JP2019022251A - Solar cell diagnosis method and solar cell diagnosis system - Google Patents

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Takeshi Hayashi
猛 林
古川 貴之
Takayuki Furukawa
貴之 古川
圭亮 中本
Keisuke Nakamoto
圭亮 中本
喜久 上田
Yoshihisa Ueda
喜久 上田
中野 幸一
Koichi Nakano
幸一 中野
泰至 橘
Yasushi Tachibana
泰至 橘
博之 森川
Hiroyuki Morikawa
博之 森川
鈴木 誠
Makoto Suzuki
鈴木  誠
丞鎬 李
Seung-Ho Li
丞鎬 李
隆義 井上
Takayoshi Inoue
隆義 井上
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誠司 秋山
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YONEZAWA DENKI KOJI KK
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Abstract

To provide a method and system that includes a thermal image classification apparatus and a method with a high classification performance of f1-score 0.97 using a deep learning toward a diagnosis of the status of a bypass diode and a power generation circuit, in which a separation between the abnormal and normal states of the bypass diode that cannot be easily perceived can be performed.SOLUTION: A solar cell diagnosis method and system: photographs a solar cell surface as thermal imagery in a solar cell diagnosis method for diagnosing a failure of solar cell by photographing the solar cell surface as thermal imagery; separately detects both a heat generation state of a bypass circuit of a solar cell module or a whole or part of solar cell array and a heat generation state of a power generation circuit; detects the thermal distribution of these heat generation states; and determines an abnormal heat generation state expressed in the thermal images in combination with those states.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、太陽電池の故障を熱画像解析により診断する太陽電池診断方法及び太陽電池診断システムに関する。   The present invention relates to a solar cell diagnostic method and a solar cell diagnostic system for diagnosing a failure of a solar cell by thermal image analysis.

近年、石油資源等の使用による温室効果ガスの排出量増加が問題となっており、太陽光発電や風力発電等の自然再生エネルギの活用が着目され、太陽光発電システムの導入が拡大している。   In recent years, the increase in greenhouse gas emissions due to the use of petroleum resources has become a problem, and the use of natural renewable energy such as solar power generation and wind power generation has attracted attention, and the introduction of solar power generation systems is expanding .

図10に本発明の太陽電池診断システムが、診断の対象とする一般的な太陽光発電システム101の概略的な構造図を示す。太陽光発電システム101は、一般に、太陽電池アレイ3と、該太陽電池アレイ3が発電した直流電力を交流電力へ変換するパワーコンディショナ6と、太陽電池アレイ3とパワーコンディショナ6を接続する接続箱7等からなる。太陽電池アレイ3は、住宅の屋根や庭等の基台B上に設置される太陽電池全体を指す。太陽電池アレイ3では、複数の太陽電池モジュール300の直列接続体であるストリング30が接続箱につながり、複数並列に接続されて構成される。太陽電池モジュール300は、一般にソーラーパネルとも呼ばれ、施工上の基本単位となる。太陽電池モジュール300では、複数の太陽電池セル300aが直列に接続され1つのバイパスダイオード300b(BPD)と並列に接続されてクラスタ300Aと呼ばれる単位回路が構成され、クラスタ300Aは、複数直列に接続されて集合体として耐候性パッケージに収められている。この耐候性パッケージに納めたものを「太陽電池モジュール」と呼ぶ。太陽電池モジュール300において、太陽電池セル300a及び/又は太陽電池セル300aを繋ぐ回路全般を「発電回路」、バイパスダイオード300b及び/又はバイパスダイオード300bを繋ぐ回路全般を「バイパス回路」と呼ぶ。バイパス回路は、ジャンクションボックス300cに格納される。太陽電池モジュール300では、各太陽電池セル300aのP極とN極はインターコネクタと呼ばれる帯状の導体によってつなぎ合わされている。太陽電池セル300aは、太陽の光エネルギを電気エネルギに変換する機能を持つ機能上の最小単位である。   FIG. 10 shows a schematic structural diagram of a general photovoltaic power generation system 101 to be diagnosed by the solar cell diagnostic system of the present invention. The solar power generation system 101 generally includes a solar cell array 3, a power conditioner 6 that converts DC power generated by the solar cell array 3 into AC power, and a connection that connects the solar cell array 3 and the power conditioner 6. It consists of a box 7 and the like. The solar cell array 3 refers to the entire solar cell installed on a base B such as a house roof or garden. In the solar cell array 3, a string 30 that is a series connection body of a plurality of solar cell modules 300 is connected to a connection box, and a plurality of strings 30 are connected in parallel. The solar cell module 300 is generally called a solar panel and is a basic unit in construction. In the solar cell module 300, a plurality of solar cells 300a are connected in series and connected in parallel with one bypass diode 300b (BPD) to form a unit circuit called a cluster 300A, and a plurality of clusters 300A are connected in series. In a weather-resistant package. What is contained in this weather-resistant package is called a “solar cell module”. In the solar cell module 300, the entire circuit connecting the solar cells 300a and / or the solar cells 300a is referred to as a “power generation circuit”, and the entire circuit connecting the bypass diode 300b and / or the bypass diode 300b is referred to as a “bypass circuit”. The bypass circuit is stored in the junction box 300c. In the solar cell module 300, the P pole and the N pole of each solar cell 300a are connected by a strip-shaped conductor called an interconnector. The solar battery cell 300a is a functional minimum unit having a function of converting solar light energy into electrical energy.

ここで、本発明において、太陽光発電システム101は、配電系統として配線8、分電盤9、電力量計10等も含み得る。分電盤9及び電力量計10は、パワーコンディショナ6を交流電源11に接続する際等に使用される。また本発明において、太陽電池とは、太陽電池アレイ3、ストリング30、太陽電池モジュール300、太陽電池クラスタ300A、太陽電池セル300a等を含むが、特に限定されず、太陽光発電システム101におけるいずれの構成も含み得る。また太陽電池セル300aは「セル」または「発電素子」と呼ばれてもよい(図10)。   Here, in the present invention, the solar power generation system 101 can also include the wiring 8, the distribution board 9, the watt hour meter 10, and the like as a distribution system. The distribution board 9 and the watt hour meter 10 are used when the power conditioner 6 is connected to the AC power supply 11. Further, in the present invention, the solar battery includes the solar battery array 3, the string 30, the solar battery module 300, the solar battery cluster 300A, the solar battery cell 300a, etc., but is not particularly limited. Configurations can also be included. Solar cell 300a may also be referred to as a “cell” or “power generation element” (FIG. 10).

太陽光発電の導入は拡大されつつあり、それに伴い太陽電池におけるメンテナンス技術に対する社会的ニーズが高まっている。劣化した太陽電池は、正常な太陽電池と比較して光エネルギを電気エネルギに十分に変換しきれないため、正常状態の太陽電池より高い温度を示す。太陽電池の劣化は、発電量の低下を招くばかりか、発電システムの安全性欠如を巻き起すため、定期的な劣化管理は非常に重要な課題となっている。   The introduction of photovoltaic power generation is expanding, and accordingly, social needs for maintenance technology in solar cells are increasing. A deteriorated solar cell cannot sufficiently convert light energy into electric energy as compared with a normal solar cell, and thus exhibits a higher temperature than a solar cell in a normal state. The deterioration of the solar cell not only causes a decrease in the amount of power generation, but also causes a lack of safety of the power generation system, so periodic deterioration management is a very important issue.

このような太陽電池の故障を診断する太陽電池診断システムの開発が従来から進められている。太陽電池診断システムの分け方は様々考えられるが、例えば、太陽電池診断システムを太陽電池に接触させて、故障を診断する接触式の診断システムと、太陽電池診断システムを太陽電池に接触させずに故障を診断する非接触式の診断システムとがある。接触式の診断システムには、例えば、太陽電池診断システムの一部を太陽電池に直接接続させて、電圧及び/又は電流を計測することで故障を診断するものもあれば、診断のために太陽電池に直流電源の接続が必要なもの等もある。また接触式、非接触式の分け方とは異なる観点から、太陽電池診断システムの一部を太陽電池に常時組み込んだ状態で故障を診断する方式として、組込み式の診断システムがある。   Development of a solar cell diagnostic system for diagnosing such a solar cell failure has been underway. There are various ways to divide the solar cell diagnostic system. For example, the solar cell diagnostic system is brought into contact with the solar cell to diagnose a failure, and the solar cell diagnostic system is not brought into contact with the solar cell. There is a non-contact type diagnosis system for diagnosing a failure. Some contact-type diagnostic systems, for example, connect a part of the solar cell diagnostic system directly to the solar cell and measure the voltage and / or current to diagnose the failure. Some batteries require a DC power supply connection. From a viewpoint different from the contact type and the non-contact type, there is a built-in type diagnostic system as a method for diagnosing a failure while a part of the solar cell diagnostic system is always incorporated in the solar cell.

また太陽電池診断システムをより具体的なメンテナンス手法の観点から分けた場合、電流−電圧特性を利用する手法と、熱画像を利用する手法の2つに分類することもできる。電流−電圧特性を利用するメンテナンス手法では曲線特性の分析から故障要因の推定も可能である。しかしながら、診断のために計測装置をモジュールに直接つなげる必要があり、上述の接触式の診断システムに該当するため、診断の際、発電状態から切り離すために、モジュールを分離する必要があり、故障モジュールを特定するには膨大な時間とコストがかかるという問題がある。   Further, when the solar cell diagnostic system is divided from the viewpoint of a more specific maintenance method, it can be classified into two methods, a method using current-voltage characteristics and a method using a thermal image. In the maintenance method using the current-voltage characteristic, the failure factor can be estimated from the analysis of the curve characteristic. However, it is necessary to connect the measuring device directly to the module for diagnosis, and since it corresponds to the contact type diagnosis system described above, it is necessary to separate the module in order to separate it from the power generation state at the time of diagnosis. There is a problem that it takes enormous time and cost to identify the system.

熱画像を用いる手法は、非接触式に該当する場合が一般的であるが、接触式に該当する場合もある。熱画像を用いる手法で非接触式に該当する場合とは、カメラだけで撮影する方式である。熱画像を用いる手法で接触式に該当する場合とは、撮影用カメラ以外に、太陽電池に接触させる外部電源等を必要とする方式である。非接触式であれば発電を止めずに診断が可能で、発熱箇所が視覚的に分かるため故障モジュールを容易に特定できる。しかしながら、太陽電池の熱画像は撮影条件などに依存する。故障が存在する場合においても区別が容易な発熱パターンを示さない場合も存在することから、正しい測定手法に対する専門的な知識が必要となる。また熱画像を用いる手法であっても太陽電池診断システム全体でみた場合に接触式に該当する場合もあり、そのような場合には発電を止めて診断が必要である。   The method using a thermal image is generally a non-contact type, but may be a contact type. The case where the method using a thermal image corresponds to a non-contact type is a method of photographing only with a camera. The case where the method using the thermal image corresponds to the contact type is a method that requires an external power source or the like to be brought into contact with the solar cell in addition to the camera for photographing. If it is a non-contact type, diagnosis can be performed without stopping power generation, and a heat generation point can be visually recognized, so that a faulty module can be easily identified. However, the thermal image of the solar cell depends on shooting conditions and the like. Even when there is a failure, there is a case where a heat generation pattern that can be easily distinguished is not displayed, and thus specialized knowledge on a correct measurement method is required. Moreover, even if it is the method using a thermal image, when it sees with the whole solar cell diagnostic system, it may correspond to a contact type, and in such a case, power generation is stopped and a diagnosis is required.

例えば特許文献1では、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ことを特徴とする太陽電池アレイの検査方法が開示されている。   For example, Patent Document 1 is a method for inspecting a solar cell array including a plurality of solar cell panels 1, a step of connecting a DC power source 6 to the solar cell array and energizing the solar cell array, and heat of the solar cell panel 1 of the solar cell array. The step of acquiring an image, the thermal image is multivalued, an area ratio of a plurality of levels is calculated, and the estimated value of the output power of the solar cell panel 1 is calculated using the output characteristic equation of the solar cell panel 1 with respect to the area ratio. And a step of determining whether or not the solar cell panel 1 should be replaced based on the estimated value after the time change of the estimated value becomes equal to or less than a predetermined value. The output characteristic equation includes a coefficient for each area ratio. There is disclosed a method for inspecting a solar cell array, wherein the coefficient and the constant are values obtained in advance by regression analysis.

特許文献1に開示された太陽電池アレイの検査方法は、熱画像解析による太陽電池診断システムであり太陽電池アレイと画像撮影部2とは接触することなく熱画像を取得する。しかし太陽電池アレイに診断システムの一部である直流電源6を接続して通電する工程を有しているため、接触式の診断システムにあたり、非接触式と比較して例えば診断作業のために労力や時間が掛かり診断効率が悪くなる。   The solar cell array inspection method disclosed in Patent Document 1 is a solar cell diagnostic system based on thermal image analysis, and acquires a thermal image without contact between the solar cell array and the image capturing unit 2. However, since there is a process of connecting the DC power source 6 which is a part of the diagnostic system to the solar cell array and energizing it, it is a contact type diagnostic system, which is more laborious for diagnostic work compared to the non-contact type. It takes a long time and the diagnosis efficiency deteriorates.

以上のように、一般に、接触式の診断システムでは、診断システムを太陽電池に接触させる作業のために発電を中断する必要があったり、診断システムの接触先を例えばストリング単位で順次変更する作業が必要になったり、その際の作業者が有資格者に限定されたりするため、診断作業の効率が悪い。また組込み式の診断システムでは、電圧や電流等を継続監視するため、診断システムを太陽光発電システムの傍か又は納屋等に常置しておく必要がある。従って、設置スペースを取るばかりでなく設置コストも高くなる。さらに、一般的に太陽電池よりも診断システムの方が寿命が短く、診断システム自体を保守する必要がある。そのため、発電の中断を必要とせず、診断システムへの組込みが不要な、非接触式の診断システムへの期待が高まっている。   As described above, in general, in a contact-type diagnosis system, it is necessary to interrupt power generation for the operation of bringing the diagnosis system into contact with the solar cell, or the operation of sequentially changing the contact destination of the diagnosis system in units of strings, for example. Since it becomes necessary or the workers at that time are limited to qualified personnel, the efficiency of the diagnostic work is poor. In addition, in the built-in diagnostic system, it is necessary to keep the diagnostic system beside the solar power generation system or in a barn or the like in order to continuously monitor voltage, current, and the like. Therefore, not only installation space is taken, but installation cost also becomes high. Furthermore, the life of a diagnostic system is generally shorter than that of a solar cell, and the diagnostic system itself needs to be maintained. Therefore, there is an increasing expectation for a non-contact type diagnostic system that does not require interruption of power generation and does not need to be incorporated into the diagnostic system.

ところで、異常や劣化等によって太陽電池モジュールに故障が発生すると、太陽電池モジュールの発電能力は低下するものの、太陽光発電システム全体、太陽電池アレイ又は太陽電池ストリング単位でみると発電能力の低下は僅かであり、一般的に発電出力の計測が行われるパワーコンディショナの出力箇所等において予め設定しておく警告の所定値以下となるまで、その発電能力の低下に気づくことは困難であった。そのため、太陽電池モジュールが故障していたとしても気付くことができず、そのまま長期間にわたって使用される場合があった。しかし、太陽電池モジュールの故障が開放(断線)により生じている場合には、発電力の低下のみならず、アーク放電による高温や発火を伴う場合もある。これが要因となり、故障した太陽電池モジュールをそのまま長期使用したことによる火災事例も発生している。   By the way, when a failure occurs in a solar cell module due to abnormality or deterioration, the power generation capability of the solar cell module decreases. However, when the entire solar power generation system, solar cell array or solar cell string unit is viewed, the decrease in power generation capability is slight. In general, it has been difficult to notice a decrease in the power generation capacity until a predetermined value or less of a warning set in advance at an output location of a power conditioner where power generation output is measured. Therefore, even if the solar cell module is out of order, it cannot be noticed and may be used as it is for a long time. However, when a failure of the solar cell module occurs due to opening (disconnection), not only a decrease in power generation but also a high temperature or ignition due to arc discharge may occur. Due to this, there have also been cases of fires caused by long-term use of failed solar cell modules.

従来、発電能力の低下を確認する場合には、日射量を計測することで割り出した推定発電量と、実際の発電量とを比較するなどして確認していたが、この方法では発電量を測定している太陽電池アレイ又はストリング単位等での発電量の低下の程度が解るだけであるため、実際に太陽光発電システムの中に故障した太陽電池モジュールがあるのかを特定することは困難であった。また、故障した太陽電池モジュールの存在に気付けたとしても、故障した太陽電池モジュールがどの位置に設置されているのかを特定することも困難であった。この故障した太陽電池モジュールの設置位置を特定するには、例えば発電時に各太陽電池モジュールの電圧を点検する等の作業が必要であり、時間や費用を要していた。また住宅の屋根等、高所での作業には危険がともなっていた。   Conventionally, when confirming a decrease in power generation capacity, the estimated power generation amount obtained by measuring the amount of solar radiation was compared with the actual power generation amount. It is difficult to specify whether there is a faulty solar cell module in the photovoltaic power generation system because it only understands the degree of power generation reduction in the solar cell array or string unit being measured. there were. Further, even if the user notices the presence of the failed solar cell module, it is difficult to specify the position where the failed solar cell module is installed. In order to specify the installation position of the failed solar cell module, for example, work such as checking the voltage of each solar cell module at the time of power generation is required, and time and cost are required. Also, it was dangerous to work at high places such as the roof of a house.

そこで上述の問題を解決するため、太陽電池モジュールの故障を診断する太陽電池診断システムが各所で検討されている。例えば、特許文献2は、発電中の太陽電池アレイについて、該太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュールの表面の温度分布を太陽電池モジュールの集合体ごとに測定することにより、電気的欠陥を有する太陽電池モジュールを検出することを特徴とする太陽電池アレイの欠陥検出方法が記載されている。   Therefore, in order to solve the above-described problems, solar cell diagnostic systems for diagnosing a failure of the solar cell module have been studied in various places. For example, Patent Document 2 discloses a solar cell array that is generating electric power by measuring the temperature distribution of the surface of the solar cell module constituting the solar cell array for each aggregate of solar cell modules. A method for detecting a defect in a solar cell array, characterized by detecting a battery module, is described.

しかし特許文献2は、熱画像上に写し出されたモジュールの見かけの形状を、撮影後に本来の長方形の形状へと修正する機能を備えていない。そのため熱画像として得られる太陽電池モジュールの形状が長方形となるよう、建築物の外壁に対して一体として配置された太陽電池アレイを撮影している。すなわち本来、太陽電池モジュールは長方形であるが、撮影する角度、距離によっては熱画像として得られる太陽電池モジュールの形状が台形等になり診断精度が低下するため、そのような事態を回避できるよう、従来の方法では太陽電池アレイの配置もしくは角度等、または熱画像撮影部の配置もしくは角度等を予め規定する必要があった。例えば、太陽電池モジュールの形状が長方形となるように撮影する配置構成として、太陽電池アレイのパネル表面と、熱画像撮影部とが正対するように撮影することが想定されるが、一般に熱画像撮影部は地上に配されるため、太陽電池モジュールを地平面に対して略水平に配置する必要がある。もし太陽電池モジュールを地平面に対して略水平に配置しない場合、近位撮影となり複数の太陽電池モジュールの熱画像を一度に取得することが困難となったり、熱画像撮影部が大型化したりする。またドローンを用いて空撮したとしても熱画像として得られる太陽電池モジュールの形状に誤差が生じ、診断精度が低下する。   However, Patent Document 2 does not have a function of correcting the apparent shape of the module imaged on the thermal image into an original rectangular shape after photographing. Therefore, the solar cell array arranged as a unit with respect to the outer wall of the building is photographed so that the solar cell module obtained as a thermal image has a rectangular shape. In other words, the solar cell module is originally rectangular, but depending on the shooting angle and distance, the shape of the solar cell module obtained as a thermal image becomes a trapezoid or the like and the diagnostic accuracy decreases, so that such a situation can be avoided, In the conventional method, the arrangement or angle of the solar cell array or the arrangement or angle of the thermal image capturing unit needs to be specified in advance. For example, as an arrangement configuration for photographing so that the shape of the solar cell module is rectangular, it is assumed that photographing is performed so that the panel surface of the solar cell array and the thermal image photographing unit face each other. Since the part is arranged on the ground, it is necessary to arrange the solar cell module substantially horizontally with respect to the ground plane. If the solar cell module is not arranged substantially horizontally with respect to the ground plane, it will be difficult to obtain a thermal image of a plurality of solar cell modules at the same time, or the thermal image capturing unit will be enlarged. . Moreover, even if aerial photography is performed using a drone, an error occurs in the shape of the solar cell module obtained as a thermal image, and the diagnostic accuracy decreases.

