JP2017153300A

JP2017153300A - 太陽光発電パネル検査装置、パネル検査方法およびコンピュータプログラム

Info

Publication number: JP2017153300A
Application number: JP2016034927A
Authority: JP
Inventors: 清和宮地; Kiyokazu Miyaji
Original assignee: MIYACHI KK; Dream KK
Current assignee: MIYACHI KK; Dream KK
Priority date: 2016-02-25
Filing date: 2016-02-25
Publication date: 2017-08-31

Abstract

【課題】太陽光発電設備の現場に既に設置されて発電に使用されている太陽電池の検査を可能にする。【解決手段】検査対象となる太陽光発電パネルへ検査光（例えばレーザ光）を照射する照射手順と、検査光によって発電した発電データを計測装置から受信するデータ受信手順と、その発電データが正常か否かを判断する解析手順と、判断結果を出力する出力手順と、を含む。前記の照射手順は、次の検査対象となる太陽光発電パネルへ検査光を照射する場合には、照射方向を制御する制御信号を受信する。【選択図】図４

Description

本発明は、太陽光発電設備の現場へ既に設置されている多数の太陽電池パネルを保守点検するために検査する太陽電池パネルの検査技術に関する。

太陽光発電は、自然エネルギとして普及し、日本の５００キロワット以上の太陽電池は、既に約５０００箇所になっている。
太陽光発電は、太陽光の光エネルギを電気エネルギへ変換する太陽光発電用パネル（以下、単に「太陽光パネル」と記す）を屋外へ設置することで実現している。
屋外に設置され、稼働する太陽光パネルは、耐候性など耐久性が求められる。近年の技術競争によって性能が向上し、多くの太陽光パネルは、１０年以上のメンテナンスフリーとして売り出され、設置されている。

しかし、多数枚の太陽光パネルが永年にわたって設置される以上、故障や発電不足となる太陽光パネルは、どうしても発生している。
そこで、正常に発電しているかどうかを検証する検査装置、検査方法などの技術が必要とされている。具体的には、サーモカメラ方式、ＥＬ方式、ＩＶカーブ方式などがある。

特許文献１では、太陽電池モジュール不具合検出装置が開示されている。この太陽電池モジュール不具合検出装置は、固定枠に設けられた一対の走行ガイドの間に横行ガイドを直交するように架け渡し、その一対の走行ガイドに沿って横行ガイドを移動させると共に、その横行ガイドに沿って磁気センサを移動させることで、磁気センサをＸＹ方向に移動させて検査を実行する。

特許文献２に開示された技術は、太陽電池の発電出力に変調信号をのせて検査する技術である。したがって、太陽光発電設備の現場に既に設置されて発電に使用されている太陽電池をその発電を止めずに検査することができる。

特開２０１０−１７１０６５号公報特開２０１５−５６４１８号公報

特許文献１に開示された技術は、不具合検出装置は製造時の不良品の発見を目的に太陽電池モジュールを検査するものである。したがって、既に屋外の現場に設置されて発電に使用されている太陽電池には適用することができない。

特許文献２に開示された技術は、発電のための光を利用して検査するので、検査のための専用光源が不要になって、装置全体の小型軽量化に寄与する。しかし、検査を日中に実行するために、その際には発電を停止しなければならない。

本発明が解決しようとする課題は、既に設置されている太陽光発電パネルを夜間に検査可能な点検技術を提供することにある。

前述した課題を解決するための手段として、本発明者は、新たな検査装置、検査方法、およびコンピュータプログラムによる手段を案出した。

（第一の発明）
多数枚の太陽光発電パネルを屋外に設置するとともにその太陽光発電パネルに照射された光を、集電箱を経由させて電気へ変換して用いるためのパワーコンディショナを備えた太陽光発電システムに対して、前記の太陽光発電パネル一枚一枚の発電性能を検査可能な装置に係る。
その装置は、太陽光発電パネルへ照射した場合に発電できる検査光を照射する検査光照射装置と、その検査光照射装置における照射方向を変更可能な照射方向制御装置と、その照射方向制御装置および前記の検査光照射装置によって検査対象となる太陽光発電パネルの全てへ検査光を照射可能な位置へ前記の照射方向制御装置および前記の検査光照射装置を設置する照射装置設置手段と、検査光を照射された太陽光発電パネルが発電した電気信号を受けた計測装置から発電データを受信するデータ受信手段と、発電データによって発電性能を判断するための判断用データを蓄積する判断用データ蓄積手段と、その判断用データ蓄積手段に蓄積された判断用データおよび前記のデータ受信手段が受信した発電データに基づいて発電性能を判断するデータ解析手段と、そのデータ解析手段が判断した発電性能を出力する解析結果出力手段と、を備える。

