Ｎｏ）、データを取得しない。

このような構成によれば、光源５の位置合わせまたは再配置を行った後でも光源５の点灯制御を光源５が自ら判断して行うことができる。また、すべての光源５についてまたはすべての光源５のうちの複数個について制御線４４を共通化することができ、配線数を削減することができる。さらにまた、光源５を再配置した場合に、識別子ごとに光源５を発光させ発光位置をカメラで撮影することで光源５の再配置後の位置を容易に認識することができる。本実施の形態のその他の構成、動作および効果は実施の形態１と同じである。

実施の形態３．
図１８は、本実施の形態における光源装置３の構成の一部を示す断面図である。なお、図１８では、光源５は光源本体５ａのみを示している。光源本体５ａは、ベースプレート５０上に配置される。光源装置３は、太陽電池モジュール１の受光面に対向して配置された、透明部材からなる照射面６０を備える。照射面６０は、支持部材６１を介してベースプレート５０に取り付けられ、複数個の光源５ａの全体を覆うように配置される。照射面６０上には、光源本体５ａから太陽電池セル２に照射される光が隣接する太陽電池セル２に漏れることを抑制するための遮光壁６２が太陽電池セル２ごとに設けられている。具体的には、平面視で太陽電池セル２の周囲を囲うように遮光壁６２が配置される。遮光壁６２は、受光面への傷付き防止および密着性向上のため発泡ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート樹脂）またはブチルゴムのような柔軟で遮光性の高い素材を線状に加工して照射面に格子状に貼り付けるとよい。このような構成により、隣接する太陽電池セル２への光漏れによる検査精度の低下を抑制することができる。

図１９は、本実施の形態の変形例における光源装置３の構成の一部を示す断面図である。なお、図１９では、図１８に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付している。図１９では、図１８に示す構成に加えて、光源５にコリメートレンズ８０を取付け、光源５の照射光が平行光の状態で太陽電池モジュール１に照射できるようにしている。すなわち、光源５の光束は、受光面に対して垂直となる。なお、太陽電池モジュール１に対して光束は完全に垂直での入射であることが望ましいが、垂直からある程度の照射角をなしていてもよい。このような構成により、隣接する太陽電池セル２への光漏れによる検査精度の低下を抑制することができる。

本実施の形態のその他の構成、動作および効果は実施の形態１と同じである。また、本実施の形態と実施の形態２を組合せることもできる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 太陽電池モジュール、２ 太陽電池セル、３ 光源装置、４ 光源制御部、５ 光源、５ａ 光源本体、６ 光源駆動部、７ 電圧測定装置、８ 交流応答測定装置、９ ハイパスフィルタ、１０ インピーダンスアナライザ、１１ 計算機、２０ キャパシタ、２１，２２ アンプ、２３ ローパスフィルタ、２５ 入力部、２６ プロセッサ、２７ メモリ、２８ 出力部、２９ 制御処理部、３０ 等価回路、３１ インダクタンス、３２ 直列抵抗、３３ 並列抵抗、３４ キャパシタ、４１ 光源駆動部、４２ 駆動制御回路、４３ 電源線、４４ 制御線、５０ ベースプレート、５１ ヒートシンク、５２ 支持部材、５３，５４ 電極、５５ 穴部、６０ 照射面、６１ 支持部材、６２ 遮光壁、７０ 検査対象範囲、８０ コリメートレンズ。

Claims (13)

