JP6970317B1 - 太陽電池モジュールの異常検出用の飛行体及びその飛行制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光発電システムを構成する多数の太陽電池モジュールの中から、異常がある太陽電池モジュールを簡便且つ正確に検知するとともにその位置を容易に特定することが可能な飛行体及びその飛行制御方法を提供する。【解決手段】太陽電池モジュール３のバスバー電極線５ａを識別可能な撮影倍率Ｍ、飛行高度Ｈ、水平仰角α及びＧＰＳ位置情報を含む画像取得情報と、画像領域識別情報と、太陽電池モジュール３の識別情報とを対応付ける飛行計画情報を格納した情報記憶部１６と、画像取得情報に基づいて、太陽電池モジュール３の可視光による画像を取得する画像取得部１７と、画像において飛行計画情報を参照して異常な太陽電池モジュール３の位置を特定可能とする位置特定手段と、を備える飛行体１０及びその飛行制御方法。【選択図】図１２

Description

本発明は、太陽電池アレイをパワーコンディショナにより電力系統と連系させた太陽光発電システムにおいて、太陽電池モジュールのカバーガラス割れをはじめとする太陽電池モジュールの微小な異常を、無人の飛行体（ドローン）に搭載された画像取得部により取得した画像によって検出する、太陽電池モジュールの異常検出用の飛行体及びその飛行制御方法に関する。

太陽電池モジュールのカバーガラスには、フロートガラスに熱処理を施した後に急激に冷却することで強度を高めた強化ガラスが採用される場合が多い。強化ガラスは、フロートガラスと比較して数倍の耐圧強度を有し、万一割れた場合には、破片がクモの巣状、あるいはモザイク状に粉々になって広がる性質を持つ。

太陽電池モジュールのカバーガラス割れが発生する原因として、カラスなどが落下させた物体の衝撃によってカバーガラス上の落下点を起点としてモザイク状にガラス割れの亀裂が広がる場合や、太陽電池モジュールの製造過程でカバーガラスに生じたマイクロクラックと言われる極微小な亀裂が核となって設置後に外部からの力や太陽電池モジュールの撓みなどによって太陽電池モジュール全体に亀裂が広がる場合が知られている。後者については、台風通過時の強風による風圧や積雪などによる太陽電池モジュール表面への圧力がカバーバラスの耐荷重（例えば２０００Ｐａ〜３０００Ｐａ程度）を上回ると、カバーガラスが割れることがある。

カバーガラスが割れると、亀裂から雨などの水分が侵入し、太陽電池セル同士を電気的に接続する金属の腐食劣化を生じさせ、その結果、太陽電池モジュールの発電不良を生じることがある。また、カバーガラスが割れることでパネル全体の機械的強度が低下するので、追加的なわずかな荷重が加わることで太陽電池セルの破損、導電線の断線などを誘発する可能性もある。従って、カバーガラスが破損した太陽電池モジュールを早期に発見して正常な太陽電池モジュールに交換する必要がある。

太陽光発電システムは、複数の太陽電池モジュールを電気的に直列に接続した太陽電池ストリングを１単位とし、これを電気的に複数並列にパワーコンディショナに接続して構成されるが、例えば１ＭＷ規模の太陽光発電システムでは数千枚の太陽電池モジュールが配置されることから、近年、大規模な太陽光発電システムのメインテナンスにおいては、これまでの目視点検に代えて点検効率を高めるために、無人飛行体（ドローン、以下「飛行体」という。）に搭載された可視光／赤外光（ＩＲ）カメラによる画像を利用することが行われている。特に、積雪が多い地方に建設された太陽光発電システムでは、残雪によって太陽電池モジュールが埋もれてしまうことを避けるために、全ての太陽電池モジュールを高い架台上に設置することがあるが、この場合の目視点検は一層困難となるため飛行体の活用が有効である。

飛行体による可視光画像の場合は、台風通過後の発電設備の被災状況の把握など、比較的大きな構造物の異常検知に適するが、太陽電池モジュールのカバーガラス割れ等の１ｃｍ程度の微小な構造異常を検知することは容易ではない。

一方、飛行体による赤外線画像の場合は、太陽電池モジュール上に遮蔽物が存在したり、電流経路の結線不良があったりすると、その場所で発電ロスとして発熱があるので、これをホットスポットとして検出することができ、太陽電池モジュールのカバーガラスの割れにより生じるホットスポットも検出できることが報告されている（非特許文献１）。

『太陽光パネルの故障検出技術の開発』、ＮＴＴ技術ジャーナル、２０１９年５号、Ｐ４４〜Ｐ４７

しかしながら、従来の飛行体による赤外線画像検出では、太陽電池モジュールの発熱の原因が太陽電池モジュール全面に堆積した砂塵等による日射の遮蔽に起因するものか、カバーガラスの割れに起因するものか、あるいは太陽電池モジュールの構成部材の発電性能低下（電気抵抗の増大等）による発電ロス(熱損失）に起因するものかを判別することが困難であり、結局、作業員の目視確認作業や測定機器の使用による原因特定が必要になるという問題があった。特に、カバーガラスの割れの場合は、熱損失が比較的少なく、日射による太陽電池モジュール自体の温度上昇と区別がつき難いという問題もあった。

一方、飛行体による可視光画像の撮影の場合には、カバーガラスの割れにより生じるガラス破片が１ｃｍ程度の微小なものであるため、目視可能な距離ならば飛行体に搭載したカメラでも撮影は可能であるが、大規模太陽光発電設備に設置される数千から数万枚の太陽電池モジュールの中からカバーガラスの割れを検出するには長時間の飛行が必要であり、しかも、可視光画像で検知できたとしても、当該カバーガラスの割れた太陽電池モジュールがどの位置に存在しているかを特定することは困難であった。