特開2013−197173号公報JP 2013-197173 A 特開2002−329879号公報JP 2002-329879 A

ところで、従来の、太陽電池モジュール単位での診断が可能な、非接触式の、熱画像解析による太陽電池診断システム及び方法では、熱画像撮影部、ならびに熱画像解析部を構成する各構成、例えばモジュール抽出部、判定部等を、一体どのように構成すれば、太陽電池モジュールの状態、又は太陽電池モジュールの故障もしくは劣化の有無ならびにその位置及び原因を正確に診断し、太陽電池モジュールの修繕や交換を必要としない通知不要の状態と、太陽電池モジュールの修繕や交換を必要又は推奨とする通知をすべき状態とを区別して診断することができるか、十分に検討し各部の最適化検討がなされているとは言えなかった。   By the way, in the conventional non-contact solar cell diagnostic system and method based on thermal image analysis that can be diagnosed in units of solar cell modules, each component constituting the thermal image capturing unit and the thermal image analysis unit, for example, If the module extraction unit, determination unit, etc. are configured in an integrated manner, the state of the solar cell module, the presence or absence of the failure or deterioration of the solar cell module, and the position and cause thereof are accurately diagnosed, and the repair of the solar cell module Whether it is possible to make a diagnosis by distinguishing between a notification-free state that does not require replacement and a state that should be notified that repair or replacement of the solar cell module is required or recommended I couldn't say it was done.

例えば従来の、太陽電池モジュール単位での診断が可能な、非接触式の、熱画像解析による太陽電池診断システムでは、一般的に、熱画像撮影部において温度スケールを自動で調整する機能を用いる場合、熱画像全体の温度分布を包括する温度スケールが設定される。そのため、熱画像の中に太陽電池以外の背景が映り込む場合には、背景の温度によって温度スケールの最大値が必要以上に大きくなったり、最小値が必要以上に小さくなったりする。そのため、太陽電池に対する温度分解能が低下し、その後の判定精度が低下していた。また、熱画像撮影部において温度スケールを手動で固定値に設定した場合であっても、太陽電池部分全体を包括した温度スケールに設定できているとは限らず、太陽電池に対して熱画像撮影部の温度分解能が十分に利用できているとは限らなかった。   For example, in a conventional non-contact type solar cell diagnosis system based on thermal image analysis that can be diagnosed in units of solar cell modules, generally, a function that automatically adjusts the temperature scale in the thermal image capturing unit is used. A temperature scale that encompasses the temperature distribution of the entire thermal image is set. Therefore, when a background other than the solar cell is reflected in the thermal image, the maximum value of the temperature scale becomes larger than necessary or the minimum value becomes smaller than necessary depending on the temperature of the background. Therefore, the temperature resolution with respect to the solar cell is lowered, and the subsequent determination accuracy is lowered. Even if the temperature scale is manually set to a fixed value in the thermal image capturing unit, it is not always possible to set the temperature scale to encompass the entire solar cell part. The temperature resolution of the part was not always fully utilized.

また例えば従来の、太陽電池モジュール単位での診断が可能な、非接触式の、熱画像解析による太陽電池診断システムでは、本来、太陽電池モジュールは長方形であるが、撮影する角度、距離によって、熱画像として得られる太陽電池モジュールの形状は台形等になる。そのため、他の熱画像と対比する方式では、類似サイズの太陽電池を、類似撮影角度かつ類似撮影距離から撮影する等の必要があった。例えば特許文献2のように、熱画像として得られる太陽電池モジュールの形状が長方形となるように予め構成した上で、撮影する必要があった。また従来は、カメラ、レンズも類似または同等の仕様で撮影する必要があった。   Further, for example, in a conventional non-contact type solar cell diagnosis system based on thermal image analysis that can be diagnosed in units of solar cell modules, the solar cell module is originally rectangular, but depending on the angle and distance of shooting, The solar cell module obtained as an image has a trapezoidal shape or the like. For this reason, in the method for contrasting with other thermal images, it is necessary to shoot a solar cell of a similar size from a similar shooting angle and a similar shooting distance. For example, as in Patent Document 2, it has been necessary to photograph the solar cell module obtained as a thermal image after it has been configured in advance to be rectangular. Conventionally, it has been necessary to shoot with a camera or lens with similar or equivalent specifications.

また例えば従来の、太陽電池モジュール単位での診断が可能な、非接触式の、熱画像解析による太陽電池診断システムでは、診断するための熱画像データの蓄積、診断パターンの種類、及び診断精度を向上させるシステムならびに方法等が、太陽電池モジュールの交換を必要とする状態か否かに焦点をあてて十分に検討されたものではなく、太陽電池モジュールの交換を必要としない正常状態又は軽微な故障状態も診断及び/又は通知されていた。   In addition, for example, in a conventional non-contact solar cell diagnosis system based on thermal image analysis that can be diagnosed in units of solar cell modules, the accumulation of thermal image data for diagnosis, the type of diagnostic pattern, and the diagnostic accuracy are reduced. The system and method to be improved are not fully studied focusing on whether or not the solar cell module needs to be replaced, and the normal state or minor failure that does not require replacement of the solar cell module The condition was also diagnosed and / or notified.

一般に、太陽電池の熱画像に現れる高温・発熱の状態には、例えば、(1)太陽電池の汚れか、セルクラックなどによる電流集中か、影部の電力消費か、もしくはジャンクションボックス内のBPDへの通電等が原因で生じる、スポット的高温部(主にセル単位での高温・発熱、いわゆるホットスポット)、又は(2)発電回路の断線、ハンダ不良、BPDショート等が原因で生じる、クラスタ単位での帯状の高温・発熱(本発明ではホットストライプと呼ぶ。)、又は(3)モジュール内の全てのクラスタが高温・発熱部になった場合等で、モジュール単位での高温・発熱、又は(4)コネクタ抜け・損傷もしくはケーブル損傷等が原因で生じる、ストリング単位での高温・発熱等がある。   In general, the state of high temperature and heat generated in the thermal image of the solar cell includes, for example, (1) current concentration due to contamination of the solar cell, cell crack, etc., power consumption of the shadow area, or BPD in the junction box Cluster unit, which is caused by spot-like high-temperature part (mainly high temperature / heat generation in a cell unit, so-called hot spot), or (2) power circuit disconnection, solder failure, BPD short circuit, etc. (3) When all the clusters in the module become high temperature / heat generation parts, etc., high temperature / heat generation in module units, or ( 4) There is high temperature and heat generation in string units caused by connector disconnection / damage or cable damage.

これらは全て、高温・発熱状態として熱画像に現れるが、これらの中には太陽電池モジュールの交換を必要としない正常状態又は軽微な故障状態も含まれており、太陽電池モジュールメーカーの保証による無償交換の対象とはならない程度のものもある。上述のように、熱画像に現れる高温・発熱の状態と、太陽電池モジュールの交換を必要とする状態とが必要十分に直ちに一致するわけではないにも関わらず、従来の、非接触式の、熱画像解析による太陽電池診断システムでは、熱画像に現れる高温・発熱の状態を通知することに焦点が置かれており、その熱画像に現れた高温・発熱の状態が、果たして太陽電池モジュールの交換を必要とする状態(通知すべき状態)なのかどうか、ということには焦点が置かれていなかった。そのため例えば、太陽電池モジュールの交換を必要としない正常状態又は軽微な故障状態も診断及び/又は通知されていた。   All of these appear on the thermal image as high temperature and heat generation, but these include normal or minor failure conditions that do not require replacement of the solar cell module, and are free of charge under the warranty of the solar cell module manufacturer. Some are not eligible for replacement. As described above, although the state of high temperature / heat generation that appears in the thermal image and the state that requires replacement of the solar cell module do not coincide with each other immediately and sufficiently, the conventional, non-contact type, In the solar cell diagnosis system based on thermal image analysis, the focus is on notifying the state of high temperature and heat generation that appears in the thermal image, and the state of high temperature and heat generation that appears in the thermal image is indeed the replacement of the solar cell module There was no focus on whether or not it is a state that needs to be notified (a state to be notified). Therefore, for example, a normal state or a minor failure state that does not require replacement of the solar cell module has been diagnosed and / or notified.

また例えば従来の、太陽電池モジュール単位での診断が可能な、非接触式の、熱画像解析による太陽電池診断システムでは、容易に察知できないバイパスダイオードの異常と正常状態との分離を可能とする装置及び方法の提供は、依然として困難であった。   In addition, for example, in a conventional non-contact type solar cell diagnosis system based on thermal image analysis that can be diagnosed in units of solar cell modules, it is possible to separate the bypass diode from an abnormal state that cannot be easily detected. And the provision of methods remained difficult.

一般に、太陽電池モジュールの中で、故障の原因として挙げられるのはバイパス回路と発電回路である。バイパス回路の故障には短絡と開放が、発電回路の故障には断線が存在する。図11にて、状態ごとの代表的な熱画像を示す。バイパス回路が正常で、発電回路に断線があった場合(図11、状態04)、発電電流はダイオードに流され、バイパスダイオードが格納されたジャンクションボックスが発熱する。また、クラスタに照射された太陽エネルギは電気エネルギに変換されず熱エネルギになるためクラスタ全体が発熱し、帯状の発熱特性を示すことになる。本発明では、この帯状の発熱をホットストライプと呼ぶ。   In general, among solar cell modules, the cause of failure is a bypass circuit and a power generation circuit. There is a short circuit and an open circuit in the bypass circuit failure, and a disconnection in the power generation circuit failure. FIG. 11 shows a representative thermal image for each state. When the bypass circuit is normal and the power generation circuit is disconnected (FIG. 11, state 04), the generated current flows through the diode, and the junction box in which the bypass diode is stored generates heat. Moreover, since the solar energy irradiated to the cluster is not converted into electric energy but becomes thermal energy, the entire cluster generates heat and exhibits a belt-like heat generation characteristic. In the present invention, this belt-like heat generation is called a hot stripe.

バイパス回路が短絡された場合は、発電回路が断線してもバイパスダイオードが発熱しないか、気付かない程度に弱く発熱する程度であり、ホットストライプだけが発生する(図11、状態05)。また、バイパス回路が短絡された場合で、発電回路が正常の場合は発電された電流は発電回路の閉回路の中を流れ、セル特性のバラつきから特定セルだけが発熱する(図11、状態02)。バイパス回路が開放状態であると、太陽電池セルの状態に関係なく、満遍なく発熱する(図11、状態03、06)。太陽電池セルが断線している場合は発電が行われていないためであり、正常の場合は、もともとバイパス回路に電流が流されないからである。なお状態03は正常(状態01)と同じになり、一様な温度分布になっている状態であり、状態06は、ホットストライプ部がモジュール全面に拡大することで、一様な温度分布になっている状態である。   When the bypass circuit is short-circuited, the bypass diode does not generate heat even if the power generation circuit is disconnected, or it generates heat weakly enough that it cannot be noticed, and only hot stripes are generated (state 05 in FIG. 11). Further, when the bypass circuit is short-circuited and the power generation circuit is normal, the generated current flows in the closed circuit of the power generation circuit, and only specific cells generate heat due to variations in cell characteristics (FIG. 11, state 02). ). When the bypass circuit is in an open state, heat is generated uniformly regardless of the state of the solar battery cell (FIG. 11, states 03 and 06). This is because when the solar cell is disconnected, power generation is not performed, and when it is normal, no current is originally passed through the bypass circuit. Note that state 03 is the same as normal (state 01) and has a uniform temperature distribution, and state 06 has a uniform temperature distribution as the hot stripe portion expands over the entire module surface. It is in a state.

しかしながら、バイパス回路が開放状態となると、太陽電池の熱画像にはホットスポットやホットストライプなど明確な高温部が発生しないため、それらの検知だけでは故障有無を正確に診断できない。また、局所的発熱が生じた場合も、発熱の位置や熱画像生成の際決められる温度スケールによってその模様は変化し、具体的な診断を出すには高度な専門知識が必要とされる。熱画像カメラを搭載したドローンなどを用いた太陽電池のメンテナンスシステムが市販されているものの、ホットスポットやホットストライプなど明確な高温部の検出に留まっており、故障診断を提供するところまでは至っていない。すなわち、容易に察知できないバイパスダイオードの異常と正常状態との分離を可能とする装置及び方法の提供は、依然として困難であった。   However, when the bypass circuit is in an open state, a clear high-temperature portion such as a hot spot or hot stripe does not occur in the thermal image of the solar cell. In addition, even when local heat generation occurs, the pattern changes depending on the position of the heat generation and the temperature scale determined at the time of thermal image generation, and a high level of expertise is required to make a specific diagnosis. Although a solar battery maintenance system using a drone equipped with a thermal imaging camera is available on the market, it has only been able to detect clear high-temperature parts such as hot spots and hot stripes, and has not yet reached the point of providing fault diagnosis. . That is, it has still been difficult to provide an apparatus and a method that can separate the abnormality and normal state of the bypass diode that cannot be easily detected.

そこで本発明の目的は、上述の問題を解決し、太陽電池モジュールの状態、又は太陽電池モジュールの故障もしくは劣化の有無ならびに原因を診断し、太陽電池モジュールの交換を必要としない通知不要の状態と、太陽電池モジュールの交換を必要とする通知すべき状態とを区別して診断する太陽電池診断方法及び太陽電池診断システムを提供することである。さらに本発明の目的は、これらの課題に向けて、主な異常部位となるバイパスダイオード及び発電回路の状態診断に向けた深層学習を用いた熱画像分類装置及び方法を提供することにある。すなわち、容易に察知できないバイパスダイオードの異常と正常状態の分離が可能な太陽電池診断方法及び太陽電池診断システムの提供を目的とする。   Therefore, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, diagnose the state of the solar cell module, the presence or absence of the failure or deterioration of the solar cell module, and the cause, and the notification-free state that does not require replacement of the solar cell module. Another object of the present invention is to provide a solar cell diagnostic method and a solar cell diagnostic system that perform diagnosis by distinguishing from a state to be notified that requires replacement of a solar cell module. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a thermal image classification apparatus and method using deep learning for diagnosis of the state of a bypass diode and a power generation circuit that are main abnormal parts. In other words, an object of the present invention is to provide a solar cell diagnostic method and a solar cell diagnostic system capable of separating an abnormal state and a normal state of a bypass diode that cannot be easily detected.

本発明の太陽電池診断方法は、太陽電池表面を熱画像として撮影して太陽電池の故障を診断する太陽電池診断方法において、太陽電池表面を熱画像として撮影して、太陽電池モジュール又は太陽電池アレイの全体又は一部のバイパス回路の発熱状態と発電回路の発熱状態とを分けて検出するとともに、これらの発熱状態の温度分布を検出して、これらを組み合わせて熱画像に表れる異常発熱状態の特徴として判定することを特徴とする。
また本発明の太陽電池診断方法は、、太陽電池表面を熱画像として撮影して太陽電池の故障を診断する太陽電池診断方法において、太陽電池表面を熱画像として撮影する熱画像撮影ステップと、太陽電池モジュール又は太陽電池アレイの全体又は一部のバイパス回路の発熱状態と発電回路の発熱状態から特徴量を抽出する特徴量抽出ステップと、撮影された前記熱画像と熱画像に表れる異常発熱状態の類似度を前記特徴量に基づき判定する判定ステップとを備えることを特徴とする。
また本発明の太陽電池診断システムは、太陽電池表面を撮影した熱画像解析による太陽電池診断システムにおいて、太陽電池診断システムは、太陽電池モジュール又は太陽電池アレイの全体又は一部のバイパス回路の発熱状態と発電回路の発熱状態を分けて検出するものであって、太陽電池表面を熱画像として撮影する熱画像撮影部と、撮影された熱画像を診断するための熱画像診断部とを備え、熱画像診断部は、バイパス回路の状態と発電回路の状態とに基づいて診断パターンを分けて熱画像の判定を行う判定部を備えることを特徴とする。
また本発明の太陽電池診断システムは、判定部は、バイパス回路の状態を正常、短絡、開放の3種類に分け、発電回路の状態を正常、開放の2種類に分け、バイパス回路の発熱・高温の状態と発電回路の発熱・高温の状態との組み合わせから、診断パターンを6種類に分け、各故障状態における発熱源の分布や形を元にして特徴量を抽出することを特徴とする。
The solar cell diagnostic method of the present invention is a solar cell diagnostic method for diagnosing a failure of a solar cell by photographing the solar cell surface as a thermal image. The solar cell module or solar cell array is obtained by photographing the solar cell surface as a thermal image. The heat generation state of all or part of the bypass circuit and the heat generation state of the power generation circuit are detected separately, and the temperature distribution of these heat generation states is detected, and these are combined to feature the abnormal heat generation state that appears in the thermal image It is characterized by determining as.
Moreover, the solar cell diagnostic method of the present invention is a solar cell diagnostic method for photographing a solar cell surface as a thermal image and diagnosing a failure of the solar cell. A feature amount extracting step for extracting a feature amount from the heat generation state of the entire or a part of the bypass circuit of the battery module or the solar cell array and the heat generation state of the power generation circuit; and the abnormal heat generation state appearing in the photographed thermal image and the thermal image. And a determination step of determining similarity based on the feature amount.
Further, the solar cell diagnostic system of the present invention is a solar cell diagnostic system based on thermal image analysis obtained by photographing the surface of the solar cell. The solar cell diagnostic system is a heat generation state of the entire solar cell module or the solar cell array or a partial bypass circuit. And a heat generation state of the power generation circuit separately, comprising a thermal image capturing unit that captures the solar cell surface as a thermal image, and a thermal image diagnostic unit for diagnosing the captured thermal image, The image diagnostic unit includes a determination unit that determines a thermal image by dividing a diagnostic pattern based on a state of a bypass circuit and a state of a power generation circuit.
In the solar cell diagnostic system of the present invention, the determination unit divides the bypass circuit state into three types of normal, short circuit, and open, and divides the state of the power generation circuit into two types of normal and open. The diagnosis pattern is divided into six types based on the combination of the above state and the heat generation / high temperature state of the power generation circuit, and feature amounts are extracted based on the distribution and shape of the heat generation source in each failure state.

熱画像に現れる高温・発熱の状態が、上述の(2)発電回路の断線、ハンダ不良、BPDショート等が原因で生じる、クラスタ単位での帯状の高温・発熱(ホットストライプ)に起因する場合には、これは例えば3つのクラスタから構成される1つの太陽電池モジュールにおいて1つ以上のクラスタが発電せず、太陽電池モジュールの出力が2/3以下に低下するような場合であり、該太陽電池モジュールは、一般に太陽電池モジュールメーカーの保証による無償交換の対象となることが多い。このホットストライプという現象を熱の発生原理から述べれば、1つの太陽電池モジュールで、クラスタ断線によってクラスタが導通不良となるか、又はバイパス回路の短絡によって発電しなくなり、本来電気エネルギに変わるべく受光した太陽の光エネルギが、電気エネルギではなく主に熱エネルギに変わることで生じるものである。   When the state of high temperature and heat generation appearing in the thermal image is caused by the above-mentioned (2) band-like high temperature and heat generation (hot stripe) in cluster units caused by disconnection of the power generation circuit, solder failure, BPD short circuit, etc. This is a case where, for example, in one solar cell module composed of three clusters, one or more clusters do not generate power, and the output of the solar cell module decreases to 2/3 or less. Modules are generally subject to free replacement under the warranty of the solar cell module manufacturer. To describe the phenomenon of hot stripes from the principle of heat generation, in one solar cell module, the cluster becomes defective in conduction due to the disconnection of the cluster, or the power is not generated due to the short circuit of the bypass circuit, and the light is received in order to change into the electric energy. It is caused by the fact that the light energy of the sun changes mainly to thermal energy instead of electric energy.