1. 直列に接続された複数枚の太陽電池セルを有する太陽電池モジュールの受光面に照射する光の強度分布を変更可能な光源装置と、
   前記光源装置が前記受光面に光を照射した状態で前記太陽電池モジュールの開放電圧を測定する電圧測定装置と、
   前記光源装置が前記受光面に光を照射した状態で前記太陽電池モジュールに交流信号を印加し当該交流信号に対する交流応答を測定する交流応答測定装置と、
   前記光源装置を制御すると共に前記電圧測定装置および前記交流応答測定装置から得られたデータを処理する制御処理部と、
   を備え、
   前記制御処理部は、前記受光面内に設定された検査対象範囲内の光の強度のみが互いに異なる３個以上の前記強度分布に対してそれぞれ測定された３組以上の前記開放電圧と前記交流応答との組を用いて、３個以上の前記開放電圧のうちのいずれかと３個以上の前記開放電圧のうちの残りとの差分である複数個の電圧を計算すると共に、３個以上の前記強度分布に対して前記太陽電池モジュールの等価回路に含まれる発電層を表す回路素子に並列な並列抵抗をそれぞれ計算し、３個以上の前記並列抵抗を用いて複数個の前記電圧に対応する複数個のアドミタンスをそれぞれ計算し、複数個の前記電圧および複数個の前記アドミタンスを用いて前記電圧に対する前記検査対象範囲の電流特性を求めることを特徴とする太陽電池モジュールの検査装置。
2. ３個以上の前記強度分布は、前記受光面の全体に同じ強度の光が照射された場合の第１の強度分布と、前記第１の強度分布と比較して前記検査対象範囲内の強度のみが小さい複数個の第２の強度分布とからなり、
   ３個以上の前記開放電圧は、前記第１の強度分布に対して測定された第１の開放電圧と、複数個の前記第２の強度分布に対してそれぞれ測定された複数個の第２の開放電圧とからなり、
   ３個以上の前記並列抵抗は、前記第１の強度分布に対して計算された第１の並列抵抗と、複数個の前記第２の強度分布に対してそれぞれ計算された複数個の第２の並列抵抗とからなり、
   複数個の前記電圧は、前記第１の開放電圧と複数個の前記第２の開放電圧との差分であり、
   複数個の前記アドミタンスは、前記第１の並列抵抗と複数個の前記第２の並列抵抗との差分の逆数であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュールの検査装置。
3. 前記等価回路は、前記発電層を表す回路素子であるキャパシタと、前記キャパシタに並列に接続された前記並列抵抗と、前記キャパシタおよび前記並列抵抗に直列に接続された直列抵抗と、前記直列抵抗に直列に接続されたインダクタンスとからなることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュールの検査装置。
4. 前記交流応答測定装置は、インピーダンス測定器であり、
   前記交流応答は、前記交流信号の周波数に依存するインピーダンスであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの検査装置。
5. 前記光源装置は、複数個の光源を備え、
   複数個の前記光源は、前記強度分布を前記太陽電池セルの単位で変更可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの検査装置。
6. 前記交流応答測定装置は、前記光源装置により前記受光面に照射された光の前記強度分布の前記受光面内における強度差に応じて前記交流信号の大きさを調整することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの検査装置。
7. 前記光源装置により前記受光面に照射された光の前記強度分布の前記受光面内における強度差が、分光強度の差により実現されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの検査装置。
8. 複数個の前記光源の各々は、発光ダイオードを備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの検査装置。
9. 複数個の前記光源の各々の位置は可動であることを特徴とする請求項８に記載の太陽電池モジュールの検査装置。
10. 前記光源装置は、複数個の前記光源を制御する光源制御部を備え、
    複数個の前記光源にはそれぞれ識別子が付与され、
    前記光源制御部は、複数個の前記光源に前記識別子が付加された制御データを送信し、
    複数個の前記光源の各々は、前記制御データに付加された前記識別子が自己に付与された前記識別子と同じ場合にのみ当該制御データを取得することを特徴とする請求項８または９に記載の太陽電池モジュールの検査装置。
11. 前記光源装置は、前記受光面に対向して配置され、複数個の前記光源を覆う照射面と、前記照射面上に前記太陽電池セルごとに配置され、複数枚の前記太陽電池セルの各々の周囲を囲う遮光壁とを備えることを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの検査装置。
12. 複数個の光源の各々の光束は、前記受光面に対して垂直であることを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの検査装置。
13. 直列に接続された複数枚の太陽電池セルを有する太陽電池モジュールの受光面に照射する光の強度分布を変更可能な光源装置と、前記光源装置が前記受光面に光を照射した状態で前記太陽電池モジュールの開放電圧を測定する電圧測定装置と、前記光源装置が前記受光面に光を照射した状態で前記太陽電池モジュールに交流信号を印加し当該交流信号に対する交流応答を測定する交流応答測定装置と、前記光源装置を制御すると共に前記電圧測定装置および前記交流応答測定装置から得られたデータを処理する制御処理部と、を備えた太陽電池モジュールの検査装置による太陽電池モジュールの検査方法であって、
    前記制御処理部は、前記受光面内に設定された検査対象範囲内の光の強度のみが互いに異なる３個以上の前記強度分布に対してそれぞれ測定された３組以上の前記開放電圧と前記交流応答との組を用いて、３個以上の前記開放電圧のうちのいずれかと３個以上の前記開放電圧のうちの残りとの差分である複数個の電圧を計算すると共に、３個以上の前記強度分布に対して前記太陽電池モジュールの等価回路に含まれる発電層を表す回路素子に並列な並列抵抗をそれぞれ計算し、３個以上の前記並列抵抗を用いて複数個の前記電圧に対応する複数個のアドミタンスをそれぞれ計算し、複数個の前記電圧および複数個の前記アドミタンスを用いて前記電圧に対する前記検査対象範囲の電流特性を求めることを特徴とする太陽電池モジュールの検査方法。

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