本発明は、上記課題を鑑みて成されたものであり、その目的は、太陽光発電システムを構成する多数の太陽電池モジュールの中から、飛行体に搭載した画像取得部が取得する可視光による画像によって、カバーガラスの破損等の微小な異常がある太陽電池モジュールを簡便且つ正確に検出するとともに、当該異常な太陽電池モジュールの太陽光発電システム全体構成における位置を容易に特定することが可能な、太陽電池モジュールの異常検出用の飛行体及びその飛行制御方法を提供することにある。

本発明の太陽電池モジュールの異常検出用の飛行体は、太陽光発電システムを構成する多数の太陽電池モジュールの中から、異常な太陽電池モジュールを検出する太陽電池モジュールの異常検出用の飛行体であって、前記太陽電池モジュールのバスバー電極線幅を識別可能な撮影倍率、飛行高度、水平仰角及びＧＰＳ位置情報を含む画像取得情報と、画像領域識別情報と、太陽電池モジュールの識別情報とを対応付ける飛行計画情報を格納した情報記憶部と、前記画像取得情報に基づいて、複数の前記太陽電池モジュールを直列配置した複数の太陽電池モジュール列の可視光による単一画像を取得する画像取得部と、前記画像取得部によって取得された前記単一画像において前記飛行計画情報を参照して複数の前記太陽電池モジュールに１対１で対応した分割画像領域を特定し、前記分割画像領域において前記バスバー電極が破線状構造を有する異常な太陽電池モジュールの位置を特定可能とする位置特定手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールの異常検出用の飛行体の飛行制御方法は、太陽光発電システムを構成する多数の太陽電池モジュールの中から、異常な太陽電池モジュールを検出する太陽電池モジュールの異常検出用の飛行体の飛行制御方法であって、前記太陽電池モジュールのバスバー電極線を識別可能な撮影倍率、飛行高度、水平仰角及びＧＰＳ位置情報を含む画像取得情報と、画像領域識別情報と、太陽電池モジュールの識別情報とを対応付ける飛行計画情報に基づいて、画像取得部により複数の前記太陽電池モジュールを直列配置した複数の太陽電池モジュール列の可視光による単一画像を取得するように前記飛行体の飛行を制御し、前記画像取得部によって取得された前記単一画像において、前記飛行計画情報を参照して複数の前記太陽電池モジュールに１対１で対応した分割画像領域を特定し、前記分割画像領域において前記バスバー電極が破線状構造を有する異常な太陽電池モジュールの位置を特定することを特徴とする。

本発明によれば、太陽光発電システムを構成する多数の太陽電池モジュールの中から、飛行体に搭載した画像取得部が取得する可視光による画像によって、カバーガラスの破損等の微小な異常がある太陽電池モジュールを簡便且つ正確に検出するとともに、当該異常な太陽電池モジュールの太陽光発電システム全体構成における位置を容易に特定することが可能な、太陽電池モジュールの異常検出用の飛行体及びその飛行制御方法を提供することができる。

太陽光発電システムの一例を示す説明図である。 図1に示す太陽光発電システムを構成する太陽電池モジュールを示す図である。 図２に示す太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルを示す図である。 カバーガラスに割れが生じた状態の太陽電池モジュールの一部の太陽電池セルを示す図である。 本発明の一実施の形態に係る飛行体とその操縦端末の構成を示すブロック図である。 変形例に係る飛行体とその操縦端末の構成を示すブロック図である。 飛行体の広範囲検知飛行条件を示す図である。 画像取得部の撮影領域とガラス破片検知限界との関係を示す図である。 飛行体が取得したホバリング画像によるカバーガラスの割れ検出例を示す図である。 飛行体が取得したホバリング画像における分割領域と各太陽電池モジュールとの対応を示す図である。 分割領域と飛行計画情報との対応表（飛行計画）の一例を示す図である。 自立飛行を行う場合の飛行体の飛行制御手順を示すフローチャート図である。 非自立飛行を行う場合の飛行体の飛行制御手順を示すフローチャート図である。 図１３に示すフローチャートの続きのフローチャート図である。 カバーガラスに割れが生じた太陽電池モジュールの位置を特定する手順を示すフローチャート図である。 カバーガラスの割れを自動的に検出する手順を示すフローチャート図である。

以下、図面を参照しつつ本発明をより具体的に例示説明する。

図１に示す太陽光発電システム１は、本発明の一実施の形態に係る飛行体による異常な太陽電池モジュールの検出の対象となる太陽光発電システム１の一例を示すものである。この太陽光発電システム１は、複数（図１では３つ）の太陽電池アレイ２をインバータからなるパワーコンディショナ（不図示）により電力系統に連携させた構成を有している。複数の太陽電池アレイ２は、それぞれ複数枚の太陽電池モジュール３が直列に接続された太陽電池ストリング４を含んで構成される。太陽電池ストリング４は太陽電池モジュール３を電気的に直列接続して構成されるが、図１においては、太陽電池ストリング４が太陽電池モジュール３を紙面上横一列に配置し、かつ太陽電池ストリング４の紙面上横方向の長さが太陽電池アレイ２の紙面上横方向の長さに等しいように描いている。従って、図１の太陽電池アレイ２は太陽電池ストリングを４段並列配置して構成している。ここで、太陽電池ストリング４を構成する太陽電池モジュール３の配置形態は任意であり、かつ太陽光発電システム１の設計条件に対応して太陽電池モジュール３の直列数が決定されるから、太陽電池アレイ２における太陽電池ストリング４の配置構成は図１に限られるものではない。そこで、本発明においては、太陽電池アレイ２における太陽電池モジュール３の位置が太陽電池ストリング４とは関係なく一意に定まっているものとする。従って、図１においては、太陽電池アレイ２が紙面上横方向に配置された太陽電池モジュール列（以下、「PVパネル列」。）が４段で構成されているとする。なお、図１においては、便宜上、それぞれの太陽電池アレイ２において、１つの太陽電池モジュール３にのみ符号を付してある。

