JP2018146322A - 太陽電池モジュールのカバーガラス異常検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池モジュールのカバーガラスの損傷個所を容易に探すことができるカバーガラス異常検知方法を提供する。【解決手段】本発明は，直列及び／又は並列に接続された複数の太陽電池モジュールのカバーガラス異常検知方法であって，各太陽電池モジュールのカバーガラスに可視レーザ光を照射し，照射された箇所での乱反射の有無により，カバーガラスの損傷を検知する。可視レーザ光をカバーガラス全面に照射し，カバーガラスの損傷個所がある場合は，照射した側から可視レーザ光の反射光に起因する乱反射を目視で確認することにより，カバーガラスの損傷を検知することができる。【選択図】図１

Description

本発明は，多数の太陽電池モジュールが配列されたメガソーラーなどの太陽光発電システムにおける各太陽電池モジュールのカバーガラスの損傷を検知する異常検知方法に関する。

太陽光などの光を受光して発電する太陽光発電システムは，再生可能エネルギーである太陽エネルギーを利用する発電方式であり，近年では，一般住宅の屋根や建物の屋上への設置が普及し，さらには，広大な用地に設置されるいわゆるメガソーラーなどの大規模な太陽光発電システムの導入も進み，多種多様な場所に多くの太陽光発電システムが設置されている。

太陽光発電システムは，太陽電池セルを複数組み合わせた太陽電池モジュールを基本単位として，発電出力や設置場所の広さに応じて複数枚の太陽電池モジュールを直列及び／又は並列に接続して，複数の太陽電池モジュールが配列された太陽光発電システムを構築する。

太陽電池モジュールはその内部に日射が照射され発電する太陽電池セルという半導体を有しており，この太陽電池セルに日射が照射されるように太陽電池モジュールの表面は透明なカバーガラスが施され，太陽電池セルは電極線とともに透明な封止材により固定されている。カバーガラスは強化ガラスであり，その特性から飛来物等により損傷すると，その衝撃点から蜘蛛の巣状に損傷が広がる。また，飛来物等の外的要因以外にもガラス製造時の微小な損傷（マイクロクラック）が数万枚に１枚程度発生するといわれており，屋外に設置されると寒暖や風雨の影響により損傷が大きくなることも知られている。カバーガラスが損傷すると，セル不良の要因となるとともに，電極線への損傷や発電時の電流バランスの不平衡により加熱や電極線断線などの不具合へ進展，さらにはカバーガラスにより強度を保っていた太陽電池そのものが固定しているフレーム枠より脱落や飛散する可能性がある。このため，カバーガラスの損傷は保守点検において早期に発見し交換等をする必要がある。

下記特許文献１は，太陽電池モジュールの不具合検知方法に関する発明であって，当該文献においては，２つの偏光板を介して可視光を照射し太陽電池モジュールからの反射光を撮影することにより太陽電池セル（太陽電池素子）の割れや封止材の歪みなどの不具合を検知する手法を開示する。

特開２０１６−１９１５５４号公報

上記特許文献１に開示される検知方法は，太陽電池モジュールを構成する太陽電池セル（太陽電池素子）のクラックや割れなどの損傷を検知することを目的としており，太陽電池モジュールのカバーガラスの損傷を検知するものではないが，多数の太陽電池モジュールからなるメガソーラーなどの大規模太陽光発電システムや住宅用太陽光発電システムにおいて，照射する光源と反射光を撮影する撮影機を都度調整しながら設置が必要であり，保守点検作業者が太陽光発電システムの設置個所において用いるには非常に時間がかかり，かつ，反射光を撮影した画像を都度確認する必要があることから，限られた時間内に全ての太陽電池モジュールについて確認するのは困難といえる。

