JP2022177417A - 太陽光発電システム点検装置および点検方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比べて点検項目、点検範囲を拡大することができるとともに、点検効率の向上、点検の省人化・無人化が実現できる、太陽光発電システム点検装置および点検方法を提供する。【解決手段】太陽光発電パネルを有する太陽光発電システムを点検するための太陽光発電システム点検装置１００であって、太陽光発電パネルの太陽光が照射される照射面と反対側の裏面を撮像するための撮像装置３と、撮像装置を搭載した移動機構４と、を具備している。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、太陽光発電システム点検装置および点検方法に関する。

太陽光発電システムの運用および保守点検は、近年の自然災害の激甚化や、電気保安人材の将来的な不足に対する懸念などから、自動点検装置などによる省力化・無人化が求められている。

特にメガソーラと呼ばれる、出力が１ＭＷを超える大規模太陽光発電システムでは、広大かつ環境の異なる敷地内に設置されたシステムを効率的に点検する必要がある。また、太陽光発電システムは、山間部や豪雪地帯、ため池などの水中に設置される場合もあり、設置環境に対してロバストな点検技術が要求される。

現在、ドローンや走行車を用いた太陽光パネルの点検装置および点検方法などが提案されてきているが、これらの従来手法は、太陽光発電パネルの表面、すなわち太陽光が照射される面の健全性の点検に限定されており、パネルの裏面側や、架台、パワーコンディショナ、接続箱、端子箱、ケーブルなど、パネル表面以外の部位についての点検手法は示されていない。

太陽光発電パネル裏面のバックパネルの劣化、架台の錆や固定ボルトの緩み、パワーコンディショナからの電磁ノイズ発生、ケーブル断線などの異常発見は、太陽光発電システムの保守点検において重要であり、放置すると発電量の低下、システム全体の寿命低下、自然災害による損壊といった危険につながるおそれがある。また、今後、両面発電パネルの普及が進む可能性があり、太陽光パネル裏面の点検の必要性は、さらに高まると考えられる。

特許第５１９７６４２号公報 特許第６４１５２２９号公報 特開２０１３－３６７４７号公報

太陽光発電システムの保守点検は、現場での目視による点検項目が多く、点検作業員の五感や観察力に大きく依存している。特にメガソーラなどの大型システムでは多くの人員・時間を要するという課題がある。また先述の山間部や豪雪地帯など、点検員のアクセスが難しい場所に設置された太陽光発電システムの場合は、システム全体の健全性を保証することが難しい。

さらに、感染症の流行などにより、点検員が確保できない事態も生じうるため、省人化・無人化に向けた技術開発が進められている。こうした課題に対して、例えばメガソーラを一括して点検する場合、ドローンによる空撮で、短時間で効率良く異常を発見する方法が考案されている。

しかし、点検項目として重要な、太陽光パネルを設置した地面側からの観察で検知される異常、そして、その検知結果に基いた異常個所の分析などには対応できていない。例えば、太陽光発電システムを構成する架台、パワーコンディショナ、接続箱、ケーブルなどの発電パネル以外の構成要素、およびパネルの裏面側などに対して必要な点検項目に対応できていない。

本発明は、このような従来の事情に対処してなされたもので、従来に比べて点検項目、点検範囲を拡大することができるとともに、点検効率の向上、点検の省人化・無人化が実現できる、太陽光発電システム点検装置および点検方法を提供することを目的とする。

実施形態の太陽光発電システム点検装置は、太陽光発電パネルを有する太陽光発電システムを点検するための太陽光発電システム点検装置であって、前記太陽光発電パネルの太陽光が照射される照射面と反対側の裏面を撮像するための撮像装置と、前記撮像装置を搭載した移動機構と、を具備したことを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、従来に比べて点検項目、点検範囲を拡大することができるとともに、点検効率の向上、点検の省人化・無人化が実現できる、太陽光発電システム点検装置および点検方法を提供することができる。

実施形態に係る太陽光発電システムの全体の概略構成を示す図。 実施形態に係る太陽光発電システム点検装置の概略構成を示す図。 他の実施形態に係る太陽光発電システム点検装置の概略構成を示す図。 実施形態に係る撮像画像の例であり、（ａ）は可視光、（ｂ）は赤外光、（ｃ）は紫外光を用いた撮像画像の例を示す図。 他の実施形態に係る太陽光発電システム点検装置の概略構成を示す図。 電磁波測定器を用いた実施形態の概略構成を示す図。 レーザ光用いた実施形態の概略構成を示す図。 データ記録装置及びデータ判定装置を具備した実施形態の概略構成を示す図。 データ記録装置及びデータ判定装置を具備した他の実施形態の概略構成を示す図。 遠隔操作機構を用いた実施形態の概略構成を示す図。 ドローンを用いた実施形態の概略構成を示す図。 レールを用いた実施形態の概略構成を示す図。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、実施形態に係る太陽光発電システムの全体の概略構成を示す図である。図1に示すように、太陽光発電システム１は、多数の太陽光発電パネル１ａを具備しており、これらの太陽光発電パネル１ａは、架台８上に設けられている。太陽光発電パネル１ａは、その表面側の照射面に太陽光が照射されることによって電気が発生するため、太陽の通る方向及び高度に向くように設置される。設置場所が日本の場合、太陽光発電パネル１ａは、南に向け、かつ一定角度傾けて配置されることが多い。従来は、太陽光発電システム１を点検する場合、ドローン等を用いて上空から太陽光発電パネル１ａの表面側の照射面を撮像し、得られる画像データに基づいて損傷の有無等の判断を行っていた。