図２に示すように、太陽光発電システム１を構成する太陽電池モジュール３は、電気的に直列に接続された複数の太陽電池セル５を備えている。図２に示す場合では、太陽電池モジュール３は、横に１０列、縦に６段の合計６０枚の太陽電池セル５を備えている。

図３に示すように、それぞれの太陽電池セル５の表面には、互いに平行な複数本（図３に示す場合では３本）のバスバー電極線５ａと、それぞれバスバー電極線５ａに直角に交わるとともにバスバー電極線５ａに電気的に接続された複数本のフィンガー電極（グリッド線）５ｂとが配線されている。図３においては、便宜上、１つのフィンガー電極５ｂにのみ符号を付してある。

太陽電池モジュール３は、スーパーストレート構造となっており、図２に示すように、その表面が透明な単一のカバーガラス６により覆われた構成となっている。カバーガラス６としては、例えば白板熱処理強化ガラスなどの強化ガラスが使用される。太陽電池セル５に設けられたバスバー電極線５ａ及びフィンガー電極５ｂは、カバーガラス６に覆われるとともにカバーガラス６を通して外部から視認可能となっている。

カバーガラス６は、割れを生じると、モザイク状に亀裂が広がる。そのため、割れを生じたカバーガラス６は、１ｃｍ程度のサイズのガラス破片が太陽電池モジュール３の全面に渡ってモザイク状に敷き詰められた状態となる。近接目視では、太陽電池モジュール３の全面に渡ってカバーガラス６が割れている状態を直接視認できるが、カバーガラス６が割れた太陽電池モジュール３から遠ざかって目視すると、図４に示すように、バスバー電極線５ａが途切れ途切れの破線状に視認されるのみで、バスバー電極線５ａ上以外の太陽電池セル５上のカバーガラス６が割れた状態は視認困難となる。これは、カバーガラス６が割れた太陽電池モジュール３に入射した太陽光が、割れたカバーガラス６を透過後、バスバー電極線５ａによって反射され、その反射光が前面のガラス破片によって散乱され、その散乱光によってカバーガラス６が割れた状態を検知するためである。この結果、バスバー電極線５ａが破線状に視認されることで、太陽電池モジュール３に、カバーガラス６の割れという異常が生じていると判断することができる。

図５は、本発明の一実施の形態である飛行体１０とその操縦端末２０の構成を示すブロック図である。飛行体１０と操縦端末２０とで異常検出システムが構成される。

飛行体１０は、太陽光発電システム１を構成する多数の太陽電池モジュール３の中から、異常な太陽電池モジュール３を検出するためのものである。飛行体１０は、例えばドローンなどの、無人で自律飛行可能であるとともに位置及び飛行高度を一定としてホバリングが可能な構成のものとされる。飛行体１０は、制御部１１、飛行駆動部１２、飛行高度検出部１３、ＧＰＳ−ＩＦ（ＧＰＳインターフェース）１４、無線通信ＩＦ（無線通信インターフェース）１５、情報記憶部１６及び画像取得部１７を備えている。

制御部１１は、例えばＣＰＵを備えたマイクロコンピュータで構成される。飛行駆動部１２は、飛行体１０を飛行させるためのものであり、例えばプロペラを駆動する電動モータ、当該電動モータに電力を供給するバッテリなどを含んで構成される。飛行駆動部１２は制御部１１に接続され、制御部１１により作動が制御される。飛行高度検出部１３は、飛行体１０の飛行高度を検出することができる。ＧＰＳ−ＩＦ１４は、ＧＰＳシステムからの信号を受信して飛行体１０の位置を検出することができる。飛行高度検出部１３及びＧＰＳ−ＩＦ１４は、それぞれ制御部１１に接続され、検知した飛行体１０の飛行高度及び位置は制御部１１に入力される。

画像取得部１７は、例えば可視光カメラであり、可視光による画像を取得することができる。画像取得部１７は、ジンバル機構を用いて飛行体１０に取り付けられており、所定の水平仰角（水平から測った角度）で画像（動画、静止画）を取得することができる。画像取得部１７は制御部１１に接続され、制御部１１により作動が制御される。

画像取得部１７としては、例えば、画像センサーとして、有効画素数が１２メガピクセル、画素ピッチが１．５５μｍの、１／２．３インチＣＭＯＳ（６．２ｍｍ×４．７ｎｍ）が用いられたデジタルカメラであって、カメラレンズとして、画角が８２．６度（２４ｍｍ）、４７．８度（４８ｍｍ）／３５ｍｍ換算で２４−４８ｍｍのものが用いられ、静止画サイズが４０００×３０００（１２メガピクセル）のものを用いることができる。またジンバル機構としては、チルトが−９０度から+３０度（水平面から上方に正）、パンが−７５度から+７５度のものを用いることができる。上記構成の飛行体１０は市販のものが入手可能である。

情報記憶部１６は飛行計画情報を格納している。飛行計画情報は、画像取得部１７における太陽電池モジュール３のバスバー電極線５ａを識別可能な撮影倍率、画像取得部１７が撮影を行う際の飛行体１０の飛行高度、画像取得部１７の水平仰角及び画像取得部１７が撮影を行う際のＧＰＳ位置情報を含むホバリング画像取得情報と、画像領域識別情報と、太陽電池モジュールの識別情報とを含むとともに、これらを対応付けたものである。

飛行体１０は、制御部１１が、当該飛行計画情報に基づき、飛行高度検出部１３から入力される飛行高度及びＧＰＳ−ＩＦ１４から入力される位置情報を参照しつつ飛行駆動部１２を制御することで、所定の飛行経路に沿って自律的に飛行することができる。また、画像取得部１７は、飛行体１０が、飛行計画情報に基づき所定位置且つ所定高度でホバリング中に、ホバリング画像取得情報に基づいて、太陽電池モジュール３の可視光による所要の複数枚のホバリング画像を取得することができる。

