JP5918390B2 - 太陽電池パネルの検査装置、及び太陽電池パネルの検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池パネルの検査装置、及び太陽電池パネルの検査方法に関する。

近年、環境に配慮したクリーンなエネルギーへの関心の高まりから、エネルギー源が無尽蔵に存在する太陽光を利用した太陽光発電が注目されている。太陽光発電によって長期的に安定したエネルギーを供給するためには、発電に使用する太陽電池パネルに不具合が生じていないか定期的に検査する必要がある。

太陽電池パネルの検査では、通常、「クラック（マイクロクラックを含む）」や「断線」等の欠陥の有無の確認が行われる。太陽電池パネルの検査は一般に、作業員が検査機器を太陽電池パネルに近づけて行っている。しかし、太陽電池パネルが多数設置されていると必然的に作業に時間が掛かる上に、太陽電池パネルは屋外の高所に設置されているため、検査の際は作業員に大きな負担が伴う場合がある。そのため、作業員の安全を確保しながら欠陥検査の精度及び効率を向上させることが望まれている。

そこで、従来、太陽電池パネルの検査に関して、多数の太陽電池モジュールとパワーコンディショナーとの中から不良部分を一箇所で容易に特定できるようにした太陽光発電設備の監視装置があった（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１によれば、太陽光発電設備の稼働中、当該監視装置の電力値取得回路で複数のパワーコンディショナーから夫々の瞬間電力値が常時取得され、その取得した各瞬間電力値とそれを出力した各パワーコンディショナーの機器情報とが表示回路により表示される。また、異常情報取得回路で異常情報を取得した場合は、その異常情報とそれを出力したパワーコンディショナーの機器情報とが表示回路により表示され、警報回路によって警報が報知される。このような構成によって、一つの監視装置の表示を確認するだけで、太陽電池アレイ全体の不良を一元的に管理できるとされている。

一方、検査対象が太陽電池パネルではないが、タッチスクリーンパネルの電気的特性を検査するために共振回路を用いた静電容量方式タッチスクリーンパネルの検査装置において、回路に電圧または電流を供給する電源部と、ＩＴＯ電極の抵抗及び電極間の静電容量を直列に配置した静電容量方式タッチスクリーンパネル部と、電源部に接続され、電気的共振を起こすＬＣ共振回路を含む共振部と、共振部の共振周波数を変化させる共振周波数変更部と、タッチスクリーンパネル部と共振周波数変更部とを接続する作動部とから構成される、タッチスクリーンパネルの電気的特性検査装置があった（例えば、特許文献２を参照）。特許文献２によれば、既存のタッチスクリーンパネルに簡単なＬＣ共振回路を直列接続して共振周波数特性を取得することにより、タッチスクリーンパネルのＩＴＯ電極の電気的特性を検出し、これをタッチスクリーンパネルの不良分析に利用できるようにしたとされている。

実用新案登録第３１８４８２８号公報 特開２０１２−１２２９８９号公報

上記のとおり、太陽電池パネルの検査は、高所での作業になるため危険や負担が伴う場合が多く、安全且つ効率的に検査を行うことが望まれている。この点、特許文献１に記載のように、太陽電池パネルに対して直接欠陥検査を行うのではなく、各太陽電池モジュールのパワーコンデショナーを監視する装置によって太陽光発電設備の不良を発見することは、作業員の負担軽減に役立つと思われる。しかし、特許文献１に記載されている監視装置は、どのパワーコンデショナーが不良であるかが判明しても、その不良原因が断線によるものか、あるいは劣化によるものかを判別することができない。そのため、結局、太陽電池パネルに対して別途検査を行う必要がある。また、特許文献２の装置は、共振回路を利用してパネルの不良を判別するものであるが、検査対象はスマートフォン等のタッチスクリーンパネルであり、太陽電池パネルとは規模や構造が大きく異なる。そのため、特許文献２の装置の構成をそのまま太陽電池パネルの検査装置に転用することは困難である。

このように、特許文献１及び特許文献２の検査装置では、太陽電池パネルの欠陥検査に際して、作業員の負担の軽減と効率的な検査とを両立させることは困難であり、改善の余地があった。本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、太陽電池パネルの欠陥の有無を容易に且つ正確に行うことを可能とする太陽電池パネルの検査装置、及び太陽電池パネルの検査方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明に係る太陽電池パネルの検査装置の特徴構成は、
検査対象の太陽電池パネルに検査交流波を入力する交流波入力部と、
前記太陽電池パネルから戻ってくる減衰交流波を計測する交流波計測部と、
前記検査交流波と前記減衰交流波とに基づいて前記太陽電池パネルのインピーダンスを算出する演算部と、
前記交流波入力部の周波数を変更する周波数変更部と、
前記太陽電池パネルの状態を判定する判定部と、
を備え、
前記周波数変更部は、前記太陽電池パネルのインピーダンスが最小値となるように前記交流波入力部の周波数を変更し、
前記判定部は、前記最小値を参照値と比較し、前記太陽電池パネルの状態を判定することにある。