そこで本発明では、ホットストライプに起因して熱画像に現れる高温・発熱の状態と、通知すべき太陽電池モジュールの交換を必要とする発熱・高温の状態との相関性を利用して、これらに着目した太陽電池診断システムを開発した。   Therefore, in the present invention, by utilizing the correlation between the high temperature / heat generation state appearing in the thermal image due to the hot stripes and the heat generation / high temperature state requiring replacement of the solar cell module to be notified, A focused solar cell diagnostic system was developed.

本発明によれば、バイパス回路の発熱・高温の状態と、発電回路の発熱・高温の状態とから診断パターンを分けて診断を行うことで、太陽電池表面を撮影した熱画像解析による太陽電池診断システム及び/または方法において、ホットストライプに起因して熱画像に現れる高温・発熱の状態であるかどうかの判断が可能となるとともに、太陽電池モジュールの交換を必要としない正常状態又は軽微な故障状態と、太陽電池モジュールの交換を必要とする状態とを区別することができ、太陽電池モジュールの交換を必要としない正常状態又は軽微な故障状態の通知を低減することができる。
また本発明によれば、バイパス回路の発熱状態と発電回路の発熱状態から特徴量を抽出して、撮影された前記熱画像と熱画像に表れる異常発熱状態の類似度を特徴量に基づき判定することや、あるいは各故障状態における発熱源の分布や形を元にして特徴量を抽出することを行うため、従来容易に察知できないバイパスダイオードの異常と正常状態の分離が可能な装置及び方法の提供が可能となる。
According to the present invention, diagnosis is performed by dividing a diagnosis pattern from the heat generation / high temperature state of the bypass circuit and the heat generation / high temperature state of the power generation circuit, so that the solar cell diagnosis by the thermal image analysis of the solar cell surface is taken. In the system and / or method, it is possible to determine whether the state is a high temperature / heat generation state appearing in the thermal image due to hot stripes, and a normal state or minor failure state that does not require replacement of the solar cell module And a state that requires replacement of the solar cell module, and notification of a normal state or a minor failure state that does not require replacement of the solar cell module can be reduced.
According to the invention, a feature amount is extracted from the heat generation state of the bypass circuit and the heat generation state of the power generation circuit, and the similarity between the captured thermal image and the abnormal heat generation state appearing in the thermal image is determined based on the feature amount. Providing a device and a method that can separate abnormalities of a bypass diode from normal states that cannot be easily detected in the past because feature values are extracted based on the distribution and shape of heat sources in each failure state. Is possible.

本発明の太陽電池診断方法は、異常発熱状態の特徴として、ホットスポットと呼ばれる点状の異常発熱状態、及び/又は、帯状に表れるホットストライプと呼ぶ線状の異常発熱状態を温度分布とともに表示して判定するか、又は、太陽電池モジュール内のバイパス回路の発熱状態と発電回路の発熱状態から解析アルゴリズムにより特徴量を抽出し、解析アルゴリズムによる識別結果を異常発熱状態として表示して判定することを特徴とする。
また本発明の太陽電池診断方法は、異常発熱状態の特徴としては、発熱状態の温度分布が所定の温度以上であり、帯状に表れるホットストライプと呼ぶ線状の異常発熱状態を表示するとともに、バイパス回路の状態を短絡、開放のいずれか、又は、発電回路の状態の短絡、開放のいずれかとして判定することを特徴とする。
The solar cell diagnosis method of the present invention displays, as a characteristic of the abnormal heat generation state, a point-like abnormal heat generation state called a hot spot and / or a linear abnormal heat generation state called a hot stripe appearing in a strip shape together with a temperature distribution. Or by extracting the feature value from the heat generation state of the bypass circuit in the solar cell module and the heat generation state of the power generation circuit by an analysis algorithm and displaying the identification result by the analysis algorithm as an abnormal heat generation state for determination. Features.
The solar cell diagnosis method of the present invention is characterized in that the abnormal heat generation state is characterized by the fact that the temperature distribution of the heat generation state is equal to or higher than a predetermined temperature, and a linear abnormal heat generation state called a hot stripe appearing in a strip shape is displayed. The circuit state is determined as either a short circuit or an open circuit, or as a short circuit or an open circuit circuit.

本発明の太陽電池診断システムによれば、太陽電池表面を撮影した熱画像解析による太陽電池診断システムにおいて、太陽電池モジュールのホットストライプの有無の診断精度が向上した構成となる。従って太陽電池モジュールの交換を必要としない正常状態又は軽微な故障状態と、太陽電池モジュールの交換を必要とする発熱・高温の状態とを区別する精度が向上した構成となる。   According to the solar cell diagnostic system of the present invention, in the solar cell diagnostic system based on the thermal image analysis in which the surface of the solar cell is photographed, the diagnostic accuracy of the presence or absence of hot stripes in the solar cell module is improved. Therefore, the accuracy of distinguishing between a normal state or a minor failure state that does not require replacement of the solar cell module and a heat generation / high temperature state that requires replacement of the solar cell module is improved.

本発明の太陽電池診断方法は、判定部(判定ステップ)の異常発熱状態の類似度、及び/又は、モジュール抽出部の歪み補正は、人工知能の深層学習である畳み込みニューラルネットワークを用いて検出することを特徴とする。   In the solar cell diagnostic method of the present invention, the similarity of the abnormal heat generation state of the determination unit (determination step) and / or the distortion correction of the module extraction unit is detected using a convolutional neural network that is deep learning of artificial intelligence. It is characterized by that.

本発明によれば、従来容易に察知できなかったバイパスダイオードの異常(発熱・温度)と正常状態の分離が可能となる。
また本発明によれば、例えば、アフィン変換による類似度上昇、特徴量抽出の課題、位置依存性の課題等、従来の画像分類上の問題を解消できる。
According to the present invention, it is possible to separate an abnormality (heat generation / temperature) of a bypass diode from a normal state, which has not been easily detected in the past.
Further, according to the present invention, for example, conventional image classification problems such as an increase in similarity due to affine transformation, a problem of feature amount extraction, and a problem of position dependency can be solved.

本発明では、熱画像診断部は、撮影された熱画像中から太陽電池モジュールに該当する画像を自動又は手動で抽出及び歪み補正するモジュール抽出部を備え、モジュール抽出部は、太陽電池モジュールの最外郭となる所定の最外郭点を算出して、熱画像撮影部が撮影した歪みを補正することを特徴とする。
また本発明では、モジュール抽出部は、画像処理の直線検出手法を用いて、太陽電池モジュールの最外郭となる縦線及び横線を検出し、縦線と横線との交点を算出して最外郭の4点を自動で算出することを特徴とする。
画像処理の直線検出手法としては、例えばHough変換を用いる。Hough変換(ハフ変換) は、デジタル画像処理で用いられる特徴抽出法の一つである。前記熱画像診断部は、撮影された前記熱画像中から前記太陽電池モジュール又は太陽電池アレイに該当する画像を抽出及び歪み補正するモジュール抽出部を備え、前記モジュール抽出部は、前記太陽電池モジュールの最外郭となる所定の最外郭点を算出して、前記熱画像診断部が撮影した歪みを補正することを特徴とする。
In the present invention, the thermal image diagnosis unit includes a module extraction unit that automatically or manually extracts an image corresponding to the solar cell module from the captured thermal image and corrects the distortion. A predetermined outermost contour point serving as an outer contour is calculated, and distortion captured by the thermal image capturing unit is corrected.
In the present invention, the module extraction unit detects vertical lines and horizontal lines that are the outermost contour of the solar cell module using a straight line detection method of image processing, calculates an intersection of the vertical lines and the horizontal lines, and calculates the outermost contour. Four points are automatically calculated.
As a straight line detection method for image processing, for example, Hough conversion is used. Hough transform (Hough transform) is one of feature extraction methods used in digital image processing. The thermal image diagnosis unit includes a module extraction unit that extracts and distorts an image corresponding to the solar cell module or the solar cell array from the captured thermal image, and the module extraction unit includes the solar cell module. A predetermined outermost point that is the outermost contour is calculated, and distortion captured by the thermal image diagnostic unit is corrected.

本発明によれば、太陽電池表面を撮影した熱画像解析による太陽電池診断システム及び/または方法において、撮影する角度、距離によって、熱画像として得られる太陽電池モジュールの形状は台形等になることなく、本来の太陽電池モジュールの形状である長方形として、太陽電池モジュールを抽出することができる。そのため、他の熱画像と対比する方式であっても、類似サイズの太陽電池を、類似撮影角度かつ類似撮影距離から撮影する必要がない。
また、前記モジュール抽出部による直線検出手法によれば、距離や角度が任意で良いため、ドローンにより空撮した熱画像をもとに診断をすることができる、また、傾斜角度により台形で撮影しても、長方形のデータで特徴量を抽出して判定できる。
また本発明によれば、太陽電池モジュール単位での診断が可能な装置であるから、太陽電池モジュールよりも大きい構成単位である太陽電池ストリング単位(或いは太陽電池アレイ単位)での診断も可能であり、太陽電池ストリング単位での診断により、ストリングの断線(ヒューズ切れ、コネクタ抜け等)を診断できる。
According to the present invention, in the solar cell diagnostic system and / or method based on thermal image analysis in which the surface of the solar cell is photographed, the shape of the solar cell module obtained as a thermal image does not become a trapezoid or the like depending on the photographing angle and distance. The solar cell module can be extracted as a rectangle which is the shape of the original solar cell module. For this reason, even with a method for comparing with other thermal images, it is not necessary to shoot a solar cell of a similar size from a similar shooting angle and a similar shooting distance.
Further, according to the straight line detection method by the module extraction unit, since the distance and angle may be arbitrary, it is possible to make a diagnosis based on a thermal image taken by a drone, and the trapezoidal image is taken at an inclination angle. However, it can be determined by extracting feature values from rectangular data.
In addition, according to the present invention, since it is a device capable of diagnosis in units of solar cell modules, diagnosis in units of solar cell strings (or units of solar cell arrays) that are larger units than solar cell modules is also possible. By the diagnosis in units of solar cell strings, it is possible to diagnose disconnection of the string (fuse blown, connector missing, etc.).

また本発明の太陽電池診断方法は、発熱状態の温度分布は、撮影により抽出された太陽電池モジュール又は太陽電池アレイの全体又は一部の温度分布が包括的に含まれる範囲に、温度スケールを自動又は手動で設定して、異常発熱状態を検出することを特徴とする。
本発明の太陽電池診断システムは、熱画像診断部は、太陽電池モジュール又は太陽電池アレイの全体又は一部の温度分布が包括的に含まれる範囲に、温度スケールを自動又は手動で設定する温度スケール設定部を備え、熱画像撮影部は、設定された温度スケールに基づき、熱画像を再度撮影することを特徴とする。
In the solar cell diagnostic method of the present invention, the temperature distribution of the heat generation state is automatically adjusted within a range in which the temperature distribution of the whole or a part of the solar cell module or solar cell array extracted by photographing is comprehensively included. Or, it is set manually to detect an abnormal heat generation state.
In the solar cell diagnostic system of the present invention, the thermal image diagnostic unit automatically or manually sets the temperature scale within a range in which the temperature distribution of the whole or a part of the solar cell module or the solar cell array is comprehensively included. The thermal image capturing unit includes a setting unit, and the thermal image capturing unit captures a thermal image again based on the set temperature scale.

本発明によれば、前記抽出後の熱画像の中に太陽電池以外の背景が映り込むことがなく、背景の温度によって温度スケールの最大値が必要以上に大きくなったり、最小値が必要以上に小さくなったりすることがない。すなわち、太陽電池部分全体を包括した温度スケールに設定でき、太陽電池に対して熱画像撮影部の温度分解能が十分に利用できる。そのため、太陽電池に対する温度分解能が向上し、その後の判定精度が向上する。   According to the present invention, the background other than the solar cell is not reflected in the extracted thermal image, and the maximum value of the temperature scale is increased more than necessary or the minimum value is more than necessary depending on the background temperature. It doesn't get smaller. That is, the temperature scale including the entire solar cell portion can be set, and the temperature resolution of the thermal image capturing unit can be sufficiently utilized for the solar cell. Therefore, the temperature resolution with respect to the solar cell is improved, and the subsequent determination accuracy is improved.

本発明によれば、太陽電池モジュール単位での診断が可能な、非接触式の、熱画像解析による太陽電池診断システム及び方法において、上述の問題を解決し、太陽電池モジュールの発熱・高温の状態、又は太陽電池モジュールの故障もしくは劣化の有無ならびに原因を診断し、太陽電池モジュールの交換を必要としない通知不要の発熱・高温の状態と、太陽電池モジュールの交換を必要とする通知すべき発熱・高温の状態とを区別して診断する太陽電池診断システム及び方法を提供可能である。さらに本発明によれば、これらの課題に向けて、主な異常部位となるバイパスダイオード及び発電回路の状態診断に向けた深層学習を用いた熱画像分類装置及び方法を提供可能である。すなわち、容易に察知できないバイパスダイオードの異常と正常状態の分離が可能な装置及び方法の提供が可能である。さらに本発明では、分類性能の高い装置及び方法の提供を目的とし、6つの太陽電池モジュールから半年に渡り収集した1400枚の熱画像に基づく検証により、本発明の装置及び方法が、f1−score 0.97の分類性能を有する。さらに、直線検出手法によれば、最外郭点をモジュール抽出部で抽出ことができ、傾斜角度により台形で撮影しても、長方形のデータで特徴量を抽出して判定できる。   According to the present invention, in a non-contact type solar cell diagnostic system and method based on thermal image analysis that can be diagnosed in units of solar cell modules, the above-described problems are solved, and the solar cell module is in a heat generation / high temperature state. , Or the presence or absence of solar cell module failure or deterioration and the cause of the diagnosis, no need to replace the solar cell module, notification-free heat generation, high temperature, and heat generation to be notified that requires solar cell module replacement It is possible to provide a solar cell diagnostic system and method for making a diagnosis by distinguishing from a high temperature state. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a thermal image classification apparatus and method using deep learning for diagnosis of the state of a bypass diode as a main abnormal part and a power generation circuit. That is, it is possible to provide an apparatus and a method capable of separating an abnormal state and a normal state of a bypass diode that cannot be easily detected. Furthermore, the present invention aims to provide an apparatus and method having high classification performance, and the verification based on 1400 thermal images collected from six solar cell modules over a half year makes the apparatus and method of the present invention f1-score. It has a classification performance of 0.97. Furthermore, according to the straight line detection method, the outermost contour point can be extracted by the module extraction unit, and even if the trapezoidal image is captured by the inclination angle, the feature amount can be extracted and determined by rectangular data.

第1の実施形態の太陽電池診断システムの設置例を示す図である。It is a figure which shows the example of installation of the solar cell diagnostic system of 1st Embodiment. 上記実施形態の太陽電池診断システムの一構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one structural example of the solar cell diagnostic system of the said embodiment. 上記実施形態の表示部の診断画面を説明する図である。It is a figure explaining the diagnostic screen of the display part of the said embodiment. 上記実施形態の表示部の診断履歴画面を説明する図である。It is a figure explaining the diagnosis history screen of the display part of the said embodiment. 第2の実施形態の太陽電池診断システムの一構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example of 1 structure of the solar cell diagnostic system of 2nd Embodiment. 第3の実施形態の撮影角度による熱画像の変形を示す熱画像写真である。It is a thermal image photograph which shows the deformation | transformation of the thermal image by the imaging angle of 3rd Embodiment. 上記実施形態のData Augmentationの例を示す画像である。It is an image which shows the example of Data Augmentation of the said embodiment. 上記実施形態の畳み込みニューラルネットワークの構造図である。It is a structure figure of the convolution neural network of the said embodiment. 上記実施形態の抽出された1024次元の特徴量を示す図である。It is a figure which shows the extracted 1024-dimensional feature-value of the said embodiment. 上記実施形態のepochごとのTrain LossとValid Lossを示すグラフである。It is a graph which shows Train Loss and Valid Loss for every epoxy of the said embodiment. 上記実施形態のテストセットを用いたシミュレーション結果である。It is a simulation result using the test set of the said embodiment. 上記実施形態の畳み込み層荷重値行列(左:1層目、右:2層目)を示す画像である。It is an image which shows the convolution layer load value matrix (Left: 1st layer, Right: 2nd layer) of the said embodiment. 本発明を説明するための太陽光発電システムの図である。It is a figure of the solar energy power generation system for demonstrating this invention. 太陽電池セルのバイパス回路又は発電回路の代表的な故障を示す熱画像である。It is a thermal image which shows the typical failure of the bypass circuit or power generation circuit of a photovoltaic cell.

本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。   Specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
図1は、本発明を適用した第1の実施形態の太陽電池診断システム100の設置例を示す図である。太陽電池診断システム100は、熱画像撮影部1と、熱画像診断部2とを備える。熱画像撮影部1の撮影対象となる太陽電池アレイ3は基台Bに設置されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating an installation example of the solar cell diagnostic system 100 according to the first embodiment to which the present invention is applied. The solar cell diagnostic system 100 includes a thermal image photographing unit 1 and a thermal image diagnostic unit 2. The solar cell array 3 to be imaged by the thermal image capturing unit 1 is installed on the base B.

本発明の太陽電池診断システム100が、診断の対象とする一般的な太陽光発電システム101の概略的な構造図を図10に示す。太陽光発電システム101は、一般に、太陽電池アレイ3と、該太陽電池アレイ3が発電した直流電力を交流電力へ変換するパワーコンディショナ6と、太陽電池アレイ3とパワーコンディショナ6を接続する接続箱7等からなる。太陽電池アレイ3は、住宅の屋根や庭等の基台B上に設置される太陽電池全体を指す。太陽電池アレイ3では、複数の太陽電池モジュール300の直列接続体であるストリング30が接続箱につながり、複数並列に接続されて構成される。太陽電池モジュール300は、一般にソーラーパネルとも呼ばれ、施工上の基本単位となる。太陽電池モジュール300では、複数の太陽電池セル300aが直列に接続され1つのバイパスダイオード300b(BPD)と並列に接続されてクラスタ300Aと呼ばれる単位回路が構成され、クラスタ300Aは、複数直列に接続されて集合体として耐候性パッケージに収められている。この耐候性パッケージに納めたものを「太陽電池モジュール」と呼ぶ。太陽電池モジュール300において、太陽電池セル300a及び/又は太陽電池セル300aを繋ぐ回路全般を「発電回路」、バイパスダイオード300b及び/又はバイパスダイオード300bを繋ぐ回路全般を「バイパス回路」と呼ぶ。バイパス回路は、ジャンクションボックス300cに格納される。太陽電池モジュール300では、各太陽電池セル300aのP極とN極はインターコネクタと呼ばれる帯状の導体によってつなぎ合わされている。太陽電池セル300aは、太陽の光エネルギを電気エネルギに変換する機能を持つ機能上の最小単位である。   FIG. 10 shows a schematic structural diagram of a general photovoltaic power generation system 101 that is a target of diagnosis by the solar cell diagnostic system 100 of the present invention. The solar power generation system 101 generally includes a solar cell array 3, a power conditioner 6 that converts DC power generated by the solar cell array 3 into AC power, and a connection that connects the solar cell array 3 and the power conditioner 6. It consists of a box 7 and the like. The solar cell array 3 refers to the entire solar cell installed on a base B such as a house roof or garden. In the solar cell array 3, a string 30 that is a series connection body of a plurality of solar cell modules 300 is connected to a connection box, and a plurality of strings 30 are connected in parallel. The solar cell module 300 is generally called a solar panel and is a basic unit in construction. In the solar cell module 300, a plurality of solar cells 300a are connected in series and connected in parallel with one bypass diode 300b (BPD) to form a unit circuit called a cluster 300A, and a plurality of clusters 300A are connected in series. In a weather-resistant package. What is contained in this weather-resistant package is called a “solar cell module”. In the solar cell module 300, the entire circuit connecting the solar cells 300a and / or the solar cells 300a is referred to as a “power generation circuit”, and the entire circuit connecting the bypass diode 300b and / or the bypass diode 300b is referred to as a “bypass circuit”. The bypass circuit is stored in the junction box 300c. In the solar cell module 300, the P pole and the N pole of each solar cell 300a are connected by a strip-shaped conductor called an interconnector. The solar battery cell 300a is a functional minimum unit having a function of converting solar light energy into electrical energy.