より具体的には、図１に示すように、飛行体１０は、当該飛行計画情報に基づき、最上段または最下段の太陽電池アレイ２の上空を、その一端から他端に向けて飛行し、次いで次の段の太陽電池アレイ２の上空を、他端から一端に向けて飛行し、次いで次の段の太陽電池アレイ２の上空を、その一端から他端に向けて飛行するように、１段目からｋ段目（ｋは整数）までの全ての段の太陽電池アレイ２の上空を、一筆書き状に移動することができる。このとき、飛行体１０は、所定の距離を移動する毎にホバリングをする。そして、画像取得部１７は、ホバリング画像取得情報に基づいて、当該ホバリングの度に、当該太陽電池アレイ２を構成する複数枚の太陽電池モジュール３を含む領域を撮影して、各段の太陽電池アレイ２毎にｍ枚の可視光によるホバリング画像を取得する。このとき、画像取得部１７の撮影倍率、飛行高度、水平仰角は、太陽電池モジュール３のバスバー電極線５ａを識別可能な程度に設定される。また、飛行体１０の飛行高度、位置、画像取得部１７の撮影倍率、飛行高度、水平仰角は、隣り合う領域におけるホバリング画像において、同一の太陽電池モジュール３が両方のホバリング画像に重複するように全て含まれることがなく、且つ、全ての太陽電池モジュール３が何れかのホバリング画像に全て含まれるように設定される。各ホバリング画像を取得する際の飛行体１０の位置はＧＰＳ−ＩＦ１４により取得され、画像領域識別情報として各ホバリング画像と対応付けられて情報記憶部１６に記憶される。また、各ホバリング画像に写った複数の太陽電池モジュール３は、太陽光発電システム１を構成する多数枚の太陽電池モジュール３のそれぞれに個別に付けられた識別情報と対応付けられる。当該識別情報は、太陽電池アレイ２の番号と、それぞれの太陽電池アレイ２における太陽電池モジュール３の番号とを有することができる。

操縦端末２０は、飛行体１０の無線通信ＩＦ１５と無線通信可能な無線通信ＩＦ（無線通信インターフェース）２１を備えており、飛行体１０は操縦端末２０と無線通信可能となっている。無線通信としては、例えば無線ＬＡＮなどを用いることができる。また、操縦端末２０は、情報処理部２２、情報記憶部２３、情報入力部２４及び表示部２５を備えている。

飛行体１０の画像取得部１７が取得したホバリング画像の画像データ及び画像領域識別情報は、情報記憶部１６に記憶されるとともに、無線通信ＩＦ１５及び無線通信ＩＦ２１を介して無線で操縦端末２０に転送され、情報処理部２２で処理されて情報記憶部２３に格納される。モニター等で構成される表示部２５は、情報記憶部２３に格納されたホバリング画像及び画像領域識別情報を表示することができる。

飛行体１０は、予め情報記憶部１６に飛行計画情報を記憶させておき、当該飛行計画情報に基づいて自立して飛行するとともに画像取得部１７により所要の複数枚のホバリング画像を取得し、当該画像データを無線通信ＩＦ１５及び無線通信ＩＦ２１を介して操縦端末２０に転送して操縦端末２０の表示部２５に映し出す構成としてもよい。

または、飛行体１０は、操縦者が操縦端末２０の情報入力部２４により入力した飛行計画情報を無線通信ＩＦ２１及び無線通信ＩＦ１５を介して飛行体１０に転送し、当該転送されてきた飛行計画情報に基づいて自立して飛行するとともに画像取得部１７により所要の複数枚のホバリング画像を取得し、当該画像データを無線通信ＩＦ１５及び無線通信ＩＦ２１を介して操縦端末２０に転送して操縦端末２０の表示部２５に映し出す構成としてもよい。

図６に変形例として示すように、飛行体１０の無線通信ＩＦ１５と操縦端末２０の無線通信ＩＦ２１との間の無線通信は、無線ＬＡＮに限らず、例えば、ＬＴＥ、５Ｇなどの広域無線通信ＩＦを介してインターネット等のネットワーク３０を経由して飛行体１０と遠隔地に設置された操縦端末２０との間で無線通信する構成とすることもできる。

図７に示すように、画像取得部１７において、撮影領域面とは、画像取得部１７に内蔵された画像センサーの受光面上にフォーカス（結像）される被撮影面であり、図７の紙面上では撮影領域面を垂直方向から見た直線を示している。すなわち撮影領域面上の点群が、画像取得部１７に内蔵された画像センサー上の結像面に結像する。飛行体１０が、ホバリングをして画像取得部１７により太陽電池アレイ２の所定の領域におけるホバリング画像を取得する際、１つの太陽電池モジュール（ＰＶパネル）３の縦方向の長さをａ（ｍ）、太陽電池モジュール３の横方向の長さをｂ（ｍ）、太陽電池モジュール３の地平面に対する設置傾斜角（ＰＶパネル傾斜角）をα（単位は度）、太陽電池アレイ２における太陽電池モジュール３の段数（ＰＶパネル段数）をＮ（図示する場合は４段）、画像取得部１７の画角を２φ（単位は度）、画像取得部１７の水平仰角をθ（水平面から下方に正。単位は度。）、飛行体１０の飛行高度をＨ（ｍ）とした場合、図７に示すように、太陽電池アレイ２と撮影領域面とのなす角が９０°−(θ＋α)＝０を満たすとき、太陽電池アレイ２の表面が撮影領域面に一致し、太陽電池アレイ２を構成する複数段の太陽電池モジュール３の列（ＰＶパネル列）の最下段から最上段までの全てが画像取得部１７の画像センサーの受光面に結像することになる。一方で、９０°−(θ＋α)＝０を満たさない場合には、太陽電池アレイ２を構成する複数断のＰＶパネル列の少なくとも一部がデフォーカスの状態となる。なお、図７に示すように、Ｘ（ｍ）は画像取得部１７に実装されたカメラレンズの中心から撮影領域面の端までの距離であり、Ｙ（ｍ）は撮影領域面の上端から光軸までの距離である。