上記課題で説明したように、従来の太陽電池パネルの検査装置は、設置されている全ての太陽電池パネルに対して、欠陥原因の如何に関わらず欠陥の有無を含めて検査を行っているため、太陽電池パネルの故障診断を完了するまで作業時間が掛かる等の問題があった。そこで、太陽電池パネルに検査機器を近づけて検査を行う前に、予め太陽電池パネルに欠陥の有無を確認することができれば、検査の効率を向上させることが可能となる。つまり、欠陥が存在しないことが分かった太陽電池パネルに対しては、作業員が実際に検査機器を近づけて行う検査を省略することができ、作業員の負担を軽減することができる。
この点、本構成の太陽電池パネルの検査装置であれば、太陽電池パネルが設置された状態において、太陽電池パネルのインピーダンスの情報のみで太陽電池パネルの状態を判定することができる（本構成の詳細については、後の「発明を実施するための形態」の中で説明する。）。このため、太陽電池パネルに近づいて行う検査の前に、検査対象の太陽電池パネルが少なくとも「正常」又は「異常」のどちらの状態であるかを確認することができる。そして、「正常」と判定された場合は、その後の検査は当該太陽電池パネルに対しては不要となる。一方、「異常」と判定された場合は、検査対象の太陽電池パネルには何らかの欠陥が存在しているため、作業員は実際に太陽電池パネルに検査機器を近づけて検査を行う作業に取り掛かる。このように、検査の初期段階において、検査が必要な太陽電池パネルかどうかを判定することができるため、作業時間の短縮に繋がり、作業員の負担を軽減することができる。
なお、本明細書において「太陽電池パネル」は、複数の太陽電池パネルが接続された太陽電池モジュールや、太陽電池ストリングを包含する意味として使用する。また、「検査交流波」とは、検査対象となる太陽電池パネルに送出される交流波（送出交流波）を意味する。一方、「減衰交流波」とは、検査交流波に対応する交流波のことであり、太陽電池パネルに送出された検査交流波（送出交流波）が、太陽電池パネルの回路を巡って検査装置に戻ってきた交流波、つまり、検査装置が受信する交流波（受信交流波）を意味する。

本発明に係る太陽電池パネルの検査装置において、
前記判定部は、前記最小値が前記参照値の５倍以上である場合に前記太陽電池パネルが異常状態にあると判定し、前記最小値が前記参照値の２倍以上５倍未満である場合に前記太陽電池パネルが劣化状態にあると判定することが好ましい。

本構成の太陽電池パネルの検査装置であれば、検査交流波と減衰交流波とに基づいて、太陽電池パネルのインピーダンスを算出し、当該インピーダンスの最小値と、参照値とを比較する。このとき、最小値が参照値の５倍以上である場合は、太陽電池パネルが異常状態にあると判定し、最小値が参照値の２倍以上５倍未満である場合は、太陽電池パネルが劣化状態にあると推定する。ここで、「異常」とは、例えば、太陽電池パネルに断線が生じている状態を意味する。従って、インピーダンスの最小値を算出することにより、太陽電池パネルの欠陥の原因が断線であるのか、劣化であるのかを判別することできる。このように、本構成の太陽電池パネルの検査装置では、予め欠陥系統（ストリング）を突き止めているため、作業員が検査機器を太陽電池パネルに近づけて欠陥箇所を特定した際、当該欠陥箇所に対して最適な修理等を行うことができ、検査の効率が向上する。その結果、作業時間を短縮することができ、作業員の負担を軽減することができる。また、太陽電池パネルの欠陥原因を予め判別することができるが、この後に作業員が検査機器によって欠陥検査を行うため、精度の高い検査となり、太陽電池パネルの長期信頼性も向上させることができる。

本発明に係る太陽電池パネルの検査装置において、
前記太陽電池パネルは、複数の太陽電池セルが接続されてなる太陽電池モジュールであることが好ましい。

太陽電池パネルは、交流回路的には一般に、抵抗（Ｒｓ成分）と誘導性リアクタンス（Ｌ成分）と容量性リアクタンス（Ｃ成分）とが直列に接続した等価回路で表されると考えることができ、太陽電池パネルを直列（または並列）に接続すると、Ｌ成分の影響を受けて周波数特性が大きく変化する傾向がある。
この点、本構成の太陽電池パネルの検査装置は、インピーダンスの最小値から太陽電池パネルの状態を判定するものであるため、Ｌ成分とＣ成分とがつり合うような周波数に検査交流波を調整することで、モジュール化（またはストリング化）によるＬ成分の影響を最小限に抑えることができる。従って、本構成の太陽電池パネルの検査装置は、特に複数の太陽電池セルが接続されてなる太陽電池モジュールに対して好適に利用することができる。

本発明に係る太陽電池パネルの検査装置において、
前記交流波入力部及び前記交流波計測部は、前記太陽電池パネルの発電電圧より大きい耐電圧を有するコンデンサを介して前記太陽電池パネルに接続されていることが好ましい。

太陽電池パネルが光エネルギーを受けて発電する電流は高電圧（例えば、数百ボルト）の直流であり、この直流を検査装置に印加すると検査装置が壊れてしまう可能性が高い。そこで、本構成の太陽電池パネルの検査装置は、太陽電池パネルに接続する際、太陽電池パネルの発電電圧より大きい耐電圧を有するコンデンサが介されている。このため、太陽電池が発電した高電圧の直流はコンデンサによりカットされ、正しい検査結果を得ることができる。

本発明に係る太陽電池パネルの検査装置において、
前記太陽電池パネルから前記交流波入力部及び前記交流波計測部に到来するパルス波を遮断する遮断回路が、前記コンデンサの前段に設けられることが好ましい。

太陽電池パネルに検査装置を接続すると、その瞬間に高電圧のパルス波が検査装置の交流波入力部及び交流波計測部に伝達され、検査装置の故障を招く場合がある。そこで、本構成の太陽電池パネルの検査装置では、コンデンサの前段に遮断回路を設けている。これにより、パルス波の衝撃から交流波入力部及び交流波計測部を保護し、破損を防止することができる。

本発明に係る太陽電池パネルの検査装置において、
前記遮断回路は、高抵抗部と導通部とを切り替え可能なスイッチ回路であることが好ましい。

上記のように、本構成の太陽電池パネルの検査装置は、太陽電池パネルに検査装置を接続した際に受け得る大きなパルス波を遮断回路によって遮断し、交流波入力部及び交流波計測部を保護している。このような大きなパルス波は、検査開始時に太陽電池パネルに検査装置を接続した瞬間に発生する現象であり、一旦検査装置を接続した後はパルス波の問題は発生しない。そこで、本構成の太陽電池パネルの検査装置は、遮断回路を高抵抗部と導通部とを切り替え可能なスイッチ回路として構成している。ここで、「切り替え」とは、スイッチを開閉することを意味する。スイッチを閉じた状態にすると、高抵抗部と導通部との両方に接続されるが、検査交流波は抵抗が低い導通部を流れることになる。一方、スイッチを開いた状態にすると、導通部が切断されて検査交流波は高抵抗部を流れることになる。このような構成により、検査開始時には高抵抗部に切り替えてパルス波の到来を防止し、その後は導通部に切り替えて不要な高抵抗部を回路から切り離している。従って、検査中は太陽電池パネルのインピーダンスの最小値を適切に算出することができ、正しい検査結果を得ることができる。