さらに，風雨がある時に保守点検する場合は，この検知方法では作業の実施が非常に困難であるため不適であるといえる。

また，メガソーラーなどの大規模太陽光発電システムにおいては太陽電池モジュールを数万枚使用しており，保守点検の作業としてカバーガラスの損傷（クラック，割れなど）を目視で探すには，カバーガラスに映り込む周囲からの散乱光や影により困難である。また，カバーガラス破損は太陽電池の電気的特性には影響することが少ないため，近年設置が進む発電量を監視するシステムにおいては破損が発生しても発電量にさほどの変化がないため検知することはできない。

そこで，本発明の目的は，すでに設置されているメガソーラーなどの大規模太陽光発電システムや住宅用太陽光発電システムに使用されている多数の太陽電池モジュールのカバーガラスの損傷個所を容易且つ簡便に探すことができるカバーガラス異常検知方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明のカバーガラス異常検知方法は，直列及び／又は並列に接続された複数の太陽電池モジュールのカバーガラス異常検知方法において，各太陽電池モジュールのカバーガラスに可視レーザ光を照射し，照射された箇所での乱反射の有無により，カバーガラスの損傷を検知することを特徴とする。

本発明のカバーガラス異常検知方法は，太陽電池モジュールのカバーガラスの損傷に起因して輝く乱反射現象を利用して太陽電池モジュールのカバーガラスの損傷個所を容易に目視で検知する手法を提供するものであって，本方法によれば，可視レーザ光をカバーガラスに照射し，カバーガラスの損傷個所がある場合は，照射した側から可視レーザ光の反射光に起因する輝きを目視で確認することができる。日中においても，太陽電池モジュールのカバーガラスの損傷の有無を容易に検知することができ，また，多数の太陽電池モジュールのカバーガラスを効率的に短時間で検査することができる。

太陽光発電システムの構成例を示す図である。 本発明のカバーガラス異常検知方法の実施形態例を示す図である。 太陽電池モジュールのカバーガラスに可視レーザ光が照射された画像を示す。 太陽電池モジュールのカバーガラスに可視レーザ光が照射された画像を示す。 太陽電池モジュールのカバーガラスに可視レーザ光が照射された画像を示す。 太陽電池モジュールのカバーガラスに可視レーザ光が照射された画像を示す。 本発明のカバーガラス異常検知方法の別の実施形態例を示す図である。 太陽電池モジュールのカバーガラスに可視レーザ光が照射された画像を示す。

以下，図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。しかしながら，かかる実施の形態例が，本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図１は，太陽光発電システムの構成例を示す図である。太陽光発電システムは，いわゆるメガソーラーと呼ばれる大規模太陽光発電システムや住宅用太陽光発電システムなど，既に設置済みの既設の太陽光発電システムであって，基本構成として，複数の太陽電池セルを組み合わせた太陽電池モジュール１０を複数接続した構成を有する。

太陽電池モジュール１０はその内部に日射が照射され発電する太陽電池セル（図示せず）という半導体を有しており，この太陽電池セルに日射が照射されるように太陽電池モジュールの表面は透明なカバーガラス１１が施され，太陽電池セルは電極線とともに透明な封止材により固定されている。

複数の太陽電池モジュール１０を直列に接続した太陽電池ストリング１２が形成され，さらに，複数の太陽電池ストリング１２が接続箱１６を通じて直列又は並列に配置されて，太陽電池アレイ１４が構成される。接続箱１６は，１つの太陽電池ストリング１２を一つの回線として各太陽電池ストリング１２で発電した直流電力を集める機器であって，開閉器１８を備え，さらに，逆流防止素子，避雷素子及び出力端子など各種回路素子を有する。複数の接続箱１６が配置される大規模な太陽光発電システムの場合，さらに，複数の接続箱１６からの出力をまとめる集電箱（図示せず）が設けられる場合もある。接続箱１６に集められた直流電力は，図示されない電力変換器（パワーコンディショナ）に供給され，電力変換器は，直流電力を交流電力に変換し，電力系統へ連系する。