ホバリング画像取得情報は、飛行体１０が、太陽電池モジュール３に生じたカバーガラス６の割れなどの微小な異常をホバリング画像上で取得することができる条件に設定される。

図８に示すように、画像取得部１７の内部において、画像センサーの受光面と可変焦点カメラレンズとが焦点距離ｆ（可変）となるように画像センサーと可変焦点カメラレンズが実装されている。撮影領域面は、図７に示した撮影領域面と同じものである。可変焦点カメラレンズの画角２φ（可変）に収まる撮影領域面内の領域が画像センサーの受光面上にフォーカス（結像）される。カバーガラス６の割れ（ガラス破片）の存在は、バスバー電極による太陽光の反射光がガラス破片によって散乱される結果、該散乱光による破線状のバスバー電極線５ａの像が、画像取得部１７の画像センサーの受光面上で分解できることで検知される。従って、画像センサーがバスバー電極線５ａの線幅（Δ）と同程度の微小な画像の差異を検出できるためのピクセル数の画素領域を有することが、カバーガラス６の割れが検出できる条件となる。ここで、太陽電池アレイ２の表面と画像センサーの受光面とが正確に結像関係を満たす場合に最もコントラストが高くカバーガラス６の割れた像が画像センサーの受光面に結像されるが、正確な結像関係を満たさなくても、言い換えれば、太陽電池アレイ２の表面の像が画像センサーの受光面上でデフォーカス状態となっていてもバスバー電極線５ａの線幅（Δ）と同程度の微小な画像の差異を分解可能な場合がある。従って、本発明では、太陽電池アレイ２の表面と画像センサーの受光面とが正確に結像関係を満たす場合にバスバー電極線５ａの線幅（Δ）と同程度の微小な画像の差異を分解可能な画素領域を最小画素領域として含み、かつ太陽電池アレイ２の表面の像が画像センサーの受光面上でデフォーカス状態であってもバスバー電極線５ａの線幅（Δ）と同程度の微小な画像の差異を分解できる最小画素領域を検知限界画素領域Ｄと定義する。従って、画像センサー上でバスバー電極線５ａの線幅（Δ）と同程度の微小な画像の差異の像が検知限界画素領域Ｄで分解できることがカバーガラス６の割れを検出するための条件となる。

太陽電池モジュール３上の微小な異変（カバーガラス６のガラス破片の存在）は、上記のとおり、太陽電池モジュール３への入射光が、カバーガラス６を透過後、バスバー電極線５ａによって反射され、この反射光がバスバー電極線５ａの前面のカバーガラス６のガラス破片によって散乱されることで認識される。散乱光は、太陽電池モジュール３の表面から放射状に広がり、この散乱光によって太陽電池モジュール３の微小な異変（カバーガラス６のガラス破片の存在）が画像取得部１７の画像センサー上で分解でき、かつ太陽電池モジュール３のバスバー電極線５ａの全長に渡って破線状につながる像が画像センサー面に結像することで検出可能となる。図８に示すように、画像取得部１７の画像センサーの焦点面の紙面上縦方向の長さの１／２をＡ（ｍ）とし、撮影領域面の紙面上縦方向の長さの１／２をＹ（ｍ）とし、画像取得部１７の焦点距離をｆ（ｍ）としたとき、この条件を満たす撮影倍率Ｍは、以下の（式１）で算出することができる。

［数１］
Ｍ＝Ｙ／Ａ＝（Ｎ×ａ×ｓｉｎ（θ+α））／（２ｆ×ｔａｎφ） （式１）

ここで、画像取得部１７の画角２φが大きいとき（広角）、撮影範囲は広くなるので、多くの太陽電池モジュール３を同一のホバリング画像上に撮影することができる。従って、広域に設置された複数の太陽電池アレイ２を同一撮影画像上に撮影するためには画角２φを大きくする（焦点距離ｆは小さい）ことが望ましい。一方、画角２φが小さいとき（狭角）は、いわゆる望遠レンズに相当し、狭い撮影範囲が拡大されて画像センサーの受光面上に結像されるので、太陽電池モジュール３上の微小異変の検出にはより狭い画角（焦点距離ｆは大きい方）が望ましい。こうしたことから、本発明では、図８に示すように、まず、太陽電池モジュール３のバスバー電極線５ａの線幅が分解可能な画像センサー上の画素領域を検知限界画素領域Ｄとし、使用する飛行体１０の画像取得部１７の仕様に応じて、この検知限界画素領域Ｄに対応する画角２φ（焦点距離ｆ）、及びＮ、ａ、αとから、上記の撮影倍率Ｍを求める（式１）によって、予め撮影倍率Ｍを設定するようにしている。

上述したように、太陽電池モジュール３上のバスバー電極線５ａの線幅程度の微小異変を検出可能な画角と、なるべく多くの太陽電池モジュール３の微小異変を同一撮影画像に映すこと、すなわち当該微小変異がどの程度広範囲に分布しているかを検出可能な画角とはトレードオフの関係になる。そこで、本発明では、図７に示す太陽電池アレイ２の表面と撮影領域面とのなす角９０°−(θ＋α)が０でない場合に、太陽電池アレイ２の上段に行くほど撮影領域面上でデフォーカスになることを考慮して、検知限界画素領域Ｄを設定するようにしている。