本発明に係る太陽電池パネルの検査装置において、
前記周波数変更部は、前記交流波入力部の周波数を５０〜２５００ｋＨｚの範囲で変更することが好ましい。

本構成の太陽電池パネルの検査装置は、交流波入力部の周波数を上記の範囲内で変更するため、太陽電池パネルの直列（または並列）接続による周波数特性の変化をカバーし、Ｃ成分とＬ成分との影響を相殺しながら、太陽電池パネルのインピーダンスの最小値を確実に算出することができる。

本発明に係る太陽電池パネルの検査装置において、
前記太陽電池パネルは接続箱に集約するように配線され、前記交流波入力部及び前記交流波計測部は、前記接続箱を介して前記太陽電池パネルに接続されていることが好ましい。

上記にて説明したように、太陽電池パネルは屋外の高所に設置されているため、作業員が検査機器を太陽電池パネルに近づけて行う検査には危険が伴う場合がある。この点、本構成の太陽電池パネルの検査装置は、上記のように接続箱を介して交流波を入力し、減衰交流波を計測する構成であるため、当該接続箱にて検査対象の太陽電池パネルについて欠陥の有無を容易に確認することができる。従って、作業員の負担を軽減し、欠陥検査の作業効率を向上させることができる。

上記課題を解決するための本発明に係る太陽電池パネルの検査方法の特徴構成は、
検査対象の太陽電池パネルに検査交流波を入力する交流波入力工程と、
前記太陽電池パネルから戻ってくる減衰交流波を計測する交流波計測工程と、
前記検査交流波と前記減衰交流波とに基づいて前記太陽電池パネルのインピーダンスを算出する演算工程と、
前記検査交流波の周波数を変更する周波数変更工程と、
前記太陽電池パネルの状態を判定する判定工程と、
を包含し、
前記周波数変更工程において、前記太陽電池パネルのインピーダンスが最小値となるように前記検査交流波の周波数を変更し、
前記判定工程において、前記最小値を参照値と比較し、前記太陽電池パネルの状態を判定することにある。

本構成の太陽電池パネルの検査方法は、上記の太陽電池パネルの検査装置を利用して太陽電池パネルの欠陥検査を行うため、検査の精度や作業効率の向上を実現することができる。

図１は、太陽電池パネルに関する説明図であり、（ａ）は太陽電池パネルの概略構成図であり、（ｂ）は太陽電池パネルの等価回路図である。 図２は、本発明に係る太陽電池パネルの検査装置に関する説明図であり、（ａ）は太陽電池パネルに交流波を入力したときの交流波の流れを示す図であり、（ｂ）は（ａ）から導かれる実質的な等価回路図である。 図３は、太陽電池パネルの接続枚数別に計測した周波数とインピーダンスとの関係を示すグラフである。 図４は、太陽電池パネルの検査装置の概略構成図である。 図５は、太陽電池パネルの検査装置に関する回路図である。 図６は、太陽電池パネルの検査装置が実行する演算に関する回路図である。 図７は、太陽電池パネルの検査装置を用いて実施する太陽電池パネルの検査方法のフローチャートである。

以下、本発明の太陽電池パネルの検査装置、及び太陽電池パネルの検査方法に関する実施形態を、図１〜図７に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されることを意図しない。

＜太陽電池パネルの検査装置＞
初めに、本発明の太陽電池パネルの検査装置を開発するにあたり、本発明者は太陽電池パネルの構成及び等価回路について以下のような考察をした。これについて図１に基づいて説明する。

［太陽電池パネルの等価回路］
図１は、太陽電池パネルＭに関する説明図である。図１（ａ）は、太陽電池パネルＭの概略構成図である。太陽電池パネルＭは複数のセルＳが直列に接続された太陽電池モジュールとして構成され、太陽電池パネルＭどうしも所望の枚数が直列に接続される。図１（ａ）では４枚の太陽電池パネルＭを例示している。夫々の太陽電池パネルＭを構成するセルＳは、負の電荷を有する電子を多く含むｎ型半導体と、正の電荷を有するホールを多く含むｐ型半導体とが接合されたものである。ホールがｎ型半導体に入ると電子と結合する。これと同様に、電子がｐ型半導体に入るとホールと結合する。このように、ｎ型半導体とｐ型半導体とが接合した際、接合面では電子もホールもない空乏層と呼ばれる領域が形成される。この空乏層には電界が生じており、空乏層に太陽光が入射すると光が半導体に吸収されて電子とホールが生じ、これらが電界で押し出されることにより外部回路へ電流として流れる。この一連の仕組みが発電である。太陽電池パネルＭで生成された電流は直流であり、電気として利用するためには交流に変換する必要がある。図１（ａ）に示すように、太陽電池パネルＭの各配線は接続箱１に集約されており、接続箱１はさらにパワーコンディショナー２に接続されている。太陽電池パネルＭで発電された直流は、パワーコンディショナー２によって交流に変換され、工場、オフィス、住居等で電力として利用される。

図１（ｂ）は、太陽電池パネルＭを構成する１枚のセルＳにおける等価回路図である。太陽電池パネルＭ全体の構成は上記のとおりであるが、電気回路図で考えた場合、太陽電池パネルＭを構成する１枚のセルＳは、図１（ｂ）に示すように定電流源（Ｉ成分）、並列ダイオード（Ｄ成分）、直列抵抗（Ｒｓ成分）、及び並列抵抗（Ｒｓｈ成分）の組み合わせで表すことができる。太陽電池パネルＭはセルＳを直列に接続したモジュール構造をしているが、図１（ｂ）に示す等価回路がセルＳの枚数だけ直列に接続したものと考えることができる。従って、太陽電池モジュールの等価回路図は、直列抵抗等の各成分の値は変わるものの、セルＳが１枚のときと同様に図１（ｂ）の等価回路図として表すことができる。