ここで、本発明において、太陽光発電システム100は、配電系統として配線8、分電盤9、電力量計10等も含み得る。分電盤9及び電力量計10は、パワーコンディショナ6を交流電源11に接続する際等に使用される。また本発明において、太陽電池とは、太陽電池アレイ3、ストリング30、太陽電池モジュール300、太陽電池クラスタ300A、太陽電池セル300a等を含むが、特に限定されず、太陽光発電システム100におけるいずれの構成も含み得る。また太陽電池セル300aは「セル」または「発電素子」と呼ばれてもよい(図10)。   Here, in the present invention, the photovoltaic power generation system 100 can also include a wiring 8, a distribution board 9, a watt hour meter 10 and the like as a distribution system. The distribution board 9 and the watt hour meter 10 are used when the power conditioner 6 is connected to the AC power supply 11. In the present invention, the solar cell includes the solar cell array 3, the string 30, the solar cell module 300, the solar cell cluster 300 </ b> A, the solar cell 300 a, and the like. Configurations can also be included. Solar cell 300a may also be referred to as a “cell” or “power generation element” (FIG. 10).

熱画像撮影部1は太陽電池アレイ3の表面温度を熱画像撮影し、撮影された熱画像を熱画像診断部2へと送るために使用される。熱画像データはケーブル4により有線で伝送されてもよく、記録用デバイスや、無線による方式で伝送されても良い。熱画像撮影部1は、赤外線カメラ等(赤外線サーモグラフィ等)、熱画像撮影(赤外線画像)が可能な装置である。撮影は、手持ちで行っても良く、カメラ架台5により位置及び角度調整して定点固定撮影しても良い。また、ドローンに熱画像撮影部1を搭載して空撮しても良く、その場合、例えば太陽電池アレイ3の全体が収まるようにして広範囲を一度に撮影することもでき、近接して撮影することもできる。   The thermal image capturing unit 1 is used for capturing a thermal image of the surface temperature of the solar cell array 3 and sending the captured thermal image to the thermal image diagnostic unit 2. The thermal image data may be transmitted in a wired manner by the cable 4, or may be transmitted by a recording device or a wireless method. The thermal image capturing unit 1 is a device that can perform thermal image capturing (infrared image), such as an infrared camera (infrared thermography, etc.). Shooting may be performed by hand, or fixed-point shooting may be performed by adjusting the position and angle by the camera mount 5. Further, the thermal image capturing unit 1 may be mounted on the drone to perform aerial photography. In this case, for example, a wide area can be photographed at once so that the entire solar cell array 3 can be accommodated, and photographing is performed in close proximity. You can also

太陽電池アレイ3を熱画像撮影部1により撮影する時の角度を撮影角度αとし、太陽電池アレイ3の面に対して垂直(法線)n方向を撮影角度α=0°とすると、撮影角度αは50°以内とすることが望ましい。   The angle at which the solar cell array 3 is imaged by the thermal image capturing unit 1 is defined as the imaging angle α, and the imaging angle α = 0 ° in the perpendicular (normal) n direction to the surface of the solar cell array 3. α is preferably within 50 °.

一般的に、撮影角度αが50°以上になると放射率が低下するため、図1では太陽電池アレイ3において熱画像撮影部1に近い部分で撮影角度αが浅くなり、相対的に温度が高く測定され易く、遠い部分では撮影角度が深くなり、放射率が低下するため、温度が低く測定され易い。また太陽電池アレイ3表面を覆うガラスによる鏡面反射の影響により、太陽電池アレイ3周囲に存在する物体の温度が、熱画像に写り込む場合がある。撮影角度αは50°以内とすることで、本発明の診断精度が高まる。   In general, since the emissivity decreases when the imaging angle α is 50 ° or more, in FIG. 1, the imaging angle α becomes shallower in the portion close to the thermal image capturing unit 1 in the solar cell array 3 and the temperature is relatively high. It is easy to measure, and in a distant part, since a photographing angle becomes deep and emissivity falls, it is easy to measure temperature low. Moreover, the temperature of the object which exists around the solar cell array 3 may be reflected in a thermal image by the influence of the specular reflection by the glass which covers the solar cell array 3 surface. By making the imaging angle α within 50 °, the diagnostic accuracy of the present invention is enhanced.

熱画像撮影に最適な条件は、日射量:200W/m以上、天気:晴れ又は曇り、撮影角度α:50°以内、温度スケール:10℃〜20℃、時間帯:9時〜15時である。なお、温度スケールとは熱画像の温度幅を指し、温度スケールを10℃〜20℃とすることで、発熱箇所の確認が容易となる。ただし温度スケールの適切な条件は、周囲温度の影響を受けるため、より好ましくは、周囲温度によって調節する。例えば温度スケールは、本発明の太陽電池診断システム100が温度スケール設定部28を備えることにより、抽出された太陽電池全体の温度分布範囲、又は太陽電池の所望の一部、例えば太陽電池モジュールの温度分布範囲が、包括的に含まれる範囲に自動で設定することが好ましい(図3)。 Optimal conditions for thermal image capturing are solar radiation amount: 200 W / m 2 or more, weather: clear or cloudy, shooting angle α: within 50 °, temperature scale: 10 ° C. to 20 ° C., time zone: 9:00 to 15:00 is there. The temperature scale refers to the temperature range of the thermal image. By setting the temperature scale to 10 ° C. to 20 ° C., it is easy to check the heat generation location. However, since the appropriate condition of the temperature scale is affected by the ambient temperature, it is more preferably adjusted according to the ambient temperature. For example, the temperature scale is obtained by providing the temperature scale setting unit 28 in the solar cell diagnostic system 100 of the present invention, or the temperature distribution range of the entire solar cell extracted, or a desired part of the solar cell, for example, the temperature of the solar cell module It is preferable that the distribution range is automatically set within a comprehensive range (FIG. 3).

図2Aは、太陽電池診断システム100の一構成例を示すブロック図である。熱画像診断部2は、表示部21、入力部22、モジュール抽出部23、判定部24、フィードバック部25、熱画像蓄積部26、及び通知部27を備え、これらがソフトウエア(画像制御手段)によって制御される。   FIG. 2A is a block diagram illustrating a configuration example of the solar cell diagnostic system 100. The thermal image diagnosis unit 2 includes a display unit 21, an input unit 22, a module extraction unit 23, a determination unit 24, a feedback unit 25, a thermal image storage unit 26, and a notification unit 27, which are software (image control means). Controlled by.

図2B及び図2Cは表示部21を説明する図である。表示部21は、操作者により診断ボタンa1又は診断履歴ボタンa2のいずれかが選択されることで、診断画面21a(図2B)又は診断履歴画面21b(図2C)を選択的に表示する。すなわち診断画面21aと診断履歴画面21bのいずれも、診断ボタンa1と診断履歴ボタンa2を有しており、診断ボタンa1が選択されることで、診断画面21aを表示し、診断履歴ボタンa2が選択されることで診断履歴画面21bを表示する。   2B and 2C are diagrams illustrating the display unit 21. FIG. The display unit 21 selectively displays the diagnosis screen 21a (FIG. 2B) or the diagnosis history screen 21b (FIG. 2C) when either the diagnosis button a1 or the diagnosis history button a2 is selected by the operator. That is, both the diagnostic screen 21a and the diagnostic history screen 21b have a diagnostic button a1 and a diagnostic history button a2, and when the diagnostic button a1 is selected, the diagnostic screen 21a is displayed and the diagnostic history button a2 is selected. As a result, the diagnosis history screen 21b is displayed.

図2Bは表示部21の診断画面21aを示した図である。診断画面21aは熱画像表示欄a3、モジュール数入力欄a4、操作コメント欄a5、診断開始ボタンa6、入力クリアボタンa7を備える。熱画像表示欄a3には撮影された熱画像が表示される。モジュール数入力欄a4には太陽電池モジュール300の行列数が入力される。操作コメント欄a5は操作者がコメントを残すために利用される。診断開始ボタンa6は診断を開始するために利用される。入力クリアボタンa7は診断画面21aにおいて入力された内容をクリアするために利用される。なお熱画像表示欄a3に表示された熱画像には、太陽電池アレイ3もしくはその一部の熱画像の他、周囲の環境も表示される。   FIG. 2B is a diagram showing a diagnostic screen 21 a of the display unit 21. The diagnosis screen 21a includes a thermal image display field a3, a module number input field a4, an operation comment field a5, a diagnosis start button a6, and an input clear button a7. The captured thermal image is displayed in the thermal image display field a3. In the module number input field a4, the matrix number of the solar cell modules 300 is input. The operation comment field a5 is used by an operator to leave a comment. The diagnosis start button a6 is used for starting diagnosis. The input clear button a7 is used to clear the contents input on the diagnostic screen 21a. The thermal image displayed in the thermal image display field a3 displays the surrounding environment in addition to the solar cell array 3 or a part of the thermal image.

図2Cは表示部21の診断履歴画面21bを示した図である。診断履歴画面21bでは、診断画像一覧b1、切出画像b2、熱画像情報b3、診断結果b4、及び類似度b5を表示する。診断画像一覧b1は、それまで撮影された熱画像一覧をリスト形式で表示する。診断画像一覧b1の中から選択された1つの熱画像について、切出画像b2、熱画像情報b3、及び診断結果b4が表示される。切出画像b2は、モジュール抽出部23により太陽電池モジュール300単位で切り出された熱画像を表示する。図2Cにおいては2つの太陽電池モジュール300が切出画像b2として表示されている。熱画像情報b3は、診断画面21aで入力したコメント、及び診断元の画像ファイルのELIF情報がある場合に表示する。診断結果b4は、撮影された熱画像のパネル番号(太陽電池モジュール番号)b6、撮影された熱画像と診断パターンとの類似度b5、及び判定結果b7を、太陽電池モジュール300ごとにリスト形式で表示する。パネル番号(太陽電池モジュール番号)b6とは、切り出した各太陽電池モジュール300ごとに番号を振ったものであり、診断結果b4には各太陽電池モジュール300(パネル番号b6)ごとに、類似度b5と判定結果b7が表示され、判定結果b7には類似度b5の中で最も類似度が高い診断パターンが表示される。診断パターンは状態01〜状態06の6種類あり(各診断パターンの詳細については後述)、診断結果b4には各診断パターンとの類似度b5が各々表示される。類似度1の欄に表示される値は、状態01である可能性を示す数値(状態01の類似度)であり、類似度2の欄に表示される値は、状態02である可能性を示す数値(状態02の類似度)であり、類似度3の欄に表示される値は、状態03である可能性を示す数値(状態03の類似度)であり、類似度4の欄に表示される値は、状態04である可能性を示す数値(状態04の類似度)であり、類似度5の欄に表示される値は、状態05である可能性を示す数値(状態05の類似度)であり、類似度6の欄に表示される値は、状態06である可能性を示す数値(状態06の類似度)である。メモ欄b8には、そのことが分かりやすくなるよう、各類似度1〜6に状態01〜06のどれが対応するかが表示されている。
例えば図2Cであれば、2つの太陽電池モジュール300が切り出されており、各太陽電池モジュール300ごとにパネル番号1、パネル番号2として番号が割り振られる。パネル番号1とされた太陽電池モジュール300に関して、類似度b5の欄に、類似度1の値(状態01の類似度)、類似度2の値(状態02の類似度)、類似度3の値(状態03の類似度)、類似度4の値(状態04の類似度)、類似度5の値(状態05の類似度)、類似度6の値(状態06の類似度)が表示される。類似度1〜6(状態01〜06の類似度)の中で、最も数値の高い状態(診断パターン)が判定結果b7として表示される。パネル番号2も同様である。上記状態01〜06である可能性を示す数字は、後述する人工知能を用いて類似度が算出される(第3の実施の形態)。
FIG. 2C is a diagram showing a diagnosis history screen 21 b of the display unit 21. On the diagnosis history screen 21b, a diagnosis image list b1, a cut image b2, thermal image information b3, a diagnosis result b4, and a similarity b5 are displayed. The diagnostic image list b1 displays a list of thermal images taken so far in a list format. For one thermal image selected from the diagnostic image list b1, a cut image b2, thermal image information b3, and a diagnostic result b4 are displayed. The cut image b2 displays a thermal image cut by the module extraction unit 23 in units of 300 solar cell modules. In FIG. 2C, two solar cell modules 300 are displayed as the cutout image b2. The thermal image information b3 is displayed when there is a comment input on the diagnosis screen 21a and ELIF information of the image file of the diagnosis source. The diagnosis result b4 includes the panel number (solar cell module number) b6 of the captured thermal image, the similarity b5 between the captured thermal image and the diagnostic pattern, and the determination result b7 in a list format for each solar cell module 300. indicate. The panel number (solar cell module number) b6 is a number assigned to each cut out solar cell module 300, and the diagnosis result b4 has a similarity b5 for each solar cell module 300 (panel number b6). And the determination result b7 is displayed, and the diagnosis pattern having the highest similarity in the similarity b5 is displayed in the determination result b7. There are six types of diagnosis patterns, state 01 to state 06 (details of each diagnosis pattern will be described later), and the diagnosis result b4 displays the similarity b5 to each diagnosis pattern. The value displayed in the similarity 1 column is a numerical value indicating the possibility of the state 01 (similarity of the state 01), and the value displayed in the similarity 2 column indicates the possibility of the state 02. The value displayed in the similarity 3 column is a numerical value indicating the possibility of the state 03 (similarity in the state 03), and is displayed in the similarity 4 column. The value to be displayed is a numerical value indicating the possibility of the state 04 (similarity of the state 04), and the value displayed in the similarity 5 column is a numerical value indicating the possibility of the state 05 (similarity of the state 05) The value displayed in the similarity 6 column is a numerical value (similarity in state 06) indicating the possibility of being in state 06. In the memo field b8, which of the states 01 to 06 corresponds to each of the similarities 1 to 6 is displayed so that it can be easily understood.
For example, in FIG. 2C, two solar cell modules 300 are cut out, and numbers are assigned as panel number 1 and panel number 2 for each solar cell module 300. Regarding the solar cell module 300 with the panel number 1, the similarity b5 column includes a value of similarity 1 (similarity in state 01), a value of similarity 2 (similarity in state 02), and a value of similarity 3 (Similarity of state 03), value of similarity 4 (similarity of state 04), value of similarity 5 (similarity of state 05), value of similarity 6 (similarity of state 06) are displayed. . Among the similarities 1 to 6 (similarities in states 01 to 06), the state having the highest numerical value (diagnostic pattern) is displayed as the determination result b7. The same applies to panel number 2. For the numbers indicating the possibility of the states 01 to 06, the similarity is calculated by using an artificial intelligence described later (third embodiment).

入力部22は、例えばマウスやキーボード等であり、使用者によって操作され、熱画像の選択や太陽電池モジュール300の数の入力等に用いられる(図2A,図2B)。診断対象となる熱画像は、入力部22で指定することで、診断画面21aに表示する。好ましくは、マウス操作によるドラッグアンドドロップ又はクリックにより指定して表示する(図2B)。
表示された熱画像をもとに、マウス操作によって太陽電池モジュール300の最外郭の4点(最外郭点m1,m2,m3,m4)の座標を範囲指定する。最外郭点とは、表示された熱画像の中に、1つの太陽電池モジュール300としてその全体を切り出し可能な太陽電池モジュール300が1つ以上存在する時、直線的に切り出すことのできる太陽電池モジュール300の4つの頂点を指す。例えば図2Bであれば、熱画像表示欄a3に表示された熱画像には、1つの太陽電池モジュール300としてその全体を切り出し可能な太陽電池モジュール300は2つ存在しており、これらの2つの太陽電池モジュール300は、最外郭点m1と最外郭点m2とを結ぶ直線(切出画像では横線となる)と、最外郭点m1と最外郭点m3とを結ぶ直線(切出画像では縦線となる)と、最外郭点m2と最外郭点m4とを結ぶ直線(切出画像では縦線となる)と、最外郭点m3と最外郭点m4とを結ぶ直線(切出画像では横線となる)とによって、台形形状として直線的に切り出すことができる。この台形形状として直線的に切り出された2つの太陽電池モジュール300は、モジュール抽出部23によって各々1つの太陽電池モジュール300として抽出され、各々長方形状に補正されることで、診断履歴画面21b上では2つの切出画像b2として長方形状に表示される(図2C)。
なお、上述の太陽電池モジュール300の抽出時、一度に診断するためには最外郭点(図2Bであればm1,m2,m3,m4)を選ぶことが好ましいが、必ずしも最外郭点を選ぶ必要はなく、例えば1つの太陽電池モジュール300の4つの頂点を選び、1つの太陽電池モジュール300だけを切り出して診断してもよい。例えば図2Bであれば、最外郭点m1と、最外郭点m2と、頂点m5と、頂点m6の4つの頂点を選ぶことで4点の座標を範囲指定して、1つの太陽電池モジュール300のモジュール抽出及び診断を行うことができる。同様に最外郭点m3と、最外郭点m4と、頂点m5と、頂点m6の4つの頂点により4点の座標を範囲指定して、1つの太陽電池モジュール300のモジュール抽出及び診断を行うことができる。
モジュール数入力欄a4には、切り出した太陽電池モジュール300の数を行列数で入力する(図2B)。操作コメント欄a5には必要に応じて特記事項等のコメントを入力する。診断開始ボタンa6により診断開始の入力を行う。
The input unit 22 is a mouse or a keyboard, for example, and is operated by a user and used for selecting a thermal image, inputting the number of solar cell modules 300, and the like (FIGS. 2A and 2B). The thermal image to be diagnosed is displayed on the diagnostic screen 21 a by being designated by the input unit 22. Preferably, it is specified and displayed by drag and drop or click by mouse operation (FIG. 2B).
Based on the displayed thermal image, the range of coordinates of the four outermost points (outermost points m1, m2, m3, m4) of the solar cell module 300 is designated by a mouse operation. The outermost point is a solar cell module that can be cut out linearly when there are one or more solar cell modules 300 that can be cut out as a single solar cell module 300 in the displayed thermal image. It refers to the four vertices of 300. For example, in FIG. 2B, there are two solar cell modules 300 that can be cut out as a single solar cell module 300 in the thermal image displayed in the thermal image display field a3. The solar cell module 300 has a straight line connecting the outermost point m1 and the outermost point m2 (a horizontal line in the cut image) and a straight line connecting the outermost point m1 and the outermost point m3 (a vertical line in the cut image). ), The straight line connecting the outermost contour point m2 and the outermost contour point m4 (vertical line in the cut image), and the straight line connecting the outermost contour point m3 and the outermost contour point m4 (horizontal line in the cut image) Can be cut out linearly as a trapezoidal shape. The two solar cell modules 300 cut out linearly as this trapezoidal shape are each extracted as one solar cell module 300 by the module extraction unit 23 and corrected to a rectangular shape, so that on the diagnosis history screen 21b. Two cutout images b2 are displayed in a rectangular shape (FIG. 2C).
In addition, it is preferable to select the outermost points (m1, m2, m3, and m4 in the case of FIG. 2B), but it is necessary to select the outermost points at the time of extraction of the solar cell module 300 described above. Instead, for example, four vertices of one solar cell module 300 may be selected and only one solar cell module 300 may be cut out for diagnosis. For example, in FIG. 2B, by selecting four vertices of the outermost contour point m1, the outermost contour point m2, the vertex m5, and the vertex m6, the range of coordinates of the four points is specified, and one solar cell module 300 Module extraction and diagnosis can be performed. Similarly, module extraction and diagnosis of one solar cell module 300 can be performed by specifying a range of coordinates of four points by the four vertices of the outermost contour point m3, the outermost contour point m4, the vertex m5, and the vertex m6. it can.
In the module number input field a4, the number of cut-out solar cell modules 300 is input as a matrix number (FIG. 2B). In the operation comment field a5, comments such as special notes are input as necessary. The diagnosis start button a6 is used to input diagnosis start.