図９は、太陽電池アレイ２の最上段の最も左側の太陽電池モジュール３の位置にカバーガラス６の割れを生じているものを設置して、飛行体１０に搭載された可視光カメラによってホバリング状態で撮影した太陽電池アレイ２のホバリング画像像（実写画）において、撮影領域内に撮影されている全ての太陽電池モジュール３の輪郭をトレースして示した図である。実際に、実写画像上で、太陽電池アレイ２の最上段の最も左側の太陽電池モジュール３がカバーガラス６の割れを生じていることが確認できた。このホバリング画像は、画像取得部１７の画角２φ＝４７．８°（画像取得部１７として使用したカメラ仕様での最小画角、最大倍率）、Ｈ＝６．７ｍ、水平仰角θ＝４２°で撮影したものである。このように、ホバリング画像取得情報は、デフォーカス状態となる領域においても、カバーガラス６の割れを検出することができるように設定することが可能である。このことは、図９のホバリング画像が、カメラ内の画像センサー上で、図６について説明した検知限界画素領域Ｄを満たして撮影されていることを示す。なお、図９のホバリング画像においては、ホバリング画像の撮影画像領域の中心点（撮影画像領域の対角線の交点）は、画像取得部１７の光軸上にあり、水平面から測った画像取得部１７の光軸の角は水平仰角θである。

ホバリング画像取得情報は、太陽電池アレイ２を構成する最下段の太陽電池モジュール３の列（ＰＶパネル列）から最上段の太陽電池モジュール３の列（ＰＶパネル列）までが同一のホバリング画像に収まるようにするために、以下の（数式２）を満たすように設定される。

［数２］
Ｈ＝｛（Ｎ×ａ×ｓｉｎ（θ+φ）×ｓｉｎ（θ+α））／２ｓｉｎφ｝+Ｌ （式２）

ここで、Ｌ（ｍ）は、図７で示すように最下段の太陽電池モジュール３の列の下端の地面からの高さである。特に、太陽電池アレイ２を構成する最下段の太陽電池モジュール３の列から最上段の太陽電池モジュール３の列までが同一のホバリング画像に丁度収まる場合は、９０°−(θ＋α)＝０であるから、以下の（式３）となる。

［数３］
Ｈ＝｛（Ｎ×ａ×ｓｉｎ（９０°+φ−α）／２ｓｉｎφ｝ （式３）

当該（式３）を満たす撮影条件は、カバーガラス６の割れが検出可能であり、かつ太陽電池アレイ２の最下段の太陽電池モジュール３の列から最上段の太陽電池モジュール３の列までが丁度ホバリング画像に収まるため最適撮影条件となる。

例えば、本実施の形態では、画像取得部１７の画角２φ＝４７．８°（画像取得部１７として使用したカメラ仕様での最小画角、最大倍率）、Ｎ＝４、α＝１５°、ａ＝０．９９ｍ、Ｌ＝０．５ｍであり、このとき、（式２）からＨ＝５．３ｍ、（式１）から撮影倍率はＭ＝４６．５と算出される。ここで、図９に示したホバリング画像の撮影条件と対比すると、図９のホバリング画像は上記の最適条件と同じ仕様の画像取得部１７の最大倍率で撮影されているが、最上段で左端に配置されている太陽電池モジュール３のカバーガラス６の割れがデフォーカス状態で撮影されていることになる。すなわち、図９のホバリング画像は、最適撮影条件を厳密に満たしていないデフォーカス状態であっても、撮影画像上でカバーガラス６の割れを視認可能な範囲がある実例を示している。すなわち、（式２）を満たすように飛行体１０の飛行を制御し、かつ検知限界画素領域Ｄとなるように撮影条件を満たして撮影されたホバリング画像は、太陽電池アレイ２の最上段の太陽電池モジュール３の列から最下段の太陽電池モジュール３の列までが同一の撮影画像領域に撮影され、かつ必ずカバーガラス６の割れが検出可能な（検知限界画素領域Ｄを含む）状態で撮影されていることになる。

図１０は、図９のホバリング画像（実写画像）上で、撮影されている太陽電池モジュール３の各々に対応して分割画像領域を割り当てた状態を示す図である。図１０の撮影画像領域ＰＩＣｍは図９の撮影画像領域に重なる。従って、図１０の各分割画像領域ＳＥＧｎ（ｎ＝１、２・・・１２）は図９の各太陽電池モジュール３と１対１に重なる位置になり、分割画像領域ＳＥＧ１０が図９のホバリング画像上のカバーガラス６に割れを生じた太陽電池モジュール３であることが特定される。図１１は、所定のホバリング画像を取得するための画像取得情報と、撮影画像領域と分割画像領域とを対応付ける画像領域識別情報と、太陽電池アレイ２における太陽電池モジュール３の位置を特定（識別）するＰＶモジュール識別情報との対応関係を示す表（飛行計画）の一例を示す図である。

位置特定手段としての機能を有する飛行体１０の制御部１１は、画像取得部１７によって取得されたホバリング画像から、図１１の飛行計画を参照して、カバーガラス６の割れを含む異常な太陽電池モジュール３の全太陽電池アレイ２における位置を特定する。