図２は、本発明に係る太陽電池パネルＭの検査装置に関する説明図である。図２（ａ）は、太陽電池パネルＭに交流波を入力したときの交流波の流れを示す図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）から導かれる実質的な等価回路図である。上記のとおり、セルＳ内には空乏層が形成され電界が生じている。ここに交流波を入力すると、交流波は空乏層を電荷が蓄えられるコンデンサとして捉えるため、図２（ａ）に示すように、等価回路図には容量性リアクタンス（Ｃ成分）を表記することができる。そして、図２（ａ）中の矢印で示すように、交流波は並列抵抗（Ｒｓｈ成分）を通らず、電気容量の大きいコンデンサを通る。つまり、図２（ａ）において、実線で示してある部分の誘導性リアクタンス（Ｌ成分）、直列抵抗（Ｒｓ成分）、及び容量性リアクタンス（Ｃ成分）を通ることとなる。従って、図２（ｂ）に示すように、太陽電池パネルＭに交流波を入力した場合の等価回路図は、実質的には直列抵抗（Ｒｓ成分）と誘導性リアクタンス（Ｌ成分）と容量性リアクタンス（Ｃ成分）とで表される等価回路図となる。

図２（ｂ）のような等価回路図で表されるとき、Ｚをインピーダンス（Ω）、Ｒを抵抗（Ω）、ωを角周波数（ｒａｄ／ｓ）とすると、次の式（１）が成り立つ。

式（１）において、角周波数ωは次の式（２）を意味する。

式（１）において、ωＬと１／ωＣとが等しくなるようにω（すなわち、周波数ｆ）の値を選択すれば、インピーダンスＺは最小値となり、且つ抵抗Ｒの値と等しくなる。ここで、太陽電池パネルＭに欠陥が存在すると、抵抗Ｒの値は欠陥が存在しない場合より大きくなる。そこで、本発明者らは、このインピーダンスＺの最小値を算出することにより、太陽電池パネルＭの欠陥の有無、及び当該欠陥が太陽電池パネルＭの断線（異常状態）によるものか、又は劣化によるものかを判定することができる装置、及び検査方法を開発した。つまり、先ず欠陥が存在しない太陽電池パネルＭについて、周波数ｆを変更しながら式（１）及び式（２）によりインピーダンスＺの最小値を算出し、これを判定の基準となる参照値とする。次に、検査対象の太陽電池パネルＭに対して、上記と同様に周波数ｆを変更しながらインピーダンスＺの最小値を算出する。そして、この最小値と参照値とを比較することによって、太陽電池パネルＭの欠陥の有無等を発見するものである。

図３は、太陽電池パネルの接続枚数別に計測した周波数とインピーダンスとの関係を示すグラフである。太陽電池パネルＭは、通常、複数のセルＳが直列に接続されてモジュール化した構成となっている。そのため、角周波数ω（すなわち、周波数ｆ）とインピーダンスＺとの関係を実際の太陽電池パネルの製品に適用できるのかを確認する必要がある。そこで、本発明者らは、太陽電池パネルの接続枚数毎に周波数特性の測定を行った。周波数特性の測定は、太陽電池パネルを１〜６枚、及び１０枚接続した太陽電池モジュールについて行った。また、参考のため、太陽電池パネルを接続するケーブルのみ（すなわち、太陽電池パネルの接続枚数が０枚のもの）についても同様の測定を行った。周波数を低周波数から高周波数に徐々に上げていくと、図３に示された何れのグラフも、初期においてインピーダンスが急激に下降し、その後は、インピーダンスの下降が収まるか、あるいは上昇に転じた。インピーダンスの上昇は、太陽電池パネルの接続枚数が多いものほど急激であった。このような現象は、インピーダンスが下降しているときは、式（１）において、モジュール化によるＣ成分の影響が大きく関与していると考えられる。そして、ある周波数を境とするインピーダンスの下降の収束又は上昇は、モジュール化によるＬ成分の影響が大きく関与していると考えられる。従って、Ｃ成分とＬ成分とがつり合うような周波数を選択した場合、Ｃ成分及びＬ成分の両者の影響を抑えることができ、その結果としてインピーダンスは最小値となる。具体的に図３のグラフを検討すると、パネルの枚数が１枚の場合、周波数が４５０ｋＨｚ付近までは、インピーダンスが急激に小さくなり、５００ｋＨｚ付近からなだらかな曲線を描きながらインピーダンスが徐々に上昇していることが分かる。このため、太陽電池パネルをモジュール化していない１枚の場合では、インピーダンスの最小値は判別が困難である。太陽電池パネルを２枚接続してモジュール化した場合は、１枚のときと同様に周波数が５００ｋＨｚ付近になると徐々にインピーダンスが上昇していくが、上昇率は１枚のときよりも大きくなる。さらに、太陽電池パネルの枚数が３枚、４枚と増加していくにつれて、急激なインピーダンスの下降から周波数が３００〜４００ｋＨｚを境として右上がりに大きく上昇していく様子が分かる。そして、太陽電池パネルの接続枚数が４枚からは、インピーダンスの最小値の判別が容易となり、太陽電池パネルの接続枚数が６枚以上になると、インピーダンスの最小値を明確に判別することができる。このように、本発明の検査装置では、太陽電池パネルの接続枚数が増加する、つまり、太陽電池モジュール構造が増加するにつれて、インピーダンスの最小値を明確に算出することができ、その値から太陽電池パネルの状態（欠陥の有無等）を判別することができる。従って、本発明の太陽電池パネルＭの検査装置であれば、複数の太陽電池セルＳが直列接続されて構成される太陽電池モジュールに対して好適に高精度な検査を実施することができる。
以下、本発明に係る太陽電池パネルＭの検査装置１００について説明する。