（用語説明）
「太陽光発電パネルへ照射した場合に発電できる検査光」とは、太陽光発電パネルが発電に可視光域に限られない。検査光照射装置と検査光を照射される太陽光発電パネルとは百メートル以上を離間させており、パネルの一辺は、１．０〜１．５メートル程度なので（図２参照）、高い直進性（拡散しない平行光）を実現できることが望まれる。具体的には、レーザ光、平行光を実現できる光学系を備えたＬＥＤ光源（可視光および近赤外光）などを用いることができる。
「計測装置」とは、一般には集電箱に設置されているか、パワーコンディショナの直流側電線の部分に接続されるものであり、検査光による発電された電圧波形等を取得する装置である。ここで「パワーコンディショナ」とは、インバータ、系統連系保護装置、および絶縁変圧器等を備えている。インバータは、太陽光発電パネルが発電した直流の電気エネルギを集めた集電箱から、一般の電気製品で使用できる交流電力へ変換する。変換された交流電力は、キュービクルを介して商用系統などへ送電される。
「データ解析手段」は、たとえば、検査光の波形と、計測装置から観察される電気的な波形との一致度を比較する、などの手法を用いる。マッチングの割合が所定以下となったら、劣化のおそれあり、と判断できる。

（作用）
検査対象である多数枚の太陽光発電パネルは、屋外に設置されている。したがって、夜間であれば、計測装置には、太陽光による太陽光発電パネルからの電気信号は送られていない。照射装置設置手段は、照射方向制御装置および検査光照射装置によって検査対象となる太陽光発電パネルの全てへ検査光を照射可能な位置へ照射方向制御装置および検査光照射装置を設置する。
夜間になったら、照射方向を変更可能な照射方向制御装置からの制御信号が検査光照射装置に対して発せられる。そして、照射方向制御装置から検査光が所定の太陽光発電パネルへ照射される。すなわち、夜間での検査なので、発電の妨げにはならない。

検査光が照射された太陽光発電パネルは、その照射された検査光を電気へ変換し、計測装置へ電気信号を送る。そして、データ受信手段がその計測装置から発電データを受信する。
判断用データ蓄積手段に蓄積された判断用データおよび発電データに基づいて、データ解析手段が発電性能を判断する。そして、そのデータ解析手段が判断した発電性能を、解析結果出力手段が出力する。

（第一の発明のバリエーション１）
第一の発明は、前記の太陽光発電パネルの近傍には照度計を備え、前記の検査光照射装置は、前記の照度計が測定した照度が所定値以下となった場合に作動することとしてもよい。
なお、「照度計」のほか、雨量計、風速計なども備えてもよい。その場合、照度、雨量、風速が所定値以下となった場合に作動することとしてもよい。

（作用）
前記の照度計は、照度を測定し、検査光照射装置は、測定した照度が所定値以下となった場合に作動する。
検査の精度を所定の水準に保つためには、照度は１０ルクス以下であることが望ましい。
なお、別途、雨量計、風速計を備えた場合、雨量は０（つまり雨天時には検査をしない）、風速は秒速３〜５メートル以下とする。無風であることが望ましい。

（第一の発明のバリエーション２）
第一の発明は、前記の照射装置設置手段について、前記の検査光照射装置の高さ方向を変更可能としてもよい。

（作用）
検査光照射装置の高さ位置を変更できるので、検査時に高く、検査終了後は低くする、といったことができる。たとえば、検査をしていない場合に、風などの影響を受けにくくすることができる。また、検査対象の太陽光発電パネルが設置されている面積が広い場合には高く、狭い場合には低くする、といったこともできる。