モジュール抽出部23は、入力部22によって指定された太陽電池モジュール300の最外郭の4点の座標、及び太陽電池モジュール300の数に基づき、太陽電池モジュール300を自動抽出し、例えば長方形などの診断に適した画像に補正する(図2A)。
熱画像診断部2は、撮影された熱画像中から太陽電池モジュール300又は太陽電池アレイに該当する画像を自動又は手動で抽出及び歪み補正するモジュール抽出部23を備え、モジュール抽出部23が熱画像を自動又は手動で抽出及び歪み補正する。例えば、太陽電池モジュールは長方形であるが、撮影する角度、距離によっては熱画像として得られる太陽電池モジュールの形状が台形等になり診断精度が低下するため、そのような事態を回避できるよう、従来の方法では太陽電池アレイの配置もしくは角度等、または熱画像撮影部の配置もしくは角度等を予め規定することで、太陽電池モジュールの形状が長方形となるように撮影する配置構成として撮影する。
The module extraction unit 23 automatically extracts the solar cell modules 300 based on the coordinates of the outermost four points of the solar cell module 300 specified by the input unit 22 and the number of the solar cell modules 300, for example, a diagnosis such as a rectangle (FIG. 2A).
The thermal image diagnosis unit 2 includes a module extraction unit 23 that automatically or manually extracts and distorts an image corresponding to the solar cell module 300 or the solar cell array from the captured thermal image. Are extracted and distortion corrected automatically or manually. For example, the solar cell module is rectangular, but depending on the shooting angle and distance, the shape of the solar cell module obtained as a thermal image becomes a trapezoid or the like and the diagnostic accuracy is lowered. In this method, the arrangement or angle of the solar cell array, or the arrangement or angle of the thermal image capturing unit is defined in advance, and the solar cell module is photographed as an arrangement configuration in which the shape of the solar cell module is rectangular.

モジュール抽出部23は複数の太陽電池モジュール300を抽出する構成としてもよい。この場合、複数台の太陽電池モジュール300(例えばストリング30)を抽出し、順次診断する方法か、または複数台の太陽電池モジュール300を抽出し、複数台の太陽電池モジュール300(例えばストリング30)単位で診断する方法が考えられる。   The module extraction unit 23 may extract a plurality of solar cell modules 300. In this case, a method of extracting and sequentially diagnosing a plurality of solar cell modules 300 (for example, string 30), or extracting a plurality of solar cell modules 300 and uniting a plurality of solar cell modules 300 (for example, string 30). A method of diagnosis by using the

熱画像として写し出された、太陽電池(例えば太陽電池アレイ3、太陽電池ストリング30、太陽電池モジュール300、及び/または太陽電池セル300a)に該当する画像部分は、熱画像撮影部1の撮影角度、太陽電池の設置角度、及び熱画像撮影部1と太陽電池との距離により、サイズや形状が変化する。そのため熱画像として写し出された太陽電池モジュール300に該当する画像部分は毎回異なるサイズや形状等となるが、モジュール抽出部23によって熱画像から太陽電池モジュール300に該当する画像部分を抽出し、例えば長方形などの解析に適した画像に自動的に補正することで、熱画像撮影時においてサイズや形状が異なる他の太陽電池モジュール300との比較が可能となる。これにより、太陽電池モジュール300の診断パターンの正確な分類が可能となる。   The image portion corresponding to the solar cell (for example, the solar cell array 3, the solar cell string 30, the solar cell module 300, and / or the solar cell 300a) projected as a thermal image is an imaging angle of the thermal image capturing unit 1, The size and shape change depending on the installation angle of the solar cell and the distance between the thermal image capturing unit 1 and the solar cell. Therefore, the image portion corresponding to the solar cell module 300 projected as a thermal image has a different size and shape each time, but the module extraction unit 23 extracts the image portion corresponding to the solar cell module 300 from the thermal image, for example, a rectangular shape. By automatically correcting to an image suitable for analysis such as the above, it is possible to compare with other solar cell modules 300 having different sizes and shapes at the time of thermal image capturing. Thereby, the accurate classification | category of the diagnostic pattern of the solar cell module 300 is attained.








表1は、本実施形態の太陽電池診断システム100の診断パターン(パターン化判定)を説明する表である。表2は、上記パターン化判定に用いる熱画像に表れる高温・発熱の症状と原因の例である。   Table 1 is a table | surface explaining the diagnostic pattern (patterning determination) of the solar cell diagnostic system 100 of this embodiment. Table 2 shows an example of symptoms and causes of high temperature / fever appearing in the thermal image used for the patterning determination.

判定部24は、太陽電池モジュール300の状態を、太陽電池モジュール300内のバイパス回路の状態と、太陽電池モジュール300内の発電回路の状態とに分けて診断パターンを2種類に分類する(図2A)。また判定部24は、太陽電池モジュール300内のバイパス回路の状態を、正常、短絡、及び開放に分けて診断パターンを3種類に分類し、太陽電池モジュール300内の発電回路の状態を、正常、及び開放に分けて診断パターンを2種類に分類する。また判定部24は、該バイパス回路の該3種類の診断パターンと、該発電回路の該2種類の診断パターンとを組み合わせて、太陽電池モジュール300の診断パターンを計6種類に分類する。なお診断パターンは6種類以上あっても良く、診断パターンを追加することで、6パターン以外の太陽電池状態も診断できるようになる。   The determination unit 24 classifies the state of the solar cell module 300 into two types according to the state of the bypass circuit in the solar cell module 300 and the state of the power generation circuit in the solar cell module 300 (FIG. 2A). ). The determination unit 24 classifies the state of the bypass circuit in the solar cell module 300 into normal, short-circuited, and open, and classifies the diagnosis pattern into three types. The state of the power generation circuit in the solar cell module 300 is normal, The diagnosis pattern is classified into two types by dividing into open and open. The determination unit 24 combines the three types of diagnostic patterns of the bypass circuit and the two types of diagnostic patterns of the power generation circuit to classify the diagnostic patterns of the solar cell module 300 into a total of six types. There may be six or more types of diagnostic patterns. By adding diagnostic patterns, it is possible to diagnose solar cell states other than the six patterns.

本発明において「バイパス回路」とは、太陽電池モジュール300内のバイパス回路を指す。例えば、特定のクラスタ300Aに故障や異常が発生した場合、該クラスタ300Aを構成する各太陽電池セル300aには電流が流れず、迂回して、該クラスタ300Aが接続する1つのバイパスダイオード300bを電流が通過する場合があるが、このようなバイパスダイオード300bを介する回路を指す。バイパス回路の状態のうち、「短絡」とは、バイパス回路の短絡故障を指す。バイパス回路の状態のうち、「開放」とは、開放(断線)故障を指す。バイパス回路の状態のうち、「正常」とは、短絡故障、及び/又は開放故障が生じていない、正常状態を指す。バイパス回路は、発電回路に問題が生じた際、発電回路を迂回して電流を流すように働く。例えば、あるクラスタ300Aに影がかかり、発電不能となった場合、バイパス回路に電流を流すことによって、影となったクラスタ300Aに電流が流れてエネルギ損失を回避できる。   In the present invention, the “bypass circuit” refers to a bypass circuit in the solar cell module 300. For example, when a failure or abnormality occurs in a specific cluster 300A, no current flows through each of the solar cells 300a constituting the cluster 300A, and the current bypasses one bypass diode 300b connected to the cluster 300A. May refer to a circuit through such a bypass diode 300b. Of the states of the bypass circuit, “short circuit” refers to a short circuit failure of the bypass circuit. Among the states of the bypass circuit, “open” indicates an open (disconnection) failure. Of the states of the bypass circuit, “normal” refers to a normal state in which a short circuit failure and / or an open failure has not occurred. The bypass circuit works so as to flow current by bypassing the power generation circuit when a problem occurs in the power generation circuit. For example, when a shadow is applied to a certain cluster 300A and power generation becomes impossible, a current flows through the cluster 300A which is shaded by passing a current through the bypass circuit, and energy loss can be avoided.

本発明において「発電回路」とは、太陽電池モジュール300内の発電回路を指す。例えば、特定のクラスタ300Aに故障や異常が発生していない通常の場合、該クラスタ300Aを構成する各セルには電流が流れるが、このような各太陽電池セル300aを介する回路を指す。発電回路の発熱・高温の状態のうち、「開放」とは、開放(断線)故障を指し、例えば発電回路が物理的に切れている状態、又は、発電回路を構成する材料の不良等に起因して電気的に切れている状態等であり、通電できない又は通電の確認ができない状態を指す。発電回路の発熱・高温の状態のうち、「正常」とは、開放故障が生じていない、正常、を指す。   In the present invention, the “power generation circuit” refers to a power generation circuit in the solar cell module 300. For example, in a normal case where no failure or abnormality has occurred in a specific cluster 300A, a current flows through each cell constituting the cluster 300A, but this indicates a circuit through each such solar cell 300a. Among the heat generation / high temperature states of the power generation circuit, “open” refers to an open (disconnection) failure, for example, due to a state where the power generation circuit is physically disconnected or a defect in the material constituting the power generation circuit. In other words, it is a state in which the power is cut off, and the state where the power cannot be supplied or the power supply cannot be confirmed. Among the heat generation / high temperature states of the power generation circuit, “normal” refers to normal in which an open circuit failure has not occurred.

判定部24では、熱画像が抽出及び補正されて熱画像蓄積部26に蓄積された太陽電池の熱画像をもとにして、合計6種類の診断パターンを正しく分類判定できるように、特徴抽出の最適化が手動及び/または自動で行われる。判定部24では、最適化された該特徴量を利用して、診断対象となる熱画像と各診断パターンとがどれだけ類似しているかを表す類似度を算出する。算出された各診断パターンとの類似度は通知部27及びフィードバック部25に出力される。各診断パターンとの類似度が各々算出されることにより、太陽電池モジュール300内部の状態を6パターンに分類することが可能となる。   The determination unit 24 performs feature extraction so that a total of six types of diagnosis patterns can be correctly classified and determined based on the thermal images of the solar cells extracted and corrected and stored in the thermal image storage unit 26. Optimization is performed manually and / or automatically. The determination unit 24 uses the optimized feature amount to calculate a similarity indicating how similar the thermal image to be diagnosed and each diagnosis pattern are. The calculated similarity with each diagnosis pattern is output to the notification unit 27 and the feedback unit 25. By calculating the degree of similarity with each diagnostic pattern, the state inside the solar cell module 300 can be classified into six patterns.

ここで「特徴量」とは、そのデータが持つ「特徴」を数値化又は数式化したものを指す。「特徴」とは、例えば、データが画像であれば被写体の大きさ、形状、配置、頂点の位置、色、及び輝度など、該画像に何が写っているかを判定するために必要となり得る要素全てを指す。この特徴を抽出することを「特徴抽出」と呼び、「特徴抽出」とは、すなわち対象となる画像や文章等の非定型データから正しく判定及び分類するのに有効と思われる特徴を取り出すことを指す。また、前記「類似度」を「特徴量」に含めることもできる。   Here, the “feature amount” refers to a numerical value or mathematical expression of the “feature” possessed by the data. “Feature” means, for example, if the data is an image, an element that may be necessary to determine what is reflected in the image, such as the size, shape, arrangement, vertex position, color, and brightness of the subject. All points. This feature extraction is called “feature extraction”. In other words, “feature extraction” refers to extracting features that are considered to be effective in correctly judging and classifying from atypical data such as images and sentences. Point to. In addition, the “similarity” can be included in the “feature amount”.

本発明では、太陽電池モジュール300内のバイパス回路の発熱状態と発電回路の発熱状態から、ホットスポットと呼ばれる点状の異常発熱状態や帯状に表れるホットストライプと呼ぶ線状の異常発熱状態を、特徴として特徴抽出する。又、太陽電池モジュール300内のバイパス回路の発熱状態と発電回路の発熱状態を特徴としてもよく、解析アルゴリズムにより特徴量を算出して分類判定することで特徴抽出する。   In the present invention, from the heat generation state of the bypass circuit in the solar cell module 300 and the heat generation state of the power generation circuit, a point-like abnormal heat generation state called a hot spot and a linear abnormal heat generation state called a hot stripe appearing in a strip shape are characterized. As feature extraction. Further, the heat generation state of the bypass circuit in the solar cell module 300 and the heat generation state of the power generation circuit may be characterized, and feature extraction is performed by calculating and classifying the feature amount using an analysis algorithm.

特徴抽出の方法は、特に限定はされないが、例えば従来の機械学習手法により人間が行っても良く、深層学習(Deep learning)により自動で行っても良い。従来の機械学習手法により人間が特徴抽出の方法を設計する場合、特徴量としては例えば従来から知られているSIFT特徴量やSURF特徴量等の特徴量を用い、その特徴量を基に分類アルゴリズムにかけて分類するという方法が考えられる。また深層学習による自動で特徴抽出を行う方法では、特徴抽出がアルゴリズムに組み込まれ、例えば重み付けや特徴量の最適化など、抽出すべき特徴の選択自体も機械に学習させるため、人間による特徴量の設定等の必要なく、データの分類判定が可能である。   The feature extraction method is not particularly limited, but may be performed by a human using a conventional machine learning method or automatically by deep learning. When humans design feature extraction methods using conventional machine learning techniques, for example, feature quantities such as SIFT feature quantities and SURF feature quantities that are conventionally known are used as feature quantities, and a classification algorithm based on the feature quantities It is possible to classify them over the period. In addition, in the method of automatic feature extraction by deep learning, feature extraction is built into the algorithm, and the selection of features to be extracted itself, such as weighting and feature optimization, is learned by the machine. Data classification can be determined without setting.

フィードバック部25は、診断結果の熱画像データを再度学習データとして利用するフィードバック工程のために設けられ、学習データの蓄積数を増やすことで診断精度を向上させる(図2A)。   The feedback unit 25 is provided for a feedback process in which the thermal image data of the diagnosis result is used again as learning data, and improves diagnosis accuracy by increasing the number of accumulated learning data (FIG. 2A).

熱画像蓄積部26は、判定部24により診断が行われた熱画像を、抽出された特徴量及び算出された類似度のデータとともに、データとして蓄積する(図2A)。また以前に撮影されてモジュール抽出部23により抽出、及び補正された太陽電池モジュール300の熱画像も、特徴量及び類似度のデータとともに蓄積されている。なお、クラウド型の熱画像蓄積部26を本発明に適用することが好適である。熱画像の蓄積が増すことで、正確な診断が可能となる。また、熱画像蓄積部26に蓄積する熱画像を、特定の太陽光発電設備、又は特定の型式の太陽電池モジュール300とすることで、特定の太陽光発電設備、特定の型式の太陽電池モジュール300の診断に特化した診断精度の高い診断システムを構築できる。   The thermal image accumulation unit 26 accumulates the thermal image diagnosed by the determination unit 24 as data together with the extracted feature amount and the calculated similarity data (FIG. 2A). In addition, the thermal image of the solar cell module 300 previously captured, extracted and corrected by the module extraction unit 23 is also stored together with the feature amount and similarity data. Note that the cloud-type thermal image storage unit 26 is preferably applied to the present invention. Accurate diagnosis is possible by increasing the accumulation of thermal images. Further, the thermal image stored in the thermal image storage unit 26 is a specific solar power generation facility or a specific type of solar cell module 300, so that the specific solar power generation facility or the specific type of solar cell module 300 is used. It is possible to build a diagnostic system with high diagnostic accuracy specialized in the diagnosis.

通知部27は、診断が行われた太陽電池モジュール300の熱画像について、算出された各診断パターンとの類似度を表示部21に表示する(図2A)。   The notification unit 27 displays, on the display unit 21, the degree of similarity with each calculated diagnostic pattern for the thermal image of the solar cell module 300 that has been diagnosed (FIG. 2A).

(第2の実施の形態) (Second Embodiment)

図3は、太陽電池診断システム100の一構成例を示すブロック図である。熱画像診断部2は、モジュール抽出部23、温度スケール設定部28、判定部24、フィードバック部25、熱画像蓄積部26、及び通知部27を備える。第1の実施例と重複する説明は省略する。   FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of the solar cell diagnostic system 100. The thermal image diagnosis unit 2 includes a module extraction unit 23, a temperature scale setting unit 28, a determination unit 24, a feedback unit 25, a thermal image storage unit 26, and a notification unit 27. A duplicate description with the first embodiment is omitted.

第2の実施例では、温度スケール設定部28を備え、モジュール抽出部23から、温度スケール設定部28を介して、熱画像撮影部へ最適な温度スケールの情報が出力される。   In the second embodiment, a temperature scale setting unit 28 is provided, and optimum temperature scale information is output from the module extraction unit 23 to the thermal image capturing unit via the temperature scale setting unit 28.

モジュール抽出部23は、撮影した熱画像の中から、太陽電池アレイ3、ストリング30、及び/又は太陽電池モジュール300を抽出し、温度スケール設定部28に出力する。温度スケール設定部28は、抽出された太陽電池全体の温度分布範囲、又は太陽電池の所望の一部、例えば太陽電池モジュール300の温度分布範囲が、包括的に含まれる範囲に温度スケールを自動で設定する。設定された温度スケールは、熱画像撮影部1に出力される。熱画像撮影部1では、設定された温度スケールに基づき、熱画像を再度撮影する。   The module extraction unit 23 extracts the solar cell array 3, the string 30, and / or the solar cell module 300 from the captured thermal image, and outputs it to the temperature scale setting unit 28. The temperature scale setting unit 28 automatically sets the temperature scale within a range in which the extracted temperature distribution range of the entire solar cell or a desired part of the solar cell, for example, the temperature distribution range of the solar cell module 300 is comprehensively included. Set. The set temperature scale is output to the thermal image capturing unit 1. The thermal image capturing unit 1 captures a thermal image again based on the set temperature scale.

これにより、太陽電池に対して高分解能な温度スケールの熱画像が得られる。また従来よりも小さな温度差を認識できるようになり、その後の判定精度を高めることができる。   Thereby, the thermal image of a high-resolution temperature scale is obtained with respect to a solar cell. Further, it becomes possible to recognize a temperature difference smaller than that in the prior art, and the subsequent determination accuracy can be improved.

また、第1の実施例では、太陽電池モジュール300の抽出の一部である、太陽電池モジュール300の最外郭の4点の座標の範囲指定、及び表示部21に表示された熱画像の太陽電池モジュール300の数の入力を、操作者が入力部22で行ったが、第2の実施例では、操作者を介することなく、モジュール抽出部23が自動で行う。すなわち、モジュール抽出部23は入力部22としての機能を含む。   In the first embodiment, the range of coordinates of the outermost four points of the solar cell module 300, which is part of the extraction of the solar cell module 300, and the solar cell of the thermal image displayed on the display unit 21 are used. The number of modules 300 is input by the operator using the input unit 22, but in the second embodiment, the module extraction unit 23 automatically performs the operation without using the operator. That is, the module extraction unit 23 includes a function as the input unit 22.

モジュール抽出部23は、1つの太陽電池モジュール300を自動で抽出する際、例えば画像処理で使用される直線検出手法を採用する。直線検出手法としては例えばHough変換(ハフ変換またはHough Transform)方法を用いて、太陽電池モジュール300の縦線m7及び横線m8(輪郭)の直線を検出し、さらにその交点を算出する事により太陽電池モジュール300の最外郭の4点を自動で算出する。ここで最外郭の4点(最外郭点)とは、第1の実施の形態で上述したように、表示された熱画像の中に、1つの太陽電池モジュール300としてその全体を切り出し可能な太陽電池モジュール300が1つ以上存在する時、直線的に切り出すことのできる太陽電池モジュール300の4つの頂点を指す(図2B)。また太陽電池モジュール300の縦線m7とは、左右に2つに並べた太陽電池モジュール300と太陽電池モジュール300との間に生じた直線的隙間を指し、陰となることで温度が低くなっている部分である(図2B)。また太陽電池モジュール300の横線m8とは、上下に2つに並べた太陽電池モジュール300と太陽電池モジュール300との間に生じた直線的隙間を指し、陰となることで温度が低くなっている部分である(図2B)。またモジュール抽出部23は、最外郭の交点の数に応じて、表示部21に表示された熱画像の太陽電池モジュール300の数を自動で算出する。   When the module extraction unit 23 automatically extracts one solar cell module 300, for example, a straight line detection method used in image processing is employed. As a straight line detection method, for example, a Hough transform (Hough transform or Hough Transform) method is used to detect a straight line of vertical lines m7 and horizontal lines m8 (contour) of the solar cell module 300, and further calculate the intersection of the solar cells Four points at the outermost part of the module 300 are automatically calculated. Here, the four outermost points (outermost points) are the suns that can be cut out as a single solar cell module 300 in the displayed thermal image, as described above in the first embodiment. When one or more battery modules 300 exist, the four apexes of the solar cell module 300 which can be cut out linearly are pointed out (FIG. 2B). Further, the vertical line m7 of the solar cell module 300 refers to a linear gap generated between the solar cell module 300 and the solar cell module 300 arranged in two on the left and right, and the temperature is lowered by being shaded. (FIG. 2B). Further, the horizontal line m8 of the solar cell module 300 refers to a linear gap generated between the solar cell module 300 arranged in two vertically and the solar cell module 300, and the temperature is lowered by being shaded. Part (FIG. 2B). Moreover, the module extraction part 23 calculates automatically the number of the solar cell modules 300 of the thermal image displayed on the display part 21 according to the number of the outermost intersections.