図２は、実施形態に係る太陽光発電システム点検装置の概略構成を示すもので、図２（ａ）は、太陽光発電パネル１ａの照射面と反対側の面である裏面２を下側から見た図であり、図２（ｂ）は、太陽光発電パネル１ａと太陽光発電システム点検装置１００の位置関係を側面側から示した図である。図２（ｂ）に示すように、太陽光発電パネル１ａを支持する架台８は、太陽光発電パネル１ａを所定角度傾けて支持するため、高い側の脚部８ａと脚部８ａより低い脚部８ｂとを有する構造となっている。

太陽光発電システム点検装置１００は、太陽光発電パネル１ａの裏面２を撮影するための撮像装置３を具備しており、この撮像装置３は、移動機構4の上に搭載されている。また、撮像装置３は、太陽光発電パネル１ａの裏面２を撮影するためその高さ（撮像光が入射する部分(レンズ)の上側の高さ(図２に示す高さｈ１)）が、高い側の脚部８ａに位置する太陽光発電パネル１ａの高さ(図２に示す高さｈ２)よりも低く設定されている。すなわち、撮像装置３は、太陽光発電パネル１ａの裏面２における最も高い地上高さよりも低い位置に撮像用のレンズ機構を有する。

前述したとおり、太陽光発電パネル１ａは、設置環境や日照条件に対して、太陽光の受光量を増やすために、傾斜して設置される場合が多い。太陽光発電パネル１ａの裏面２を点検する場合、傾斜した太陽光発電パネル１ａに対応して、撮像時の画角ＣＶＡを調整する必要が生じる場合がある。

このため、図３に示す太陽光発電システム点検装置１００ａのように、撮像装置３は、撮影する画角を調整するための画角調整機構５を具備することが好ましい。画角調整機構５により画角ＣＶＡを調整し、所望の範囲の画像を取得することが可能となる。画角調整機構５は、撮像装置３の光学系による調整、あるいは移動機構４による撮像装置３の撮像方向の調整などの方法が考えられ、それらを組み合わせた方法でも良い。通常、画像を取得する際に行われる焦点位置調整、ズームなどの機能を撮像装置３に持たせることは、本実施形態の想定の範囲内である。

撮像装置３を用いて画像を取得する場合の撮像条件設定部、画像表示部、画像解析部などは、撮像装置３又は移動機構４に備えさせることが可能だが、点検者が遠隔から確認できるようにしても良い。

太陽光発電パネル１ａの破損などによる異常個所が発熱して、ホットスポットと呼ばれる高温領域になる場合があり、サーモグラフィにより確認する方法などがある。撮像装置３は、可視光による外観の点検だけではなく、赤外線、紫外線などの波長を用いても良く、熱画像による温度分布や放電現象などを捉えることができる。図４（ａ）に可視光を用いた場合の撮像画像の例、図４（ｂ）に赤外光を用いた場合の撮像画像の例、図４（ｃ）に紫外光を用いた場合の撮像画像の例を示す。可視光を用いた場合、例えば外観に関する情報が得られる。また、赤外光を用いた場合、例えば熱分布に関する情報が得られる。また、紫外光を用いた場合、例えば放電に関する情報が得られる。このような画像の取得は、波長範囲毎に分けて撮像する方法、ハイパースペクトルカメラのように分光により画像を分別する方法などを採用することが考えられる。

太陽光発電システム１の点検では、目視に変わる画像による点検で見つかった異常の具体的なモード（焼損、変色、変形など）を調べるために、図５に示すように、各種センサなどからなる点検機構７を備えることが有用である。また、図５に示すように、太陽光発電システム１には、太陽光発電パネル１ａの他に、太陽光発電パネル１ａを設置する架台８、パワーコンディショナ９、接続箱１０、端子箱１１、ケーブル１２、コネクタ１３などの機器が設けられており、これらの機器の状態を点検できるようにすることが好ましい。この場合、これらの機器の部位の画像に対して、どのような異常であるかを、その場で分析することが望まれる。