（第二の発明）
第二の発明は、多数枚の太陽光発電パネルを屋外に設置するとともにその太陽光発電パネルに照射された光を集電箱経由で電気へ変換して用いるためのパワーコンディショナを備えた太陽光発電システムに対して、前記の太陽光発電パネル一枚一枚の発電性能を検査可能な方法に係る。
すなわち、太陽光発電パネルへ照射した場合に発電できる検査光を照射する検査光照射手順と、検査光を照射された太陽光発電パネルが発電した電気信号を受けた計測装置から発電データを受信するデータ受信手順と、発電データによって発電性能を判断するための判断用データを蓄積する判断用データ蓄積手順と、蓄積された判断用データおよび前記の受信した発電データに基づいて発電性能を判断するデータ解析手順と、そのデータ解析手順が判断した発電性能を出力する解析結果出力手順と、前記の検査光照射手順における照射方向を変更する照射方向制御手順と、を含む太陽光発電パネル検査方法である。

（第二の発明のバリエーション１）
第二の発明は、以下のようにしてもよい。
すなわち、前記の検査光照射手順の前には、前記の太陽光発電パネルの近傍には照度を計測する照度計測手順を備え、その照度計測手順が計測した照度が一定値以下となった場合に、前記の検査光照射手順を実行することとしてもよい。

（第三の発明）
第三の発明は、多数枚の太陽光発電パネルを屋外に設置するとともにその太陽光発電パネルに照射された光を集電箱経由で電気へ変換して用いるためのパワーコンディショナを備えた太陽光発電システムに対して、前記の太陽光発電パネル一枚一枚の発電性能を検査するためのコンピュータプログラムに係る。
そのコンピュータプログラムは、検査光を照射された太陽光発電パネルが発電した電気信号を受けた計測装置から発電データを受信するデータ受信手順と、発電データによって発電性能を判断するための判断用データを蓄積する判断用データ蓄積手順と、蓄積された判断用データおよび前記の受信した発電データに基づいて発電性能を判断するデータ解析手順と、そのデータ解析手順が判断した発電性能を出力する解析結果出力手順と、をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムである。

（第三の発明のバリエーション１）
第三の発明は、以下のようにしてもよい。
すなわち、前記の検査光照射手順の前には、前記の太陽光発電パネルの近傍には照度を計測する照度計測手順を備え、その照度計測手順が計測した照度が一定値以下となった場合に、前記の検査光照射手順を実行することとしてもよい。

第三の発明は、ハードディスクなどの記録媒体にインストールして提供することが可能である。また、既に本発明に係るコンピュータプログラムをインストールしたコンピュータから、通信回線を介してインストールすることとして提供することも可能である。

本発明によれば、既に設置されている太陽光発電パネルを、発電していない夜間に検査可能な技術を提供することができた。

本発明に係る太陽発電パネルの検査装置の概略を示す概念図である。本発明に係る太陽発電パネルの検査装置における検査光の概略を示す概念図である。本発明に係る太陽発電パネルの検査装置が検査光をどのような順序で照射するかを示す概念図である。第一の実施形態に係るハードウェア構成図である。第二の実施形態に係るハードウェア構成図である。正常または異常の判定の一例を示すフローチャートである。異常判定の基準としての例を示す概念図である。複数の太陽光発電システムを一括管理する場合を示す概念図である。

以下、本発明の構成を図面に示す形態に基づいて詳細に説明する。ここで使用する図面は、図１から図８である。

（図１）
本実施形態に係る検査装置は、多数枚の太陽光発電パネルを屋外に設置するとともにその太陽光発電パネルに照射された光を電気へ変換して用いるためのパワーコンディショナを備えた太陽光発電システムに対して、前記の太陽光発電パネル一枚一枚の発電性能を検査可能な装置である。
なお、詳細な図示は省略するが、前記の太陽光発電パネルと前記のパワーコンディショナと間には集電箱が設置されている。