第2の実施の形態では、ハフ(Hough)変換を用いた。太陽電池モジュール300の縦線m7及び横線m8の直線を検出し、さらにその交点を算出する事により太陽電池モジュール300の最外郭(輪郭)の4点を自動で算出する。なお第1の実施の形態と同様、必ずしも最外郭に限定されることはなく、太陽電池モジュール300の頂点(例えば、図2Bに示したm5やm6等)の自動算出であってもよい。図3に示すように、直線抽出部H11は、最外殻抽出部H11と、交点検出部H12とハフ変換部H13を備えて、これらの処理により前記モジュール抽出部23で前記特徴量が抽出されて、判定部24で判定される。XY座標系を持つ画像の任意の点を通る直線は、ハフ空間上の座標(θ、ρ)に変換される。ハフ空間の座標(θ、ρ)に変換される直線の数を2次元配列[θ][ρ]を用いて集計する。そして、2次元配列[θ][ρ]の中で所定の閾値を上回る集計値を有する座標(θ、ρ)から、XY座標系の直線を検出する。熱画像内のそれぞれの点がハフ空間内の座標(θ、ρ)に変換されたとき、前記対象画像内のそれぞれの点の特徴量の大きさによって重みづけされた値が集計値に加算される。なお、前記温度スケール設定部28での太陽電池モジュールの温度分布範囲の検出とともに、太陽電池モジュール300の最外郭(輪郭)の4点を自動で算出することも可能である(図3)。   In the second embodiment, Hough transformation is used. By detecting straight lines of the vertical line m7 and horizontal line m8 of the solar cell module 300, and further calculating intersections thereof, four points of the outermost contour (contour) of the solar cell module 300 are automatically calculated. Note that, as in the first embodiment, the outermost contour is not necessarily limited, and automatic calculation of the apex of the solar cell module 300 (for example, m5 and m6 shown in FIG. 2B) may be performed. As shown in FIG. 3, the straight line extraction unit H11 includes an outermost shell extraction unit H11, an intersection detection unit H12, and a Hough transform unit H13, and the module extraction unit 23 extracts the feature amount through these processes. The determination unit 24 determines this. A straight line passing through an arbitrary point of the image having the XY coordinate system is converted into coordinates (θ, ρ) in the Hough space. The number of straight lines converted into the coordinates (θ, ρ) of the Hough space is totaled using a two-dimensional array [θ] [ρ]. Then, a straight line in the XY coordinate system is detected from coordinates (θ, ρ) having a total value exceeding a predetermined threshold in the two-dimensional array [θ] [ρ]. When each point in the thermal image is converted into coordinates (θ, ρ) in the Hough space, a value weighted by the size of the feature amount of each point in the target image is added to the total value. The In addition to the detection of the temperature distribution range of the solar cell module by the temperature scale setting unit 28, it is also possible to automatically calculate four points of the outermost contour (contour) of the solar cell module 300 (FIG. 3).

撮影された熱画像には、太陽電池モジュール300のフレームに当たる部分又は太陽電池モジュール300間の温度が太陽電池表面の温度と異なる事が多く、直線的に表示されるため、上述のHough変換を用いることが可能である。診断対象の太陽電池モジュール300を自動で切り出し、太陽電池モジュール300の数を自動で算出することが可能となるため、操作者が介在する工程を省くことが可能になり、故障診断の自動化が達成でき、診断の迅速化に大きく寄与することができる。   In the captured thermal image, the temperature corresponding to the frame of the solar cell module 300 or the temperature between the solar cell modules 300 is often different from the temperature of the solar cell surface and is displayed linearly. It is possible. Since the solar cell module 300 to be diagnosed can be automatically cut out and the number of the solar cell modules 300 can be automatically calculated, it is possible to omit the process involving the operator and achieve automation of fault diagnosis. This can greatly contribute to speeding up the diagnosis.

(第3の実施の形態)
本実施の形態の太陽電池診断システム100は、判定部24では人工知能を用いて太陽電池モジュール300の状態、すなわち「特徴量」(類似度を含む)を判定する。また以下に記載する構成により従来容易に察知できなかったバイパスダイオード300bの異常と正常状態の分離が可能となり、さらには、f1−score 0.97の分類性能を示すことが可能となる。その他、本実施の形態の太陽電池診断システム100に係る構成に関し、第1、2の実施の形態と同様の構成は、説明が重複するため省略する。なお本実施の形態では、判定部24は、第1、2の実施の形態と同様、太陽電池モジュール300の状態を6パターンとして分類及び/または判定しているが、これに限定されず、6パターン以上あるいは6パターン以下のパターン数として分類及び/または判定しても良い。
(Third embodiment)
In the solar cell diagnosis system 100 of the present embodiment, the determination unit 24 determines the state of the solar cell module 300, that is, the “feature amount” (including similarity) using artificial intelligence. Further, the configuration described below makes it possible to separate the abnormality and normal state of the bypass diode 300b, which could not be easily detected in the past, and to show the classification performance of f1-score 0.97. In addition, regarding the configuration related to the solar cell diagnosis system 100 of the present embodiment, the same configuration as the first and second embodiments is not described because it is redundantly described. In the present embodiment, the determination unit 24 classifies and / or determines the state of the solar cell module 300 as six patterns as in the first and second embodiments, but is not limited to this. Classification and / or determination may be made as the number of patterns equal to or greater than 6 patterns or less.

「人工知能」とは一般に、コンピュータ等を用いて人工的に人間と同様の知能を実現させる試み、及び/またはその技術を指す。人工知能の一つとして機械学習があり、「機械学習」とは一般に、明示的にプログラムしなくても学習する能力をコンピュータに与える試み、及び/またはその技術を指す。機械学習の一つとして、多層構造のニューラルネットワークを用いた「深層学習(ディープラーニング)」がある。従来の機械学習では特徴量の抽出は人間が設計をして行うが、深層学習では、機械が自動でデータから特徴量を抽出し、取得する。ここで「特徴量」とは、人工知能の分野において学習データにどのような特徴があるのかを数値化したものを指す。深層学習における特徴量の自動抽出と取得にはAutoEncoderと呼ばれるニューラルネットワークが使われる。「AutoEncoder」は、入力層・中間層・出力層からなり、入力層と出力層に同じデータを用いて教師あり学習させるものである。AutoEncoderでは入力されたデータを出力で復元させることで、中間層では入力データが圧縮されて特徴が凝縮されるため、特徴量が自動で抽出されることとなる。なお、上記「特徴量」に後述する「類似度」を含めて、バイパス回路の短絡と開放や、発電回路の断線等の異常発熱状態を判定しても良い。
本発明の太陽電池診断方法では、太陽電池表面を熱画像として撮影する熱画像撮影ステップ(第1ステップ、S11)と、太陽電池モジュール又は太陽電池アレイの全体又は一部のバイパス回路の発熱状態と発電回路の発熱状態の特徴量を抽出する特徴量抽出ステップ(第2ステップ、S12)と、撮影された前記熱画像と熱画像に表れる異常発熱状態の前記特徴量との類似度を判定する判定ステップ(第3ステップ、S13)とを順次行う。そして、前記判定ステップ(第3ステップ、S13)において、故障(異常発熱状態)の類似度を判定したり、熱画像の歪みを判定したり、又、これらの組み合わせを判定したり、さらに、これらを人工知能の処理を行ったうえで判定する。
“Artificial intelligence” generally refers to an attempt to artificially realize intelligence similar to that of a human using a computer or the like and / or its technology. One type of artificial intelligence is machine learning, and “machine learning” generally refers to an attempt to give a computer the ability to learn without explicit programming and / or techniques thereof. One type of machine learning is “deep learning” using a multi-layered neural network. In conventional machine learning, a feature amount is extracted by human design, but in deep learning, a machine automatically extracts and acquires feature amounts from data. Here, the “feature amount” refers to a numerical value indicating what kind of features the learning data has in the field of artificial intelligence. A neural network called AutoEncoder is used for automatic feature extraction and acquisition in deep learning. “AutoEncoder” is composed of an input layer, an intermediate layer, and an output layer, and is used for supervised learning using the same data for the input layer and the output layer. In AutoEncoder, the input data is restored by output, and the input data is compressed and the features are condensed in the intermediate layer, so that the feature amount is automatically extracted. It should be noted that “similarity” to be described later may be included in the “feature amount” to determine an abnormal heat generation state such as a short circuit and an open circuit of the bypass circuit or a disconnection of the power generation circuit.
In the solar cell diagnostic method of the present invention, the thermal image capturing step (first step, S11) for capturing the surface of the solar cell as a thermal image, and the heat generation state of the entire or a part of the bypass circuit of the solar cell module or the solar cell array Judgment of determining the similarity between the feature amount extraction step (second step, S12) for extracting the feature amount of the heat generation state of the power generation circuit and the feature amount of the abnormal heat generation state that appears in the thermal image Steps (third step, S13) are sequentially performed. In the determination step (third step, S13), the similarity of the failure (abnormal heat generation state) is determined, the distortion of the thermal image is determined, the combination of these is determined, and further Is determined after artificial intelligence processing.

深層学習において中間層が複数層(2層以上)あるニューラルネットワークは、「ディープ・ニューラルネットワーク」と呼ばれる。ディープ・ニューラルネットワークの構造で教師有り学習を上手く行うモデルとして、畳み込みニューラルネットワーク(Convolution Neural Network)がある。「畳み込みニューラルネットワーク」では畳み込みのフィルタ処理により特徴量を抽出する手段が用いたられており、畳み込みニューラルネットワークがある。畳み込みニューラルネットワークの学習では、教師付き学習を前提として、バックプロパゲーション(誤差逆伝播法)を用いた勾配降下最適化法で学習する。中間層が複数層ある場合、バックプロパゲーションでは、一般に、不適切な極小解に収束してしまうことが知られている。そこで中間層を複数層とする際に、中間層はまず1層だけ作り、次に出力層を取り除いて中間層を入力層と見なし、中間層を新たにもう1層作り、積み上げる。このように繰り返して作る方法をStacked AutoEncoderと呼ぶ。Stacked AutoEncoderは、AutoEncoderを積み重ねたもので、ディープラーニングにおいて事前学習を行って特徴量を抽出する教師無し学習モデルの一つである。   A neural network having a plurality of intermediate layers (two or more layers) in deep learning is called a “deep neural network”. A convolutional neural network is a model that performs supervised learning well with a deep neural network structure. In the “convolutional neural network”, means for extracting a feature amount by convolution filter processing is used, and there is a convolutional neural network. In the learning of convolutional neural networks, learning is performed by a gradient descent optimization method using backpropagation (error back propagation method) on the premise of supervised learning. When there are a plurality of intermediate layers, it is known that backpropagation generally converges to an inappropriate minimum solution. Therefore, when the intermediate layer is made into a plurality of layers, only one intermediate layer is formed first, then the output layer is removed, the intermediate layer is regarded as the input layer, and another intermediate layer is formed and stacked. Such a method of making repeatedly is called a Stacked AutoEncoder. The Stacked AutoEncoder is a stack of AutoEncoders, and is one of unsupervised learning models that performs pre-learning in deep learning to extract feature quantities.

(深層学習による熱画像の分析)
熱画像の取得方法、精度向上に必須となるデータ拡張方式、提案分類器である畳み込みニューラルネットワークの構造を示す。
(Analysis of thermal images by deep learning)
A thermal image acquisition method, a data expansion method essential for accuracy improvement, and a convolutional neural network structure as a proposed classifier are shown.

本実施の形態では、深層学習を用いた故障診断の実現に向け、バイパス回路の状態(正常、開放、短絡)、発電回路の状態(正常、断線)が異なる6種類のモジュールを用意し、半年間の熱画像を蓄積した。蓄積したデータの中で、学習に適したと判断される1400枚の熱画像を本実施の形態の材料として利用した。   In this embodiment, six types of modules with different bypass circuit states (normal, open, short circuit) and power generation circuit states (normal, broken) are prepared for realization of fault diagnosis using deep learning. In between the thermal images were accumulated. Among the accumulated data, 1400 thermal images judged to be suitable for learning were used as the material of the present embodiment.

本実施の形態では、判定部24の構成として深層学習を選択し、なかでも畳み込みニューラルネットワークを採用した。すなわち、窓と畳み込み、及びpoolingなどを用いた位置依存性の解消、及びデータと誤差信号に基づき生成した特徴量を用いる等の、畳み込みニューラルネットワークを適用した。   In the present embodiment, deep learning is selected as the configuration of the determination unit 24, and a convolutional neural network is adopted among them. In other words, a convolutional neural network, such as elimination of position dependency using windows and convolutions, pooling, etc., and using feature values generated based on data and error signals was applied.

図11の状態01、03、06のように肉眼で容易に相違点が察知できない場合や、状態04、05のようにアフィン変換にて類似度が上昇するクラス同士が存在する場合などでは、従来の画像処理だけでは高い精度を出すことが難しくなる。熱画像における画像分類問題は、上記の問題に加え、特徴の位置依存性や特徴量の定義が難しいが、本実施の形態では判定部24において畳み込みニューラルネットワークを用いることによりこれらを解消できる。   In the case where the difference cannot be easily detected with the naked eye as in the states 01, 03, and 06 in FIG. 11 or in the case where there are classes in which the degree of similarity is increased by affine transformation as in the states 04 and 05, etc. It is difficult to achieve high accuracy only with this image processing. In addition to the above problems, the image classification problem in the thermal image is difficult to define the position dependency of the feature and the feature amount. However, in the present embodiment, these can be solved by using the convolution neural network in the determination unit 24.

学習用に蓄積した熱画像の総数が1400枚と深層ニューラルネットワークの学習には不十分である。このことから、本実施の形態では、P.Vincent,et al.,“Stacked denoising autoencoders:Learninguseful representations in a deep network with a local denoising criterion,”Journal of Machine Learning Research,pp.3371−3408,Dec.2010.の文献に示されるような、Stacked Auto−encoderの手法や、N.Srivastava,et al.,“Dropout:a simple way to prevent neural networks from overfitting,”Journal of Machine Learning Research,vol.15(1),pp.1929−1958,2014.の文献に示されるような、Dropoutの手法を導入して過学習や勾配消失の問題の緩和を図った。特に、過学習の問題を解決するために、適時データを拡張する手法についても検討した。   The total number of thermal images accumulated for learning is 1400, which is insufficient for learning of the deep neural network. For this reason, in this embodiment, P.I. Vincent, et al. , “Stacked denoising autoencoders: Learning useful representations in a deep network with a local de- ducing crea- tion,“ Journal of Machining Learning. 3371-3408, Dec. 2010. The Stacked Auto-encoder method as shown in Srivastava, et al. , "Dropout: a simple way to present neural networks from overfitting," Journal of Machine Learning Research, vol. 15 (1), pp. 1929-1958, 2014. The dropout method as shown in the above document was introduced to alleviate the problems of over-learning and gradient loss. In particular, to solve the problem of over-learning, a method for extending data in a timely manner was also examined.

以上の内容を踏まえ、以下では、1.熱画像データ蓄積、2.学習データの拡張、及び3.畳み込みニューラルネットワークについて、さらにその詳細を記載する。   Based on the above, the following Thermal image data accumulation, 2. 2. expansion of learning data; The details of the convolutional neural network will be described.

(1.熱画像データ蓄積に係る装置及び方法)
汎化能力を高めるためには、異なる状態の太陽電池モジュール300をさまざまな撮影条件の元で撮影し、熱画像データを蓄積する必要がある。しかし、太陽電池の熱画像の撮影においては、撮影条件によって太陽電池の発熱特性が全く現れない場合もあり、許容できる撮影条件についての検討が必要となる。
(1. Apparatus and method related to thermal image data storage)
In order to increase the generalization capability, it is necessary to shoot the solar cell module 300 in different states under various shooting conditions and accumulate thermal image data. However, in taking a thermal image of a solar cell, the heat generation characteristics of the solar cell may not appear at all depending on the shooting condition, and it is necessary to examine an acceptable shooting condition.

図4に、撮影角度αによる熱画像の差異を示す。本実施の形態で対象とするシリコン製の多結晶セルモジュールにはセル保護のためグラス製のウェハーが表面に取り付けられており鏡面反射が行われる。よって、撮影角度αによっては反射率が高くなり発熱を捉えられなくなり、撮影者や周りのビルなどの影が映り込む恐れもある。   FIG. 4 shows differences in thermal images depending on the shooting angle α. A glass wafer is attached to the surface of the polycrystalline cell module made of silicon, which is the object of the present embodiment, for cell protection, and specular reflection is performed. Therefore, depending on the shooting angle α, the reflectivity becomes high and heat generation cannot be captured, and there is a possibility that shadows of the photographer and surrounding buildings may be reflected.

実験的に、放射率がほぼ一定となる撮影角度αの範囲や放射率が急激に低下する撮影角度αの範囲を評価した。垂直方向、水平方向両方、太陽電池モジュール300の設置面の法線から50°までは放射率がほぼ一定と維持されるが、約60°を超えた時点では急激に放射率が低下した。赤外線サーモグラフィ等の撮影では、ガラス反射が太陽光の放射率に影響する。このため、熱画像(赤外線画像)の撮影の際には、法線からの偏角(撮影角度α)は50°以下を保つことを規定した。また、隣のビルや曇の影が写り込んだイメージは排除し、太陽電池モジュール300を真上から撮影した画像と同じパターンと見なされるデータだけを学習させるように手作業にて画像を選別した。熱画像撮影条件を以下の表3にまとめた。また、表4に、熱画像データ詳細として、クラス(状態)ごとの蓄積した熱画像数を示す。   Experimentally, the range of the shooting angle α in which the emissivity is almost constant and the range of the shooting angle α in which the emissivity rapidly decreases were evaluated. In both the vertical direction and the horizontal direction, the emissivity is maintained substantially constant up to 50 ° from the normal line of the installation surface of the solar cell module 300, but the emissivity suddenly decreased when it exceeded about 60 °. In photography such as infrared thermography, glass reflection affects the emissivity of sunlight. For this reason, when photographing a thermal image (infrared image), the deviation angle from the normal (imaging angle α) is defined to be 50 ° or less. Also, the image of the adjacent building and cloudy shadows were excluded, and the images were manually selected so that only the data considered to be the same pattern as the image taken from the top of the solar cell module 300 was learned. . The thermal image capturing conditions are summarized in Table 3 below. Table 4 shows the number of accumulated thermal images for each class (state) as the thermal image data details.

(2.学習データの拡張に係る装置及び方法:データ拡張(DataAugmentation))
データ拡張により学習データ数を増加させることができる。しかしながら、元データが持つ特性を十分に考慮しないと、モデルの汎化性能の低下及び精度低下を招くことになる。本実施の形態では、A.Krizhevsky,et al.,“Imagenet classification with deep convolutional neural networks,”Advances in Neural Information Processing Systems,vol.25,pp.1106−1114, 2012.の文献に示されるような、AlexNetの構造を参照するともに、太陽電池熱画像の本来の意味をなくさないように調整を加え、データ拡張を行う。
(2. Apparatus and method related to expansion of learning data: Data Augmentation)
The number of learning data can be increased by data expansion. However, if the characteristics of the original data are not fully taken into account, the generalization performance and accuracy of the model will be reduced. In this embodiment, A. Krizhevsky, et al. , "Imagenet classification with deep evolutional neural networks," Advanced in Neural Information Processing Systems, vol. 25, pp. 1106-1114, 2012. The data is extended by referring to the structure of AlexNet as shown in the above document and making adjustments so as not to lose the original meaning of the solar cell thermal image.

本実施の形態において発明者らの行ったデータ拡張の例を図5に示す。本実施の形態では、反転(上下反転)S1、ランダムクロップS2、回転変換S3の手法を用いる。   An example of data expansion performed by the inventors in this embodiment is shown in FIG. In the present embodiment, inversion (upside down) S1, random crop S2, and rotation transformation S3 are used.