より具体的には、制御部１１は、まず、図１１に示す飛行計画の画像取得情報に基づいて第ｍ（ｍ＝１、２・・）番目のホバリング画像（撮影画像領域ＰＩＣｍ）を取得するように飛行体１０の飛行駆動部１２と画像取得部１７を制御する。撮影画像領域ＰＩＣｍを取得するためのカメラ水平仰角θｍ、飛行体高度Ｈｍ、画像撮影倍率Ｍｍは、上記に説明したように、撮影画像領域ＰＩＣｍが、太陽電池アレイ２の最上段の太陽電池モジュール３の列から最下段の太陽電池モジュール３の列までが同一の撮影画像領域に収まるように撮影され、かつ必ずカバーガラス６の割れが検出可能な（検知限界画素領域Ｄを含む）状態で撮影されるように予め設定された情報である。また、飛行体１０の位置情報（ＧＰＳ情報）Ｇｍは、撮影画像領域ＰＩＣｍが撮影される位置情報であって、撮影画像領域ＰＩＣｍが互いに重ならないように予め設定されている。従って、撮影画像領域ＰＩＣｍは、当該撮影画像領域ＰＩＣｍ上に撮影されている各太陽電池モジュール３の中にカバーガラス６が割れた状態のものがあれば必ずこれを検出可能な状態で撮影されている。制御部１１は、位置情報（ＧＰＳ情報）Ｇｍで指定された位置で画像取得部１７によって取得された撮影画像領域ＰＩＣｍを情報記憶部１６に格納するとともに、操縦端末２０に転送する。操縦端末２０に転送された撮影画像領域ＰＩＣｍは、情報処理部２２によって情報記憶部に格納されるとともに、表示部２５に表示される。次に、制御部１１は、画像取得部１７によって取得された第ｍ番目の撮影画像領域ＰＩＣｍにおいて、撮影画像領域ＰＩＣｍの識別情報ＰＩＣｍと、撮影画像領域ＰＩＣｍに含まれる各太陽電池モジュール３に対応する分割画像領域の識別情報ＳＥＧｎ（ｎ＝１、２・・）とから、撮影画像領域ＰＩＣｍ上の各太陽電池モジュール３の位置と分割画像領域ＳＥＧｎとを１対１に対応付けるとともに、各分割画像領域ＳＥＧｎについて、カバーガラス６の割れを検出する。この検出方法については後述する。このことから、制御部１１によって、どの分割画像領域ＳＥＧｎがカバーガラス６の割れを有するかが特定される。図１１のＰＶモジュール識別情報であるアレイ番号ＡＲＹｍとＰＶモジュール番号ＰＶＰｎ（ｎ＝１、２・・）とは、太陽光発電システム１において、全太陽電池アレイ２と全太陽電池モジュール３との位置を特定する情報である。制御部１１は、飛行体１０の位置情報（ＧＰＳ情報）ＧｍとＰＶモジュール識別情報とから、位置情報（ＧＰＳ情報）Ｇｍで取得された撮影画像領域ＰＩＣｍが太陽光発電システム１のどの位置で取得されたものであるかを特定する。即ち、撮影画像領域ＰＩＣｍ上の各太陽電池モジュール３とアレイ番号ＡＲＹｍとＰＶモジュール番号ＰＶＰｎとが１対１に対応付けられる。上述のとおり、撮影画像領域ＰＩＣｍ上の各太陽電池モジュール３の位置と分割画像領域ＳＥＧｎとが１対１に対応付けられており、各分割画像領域ＳＥＧｎについてカバーガラス６の割れを有するか否かが検出されている。また、撮影画像領域ＰＩＣｍ上の各太陽電池モジュール３とアレイ番号ＡＲＹｍとＰＶモジュール番号ＰＶＰｎとが１対１に対応付けられている。この状態で、制御部１１は、太陽光発電システム１に全太陽電池モジュール３の位置と全ての撮影画像領域ＰＩＣｍにおける各太陽電池モジュール３とを１対１に対応付ける。このようにして、カバーガラス６の割れを含む異常な太陽電池モジュール３の全太陽電池アレイ２における位置を特定することが可能となる。ここで、図１１の飛行計画を構成する情報の形式は、例えばＣＳＶを用いることができる。即ち、各情報をカンマ（、）で区切ったデータ列とし、その順序によって各々の情報の意味を付与する。

図１２は、自立飛行を行う場合の飛行体の飛行制御手順を示すフローチャート図である。また、図１３は、非自立飛行を行う場合の飛行体の飛行制御手順を示すフローチャート図であり、図１４は、図１３に示すフローチャートの続きのフローチャート図である。

次に、図１２に示すフローチャート図に基づいて、本発明の一実施の形態に係る飛行制御方法により、飛行体１０が自立飛行を行う場合における、太陽光発電システム１の中から微小異変（カバーガラス６の割れを含む）を有する太陽電池モジュール３の位置を特定する手順の一例について説明する。

まず、ステップＳ１として、操縦者の操作を受けて、操縦端末２０が飛行体１０へ飛行開始指令を送信する。ステップＳ２において、飛行体１０が操縦端末２０からの飛行開始指令を受信すると、ステップＳ３において、制御部１１が情報記憶部１６から飛行計画情報を読み出し、ステップＳ４において、飛行駆動部１２を制御して、飛行体１０を飛行計画情報の飛行計画における第１撮影地点にまで飛行させるとともに、ステップＳ５において、飛行体１０を第１撮影地点でホバリングさせる。

次に、ステップＳ６において、制御部１１は、ホバリング画像取得情報として、第１撮影地点に対応した第１画像取得情報を画像取得部１７に設定し、ステップＳ７において、画像取得部１７が、ホバリング画像取得情報としての第１画像取得情報に基づいてホバリング画像としての第１画像（ＰＩＣ１）を取得し、情報記憶部１６に格納する。そして、ステップＳ８において、情報記憶部１６に格納された第１画像（ＰＩＣ１）を操縦端末２０へ転送する。

次に、ステップＳ９において、飛行体１０を飛行計画情報の飛行計画における第２撮影地点にまで飛行させ、以降、上記と同様の手順で、複数枚のホバリング画像としての第ｍ画像（ＰＩＣｍ）（ｍ＝１，２，・・）を順次取得する。ステップＳ１０において、最終撮影地点（第ｍ撮影地点）の第ｍ画像（ＰＩＣｍ）を操縦端末２０へ転送すると、ステップＳ１１において飛行体１０を着地点へ帰還させる。

操縦端末２０は、ステップＳ１２において、飛行体１０から複数枚の第ｎ画像（ＰＩＣｎ）（ｎ＝１，２，・・）を受信し、順次表示部２５へ表示するとともに情報記憶部２３へ格納する。

一方、飛行体１０が非自立飛行を行う構成とした場合には、太陽光発電システム１の中から微小異変（カバーガラス６の割れを含む）を有する太陽電池モジュール３の位置を特定する手順は、図１３、図１４に示す手順によって行うことができる。