その装置は、太陽光発電パネルへ照射した場合に発電できる検査光を照射する検査光照射装置と、その検査光照射装置における照射方向を変更可能な照射方向制御装置と、を備える。
本実施形態に係る照射方向制御装置では、ＸＹ軸方向への照射方向の制御は、ステッピングモータを用いて実現している。

また、その照射方向制御装置および前記の検査光照射装置によって検査対象となる太陽光発電パネルの全てへ検査光を照射可能な位置へ前記の照射方向制御装置および前記の検査光照射装置を設置する照射装置設置手段（ポール）を備える。
このポールは、伸縮可能であり、検査の際に伸ばして用いるが、検査をしない時間帯には縮めて収納することとしている。この実施形態に係るポールは、縮めた場合に２メートル、延ばした場合に１２メートルとなるものを採用した。ここでは採用していないが、伸縮しないもの、２０メートル級のものなども準備できる。

この検査装置は、夜間に作動させる。所定の照度以下とならないと、検査精度が落ちるので、照度計にて作動させることができるか否かを判断する。
この照度計は、図４に示すように、照射方向制御装置へ照度データを送信することとしてもよい。図５に示すように、制御信号出力装置へ照度データを送信することとしてもよい。

前記のパワーコンディショナ、検査光照射装置、照度計は、解析装置としてのパーソナルコンピュータ（図中に「ＰＣ」と略記）へ電気的に接続されている。
この解析装置は、検査光を照射された太陽光発電パネルが発電した電気信号を受けた集電箱から発電データを受信するデータ受信手段と、発電データによって発電性能を判断するための判断用データを蓄積する判断用データ蓄積手段と、その判断用データ蓄積手段に蓄積された判断用データおよび前記のデータ受信手段が受信した発電データに基づいて発電性能を判断するデータ解析手段と、そのデータ解析手段が判断した発電性能を出力する解析結果出力手段と、を備えている。

（図２）
図２には、本実施形態における検査光についての性能を示している。
本実施形態では、可視光ＬＥＤや近赤外線ＬＥＤ光や同様な波長を持つレーザ光を用いる。１００メートル離れて、レーザの照射面積は１５センチメートル四方に収まる程度の直進性のある検査光である。ＬＥＤ光は、これより集光性は悪いが平行光を実現できる光学系を備え、１００センチメートル四方に収まるものである。
検査光には、赤色レーザ光を用いることも可能である。レーザ光を採用するメリットは、直進性の高い平行光を得やすい点である。
結晶系のパネルに対しては、赤色の光は、発電効率がよい。発電効率がよい光を検査光として採用すると、検査精度を高められる。近赤外線を発光するＬＥＤを用いれば、検査の性能は向上すると見込まれるが、コスト面から、照明用のＬＥＤを用いることが多い。

（図３）
多数の太陽光発電パネルが設置されている。
仮に、図３に示すような範囲に配置されている多数の太陽光発電パネルがあった場合、そのパネルに対して、照射方向制御装置に制御される検査光照射装置が、検査光をどのような順序で照射するかを示す。
実際の検査光照射装置は、隣接するパネルへの移動中は検査光を照射せず、移動が終了したら照射するので、照射時間は僅かである。
なお、検査光の照射方向については、パネル位置データベースに蓄積されたデータと、前述したポールの高さとで、照射方向制御装置が決定する。検査時のポールの高さを予め決めておけば、照射方向制御装置の負担が軽減される。

（図４）
図４に示すのは、第一の実施形態を示すハードウェアブロック図である。第一の実施形態に係る検査装置は、太陽光発電システムに対する設置手段、および解析手段を備える。

設置手段には、図３に示したような太陽光発電パネルの一枚一枚について、照射方向制御装置が検査光を照射するために必要な位置のデータを蓄積したパネル位置データベースを備える。
図１に示した照度計による照度データにて、検査光照射装置を作動できるかどうかが決まる。
パネル位置データベースのデータを用いて、照射方向制御装置が検査光照射装置に対して照射および照射方向を含んだ制御信号を発信する。

検査交渉者装置が発光した検査光は、太陽光発電システムにおける太陽光発電パネルの一枚一枚へ順々に照射される。
発電可能な照射光を受けた太陽光発電パネルは電気信号を作り出し、集電箱に設置された計測装置へその電気信号を発信する。