［太陽電池パネルの検査装置の構成］
図４は、本発明に係る太陽電池パネルＭの検査装置１００（以下、「検査装置１００」と称する。）の概略構成図である。図５は、太陽電池パネルＭの検査装置１００に関する回路図である。図４に示すように、検査装置１００は、接続箱１に接続されており、太陽電池パネルＭに欠陥検査のための交流波を入力する交流波入力部１０と、太陽電池パネルＭから戻ってくる減衰交流波を計測する交流波計測部２０と、交流波入力部１０において入力する検査交流波の周波数を変更する周波数変更部３０と、太陽電池パネルＭのインピーダンスを算出する演算部４０と、演算部４０によって算出されたインピーダンスから太陽電池パネルＭの状態を判定する判定部５０とから構成されている。ここで、図４で示すように、検査装置１００における交流波入力部１０と交流波計測部２０とは、接続箱１を介して太陽電池パネルＭに接続されている。太陽電池パネルＭは屋外の高所に設置されているため、作業員が検査機器を用いて行う検査には危険や負担が伴う。しかし、上記のような構成であれば、作業員が行う検査の前に予め接続箱１を介して太陽電池パネルＭの状態を容易に確認することができる。このため、作業員は真に検査の必要な太陽電池パネルＭを知ることができ、さらに、欠陥原因に応じた適切な修理の準備を行い、速やかに対処することができる。その結果、作業員の危険や負担が軽減し、検査の効率を向上させることができる。

〔交流波入力部、交流波計測部〕
太陽電池パネルＭの欠陥検査のため、交流波入力部１０は、太陽電池パネルＭに周波数ｆの交流波（これを、「検査交流波ｆ」と称する。）を入力する。検査交流波ｆは、図２（ｂ）に示す等価回路を通るが、このとき、抵抗（Ｒｓ成分）によっていくらか減衰する。この減衰した交流波を検査交流波ｆに対して減衰交流波ｇと称する。交流波計測部２０は、太陽電池パネルＭから戻ってくる減衰交流波ｇを計測する。検査交流波ｆ及び減衰交流波ｇは、インピーダンスＺの演算に利用される。上記で説明したように、太陽電池パネルＭは光エネルギーを受けて直流電流を生成し、直流はパワーコンディショナー２によって交流に変換される。交流波入力部１０から太陽電池パネルＭに検査交流波ｆを適切に入力し、交流波計測部２０によって太陽電池パネルＭから戻ってくる減衰交流波ｇを正しく計測するためには、太陽電池パネルＭが生成する直流を排除する必要がある。そこで、本構成の検査装置１００では、図５に示すように、交流波入力部１０及び交流波計測部２０を、太陽電池パネルＭの発電電圧より大きい耐電圧を有するコンデンサＣ１，Ｃ２を夫々介して、太陽電池パネルＭに接続する構成を採用している。これにより、太陽電池パネルＭが発電した直流はコンデンサＣ１，Ｃ２によってカットされるため、減衰交流波ｇを正しく計測することが可能となる。

また、太陽電池パネルＭに検査装置１００を接続すると、その瞬間に高電圧のパルス波が検査装置１００の交流波入力部１０及び交流波計測部２０に伝達され、検査装置１００の故障を招く場合がある。そこで、図５の点線枠で囲んだ部分で示すように、本発明の検査装置１００においては、コンデンサＣ１，Ｃ２の前段に高抵抗部６０を含む遮断回路７０を設けることによって、パルス波の衝撃による交流波入力部１０及び交流波計測部２０の破損を防止している。一方、このようなパルス波は、太陽電池パネルＭに検査装置１００を接続した瞬間にのみ生じる現象である。そのため、検査開始時のみパルス波を回避すればよく、パルス波の回避後は遮断回路７０の高抵抗部６０は不要となる。そこで、検査装置１００では図５に示すように、遮断回路７０は、高抵抗部６０又は高抵抗部６０が存在しない導通部のどちらかに接続することができるよう、切り替え可能なスイッチ回路として構成されている。このように、検査装置１００は、検査開始時に高抵抗部６０に接続してパルス波の到来を防止した後、導通部に接続するよう変更して不要な高抵抗部６０を回路から切り離すことができる。従って、検査中は太陽電池パネルＭのインピーダンスＺの値を適切に算出することができ、正しい検査結果を得ることができる。

〔周波数変更部〕
周波数変更部３０は、太陽電池パネルＭのインピーダンスＺが最小値となるように、検査交流波ｆ（周波数ｆの交流波）を変更する。具体的には、式（１）及び式（２）において、ωＬと１／ωＣとが等しくなるように周波数ｆの値を変更させてゆき、ωＬと１／ωＣとが等しくなったときのインピーダンスＺの値を見つけることができれば、抵抗Ｒの値を得ることができる。そのため、周波数変更部３０によって検査交流波ｆ（周波数ｆの交流波）を調整する。このとき、周波数変更部３０は、５０〜２５００ｋＨｚの範囲で周波数ｆを変更する。この範囲であれば、太陽電池パネルＭのモジュール化による周波数特性の変化をカバーし、Ｃ成分とＬ成分との影響をコントロールしながら、太陽電池パネルＭのインピーダンスＺの値を算出し、最終的にインピーダンスＺが最小値となる周波数ｆを特定することができる。

〔演算部〕
演算部４０は、検査交流波ｆと減衰交流波ｇとに基づいて太陽電池パネルＭのインピーダンスＺの値を算出する。ここで、検査交流波ｆに対応する電圧をＶ０とし、減衰交流波ｇに対応する電圧をＶ１とし、テスターの抵抗をＲ１とし、太陽電池パネルＭの抵抗をＲ２とすると、図６に示すような等価回路図で表すことができる。図６に示すように、Ｒ１及びＲ２は直列に接続されているため、以下のような分圧の式が成り立つ。