目視以外で、点検作業員の五感に頼る点検項目として、ケーブルの過熱による焦げ、架台の錆に触れたときに発する匂いなども、異常の発見につながっている。匂いに対しては、感応膜などを用いた匂いセンサ１４によって検出が可能であり、この場合前述した点検機構７が匂いセンサ１４を具備する構成とする。点検機構７に設ける異常を調べるセンサとしては、匂いセンサ１４以外に、電磁波測定器１５、非接触温度計１６、レーザ距離計１７、レーザ振動計１８、レーザ誘起ブレークダウン分光装置１９、渦電流センサ２０、超音波センサ２１などがあるが、その他のセンサを用いても良い。

パワーコンディショナ９などの電気系統から電磁ノイズＥＭＧが発生することがあり、このノイズを捉えるのに電磁波測定器１５を用いる方法を図６に示す。この場合、点検機構７が電磁波測定器１５を具備した構成となる。電磁ノイズＥＭＧの周波数は、発生部位により異なることがあるため、点検機構７が周波数帯域の異なる電磁波測定器１５を複数備えても良い。

太陽光発電パネル１ａのホットスポットの熱画像による点検について先述したが、過熱などの温度異常を計測するのに、赤外線を用いた非接触温度計１６を用いても良い。パネルの過熱部だけでなく、パワーコンディショナ９などの各部位の温度異常を計測することで温度異常を見つけることができる。

図７に示すように、遠隔かつ非接触で位置や距離を計測する方法としてレーザ光（ＬＢ）用いた技術の適用も考えられる。例えば、自然災害による地滑りや架台８の変形、その他の構成機器の傾斜などの異常に対して、レーザ距離計１７を用いて正常な状態からの変位を知ることができる。

また、架台８のぐらつき、締結部のボルトの緩みなどをレーザ振動計１８で計測することも考えられる。この場合、計測対象の振動をそのまま計測する以外に、加振源を用いて加振して、振動を計測しても良い。

さらに、錆や腐食などが撮像装置３で得られた画像や匂いセンサ１４で見つかった場合、レーザ誘起ブレークダウン分光装置１９を用いれば、異常個所の化学組成についての情報を得ることができる。

太陽光発電パネル１ａのクラックや、架台８にできた欠陥、腐食などに対して、渦電流探傷や超音波探傷を応用することも考えられる。例えば、渦電流探傷は、材料の表面欠陥検査などに一般的に適用されている非破壊検査技術であるが、渦電流センサ２０により太陽光発電パネル１ａのクラック検出に応用することが可能である。

超音波探傷も、様々な対象の非破壊検査に広く用いられているが、太陽光発電システム１への適用を考えた場合、例えば架台８の支柱などの地面への埋設部分の腐食を、健全部と腐食部の境界での超音波の反射から超音波センサ２１により検出する方法などが考えられる。渦電流センサ２０や超音波センサ２１を用いる場合、これらのセンサを測定部位に接触させて測定を行うことが想定される。この場合、例えば、これらのセンサを移動させる駆動機構を設けておき、撮像装置３で得られる画像に基づいて駆動機構を駆動し、センサを測定部位に接触させる構成とすることができる。

このように異常個所の点検・分析に各種のセンサを用いることが可能で、これらを個別に、あるいはいくつかを組み合わせて点検機構７に搭載することで、点検に関して必要な情報を得ることができる。

撮像装置３、点検機構７で得られたデータは、図８に示すようなデータ記録装置２２に保存される。図８に示す太陽光発電システム点検装置１００ｃでは、データ記録装置２２は、撮像装置３などとともに移動機構４に搭載されている場合を示している。また、例えば、図９に示すように、移動機構４を遠隔操作可能とするリモート機構２４を具備する太陽光発電システム点検装置１００ｄの場合、リモート機構２４を遠隔操作する遠隔操作部などの外部にあっても良く、外部にあるデータ記録装置２２に、通信によりデータを送信するなどの方法をとっても良い。

保存されたデータは、データ判定装置２３において、データ間の比較、点検箇所の異常・正常判定、別の時期に点検したデータとの差分の評価などに供することができる。このデータ判定装置２３もデータ記録装置２２と同様に、移動機構４に搭載されていても、外部にあっても良い。

ここまで、本実施形態における点検に関わる内容について説明しているが、太陽光発電システム点検装置１００によって、点検の省人化・無人化を実現するためには、移動機構４によって点検が必要な場所へ移動できることが重要である。この移動機構４による移動方法の具体例について、以下に説明する。

移動機構４は例えば、走行車として考えた場合、車輪、キャタピラなどの駆動部、モータ等の駆動源などから構成され得る。この構成以外にも空気圧などにより浮上して、別に設けたプロペラにより推進力を得る方法、水上での移動を考慮したホバークラフトのような構成なども考えられる。