まず、反転S1によるデータ拡張作業について述べる。今回設置した太陽電池モジュール300は発電回路とバイパス回路を加工しているが、一つの太陽電池モジュール300には3つのクラスタ300Aが含まれているため、クラスタ300A単位で発熱する場合は、同じ故障状態で発熱の位置だけが異なる場合も十分あり得る。一方、バイパスダイオード300bを格納するジャンクションボックス300cは太陽電池モジュール300ごとに一つしか存在しないため、その発熱に起因したホットスポットは非常に位置依存性が高い。これらのことから、反転S1によるデータ拡張作業においては上下反転S1だけを利用し、左右反転は利用しない。   First, the data expansion work by inversion S1 will be described. The solar cell module 300 installed this time has a power generation circuit and a bypass circuit. However, since one solar cell module 300 includes three clusters 300A, the same failure occurs when heat is generated in units of the clusters 300A. There may be cases where only the position of heat generation differs depending on the state. On the other hand, since there is only one junction box 300c for storing the bypass diode 300b for each solar cell module 300, the hot spot caused by the heat generation is very highly position dependent. For these reasons, only the upside down S1 is used in the data expansion work by the inversion S1, and the left / right inversion is not used.

次に、ランダムクロップS2と回転変換S3について述べる。太陽電池モジュール300ごとの熱画像において、熱画像の縁の部分は太陽電池モジュール300間の境界線(境界領域)を含む可能性が高く、含まない場合でも隣接する太陽電池モジュール300によって影響を受けている可能性があるため、内部状態の診断の際には無視することが望ましい。ランダムクロップS2と回転変換S3は、両方とも熱画像の縁の部分の有意性(熱画像において意味がある部分とみなされる可能性)を下げることに貢献する。ここでは、入力画像を縁から最大10%までランダムクロップS2しデータを拡張し、また各画像を±2.5°回転S3させることでさらにデータを拡張した。   Next, random crop S2 and rotation transformation S3 will be described. In the thermal image of each solar cell module 300, the edge portion of the thermal image is likely to include a boundary line (boundary region) between the solar cell modules 300, and even if not included, it is affected by the adjacent solar cell module 300. Therefore, it is desirable to ignore it when diagnosing internal conditions. Random crop S2 and rotational transformation S3 both contribute to reducing the significance of the edge portion of the thermal image (possibly considered a meaningful portion in the thermal image). Here, the data is expanded by random cropping S2 up to 10% from the edge of the input image, and the data is further expanded by rotating each image by ± 2.5 ° S3.

以上の作業から、1400枚のデータ中でテストセット280枚を除く1120枚のデータを5600枚に拡張した。   From the above work, 1120 data excluding 280 test sets were expanded to 5600 from 1400 data.

(3.畳み込みニューラルネットワークの導入に係る構造及び方法)
図6Aに、設計した畳み込みニューラルネットワーク240の構造を示す。本ネットワークは、入力層P1と出力層P4、またその間に5つの畳み込み層P2と2つの全結合層P3を有する。入力層P1と出力層P4のニューロン数はそれぞれ入力層P1が3×32×64=6144、出力層P4が1×6×1=6となる。出力層P4の各ニューロン数はそれぞれ表4の状態の数(状態01〜06)に対応する。出力層P4の活性化関数はsoftmax関数を採用し、入力画像が状態01〜06のどの状態に該当しているかを確率的に表す。
(3. Structure and method related to introduction of convolutional neural network)
FIG. 6A shows the structure of the designed convolutional neural network 240. This network has an input layer P1 and an output layer P4, and five convolution layers P2 and two full coupling layers P3 between them. The number of neurons in the input layer P1 and the output layer P4 is 3 × 32 × 64 = 6144 for the input layer P1 and 1 × 6 × 1 = 6 for the output layer P4. The number of neurons in the output layer P4 corresponds to the number of states in Table 4 (states 01 to 06). The activation function of the output layer P4 employs a softmax function, and indicates which state of the states 01 to 06 the input image corresponds to.

畳み込み層P2における最初の畳み込みP2aは、入力層P1に次いで位置する(図6A)。ここでは、5×5のサイズの窓を用い畳み込みを行い、16チャネルのフィルタを生成する。前述した境界線の問題や、ホットスポットとホットストライプが混在する特性などを考慮し、窓のスライド単位は1とし、zero−paddingは採択しない。最初の畳み込み層P2aに次いで、2×2サイズの窓を用いたmaxpooling層P2bを置く。さらに、32チャネルのフィルタを生成する畳み込み層P2cと2×2サイズの窓を持ったmaxpooling層P2dを置く。その後p=0.5のDropout層P2eを通した出力を1024次元の全結合P3に渡し、またp=0.5のDropout(P3a)を適用する。出力層P4以外の活性化関数はすべてReLUにて統一する。   The first convolution P2a in the convolution layer P2 is located next to the input layer P1 (FIG. 6A). Here, convolution is performed using a 5 × 5 size window to generate a 16-channel filter. Considering the above-mentioned problem of the boundary line and the characteristic of mixing hot spots and hot stripes, the window slide unit is set to 1, and zero-padding is not adopted. Next to the first convolution layer P2a, a maxpooling layer P2b using a 2 × 2 size window is placed. Further, a convolution layer P2c for generating a 32-channel filter and a maxpooling layer P2d having a 2 × 2 size window are placed. Thereafter, the output through the Dropout layer P2e with p = 0.5 is passed to the 1024-dimensional full coupling P3, and Dropout (P3a) with p = 0.5 is applied. All activation functions other than the output layer P4 are unified by ReLU.

この構造詳細はKrizhevskyらの、AlexNetの構造とほぼ同様であり、比較的に簡単な構造としているが、最初の畳み込み層P2aにおける特徴抽出にアンサンブル性を持たせない上、データの次元に比べクラスの数が少ないことを配慮しDropout(P3a)を全結合層P3にも適用した点で相違がある。また、タスクの複雑さや画素数を考慮して、元画像の0.4%の面積を持ったフィルタ(5×5、Small size filter)を持った構造を採用しているが、このフィルタのサイズは,セル単位の発熱として現れるホットスポットのサイズがおよそ5×5であり,クラスタのサイズがおよそ10×64であることから採用している。   The details of this structure are almost the same as the structure of AlexNet of Krizhevsky et al., But the structure is relatively simple. However, the feature extraction in the first convolutional layer P2a does not have an ensemble, and the class is larger than the data dimension. Considering the fact that the number of is less, the difference is that Dropout (P3a) is also applied to the entire coupling layer P3. In addition, considering the complexity of the task and the number of pixels, a structure having a filter (5 × 5, Small size filter) having an area of 0.4% of the original image is adopted. Is adopted because the size of the hot spot that appears as heat generation in cell units is approximately 5 × 5 and the size of the cluster is approximately 10 × 64.

(3−2.畳み込みニューラルネットワークによる判定方法)
図6Aを用いて、畳み込みニューラルネットワーク240により、太陽電池の熱画像の状態を状態01〜06に識別して診断する方法を説明する。太陽電池診断システム100の判定部24は畳み込みニューラルネットワーク240を備え、入力層P1に診断対象となる熱画像がデータとして入力される。入力層P1の熱画像は、畳み込み層P2を経て、全結合層P3で1024次元の特徴量が抽出される(図6B)。出力層P4は分類したいクラス(状態01〜06)と同じ数の6のユニットで構成され、かつ出力層P4では活性化関数のSoftmax関数が用いられるため、ニューラルネットワークの出力があたかも6種類の状態のうちのあるクラス(状態01〜06のいずれか)に属する確率を表しているものとして学習させることができる。すなわち、全結合層P3で抽出された1024次元の特徴量は、出力層P4において、診断対象となる入力画像が状態01〜06のどの状態に該当しているかを0〜1の数値の範囲で確率的に表され、グラフP5に出力されることとなる。なおグラフP5の横軸は、6つのクラス(状態)であり、縦軸はSoftmax関数の値である。
(3-2. Determination Method Using Convolutional Neural Network)
A method for identifying and diagnosing the state of the thermal image of the solar cell as states 01 to 06 using the convolutional neural network 240 will be described with reference to FIG. 6A. The determination unit 24 of the solar cell diagnostic system 100 includes a convolutional neural network 240, and a thermal image to be diagnosed is input as data to the input layer P1. The thermal image of the input layer P1 is extracted through the convolutional layer P2 and the 1024-dimensional feature quantity is extracted from the entire coupling layer P3 (FIG. 6B). The output layer P4 is composed of the same number of 6 units as the class to be classified (states 01 to 06), and the output layer P4 uses the softmax function of the activation function. Can be learned as representing the probability of belonging to a certain class (any one of states 01 to 06). In other words, the 1024-dimensional feature value extracted in all the coupling layers P3 indicates which state of the states 01 to 06 the input image to be diagnosed corresponds to within the numerical value range of 0 to 1 in the output layer P4. It is expressed probabilistically and output to the graph P5. The horizontal axis of the graph P5 is six classes (states), and the vertical axis is the value of the Softmax function.

本実施の形態において、判定部24で算出される「類似度」とは、Softmax関数による算出値(グラフP5の縦軸の数値)である。Softmax関数による算出値とは、一般に公知であるが、以下、Softmax関数による算出値を導出する一例を示す。   In the present embodiment, the “similarity” calculated by the determination unit 24 is a value calculated by the Softmax function (the numerical value on the vertical axis of the graph P5). The calculated value by the Softmax function is generally known, but an example of deriving the calculated value by the Softmax function is shown below.

一般に、人工ニューロンは1つ以上の入力を受け取り、それらを重み付けした総和uを活性化関数φに渡して出力yを生成する。まず、人口ニューロンへの全入力について各ノードに重み付けされた総和uは、nを入力数、wを重み付けベクトル、xを入力ベクトルとした時に、以下の数式(1)によりあらわされる。
In general, an artificial neuron receives one or more inputs and passes a weighted sum u to an activation function φ to generate an output y. First, the sum u weighted to each node for all inputs to the artificial neuron is expressed by the following equation (1), where n is the number of inputs, w is a weighting vector, and x is an input vector.

通常、この各ノードに重み付けがされた総和uが、活性化関数φに渡されて、出力yが算出される。例えば以下の数式(2)のように、出力yは、総和uにバイアス値bを加え、活性化関数φを通して算出される。
Usually, the sum u weighted by each node is passed to the activation function φ, and the output y is calculated. For example, as shown in the following formula (2), the output y is calculated through the activation function φ by adding the bias value b to the sum u.

ここで、活性化関数φがSoftmax関数の場合、活性化関数φは、Kをクラス数として、以下の数式(3)により表される。K個のクラスに分類するとして、出力はK個、総和は1となり、出力yはそのクラスに所属する確率と解釈できる。
Here, when the activation function φ is the Softmax function, the activation function φ is expressed by the following formula (3), where K is the number of classes. Assuming classification into K classes, the output is K, the sum is 1, and the output y can be interpreted as the probability of belonging to that class.

このようにして算出された出力yが、Softmax関数による算出値であり、本実施の形態において、判定部24で算出される「類似度」である。   The output y calculated in this way is a calculated value by the Softmax function, and is the “similarity” calculated by the determination unit 24 in the present embodiment.

なお、本実施の形態の類似度を使用して、図2Cで示すように、診断履歴画面に類似度を表示することができる。このとき、図2Cにおける類似度1の欄に表示される値は、状態01のクラスに所属する確率(状態01の類似度)であり、類似度2の欄に表示される値は、状態02のクラスに所属する確率(状態02の類似度)であり、類似度3の欄に表示される値は、状態03のクラスに所属する確率(状態03の類似度)であり、類似度4の欄に表示される値は、状態04のクラスに所属する確率(状態04の類似度)であり、類似度5の欄に表示される値は、状態05のクラスに所属する確率を示す値(状態05の類似度)であり、類似度6の欄に表示される値は、状態06のクラスに所属する確率を示す値(状態06の類似度)であり、これらは全て0〜1の範囲の値をとる。   Note that, using the similarity of the present embodiment, the similarity can be displayed on the diagnosis history screen as shown in FIG. 2C. At this time, the value displayed in the similarity 1 column in FIG. 2C is the probability of belonging to the class of state 01 (similarity of state 01), and the value displayed in the similarity 2 column is state 02. Is the probability of belonging to the class (state 02 similarity), and the value displayed in the similarity 3 column is the probability of belonging to the class of state 03 (similarity of state 03). The value displayed in the column is the probability of belonging to the class of state 04 (similarity of state 04), and the value displayed in the column of similarity 5 is a value indicating the probability of belonging to the class of state 05 ( The value displayed in the similarity 6 column is a value indicating the probability of belonging to the class of state 06 (similarity of state 06), and these are all in the range of 0 to 1. Takes the value of

判定部24は、学習処理によって予め学習され、最適化されたフィルタ係数を有する畳み込みフィルタ(最適な重み付け及び/または特徴抽出がなされたフィルタ)を備えることで、入力された熱画像に写っている太陽電池の画像認識処理を行うことができる。   The determination unit 24 includes a convolution filter (a filter that has been subjected to optimal weighting and / or feature extraction) that has been preliminarily learned by the learning process and has an optimized filter coefficient, so that it is reflected in the input thermal image. Image recognition processing of the solar cell can be performed.

(学習処理について)
畳み込みニューラルネットワークにおいて、判定部24が有する、認識処理に用いる畳み込みフィルタ係数は、ラベル(真値)付き学習データ集合を用いて学習処理されることで最適化され、最適な重み付け及び/または特徴抽出がなされる。
(About learning process)
In the convolutional neural network, the convolution filter coefficient used in the recognition process included in the determination unit 24 is optimized by performing learning processing using a learning data set with a label (true value), and optimal weighting and / or feature extraction. Is made.

ニューラルネットワークでの学習原理は、正しさの尺度となる誤差関数の最小化を考える。入力ベクトルの集合{x}(n=1、2、・・・、N)、出力ベクトルの集合を{y}(n=1、2、・・・、N)、目標ベクトル(真値)の集合を{t}(n=1、2、・・・、N)とする。誤差関数E(w)として、例えば、交差エントロピー関数が用いられるとすると、誤差関数E(w)は以下の数式(4)で示され、学習としてはE(w)が最小になるような重み(重み係数)wを求めることとなる。
The learning principle in the neural network is to minimize the error function that is a measure of correctness. A set of input vectors {x n } (n = 1, 2,..., N), a set of output vectors {y n } (n = 1, 2,..., N), a target vector (true value) ) Is defined as {t n } (n = 1, 2,..., N). Assuming that, for example, a cross-entropy function is used as the error function E (w), the error function E (w) is represented by the following equation (4), and weighting that minimizes E (w) for learning. (Weight coefficient) w is obtained.

学習に用いる最適化手法は確率的勾配降下法(stochastic gradient descent、SGD)を利用する。本実施の形態においては、特に、Y.Nesterov,“A method for unconstrained convex minimization problem with the rate of convergence O (1/k2),”Doklady an SSSR,Vol.269(3),1983.の文献に示されるような、nesterov momentum(Nesterov accelerated gradient)を採用し、学習率は0.01、maxepochsはearlystopを適用した上、1000とした。学習用のデータは前述した拡張を終えた5600枚を用いる。 The optimization method used for learning utilizes a stochastic gradient descendant (SGD). In the present embodiment, Y. Nesterov, “A method for unconstrained convex minimization probe with the rate of convergence O (1 / k2),“ Doklad an SSSR, Vol. 269 (3), 1983. Nestrov momentum (Nesterov accelerated gradient) as shown in the above document was adopted, the learning rate was set to 0.01, and maxepoch was set to 1000 after applying earlystop. As the learning data, 5600 sheets that have been expanded as described above are used.

確率的勾配降下法は、最急降下法を改良したものであり、最急降下法とは以下の式(5)により表される。最急降下法では現在の重みwの勾配∇E(w)を計算し、勾配∇E(w)に学習率ηを掛けたもので重みwtを重みwt+1に更新し、誤差関数E(w)が最小化されるまでその反復を繰り返す。
The stochastic gradient descent method is an improvement of the steepest descent method, and the steepest descent method is represented by the following equation (5). In the steepest descent method to calculate the slope ∇E of current weight w t (w t), to update the weight w t to the weight w t + 1 in multiplied by the learning rate η the gradient ∇E (w t), The iteration is repeated until the error function E (w t ) is minimized.

なお誤差関数E(w)が、訓練データをN個有する場合、N個の関数に分解可能であり、誤差関数E(w)は、それぞれの訓練データから得られる誤差の和として、式(6)のように表せる。
If the error function E (w t ) has N pieces of training data, it can be decomposed into N functions, and the error function E (w t ) can be expressed as a sum of errors obtained from the respective pieces of training data by the equation It can be expressed as (6).

出力のラベル(真値)は使用者により予め付与されており、確率的勾配降下法は、識別処理された出力値と真値との誤差に基づいて、出力層に近傍するフィルタ係数から前方へ向けて、順々にフィルタ係数を修正する。確率的勾配降下法では、複数の画像で認識処理を行った累積誤差に基づきフィルタ係数の修正を行うため、単一の画像での誤差に基づいてフィルタ係数を修正する場合と比べて、学習時の偏りや振動が減る。   The output label (true value) is given in advance by the user, and the probabilistic gradient descent method is based on the error between the output value subjected to discrimination processing and the true value, and moves forward from the filter coefficient close to the output layer. The filter coefficients are corrected in order. In the probabilistic gradient descent method, the filter coefficient is corrected based on the accumulated error of recognition processing for multiple images. Therefore, compared with the case of correcting the filter coefficient based on the error in a single image, Bias and vibration are reduced.

ここでモーメントを付けて位置を更新する場合をモメンタムと呼ぶ。モメンタムは以下の式(7)のように表され、現在の重みwでの勾配∇E(w)に学習率ηを掛けたものに加えて、前回の更新量に対して減衰率γ(例えば0.9)を掛けたものを使って重みを更新することを繰り返して、誤差関数E(w)を最小化する。
Here, the case of updating the position with a moment is called momentum. The momentum is expressed by the following equation (7), and in addition to the gradient ∇E (w t ) at the current weight w t multiplied by the learning rate η, the attenuation rate γ with respect to the previous update amount The error function E (w t ) is minimized by repeatedly updating the weight using a value multiplied by (for example, 0.9).

さらに、nesterov momentum(Nesterov accelerated gradient)は、以下の式(8)のように表され、簡潔には、現在のパラメータに関する勾配計算ではなく、次の位置のパラメータの近似値を用いて学習を効果的に進める方法である。
Further, the nesterov momentum (Nesterov accelerated gradient) is expressed as the following equation (8). For brevity, it is effective to use the approximate value of the parameter at the next position instead of the gradient calculation for the current parameter. It is a way to proceed.

以上のようにして出力結果(入力画像が識別された結果)と真値とを比較し、フィルタ係数の更新を繰り返すことで、入力画像の識別が容易となるフィルタ係数の最適化(最適な重み付け及び/または特徴抽出)が可能となる。   As described above, the output result (the result of identifying the input image) is compared with the true value, and the filter coefficient is optimized by repeating the update of the filter coefficient (optimum weighting). And / or feature extraction).

以上のように判定部24を構成することで、本実施の形態の太陽電池診断システム100及びその方法が構成されるが、以下ではテストセットを用いたシミュレーションの結果を評価し考察することで、本実施の形態の太陽電池診断システム100及びその方法の効果を示す。   By configuring the determination unit 24 as described above, the solar cell diagnostic system 100 and the method thereof according to the present embodiment are configured. In the following, by evaluating and considering the results of the simulation using the test set, The effect of the solar cell diagnostic system 100 and the method of the present embodiment will be described.

(本実施の形態の装置及び方法の効果)
図7に、学習データ(train)とテストデータ(valid)における誤差関数値推移を示す。X軸がepochであり、Y軸が誤差関数の対数値である。epochとは利用した学習データに対して更新を終えるサイクルを指し、一般に、epochを何回か繰り返して学習する。学習データによる誤差が優位であることから、一部過学習が発生していることが分かるが、学習データとテストデータの両方とも減少の傾向を示していることから、有意な学習が進められていることが分かる。
(Effects of the apparatus and method of the present embodiment)
FIG. 7 shows error function value transitions in the learning data (train) and the test data (valid). The X axis is the Epoch, and the Y axis is the logarithmic value of the error function. The term “epoch” refers to a cycle in which the learning data used is updated, and learning is generally performed by repeating the “epoch” several times. Since the error due to the learning data is dominant, it can be seen that some over-learning has occurred, but since both the learning data and the test data show a tendency to decrease, significant learning has progressed. I understand that.