式（３）から以下の式（４）を導くことができる。

式（４）において、Ｖ０は交流波入力部１０から検査交流波ｆを入力する際に設定される電圧であり、Ｖ１は交流波計測部２０により計測される減衰交流波ｇの電圧であり、Ｒ１は既知であるから、式（４）にＶ０、Ｖ１、及びＲ１を代入すれば、太陽電池パネルＭの抵抗Ｒ２の値を算出することができる。ここで、式（４）における抵抗Ｒ２は太陽電池パネルＭの抵抗を意味するから、式（１）における抵抗Ｒに相当する。そして、上記にて説明したように、式（１）及び（２）に基づいて、周波数変更部３０によりωＬと１／ωＣとが等しくなるように周波数ｆの値を変更してゆき、その都度、インピーダンスＺの値が算出され、最終的にインピーダンスＺの最小値を算出することができる。演算部４０によって算出されたインピーダンスＺの最小値は判定部５０で使用されるため、例えば、メモリやハードディスク等にデータとして記憶される。

〔判定部〕
判定部５０は、演算部４０によって算出された太陽電池パネルＭのインピーダンスＺの最小値と参照値とを比較して太陽電池パネルＭの状態を判定する。ここで、参照値とは、欠陥が存在しない太陽電池パネルＭに対して、検査装置１００によって予め算出されたインピーダンスＺの最小値のことである。太陽電池パネルＭに欠陥が存在すると、欠陥が存在しない太陽電池パネルＭより抵抗値が大きくなる。そのため、演算部４０により算出されたインピーダンスＺの最小値と参照値とを比較すれば、検査対象の太陽電池パネルＭに欠陥が存在するかどうか判別することができる。判定基準としては、例えば、インピーダンスＺの最小値が参照値の５倍以上である場合は、太陽電池パネルＭは断線状態であり、インピーダンスＺの最小値が参照値の５倍未満である場合は、太陽電池パネルＭは劣化状態であると判定することができる。なお、この判定の基準となる倍率は一例であり、太陽電池パネルの種類や使用環境等に応じて、５〜２０倍に設定することができる。このように、判定部５０では、単に太陽電池パネルＭの欠陥の有無を判定するだけではなく、その欠陥が太陽電池パネルＭの断線に起因するものなのか、あるいは劣化に起因するものかまで判定することができる。従って、太陽電池パネルＭに直接検査機器を近づけて行う検査に際し、作業員は真に検査の必要な太陽電池パネルＭを予め知ることができ、さらに、欠陥原因に応じた適切な修理の準備を行い、速やか対処することができる。その結果、作業員の負担が軽減し、検査効率を向上させることができる。

＜太陽電池パネルの検査方法＞
次に、検査装置１００を用いた太陽電池パネルＭの検査方法（以下、「検査方法」とする。）について説明する。図７は、検査装置１００用いて実施する太陽電池パネルＭの検査方法のフローチャートである。検査方法は、主に、交流波入力工程、交流波計測工程、演算工程、周波数変更工程、及び判定工程の各工程を経て実施される。なお、以下の検査方法の説明及び図７において、検査方法における各ステップを記号「Ｓ」で示してある。

[検査装置の配置設定]
検査装置１００を用いて太陽電池パネルＭの欠陥検査を行うにあたり、検査装置１００の各構成要素を適切に配置し、太陽電池パネルＭに接続する。検査装置１００は交流波入力部１０及び交流波計測部２０を太陽電池パネルＭに接続箱１を介して接続する。ここで、太陽電池パネルＭによる直流は交流に変換されるため、単に交流波入力部１０から検査交流波ｆを入力すると、減衰交流波ｇを正しく計測することができず、太陽電池パネルＭの検査に支障を来す虞がある。そのため、図５に示すように、交流波入力部１０及び交流波計測部２０と、太陽電池パネルＭとの間に太陽電池パネルＭの発電電圧より大きい耐電圧を有するコンデンサＣ１，Ｃ２を配置する。これにより、太陽電池パネルＭの発電による直流をカットできるため、減衰交流波ｇを正しく計測することができる。
また、検査開始時に発生するパルス波による交流波入力部１０及び交流波計測部２０の故障を防止するため、図５に示すように上記にて配置したコンデンサＣ１，Ｃ２の前段にスイッチによって高抵抗部６０と導通部とを切り替え可能とする遮断回路７０を設ける（図５において、点線枠で囲まれた部分である。）。

［検査開始〜導通部接続（Ｓ０〜Ｓ３）］
上記のように検査装置１００の各構成要素を適切に配置した後、太陽電池パネルＭに対して欠陥検査を開始する（Ｓ０）。
先ず、交流波入力部１０と交流波計測部２０とを太陽電池パネルＭに接続するが、検査開始時にこれらを太陽電池パネルＭに直接接続すると、高電圧のパルス波が交流波入力部１０及び交流波計測部２０に到来し、その衝撃で検査装置１００が破損する虞がある。そのため、図５の点線枠にて示した遮断回路７０において、スイッチを開いて高抵抗部６０側のみを導通させた高抵抗部接続状態にする（Ｓ１）。一方、パルス波は検査開始時のみに生じる現象であるため、高抵抗部６０によってパルス波を処理した後は、回路を高抵抗部６０側に導通状態のままにしておく必要はない。そのため、パルス波の処理が完了したかどうかを判断し（Ｓ２）、パルス波の処理が完了した後は（Ｓ２；ＹＥＳ）、図５の点線枠にて示した遮断回路７０のスイッチを閉じる。そうすると、抵抗値が小さい導通部側を電流が流れる導通部接続状態となる（Ｓ３）。ステップ２において、パルス波の処理がまだ完了していない場合は（Ｓ２；ＮＯ）、高抵抗部６０側への接続を継続する（Ｓ１）。このように、ステップ０〜３を実行することで、太陽電池パネルＭの検査を実施する準備を整える。

［交流波入力工程（Ｓ４）]
次に、交流波入力部１０から太陽電池パネルＭに検査交流波ｆを入力する(Ｓ４)。検査装置１００は、式（１）に基づいてインピーダンスＺの最小値を得ることが目的である。図３に示すように、太陽電池パネルの接続枚数別に計測した周波数特性のグラフから、インピーダンスＺの最小値はグラフの極小値であることが分かる。そのため、検査交流波ｆの入力は、低周波数から徐々に高周波数へシフトする方向とすることが好ましい。このように入力することで、周波数特性のグラフの極小値となる点、すなわち、インピーダンスＺの最小値を効率良く得ることができる。ステップ４を交流波入力工程とする。