図１０に示す太陽光発電システム点検装置１００ｄのように、作業者が遠隔操作機構送信部２８から移動方向・速度などについての指示を出し、リモート機構２４にて信号を受信することで、遠隔から操作する方法があるが、あらかじめ定められた軌道を移動させても良い。

また、図１１に示すように、例えばメガソーラのような広大な敷地内を移動するために、太陽光発電システム点検装置１００ｄをドローン２９により所定のエリアまで運び、着地点から点検を開始するなどの方法も考えられる。その他、移動機構の構成にはここに示したもの以外のものも考えられ、現場の使用環境に応じて、最適な構成にすることが望ましい。

また図１２に示すように、太陽光発電システム１の一部、あるいはシステムが設置されている領域内に、レール３０などの移動用の軌道をあらかじめ設置し、太陽光発電システム点検装置１００が、その軌道上あるいは軌道に沿って移動する方法もある。図１２は、架台８にレール３０を取り付けた構造を示しているが、発電の妨げになるなどの問題がなければ、所望のデータを取得できるように、どのような位置にレール３０を取り付けても良い。

また、太陽光発電システム点検装置１００をあらかじめ設定したプログラムなどによって自動走行させて点検する方法もある。自動走行させる場合、撮像装置３により取得する画像内に、点検したい範囲が映っていることを確認しながら走行位置を調整する。また、走行位置の確認は、ＧＰＳによる座標、基点からの移動距離・方向情報、その他、架台８などに貼付した位置情報を含むバーコードまたはＱＲコード（登録商標）、位置情報を含んだ画像（架台８に記載した番地など）などの情報を用いて、行っても良い。また、走行位置調整は、撮像装置３得る情報以外に、距離センサなどにより、自動走行する方法も可能である。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１……太陽光発電システム、１ａ……太陽光発電パネル、２……裏面、３……撮像装置、４……移動機構、５……画角調整機構、７……点検機構、８……架台、９……パワーコンディショナ、１０……接続箱、１１……端子箱、１２……ケーブル、１３……コネクタ、１４……匂いセンサ、１５……電磁波測定器、１６……非接触温度計、１７……レーザ距離計、１８……レーザ振動計、１９……レーザ誘起ブレークダウン分光装置、２０……渦電流センサ、２１……超音波センサ、２２……データ記録装置、２３……データ判定装置、２４……リモート機構、２８……遠隔操作機構送信部、２９……ドローン、３０……レール。

Claims (8)

1. 太陽光発電パネルを有する太陽光発電システムを点検するための太陽光発電システム点検装置であって、
   前記太陽光発電パネルの太陽光が照射される照射面と反対側の裏面を撮像するための撮像装置と、
   前記撮像装置を搭載した移動機構と、
   を具備したことを特徴とする太陽光発電システム点検装置。
   
2. 請求項１に記載の太陽光発電システム点検装置であって、
   前記撮像装置は、前記太陽光発電パネルの前記裏面における最も高い地上高さよりも低い位置に撮像用のレンズ機構を有する
   ことを特徴とする太陽光発電システム点検装置。
   
3. 請求項１又は２に記載の太陽光発電システム点検装置であって、
   前記撮像装置は、画角を調整するための画角調整機構を備えている
   ことを特徴とする太陽光発電システム点検装置。
   
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の太陽光発電システム点検装置であって、
   前記撮像装置は、可視光の画像と、赤外光及び紫外光の少なくとも一方の画像とを撮像可能とされている
   ことを特徴とする太陽光発電システム点検装置。
   
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の太陽光発電システム点検装置であって、
   前記移動機構は、前記撮像装置による撮像データに基づいて位置を認識する機構を具備する
   ことを特徴とする太陽光発電システム点検装置。
   
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の太陽光発電システム点検装置であって、
   匂いセンサ、電磁波測定器、非接触温度計、レーザ距離計、レーザ振動計、レーザ誘起ブレークダウン分光装置、渦電流センサ、超音波センサのうち、何れか１つ以上の計測機構を具備する
   ことを特徴とする太陽光発電システム点検装置。
   
7. 請求項６に記載の太陽光発電システム点検装置であって、
   前記計測機構によって得られた計測データを記憶する記憶装置と、前記記憶装置に記憶された前記計測データから点検箇所の正常・異常を判定するデータ判定装置とを具備する
   ことを特徴とする太陽光発電システム点検装置。
   
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載の太陽光発電システム点検装置を用いて、太陽光発電システムの太陽光発電パネルの裏面、太陽光発電パネルの架台、パワーコンディショナ、接続箱、端子箱、ケーブル、コネクタの少なくとも何れか１か所を点検することを特徴とする太陽光発電システム点検方法。

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