集電箱の計測装置に接続された解析装置たる解析用のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）は、そのデータ受信手段にて発電データを受信する。その発電データは、太陽光発電パネルの一枚一枚から受信することとなる。
その発電データが正常であるか否かを判断するための判断用データは、判断用データ蓄積手段として、予め記録されている。また、その判断用データ蓄積手段に対しては、新たな発電データも記録されていく。

その判断用データ蓄積手段に蓄積された判断用データと、データ受信手段が受信した発電データとを用いて、データ解析手段が当該発電データに係る太陽光発電パネルが正常であるか否かを解析する。そして、その解析結果を、解析結果出力手段にて出力するのである。

（図５）
図５に示す実施形態は、図４に示した実施形態において、以下の点が異なる。
すなわち、設置手段へ備えることとしていたパネル位置データベースおよび制御信号出力装置を、解析用パーソナルコンピュータに備えることとした。
図５に示す実施形態では、設置手段のソフトウェアを簡素化し、解析用パーソナルコンピュータに設置手段を制御するためのソフトウェアを備えることとしたのである。この点以外は同じであるので、他の説明は省略する。

（図６）
図６では、解析装置において、データ解析手段がどのような判断を実行しているか、の一例を示している。
前提として、太陽光発電パネルへの検査光の照射は、一日に一回実行し、数日間から数週間、連続して実行してデータを蓄積していくこととしている。ただし、実際の運用においては、一日に一回以上の検査光照射を行って、検査を短期間で終了させる場合もある。

まず、発電データを受信し、その受信した発電データが過去のデータと比較して誤差範囲を超えたか否かを判断する。
誤差範囲を超えた場合として、発電量がゼロである場合には、直ちに「異常である」との判断となる。
誤差範囲を超えたものの発電量がゼロではない場合には、例えば誤差範囲を超えた回数が許容範囲を超えた回数が許容範囲か否か、を判断する。許容範囲を超えていなければ、「正常である」と判断する。超えている場合には「異常である」と判断することとなる。

検査光、たとえばレーザ光の波形は矩形であるが、発電データとして観測される電気的な波形には、立ち上がりおよび立ち下がりが存在する。よって、太陽電池の発電における模型（等価回路）から導かれる反応と比較すると、比較しやすい場合もある。
検査光の照射による検査を継続的に実行することとし、異常と判断された太陽光発電パネルについては、交換や修理の対象とする。

（図７）
図７は、一日一度の検査をＸ＋１日実行した様子を、概念的に示している。
一日目に測定値が７２，二日目に７１、となった場合、前述の許容範囲を「２％」としているので、二日目は正常、と判断している。

Ｘ−１日目に測定値が「５２」となった場合、検査期間を短期とした「短期比較」である場合には、許容範囲を超えているので直ちに「異常」と判断する。
しかし、検査機関をＸ日という長期とした場合、Ｘ−１日目までは異常とは判断せず、Ｘ日目にも許容範囲を超えている場合に「異常」と判断する。

（図８）
図８では、複数の太陽光発電システムＡ，Ｂ，Ｃ，・・・といった複数の複数の太陽光発電システムを、解析用サーバにて一括で管理する場合を概念的に示している。

検査対象となる太陽光発電システムＡ，Ｂ，Ｃのそれぞれには、検査光照射装置Ａ，Ｂ，Ｃを備えるとともに、図５を用いて前述した設置手段を備えている。解析用サーバには、その設置手段への制御信号の発信までを可能とした状態を図示している。
公衆電話回線を介して、解析用サーバと検査光照射装置Ａ，Ｂ，Ｃとは双方向通信が可能である。

なお、検査光照射装置Ａ，Ｂ，Ｃのいずれかは、図４を用いて前述した設置手段を備えることとしてもよいし、検査光照射装置Ａ，Ｂ，Ｃの全てについて図４を用いて前述した設置手段を備えることとしてもよい。