［交流波計測工程（Ｓ５）］
ステップ４において交流波入力部１０から太陽電池パネルＭに入力された検査交流波ｆは、太陽電池パネルＭの抵抗成分（図２（ｂ）に示される等価回路図において、Ｒｓに相当する。）の影響により減衰され、減衰交流波ｇとして太陽電池パネルＭから戻ってくる。このときの減衰交流波ｇを交流波計測部２０によって計測する（Ｓ５）。太陽電池パネルＭに欠陥が存在する場合、この抵抗成分の影響が大きくなるため、減衰交流波ｇを計測して後で説明する演算工程及び判定工程を実行することにより、太陽電池パネルＭの状態を判定することができる。ステップ５を交流波計測工程とする。

［演算工程（Ｓ６〜Ｓ７）］
次に、検査交流波ｆと減衰交流波ｇとに基づいて、演算部４０によって太陽電池パネルＭのインピーダンスＺの値を算出する（Ｓ６）。なお、ステップ６における計算は、ｎ回目としてカウントされる。インピーダンスＺは、式（１）〜（４）の各計算式に基づいて複数回算出され、算出されたインピーダンスＺの値（ｎ回目）は、前回算出されたインピーダンスの値（ｎ−１回目）と比較される（Ｓ７）。ステップ６及びステップ７を演算工程とする。ここで、ステップ７について詳細に説明すると、上記で説明したとおり、太陽電池パネルＭのインピーダンスＺの最小値は、図３に示された周波数特性のグラフから極小値である。従って、例えば、ｎ回目に算出したインピーダンスＺの値が、ｎ−１回目に算出したインピーダンスＺの値と比較して大きくなっている場合（Ｓ７；ＹＥＳ）、ｎ−１回目に算出したインピーダンスＺの値が極小値、すなわち、インピーダンスＺの最小値であると認定できる。一方、ｎ回目に算出したインピーダンスＺの値が、ｎ−１回目に算出したインピーダンスＺの値より小さい場合（Ｓ７；ＮＯ）、インピーダンスＺの最小値（極小値）はまだ判明していないため、ｎ＋１回目の測定では周波数ｆをｎ回目より高く調整し（Ｓ８）、検査交流波ｆを再び交流波入力部１０から入力して交流波入力工程（Ｓ４）を行う（検査交流波ｆの周波数を変更する工程（Ｓ８）については後で説明する。）。そして、検査交流波ｆと減衰交流波ｇとに基づいて演算工程（Ｓ６〜Ｓ７）を実行する。なお、演算工程が初回（ｎ＝１）の場合は、そのまま後述の周波数変更工程（Ｓ８）に進行する。

［周波数変更工程（Ｓ８）]
ステップ６のインピーダンスＺの算出を経て、ステップ７においてインピーダンスＺが前回の測定値より大きい値ではないと判断された場合（Ｓ７；ＮＯ）、検査交流波ｆの周波数を周波数変更部３０によって変更する（Ｓ８）。本発明に係る検査方法は、太陽電池パネルＭのインピーダンスＺの最小値に基づいて欠陥状態を判定する。そのため、式（１）及び（２）において、ωＬと１／ωＣとが等しくなるような周波数ｆを選択する必要がある。周波数ｆの選択は、上述のとおり、ｎ回目に交流波入力部１０に入力した検査交流波ｆによって演算部４０が算出したインピーダンスＺの値が、ｎ−１回目に算出したインピーダンスＺの値より小さい場合（Ｓ７；ＮＯ）、周波数ｆをｎ回目より高くなるように変更し（Ｓ８）、ｎ＋１回目として再び太陽電池パネルＭに検査交流波ｆを入力する（Ｓ４）。そして、ステップ５、ステップ６へと進み、インピーダンスＺの値を算出し、ステップ７でｎ回目の演算工程で算出したインピーダンスＺの値と比較する。

このように、式（１）においてインピーダンスＺが最小値（極小値）となるような周波数ｆが見つかるまで、ステップ４〜８を繰り返す。インピーダンスＺの最小値が得られた場合、次の工程へと進む。なお、インピーダンスＺの最小値は、次の工程で使用するため、例えば、メモリやハードディスク等にデータとして記憶しておく。

［判定工程（Ｓ９〜Ｓ１３）]
ステップ４〜８によって太陽電池パネルＭのインピーダンスＺの最小値が算出されたら、当該最小値を参照値と比較する（Ｓ９）。ここで、参照値とは、欠陥が存在しない太陽電池パネルＭに対して、検査装置１００によって予め算出しておいたインピーダンスＺの最小値のことである。太陽電池パネルＭに欠陥が存在すると、欠陥が存在しない太陽電池パネルＭより抵抗値が大きくなる。そのため、ステップ４〜８の一連の工程で算出された太陽電池パネルＭのインピーダンスＺの最小値が、参照値と等しいかどうかを判定する（Ｓ９）。ここで、インピーダンスＺの最小値と参照値との同一性は、実質的に同一であるか否かで判定され、その判定基準は、検査条件や要求される検査精度等に応じて決めることができる。例えば、インピーダンスＺの最小値が参照値から±１０％の範囲にあれば、両者は実質的に同一と判定することができる。インピーダンスＺの最小値が参照値と等しい場合（Ｓ９；ＹＥＳ）、検査対象の太陽電池パネルＭには欠陥が存在しておらず、「正常状態」と判定される（Ｓ１０）。その後、検査を続行するか否かを判定する（Ｓ１４）。一方、インピーダンスＺの最小値が参照値と等しくない場合（Ｓ９；ＮＯ）、太陽電池パネルＭには何らかの欠陥が存在していると予測されるため、欠陥の原因の判定が行われる。
ステップ１１では、参照値に対するインピーダンスＺの最小値の倍率が求められる（Ｓ１１）。インピーダンスＺの最小値が参照値の５倍未満である場合、太陽電池パネルＭのインピーダンスＺが増大傾向にあるため、太陽電池パネルＭは「劣化状態」にあると判定される（Ｓ１２）。一方、インピーダンスＺの最小値が参照値の５倍以上である場合、太陽電池パネルＭのインピーダンスＺが過剰に増大しているため、「異常状態」にあると判定される（Ｓ１３）。このステップ９〜１３の一連の工程を判定工程とする。判定工程によれば、適切に設定された判定基準に基づいて、太陽電池パネルＭの状態を詳細に判定することができる。
なお、上記の判定基準となる参照値に対するインピーダンスＺの最小値の倍率は一例であり、例えば、太陽電池パネルの種類や枚数、使用環境等に応じて、前記倍率を５〜２０倍に設定することができる。ステップ９〜１３の判定工程において、太陽電池パネルＭが劣化状態又は異常状態であると判定された場合、欠陥箇所を具体的に発見するため、作業員は検査機器を直接太陽電池パネルＭに近づけて検査を行う。