図２は，本発明のカバーガラス異常検知方法の実施形態例を示す図である。本発明の実施の形態におけるカバーガラス異常検知方法は，太陽電池モジュールのカバーガラスに可視レーザ光を照射し，照射された箇所での乱反射の有無により，カバーガラスの損傷を検知するものである。図２（ａ）は，損傷がない状態のカバーガラス１１に，可視レーザ光源２０から可視レーザ光を照射している状態を示し，図２（ｂ）は，損傷があるカバーガラス１１に可視レーザ光源２０から可視レーザ光を照射した状態を示す。図２（ｂ）に示すように，カバーガラス１１の損傷箇所に可視レーザ光が照射されると，その損傷箇所で乱反射が生じることから，照射側にいる保守点検者がその乱反射を目視で認識することにより，カバーガラス１１の損傷を検知することができる。

太陽電池モジュールのカバーガラスの損傷を視認しようとすると，人間の視覚により見ることができる可視域は光波長の青色系の420nm以上から赤色系の720nm以下とされているが，一方で，視覚の感度は青色系の420nm以上から赤色系の720nm以下の範囲において黄色系の555nmをピークとする山なりの感度特性を持つ。ところで，太陽電池モジュールは太陽電池セルの組成上，その表面は人間の視覚においては黒色から濃い青色と認識されるが，これらの可視域の光波長は420nmから460nmの範囲の，視覚の感度の低い領域にあることから，太陽電池モジュールの透明なカバーガラスの損傷によって生じるわずかなガラス割れ断面に起因する乱反射光の色変化を目視で認識することが非常に困難である。特に日中では，太陽光に妨げられて，人間の視覚によって色変化を視認するには限界がある。

また，太陽光発電システムは住宅用でも数十枚から，メガソーラーなどの大規模なものでは数万枚の太陽電池モジュールで構成されており，現場において目視で外観状況の把握を目的とした保守点検作業においては，眼前に一面に多数の太陽電池モジュールがあるために，なお一層困難である。

すなわち，可視レーザ光は日中など，ある程度の太陽光による照度がある状態においても，光のエネルギー密度が高く，光散乱が起きにくい集光性を有しているため，保守点検者が意図した個所へ照射できると共に，太陽電池モジュールに照射されている可視レーザ光を保守点検者が作業を通して常時目視で確認することができるという性質がある。また，可視レーザ光は，通常は，カバーガラスに損傷のない太陽電池モジュールへ照射すると，可視レーザ光のほとんどはガラスを透過し太陽電池セルへ直接照射され，その一部の可視レーザ光のみがガラスに吸収されるという性質がある。

そのため，照射した側からは僅かな可視レーザ光しか目視できないが，本発明者らは，カバーガラスが損傷している太陽電池モジュールへ可視レーザ光を照射した場合，損傷個所のガラス割れ断面において可視レーザ光が乱反射して目視で認識可能な輝く現象を知見した。

このように，本発明は，この損傷に起因した輝く乱反射現象を利用して太陽電池モジュールのカバーガラスの損傷個所を容易に目視で検知する手法を提供するものであって，本手法によれば，可視レーザ光をカバーガラスに照射し，カバーガラスの損傷個所がある場合は，保守点検作業において，照射した側から可視レーザ光の反射光に起因する輝きを目視で確認することができる。この乱反射は，日中においても，太陽電池モジュールのカバーガラスの損傷の有無を容易に検知することができる。

本手法においては，照射する可視レーザ光源２０は保守点検者が容易に持ち運ぶことができる手持ち式（ポータブル）とすることが可能であり，保守点検者が意図した太陽電池モジュールのカバーガラスへ，任意に動かしながら容易に可視レーザ光を照射でき，多数の太陽電池モジュールのカバーガラスを効率的に短時間で検査することができる。

そして，損傷しているカバーガラスへ可視レーザ光を照射されると，損傷したガラス割れ断面による乱反射により輝いて見えるため容易に目視することが可能である。また，検知装置である可視レーザ光源２０を手持ち式とすると，他の保守点検作業の合間や，保守点検者の移動に併せて使用することが可能であるため，効率的に保守点検作業を進めることができる。