縦横それぞれ百メートルの敷地に設置された４０００枚程度の太陽光発電パネルを、本実施形態に係る太陽光発電パネル検査装置にて、１〜３時間程度でデータ取得および解析結果の出力が可能である。
夜間に検査が可能なので、太陽光発電システムの稼働による発電を妨げない。

図８に示す解析用サーバを含めた管理システムであれば、複数の太陽光発電システムを一括して管理することができる。

Claims

多数枚の太陽光発電パネルを屋外に設置するとともにその太陽光発電パネルに照射された光を集電箱経由で電気へ変換して用いるためのパワーコンディショナを備えた太陽光発電システムに対して、前記の太陽光発電パネル一枚一枚の発電性能を検査可能な装置であって、
太陽光発電パネルへ照射した場合に発電できる検査光を照射する検査光照射装置と、
その検査光照射装置における照射方向を変更可能な照射方向制御装置と、
その照射方向制御装置および前記の検査光照射装置によって検査対象となる太陽光発電パネルの全てへ検査光を照射可能な位置へ前記の照射方向制御装置および前記の検査光照射装置を設置する照射装置設置手段と、
検査光を照射された太陽光発電パネルが発電した電気信号を受けた計測装置から発電データを受信するデータ受信手段と、
発電データによって発電性能を判断するための判断用データを蓄積する判断用データ蓄積手段と、
その判断用データ蓄積手段に蓄積された判断用データおよび前記のデータ受信手段が受信した発電データに基づいて発電性能を判断するデータ解析手段と、
そのデータ解析手段が判断した発電性能を出力する解析結果出力手段と、
を備えた太陽光発電パネル検査装置。
前記の太陽光発電パネルの近傍には照度計を備え、
前記の検査光照射装置は、前記の照度計が測定した照度が所定値以下となった場合に作動することとした請求項１に記載の太陽光発電パネル検査装置。
前記の照射装置設置手段は、前記の検査光照射装置の高さ方向を変更可能とした請求項１または請求項２のいずれかに記載の太陽光発電パネル検査装置。
多数枚の太陽光発電パネルを屋外に設置するとともにその太陽光発電パネルに照射された光を集電箱経由で電気へ変換して用いるためのパワーコンディショナを備えた太陽光発電システムに対して、前記の太陽光発電パネル一枚一枚の発電性能を検査可能な方法であって、
太陽光発電パネルへ照射した場合に発電できる検査光を照射する検査光照射手順と、
検査光を照射された太陽光発電パネルが発電した電気信号を受けた計測装置から発電データを受信するデータ受信手順と、
発電データによって発電性能を判断するための判断用データを蓄積する判断用データ蓄積手順と、
蓄積された判断用データおよび前記の受信した発電データに基づいて発電性能を判断するデータ解析手順と、
そのデータ解析手順が判断した発電性能を出力する解析結果出力手順と、
前記の検査光照射手順における照射方向を変更する照射方向制御手順と、
を含む太陽光発電パネル検査方法。
前記の検査光照射手順の前には、前記の太陽光発電パネルの近傍には照度を計測する照度計測手順を備え、
その照度計測手順が計測した照度が一定値以下となった場合に、前記の検査光照射手順を実行することとした請求項４に記載の太陽光発電パネル検査方法。
多数枚の太陽光発電パネルを屋外に設置するとともにその太陽光発電パネルに照射された光を集電箱経由で電気へ変換して用いるためのパワーコンディショナを備えた太陽光発電システムに対して、前記の太陽光発電パネル一枚一枚の発電性能を検査するためのコンピュータプログラムであって、
検査光を照射された太陽光発電パネルが発電した電気信号を受けた計測装置から発電データを受信するデータ受信手順と、
発電データによって発電性能を判断するための判断用データを蓄積する判断用データ蓄積手順と、
蓄積された判断用データおよび前記の受信した発電データに基づいて発電性能を判断するデータ解析手順と、
そのデータ解析手順が判断した発電性能を出力する解析結果出力手順と、
をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
前記の検査光照射手順の前には、前記の太陽光発電パネルの近傍には照度を計測する照度計測手順を備え、
その照度計測手順が計測した照度が一定値以下となった場合に、前記の検査光照射手順を実行することとした請求項６に記載のコンピュータプログラム。