判定工程において、例えば、太陽電池パネルＭの状態が「劣化状態」と判定された場合、その劣化がどの程度進行しているかまで判定できれば、検査精度をさらに向上させることができ、その後の作業員による検査効率を向上させることができる。太陽電池パネルＭの劣化程度の判定は、太陽電池パネルＭの段階的な状態判定によって可能となる。例えば、参照値に対するインピーダンスＺの最小値が１倍超２倍未満の場合は太陽電池パネルＭの劣化状態を「やや劣化している」と判定し、２倍以上３倍未満の場合は「劣化している」と判定し、３倍以上４倍未満の場合は「とても劣化している」と判定し、４倍以上５倍未満の場合は「非常に劣化している」と判定するように設定する。この場合、太陽電池パネルＭの微妙な劣化状態まで判定できるため、例えば、劣化が相当進行した太陽電池パネルＭを優先的に補修又は交換し、それほど劣化が進行していない太陽電池パネルＭについては経過観察とすることで、太陽電池パネルＭ全体としての品質を一定以上に維持しながら、修繕コストを抑制することが可能となる。なお、上記の段階的な判定における基準は一例であり、太陽電池パネルＭの種類や枚数、使用環境等、また、判定基準となる参照値に対するインピーダンスＺの最小値の倍率に応じて最適な段階判定の基準を設けることが可能である。

ステップ０〜１３の一連の工程によって一つの太陽電池パネルＭに対する欠陥検査は終了するが、引き続き太陽電池パネルＭの検査を続行するか否かを判断する（Ｓ１４）。検査を続行する場合は（ステップ１４；ＹＥＳ）、次の太陽電池パネルに移動し（ステップ１５）、検査装置１００を適切にセットしてステップ１〜１４までの各工程を繰り返し行う。検査を続行しない場合は（ステップ１４；ＮＯ）、検査を終了する（Ｓ１６）。
このように、本発明に係る太陽電池パネルＭの検査方法は、太陽電池パネルＭに直接検査機器を近づけて行う検査に際し、作業員は検査が必要な太陽電池パネルＭを予め知ることができる。さらに、欠陥原因に応じた適切な修理を行う準備を行い、速やか対処することができる。その結果、作業員の負担が軽減し、検査効率を向上させることができる。

本発明の太陽電池パネルの検査装置、及び太陽電池パネルの検査方法は、太陽電池の検査に利用されるものであるが、太陽電池パネル以外の検査に利用することも可能である。

１ 接続箱
１０ 交流波入力部
２０ 交流波計測部
３０ 周波数変更部
４０ 演算部
５０ 判定部
１００ 太陽電池パネルの検査装置
ｆ 検査交流波（周波数）
ｇ 減衰交流波
Ｍ 太陽電池パネル
Ｓ セル
Ｚ インピーダンス

Claims (7)

1. 検査対象の太陽電池パネルに検査交流波を入力する交流波入力部と、
   前記太陽電池パネルから戻ってくる減衰交流波を計測する交流波計測部と、
   前記検査交流波と前記減衰交流波とに基づいて前記太陽電池パネルのインピーダンスを算出する演算部と、
   前記交流波入力部の周波数を変更する周波数変更部と、
   前記太陽電池パネルの状態を判定する判定部と、
   を備え、
   前記交流波入力部及び前記交流波計測部は、前記太陽電池パネルの発電電圧より大きい耐電圧を有するコンデンサを介して前記太陽電池パネルに接続され、
   前記周波数変更部は、前記太陽電池パネルのインピーダンスが最小値となるように前記交流波入力部の周波数を変更し、
   前記判定部は、前記最小値を参照値と比較し、前記太陽電池パネルの状態を判定する太陽電池パネルの検査装置。
2. 前記判定部は、前記最小値が前記参照値の５倍以上である場合に前記太陽電池パネルが異常状態にあると判定し、前記最小値が前記参照値の２倍以上５倍未満である場合に前記太陽電池パネルが劣化状態にあると判定する請求項１に記載の太陽電池パネルの検査装置。
3. 前記太陽電池パネルは、複数の太陽電池セルが接続されてなる太陽電池モジュールである請求項１又は２に記載の太陽電池パネルの検査装置。
4. 前記太陽電池パネルから前記交流波入力部及び前記交流波計測部に到来するパルス波を遮断する遮断回路が、前記コンデンサの前段に設けられる請求項１〜３の何れか一項に記載の太陽電池パネルの検査装置。
5. 前記遮断回路は、高抵抗部と導通部とを切り替え可能なスイッチ回路である請求項４に記載の太陽電池パネルの検査装置。
6. 前記周波数変更部は、前記交流波入力部の周波数を５０〜２５００ｋＨｚの範囲で変更する請求項１〜５の何れか一項に記載の太陽電池パネルの検査装置。
7. 前記太陽電池パネルは接続箱に集約するように配線され、前記交流波入力部及び前記交流波計測部は、前記接続箱を介して前記太陽電池パネルに接続されている請求項１〜６の何れか一項に記載の太陽電池パネルの検査装置。

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