さらに，本発明では，光のエネルギー密度が高く，集光性の優れた可視レーザ光を使用するために，保守点検者から遠い位置に設置されている太陽電池モジュールであっても，容易に可視レーザ光とその乱反射による輝きを目視で確認することも可能であるため，限られた時間内に広い設置面積に設けられた全ての太陽電池モジュールを容易に保守点検することが可能となる。なお，本手法は昼夜を問わず用いることが可能である。

照射する可視レーザ光は，ガラス割れ損傷を検知するためにどのような軌跡断面形状を描くものでよいが，損傷個所のガラス割れ断面において可視レーザ光が乱反射して輝く現象を目視で確認できる程度の照度を要する。例えば，太陽光の照度が30,000ルクス程度といわれており，太陽電池モジュールの反射率は8%程度であることから，可視レーザ光は2,400ルクス以上の照度があることが好ましい。現在，可視光半導体レーザとして製品化されているものは，波長が404nm〜690nmであり，この範囲の可視レーザ光が使用可能である。

また，可視レーザ光は，光のエネルギー密度が高く，光散乱が起きにくい集光性がある性質を利用して，可視レーザ光を照射する際にその軌跡断面形状（カバーガラス面上でのレーザ光の表示形状）を変えることが容易である。そのため，可視レーザ光の視認性を向上させるために，可視レーザ光の軌跡断面形状を，点形状に限らず，例えば楕円や直線，さらにそれらを組み合わせた形状の可視レーザ光とすると，様々なガラス割れの形状や大きさに対応できるため好ましい。特に，カバーガラスが強化ガラスの場合，一様なガラス割れ損傷とは異なって，その割れ損傷の模様が損傷した起点から蜘蛛の巣状，さらに細分化状に広がるため，このような強化ガラスに対して効果的である。

図３，図４，図５及び図６は，太陽電池モジュールのカバーガラスに可視レーザ光が照射された画像を示す。図で使用したレーザは，中心波長が650nm（赤色光）である。図３は軌跡断面形状が楕円形状の可視レーザ光をカバーガラスに照射した画像であって，図３（ａ）は損傷のある箇所に可視レーザ光が照射された画像，図３（ｂ）は損傷のない箇所に可視レーザ光が照射された画像を示す。図４は軌跡断面形状が直線形状の可視レーザ光をカバーガラスに照射した画像であって，図４（ａ）は損傷のある箇所に可視レーザ光が照射された画像，図４（ｂ）は損傷のない箇所に可視レーザ光が照射された画像を示す。図５は軌跡断面形状が２つの楕円を組み合わせた形状の可視レーザ光をカバーガラスに照射した画像であって，図５（ａ）は損傷のある箇所に可視レーザ光が照射された画像，図５（ｂ）は損傷のない箇所に可視レーザ光が照射された画像を示す。図６は軌跡断面形状が略平行の２つの直線の組み合わせた形状の可視レーザ光をカバーガラスに照射した画像であって，図６（ａ）は損傷のある箇所に可視レーザ光が照射された画像，図６（ｂ）は損傷のない箇所に可視レーザ光が照射された画像を示す。図３乃至図６において，損傷のある箇所における可視レーザ光の乱反射が確認できる。

上述した検知手法は，保守点検者が乱反射の有無を直接目視で確認するものであるが，各太陽電池モジュールから相当距離が離れた照射側位置から目視する場合は，補助的な手法として，可視レーザ光が照射されたカバーガラス面を撮像装置により撮像し，保守点検者がモニタ画面にてその画像を見て，乱反射の有無を判定するようにしてもよい。

図７は，本発明のカバーガラス異常検知方法の別の実施形態例を示す図である。可視レーザ光源２０に近接する位置に撮像装置２２を配置し，撮像装置２２により，レーザ光が照射されたカバーガラス１１の照射箇所が撮像され，撮像された画像は，図示されないモニタ画面に表示される。