図8はテストデータを用いたシミュレーションの結果を示す。判定精度をPrecision(適合率)、Recall(再現率)、F1値(F値)で評価する。PrecisionとRecallとF1値とは以下の数式(9)で算出される。なおSupportとはテストデータ中の正解数である。
(数9)
Precision(適合率)=システムの正解数/システムの出力数
Recall(再現率)=システムの正解数/テストデータ中の正解数
F1値(F値)=2×Precision×Recall/(Precision+Recall)
FIG. 8 shows the result of simulation using test data. Judgment accuracy is evaluated by Precision (relevance ratio), Recall (reproducibility), and F1 value (F value). The Precision, the Recall, and the F1 value are calculated by the following formula (9). Support is the number of correct answers in the test data.
(Equation 9)
Precision (rate of precision) = number of correct answers of system / number of outputs of system Recall (recall rate) = number of correct answers of system / number of correct answers in test data (F value) = 2 × Precision × Recall / (Precision + Recall)

一般に、PrecisionとRecallにはトレードオフの関係にあり、どちらかを高くするともう一方が低くなる傾向にあるため、機械学習においては」PrecisionとRecallの両方が高くなるように試みがなされる。そこでPrecisionとRecallを調和平均することによって組み合わせた、F1値という評価尺度が利用される。図8の結果から、PrecisionとRecallの全状態における平均値が両方0.97を記録していることが確認できる。一方、正常状態のRecallだけが0.87となっており、他状態より比較的に低く評価されている。これは発熱や歪曲などにネットワークが過剰に敏感であることを示しており、学習に用いた正常状態の熱画像が、異常状態の画像より数少ないことに起因していると考えられる。これは、不均等データを補う方向の追加学習を行うことで、本ネットワークのさらなる性能向上が期待できることを示唆する。   In general, there is a trade-off relationship between Precision and Recall, and when one is increased, the other tends to decrease. In machine learning, an attempt is made to increase both Precision and Recall. Therefore, an evaluation scale called F1 value, which is obtained by combining Precision and Recall by harmonic averaging, is used. From the result of FIG. 8, it can be confirmed that both the average values of Precision and Recall are both recorded as 0.97. On the other hand, only “Recall” in the normal state is 0.87, which is evaluated relatively lower than the other states. This indicates that the network is excessively sensitive to heat generation, distortion, and the like, and it is considered that the normal state thermal image used for learning is fewer than the abnormal state image. This suggests that further performance improvement of this network can be expected by performing additional learning in the direction to compensate for unequal data.

図9に畳み込み層に位置するフィルタを画像として表す。物体認識にて用いられる深層学習モデルでは、一層目の畳み込み層に位置するフィルタには、Edge(色や濃淡が変化する境目)や、Blob(画像内に存在する同じグレイスケールの集合体であり、同濃度の画素のかたまり)などの、プリミティブな情報を抽出し、反応するフィルタとして、EdgeとBlobのパターンが現れることが多い。しかしながら、図9の結果からは、一層目のフィルタにてEdgeの形はほとんど見られない。   FIG. 9 shows a filter located in the convolution layer as an image. In the deep learning model used in object recognition, the filters located in the first convolution layer include Edge (border where color and shade change) and Blob (the same gray scale aggregate existing in the image). Edge and Blob patterns often appear as filters that extract and react primitive information such as pixels of the same density). However, from the result of FIG. 9, the shape of Edge is hardly seen in the first-layer filter.

小規模のデータにて分類問題を解決する際には学習済みのネットワークを用いる転移学習のアプローチが主流となっている。転移学習とは、既に学習したモデルを別の領域に適応させる技術のことであり、多くのデータ収集ができる領域で学習したモデルを、データ収集が困難な別の領域に適応させるなどの使い方がなされる。しかしながら、図8及び図9の結果は、この問題を解決するのに必要な基盤ドメインが、一般の物体認識や分類問題にて用いられるネットワークとは異なることを示唆している。上記の内容から、本実施の形態で行ったフルスクラッチの分類器生成が有用であることが分かる。   When solving classification problems with small-scale data, a transfer learning approach using a learned network is the mainstream. Transfer learning is a technology that adapts a model that has already been learned to another area, such as adapting a model that has been learned in an area where much data can be collected to another area where data collection is difficult. Made. However, the results of FIGS. 8 and 9 suggest that the base domain necessary to solve this problem is different from the network used in general object recognition and classification problems. From the above, it can be seen that the generation of a full scratch classifier performed in the present embodiment is useful.

本実施の形態では、太陽電池熱画像から異常要因を特定する深層学習構造を提案し、その学習に必要なデータの蓄積や学習手法、またテストセットを用いたシミュレーションの結果を示した。バイパス回路と発電回路から6つのクラスを定義し、それらの分類問題を解く畳み込みニューラルネットワークを構築し、収集された1400枚の熱画像を適時拡張し学習させることで、テストデータにてf1−score 0.97の分類性能を示すことが可能となった。従来、容易に分類できないバイパス回路の開放状態などの分類精度が向上した。   In the present embodiment, a deep learning structure for identifying anomalous factors from a solar cell thermal image is proposed, and the results of simulations using data accumulation and learning techniques necessary for the learning and a test set are shown. By defining six classes from the bypass circuit and the power generation circuit, constructing a convolutional neural network that solves the classification problem, and expanding and learning the collected 1400 thermal images in a timely manner, it is possible to use f1-score in the test data. It became possible to show a classification performance of 0.97. Conventionally, classification accuracy such as the open state of the bypass circuit that cannot be easily classified has been improved.

本実施の形態では抽出・補正された太陽電池モジュールを上述の6種類に分けて、それらの特徴を抽出する。そして畳み込みニューラルネットワークの全結合層出力を特徴として扱う手法に取り組んだ。   In the present embodiment, the extracted / corrected solar cell modules are divided into the above six types, and their features are extracted. Then, we worked on a technique that treats the output of all connected layers of convolutional neural networks as a feature.

本実施の形態では、熱画像の6状態を分類することが、物を区別するドメインと違う能力を要するであろうことに着目し、収集されたイメージを適時増加させフルスクラッチビルドを行う方法により畳み込みニューラルネットワークの構築を行った。モデルの構成においては、窓の形、Pooling層、DropOut層を太陽電池の物理的構造に合わせた。特に、各太陽電池モジュール300が3つのクラスタ300Aに構成され、各異常状態はクラスタ300Aごとに独立に現れるとの推測から、窓を長細く設定したことで分類性能が向上した。これらの工夫から、交差検証によって0.94〜0.95のf1−scoreを有するConvolution Neural Networkを構築できた。またこれらのConvolution Neural Networkの全結合層出力を特徴量として用いたRanom Forest構造を導入した。これは故障のものを非故障と診断することが非故障のものを故障と診断することより致命的であることから導入したものであり、Neural Networkの精密性を希釈することで、擬陽性を犠牲にし、偽陰性を緩和する効果を持つ。これらの工夫を導入することで、f1−scoreが約0.97まで上昇することが確認できた。これらの工夫から本実施の形態を採用することで、転移学習による方法と比較して、ホットスポットやホットストライプが生じないバイパス回路の開放状態に対する識別能力を向上させることが可能である。   In this embodiment, focusing on the fact that classifying the six states of the thermal image will require a different ability from the domain for distinguishing objects, the method of performing a full scratch build by increasing the collected images in a timely manner. A convolutional neural network was constructed. In the model configuration, the window shape, Pooling layer, and DropOut layer were matched to the physical structure of the solar cell. In particular, since each solar cell module 300 is configured in three clusters 300A and each abnormal state appears independently for each cluster 300A, the classification performance is improved by setting the windows to be long. From these contrivances, a Convolutional Neural Network having an f1-score of 0.94 to 0.95 could be constructed by cross-validation. In addition, a Ranom Forest structure using the output of all of the Convolutional Neural Networks as a feature quantity was introduced. This was introduced because diagnosing a non-failure as non-failure is more fatal than diagnosing a non-failure as failure, and at the expense of false positives by diluting the accuracy of the neural network. And has the effect of alleviating false negatives. By introducing these devices, it was confirmed that f1-score increased to about 0.97. By adopting the present embodiment based on these ideas, it is possible to improve the discrimination ability for the open state of the bypass circuit in which no hot spot or hot stripe occurs, compared to the method using transfer learning.

(第4の実施の形態)
一般に大規模データにて十分に学習された畳み込みニューラルネットワークは、ドメインに対する抽象化された識別能力を有する。その識別能力はモデルを構成する際、暫定したタスクではないものに対しても、目標ドメインが元ドメインと何らかの共通点を持っているのであれば、高い精度を示すことが最近の研究により示されている。このような学習方法を転移学習と呼ばれる。本発明では転移学習による方法も検討した。ImegeNetやCifar−10など様々なものを含む大規模データセットから生成された畳み込みニューラルネットワークを転移させ、太陽電池モジュールの識別器生成に取り組んだ。6状態に対する識別能力はf1−scoreを基準として約0.80までとなった。以上のように、本実施の形態はその趣旨を逸脱しない範囲で、変更及び拡張を行うことができる。
(Fourth embodiment)
In general, convolutional neural networks that are well trained on large-scale data have an abstract discriminating ability for domains. Recent research has shown that the discriminatory ability shows high accuracy even if it is not a provisional task when constructing the model, if the target domain has some commonalities with the original domain. ing. Such a learning method is called transfer learning. In the present invention, a method using transfer learning was also examined. The convolutional neural network generated from the large-scale data set including various things such as ImageNet and Cifar-10 was transferred, and the discriminator generation of the solar cell module was worked on. The discriminating ability for the six states was up to about 0.80 based on f1-score. As described above, this embodiment can be changed and expanded without departing from the spirit of the present embodiment.

1 熱画像撮影部、
2 熱画像診断部、
3 太陽電池アレイ、
23 モジュール抽出部、
24 判定部、
25 フィードバック部、
26 熱画像蓄積部、
27 通知部、
28 温度スケール設定部、
30 ストリング、
100 太陽電池診断システム、
101 太陽光発電システム、
300 太陽電池モジュール
1 Thermal image capture unit,
2 Thermal imaging diagnostic department,
3 Solar cell array,
23 module extractor,
24 determination unit,
25 Feedback section,
26 Thermal image storage unit,
27 Notification section,
28 Temperature scale setting section,
30 strings,
100 solar cell diagnostic system,
101 solar power generation system,
300 Solar cell module

Claims (14)

太陽電池表面を熱画像として撮影して太陽電池の故障を診断する太陽電池診断方法において、太陽電池表面を熱画像として撮影して、太陽電池モジュール又は太陽電池アレイの全体又は一部のバイパス回路の発熱状態と発電回路の発熱状態とを分けて検出するとともに、これらの発熱状態の温度分布を検出して、これらを組み合わせて熱画像に表れる異常発熱状態の特徴として判定することを特徴とする太陽電池診断方法。   In a solar cell diagnostic method for photographing a solar cell surface as a thermal image and diagnosing a failure of a solar cell, the solar cell surface is photographed as a thermal image and the entire solar cell module or solar cell array or part of a bypass circuit The sun is characterized by separately detecting the heat generation state and the heat generation state of the power generation circuit, detecting the temperature distribution of these heat generation states, and combining them to determine as a characteristic of the abnormal heat generation state appearing in the thermal image Battery diagnostic method. 太陽電池表面を熱画像として撮影して太陽電池の故障を診断する太陽電池診断方法において、太陽電池表面を熱画像として撮影する熱画像撮影ステップと、太陽電池モジュール又は太陽電池アレイの全体又は一部のバイパス回路の発熱状態と発電回路の発熱状態から特徴量を抽出する特徴量抽出ステップと、前記特徴量に基づき撮影された前記熱画像の状態と熱画像に表れる異常発熱状態との類似度を判定する判定ステップとを備えることを特徴とする太陽電池診断方法。   In a solar cell diagnostic method for photographing a solar cell surface as a thermal image and diagnosing a failure of the solar cell, a thermal image photographing step for photographing the solar cell surface as a thermal image, and a whole or a part of the solar cell module or solar cell array A feature amount extraction step of extracting a feature amount from the heat generation state of the bypass circuit and the heat generation state of the power generation circuit, and the similarity between the state of the thermal image captured based on the feature amount and the abnormal heat generation state appearing in the thermal image A solar cell diagnostic method comprising: a determination step for determining. 前記異常発熱状態の特徴としては、前記発熱状態の温度分布が所定の温度以上であり、帯状に表れるホットストライプと呼ぶ線状の異常発熱状態を表示するとともに、バイパス回路の状態を短絡、開放のいずれか、又は、発電回路の状態の短絡、開放のいずれかとして判定することを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池診断方法。 As a feature of the abnormal heat generation state, the temperature distribution of the heat generation state is equal to or higher than a predetermined temperature, and a linear abnormal heat generation state called a hot stripe appearing in a strip shape is displayed, and the state of the bypass circuit is short-circuited and opened. The solar cell diagnosis method according to claim 1, wherein the solar cell diagnosis method is determined as either one of a short circuit and an open state of the state of the power generation circuit. 前記異常発熱状態の特徴として、ホットスポットと呼ばれる点状の異常発熱状態、及び/又は、帯状に表れるホットストライプと呼ぶ線状の異常発熱状態を温度分布とともに表示して判定するか、又は、太陽電池モジュール内のバイパス回路の発熱状態と発電回路の発熱状態から解析アルゴリズムにより特徴量を抽出し、前記解析アルゴリズムによる識別結果を異常発熱状態として表示して判定することを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池診断方法。 As the characteristic of the abnormal heat generation state, a point-like abnormal heat generation state called a hot spot and / or a linear abnormal heat generation state called a hot stripe appearing in a strip shape are displayed together with a temperature distribution to determine, or The feature value is extracted by an analysis algorithm from the heat generation state of the bypass circuit in the battery module and the heat generation state of the power generation circuit, and the identification result by the analysis algorithm is displayed and determined as an abnormal heat generation state. 2. The solar cell diagnostic method according to 2. 前記発熱状態の温度分布は、撮影により抽出された太陽電池モジュール又は太陽電池アレイの全体又は一部の温度分布が包括的に含まれる範囲に、温度スケールを自動又は手動で設定して、前記異常発熱状態を検出することを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池診断方法。   The temperature distribution of the heat generation state is determined by automatically or manually setting a temperature scale within a range in which the temperature distribution of the whole or a part of the solar cell module or the solar cell array extracted by photographing is comprehensively included. The solar cell diagnosis method according to claim 1, wherein a heat generation state is detected. 前記熱画像診断部は、撮影された前記熱画像中から前記太陽電池モジュール又は太陽電池アレイに該当する画像を抽出及び歪み補正するモジュール抽出部を備え、前記モジュール抽出部は、前記太陽電池モジュールの最外郭となる所定の最外郭点を算出して、前記熱画像診断部が撮影した歪みを補正することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の太陽電池診断方法。   The thermal image diagnosis unit includes a module extraction unit that extracts and distorts an image corresponding to the solar cell module or the solar cell array from the captured thermal image, and the module extraction unit includes the solar cell module. 6. The solar cell diagnostic method according to claim 1, wherein a predetermined outermost point that is an outermost contour is calculated, and distortion captured by the thermal image diagnostic unit is corrected. 前記モジュール抽出部は、画像処理の直線検出手法を用いて、前記熱画像診断部が撮影した歪みを補正することを特徴とする請求項6に記載の太陽電池診断方法。   The solar cell diagnosis method according to claim 6, wherein the module extraction unit corrects distortion captured by the thermal image diagnosis unit using a straight line detection method of image processing. 前記判定部(判定ステップ)の異常発熱状態の類似度、及び/又は、前記モジュール抽出部の歪み補正は、人工知能の深層学習である畳み込みニューラルネットワークを用いることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に太陽電池診断方法。   8. The convolutional neural network, which is deep learning of artificial intelligence, is used for the similarity of the abnormal heat generation state of the determination unit (determination step) and / or the distortion correction of the module extraction unit. The solar cell diagnostic method according to any one of the above. 太陽電池表面を撮影した熱画像解析による太陽電池診断システムにおいて、前記太陽電池診断システムは、太陽電池モジュール又は太陽電池アレイの全体又は一部のバイパス回路の発熱状態と発電回路の発熱状態を分けて検出するものであって、前記太陽電池表面を熱画像として撮影する熱画像撮影部と、撮影された前記熱画像を診断するための熱画像診断部とを備え、前記熱画像診断部は、前記バイパス回路の状態と発電回路の状態とに基づいて診断パターンを分けて前記熱画像の判定を行う判定部を備えることを特徴とする太陽電池診断システム。   In the solar cell diagnostic system based on thermal image analysis of the surface of the solar cell, the solar cell diagnostic system divides the heat generation state of the entire solar cell module or solar cell array or a part of the bypass circuit and the heat generation state of the power generation circuit. A thermal image capturing unit configured to detect the surface of the solar cell as a thermal image, and a thermal image diagnostic unit for diagnosing the captured thermal image, wherein the thermal image diagnostic unit includes the thermal image diagnostic unit, A solar cell diagnostic system comprising: a determination unit configured to determine the thermal image by dividing a diagnostic pattern based on a state of a bypass circuit and a state of a power generation circuit. 前記熱画像診断部は、撮影された前記熱画像中から前記太陽電池モジュール又は太陽電池アレイに該当する画像を抽出及び歪み補正するモジュール抽出部を備え、前記モジュール抽出部は、前記太陽電池モジュールの最外郭となる所定の最外郭点を算出して、前記熱画像診断部が撮影した歪みを補正することを特徴とする請求項9に記載の太陽電池診断システム。   The thermal image diagnosis unit includes a module extraction unit that extracts and distorts an image corresponding to the solar cell module or the solar cell array from the captured thermal image, and the module extraction unit includes the solar cell module. The solar cell diagnostic system according to claim 9, wherein a predetermined outermost point serving as an outermost contour is calculated to correct distortion captured by the thermal image diagnostic unit. 前記モジュール抽出部は、画像処理の直線検出手法を用いて、前記熱画像診断部が撮影した歪みを補正することを特徴とする請求項9に記載の太陽電池診断システム。   The solar cell diagnosis system according to claim 9, wherein the module extraction unit corrects the distortion photographed by the thermal image diagnosis unit using a straight line detection method of image processing. 前記判定部は、前記バイパス回路の状態を正常、短絡、開放の3種類に分け、前記発電回路の状態を正常、開放の2種類に分け、前記バイパス回路の状態と前記発電回路の状態との組み合わせから、前記診断パターンを6種類に分け、各故障状態における発熱源の分布や形を元にして特徴量を抽出することを特徴とする請求項9ないし11のいずれか一項に記載の太陽電池診断システム。   The determination unit divides the state of the bypass circuit into three types of normal, short circuit, and open, divides the state of the power generation circuit into two types of normal and open, and states the state of the bypass circuit and the state of the power generation circuit. 12. The sun according to claim 9, wherein the diagnostic pattern is divided into six types from combinations, and feature amounts are extracted based on a distribution and shape of a heat source in each failure state. Battery diagnostic system. 前記モジュール抽出部は、画像処理の直線検出手法を用いて、前記太陽電池モジュールの最外郭となる縦線及び横線を検出し、前記縦線と前記横線との交点を算出して前記最外郭の4点を自動で算出することを特徴とする9ないし12のいずれか一項に記載の太陽電池診断システム。   The module extraction unit detects a vertical line and a horizontal line that are the outermost contour of the solar cell module using a straight line detection method of image processing, calculates an intersection of the vertical line and the horizontal line, and calculates the outermost contour The solar cell diagnostic system according to any one of 9 to 12, wherein four points are automatically calculated. 前記熱画像診断部は、前記太陽電池モジュール又は太陽電池アレイの全体又は一部の温度分布が包括的に含まれる範囲に、温度スケールを自動又は手動で設定する温度スケール設定部を備え、前記熱画像撮影部は、設定された前記温度スケールに基づき、熱画像を再度撮影することを特徴とする9ないし13のいずれか一項に記載の太陽電池診断システム。
The thermal image diagnosis unit includes a temperature scale setting unit that automatically or manually sets a temperature scale within a range in which the temperature distribution of the whole or a part of the solar cell module or the solar cell array is comprehensively included, and the heat The solar cell diagnostic system according to any one of claims 9 to 13, wherein the image capturing unit captures a thermal image again based on the set temperature scale.
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