好ましくは，撮像された画像に対して以下に説明する画像処理がコンピュータ装置（画像処理装置）により施された画像がモニタ画面に表示される。すなわち，人間の視覚において識別し辛い黒色から濃い青色と認識される視覚の感度の低い領域にあるものを，識別し易い視覚の感度の高い領域にするために，色の階調を反転させる画像処理を用いることも可能である。

図８は，太陽電池モジュールのカバーガラスに可視レーザ光が照射された画像であって，色の階調を反転させる画像処理が施された画像を示す図である。図８（ａ）は損傷のある箇所に可視レーザ光が照射された画像，図８（ｂ）は損傷のない箇所に可視レーザ光が照射された画像を示す。色の階調反転を行うと，暗い部分が明るくなり，明るい部分が暗くなるとともに，色相は色相環で正反対に位置する関係の色，すなわち補色に置き換わるものである。太陽電池モジュールは黒色から濃い青色であるため，これらを撮影した画像データに階調の反転の処理を施すことにより補色である黄色系，すなわち視覚の感度の高い色へ変換されるとともに，太陽電池モジュールのカバーガラス損傷による色変化を強調した画像を得ることができる。また，照射する可視レーザ光を赤色とした場合は，階調の反転の処理により黒色から濃い青色へ変換されるため，背景が暖色で可視レーザ光が濃い色となり，損傷したガラス割れ断面による乱反射光も濃い色となるため，ガラス割れ断面に沿うように表されることから，クラックや割れなどの損傷の有無の状況も視認により容易に把握することが可能である。さらに，このように，階調反転した画像データは撮影した元画像データと比較し，視覚により容易に異常などの特異個所を発見できるものとなっているため，太陽光発電システムの保守点検を簡便にでき，さらに画像データを保存蓄積することにより経年的な把握も可能になるものである。

撮影する場合の撮影形態は静止画または動画，上述した携帯型ハンディタイプ以外に常時設置タイプ，移動機器搭載タイプなどは問わず，撮像装置から画像処理装置への画像データの伝送方法は，有線，無線通信の他に電子データを記録できる媒体を用いてもよいし，画像データについては，被写体に関するデータのみならず，撮像装置における撮影条件や位置情報なども含まれてもよい。

本発明は，上記実施の形態に限定されるものではなく，本発明の分野における通常の知識を有する者であれば想到し得る各種変形，修正を含む要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても，本発明に含まれることは勿論である。

１０：太陽電池モジュール，１１：カバーガラス，１２：太陽電池ストリング，１４：太陽電池アレイ，１６：接続箱，２０：可視レーザ光源，２２：撮像装置

上記目的を達成するための本発明のカバーガラス異常検知方法は，直列及び／又は並列に接続された複数の太陽電池モジュールのカバーガラスの損傷を目視で検知するカバーガラス異常検知方法において，各太陽電池モジュールのカバーガラスに404nm〜690nmの波長で2400ルクス以上の照度の可視レーザ光を照射し，照射された箇所での乱反射による輝きの有無を目視で確認することにより，カバーガラスの損傷を検知することを特徴とする。

Claims (4)

1. 直列及び／又は並列に接続された複数の太陽電池モジュールのカバーガラス異常検知方法において，
   各太陽電池モジュールのカバーガラスに可視レーザ光を照射し，
   照射された箇所での乱反射の有無により，前記カバーガラスの損傷を検知することを特徴とするカバーガラス異常検知方法。
2. 前記可視レーザ光の軌跡断面形状は楕円，直線又はそれらを組み合わせた形状であることを特徴とする請求項１に記載のカバーガラス異常検知方法。
3. 前記可視レーザ光が照射されているカバーガラスの箇所を撮像し，撮像された画像に基づいて乱反射の有無を判定することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のカバーガラス異常検知方法。
4. 前記撮像された画像の色の階調を反転させて，乱反射の有無を判定させることを特徴とする請求項３に記載のカバーガラス異常検知方法。