まず、ステップＳ１として、操縦者の操作を受けて、操縦端末２０が飛行体１０へ飛行開始指令を送信すると、ステップＳ２において、飛行体１０が操縦端末２０からの飛行開始指令を受信してスタンバイ状態となる。次に、ステップＳ３において、操縦端末２０の情報処理部２２が情報記憶部２３から飛行計画情報を読み出し、ステップＳ４において、飛行体１０に向けて飛行計画情報の飛行計画における第１撮影地点への飛行を指令する。当該指令を受信した飛行体１０は、ステップＳ５において、制御部１１が飛行駆動部１２を制御することで、飛行体１０を第１撮影地点にまで飛行させるとともに、ステップＳ６において、飛行体１０を第１撮影地点でホバリングして待機させる。

次に、ステップＳ７において、操縦端末２０が、飛行計画情報における第１撮影地点に対応した第１画像取得情報を飛行体１０に転送し、ステップＳ８において、飛行体１０は、制御部１１が、操縦端末２０から転送された第１撮影地点に対応した第１画像取得情報を、ホバリング画像取得情報として画像取得部１７に設定し、ステップＳ９において、画像取得部１７が、第１画像取得情報に基づいて第１画像（ＰＩＣ１）を取得し、第１画像（ＰＩＣ１）を情報記憶部１６に格納するとともに操縦端末２０に転送する。

操縦端末２０は、ステップＳ１０において、飛行体１０からの第１画像（ＰＩＣ１）を受信し、表示部２５へ表示するとともに情報記憶部２３へ格納する。

次に、ステップＳ１１において、操縦端末２０が、飛行体１０に向けて飛行計画情報の飛行計画における第２撮影地点への飛行を指令する。当該指令を受信した飛行体１０は、ステップＳ１２において、制御部１１が飛行駆動部１２を制御することで、飛行体１０を第２撮影地点にまで飛行させる。

以降、第ｍ撮影地点まで、上記と同様の手順で飛行体１０を移動させつつ、複数枚の第ｍ画像（ＰＩＣｍ）（ｍ＝１，２，・・）を順次取得し、情報記憶部１６に格納するとともに操縦端末２０に転送し、第２画像（ＰＩＣ２）から第ｍ画像（ＰＩＣｍ）を順次表示部２５へ表示するとともに情報記憶部２３へ格納する。

上記手順において、各ホバリング画像には、ＧＰＳ−ＩＦ１４により取得されたＧＰＳ情報（位置情報）に基づいた、太陽電池アレイ２における撮影位置すなわち画像領域識別情報が特定されており、当該画像領域識別情報がホバリング画像と対応付けられた状態で情報記憶部１６に記憶されている。すなわち、各ホバリング画像は、上記のホバリング画像取得情報に従った撮影条件で撮影されることで、カバーガラス６の破損を検出可能な条件を満たした上で、太陽電池モジュール３の位置がホバリング画像上の太陽電池モジュール３の位置と１対１に対応するように画像領域識別情報と関連付けられている。

図１５は、カバーガラス６に割れが生じた太陽電池モジュール３の位置を特定する手順を示すフローチャート図である。上記の手順において、飛行体１０の制御部１１は、ステップＳ１として、情報記憶部１６から第1画像（ＰＩＣ１）を読み出すとともに、ステップＳ２として、情報記憶部１６から第1画像（ＰＩＣ１）に対応する画像領域識別情報を読み出す。そして、ステップＳ３において、制御部１１は、画像領域識別情報の第１分割画像領域ＳＥＧｎ（ｎ＝１，２，・・）を特定する４つの検知限界画素領域Ｄで囲まれた画像領域を第１画像（ＰＩＣ１）上における分割画像領域ＳＥＧｎ（ｎ＝１，２，・・）に設定する。これにより、画像取得部１７によって取得された複数枚のホバリング画像における、各太陽電池モジュール３の位置が特定される。

図１６は、カバーガラス６の割れを自動的に検出する手順を示すフローチャート図である。上記の手順において、飛行体１０の制御部１１は、ステップＳ１として、情報記憶部１６から第1画像（ＰＩＣ１）を読み出すとともに、ステップＳ２として、情報記憶部１６に格納されている画像領域識別情報を参照して、第1画像（ＰＩＣ１）から分割画像領域ＳＥＧｎ（ｎ＝１，２，・・）を抽出する。次いで、制御部１１は、ステップＳ３として、各分割画像領域ＳＥＧｎにおいて、バスバー電極線５ａに対応する検知限界画素領域Ｄの一群を抽出する。次に、ステップＳ４において、制御部１１は、分割画像領域ＳＥＧｎにおいて、バスバー電極線５ａの連続する検知限界画素領域ＤのＲＧＢ情報を読み取り、ステップＳ５において、連続する検知限界画素領域ＤのＲＧＢ情報が同じか否かを判断する。そして、ステップＳ５において、連続する検知限界画素領域ＤのＲＧＢ情報が同じと判断された場合には、バスバー電極線５ａが連続する線状に検知されていることから、ステップＳ６において、分割画像領域ＳＥＧｎに対応する太陽電池モジュール３にカバーガラス６の割れはないと判定する。一方、ステップＳ５において、連続する検知限界画素領域ＤのＲＧＢ情報が同じではない判断された場合には、バスバー電極線５ａが途切れ途切れの破線状に検知されていることから、ステップＳ７において、分割画像領域ＳＥＧｎに対応する太陽電池モジュール３にカバーガラス６の割れが生じていると判定する。

このような手順によるカバーガラス６の割れが有ると判定された結果は、対応する分割画像領域ＳＥＧｎとともに操縦端末２０に転送され、対応するホバリング画像とともに表示部２５に表示される。これにより、操縦者は、表示部２５の表示から、カバーガラス６に割れた生じた太陽電池モジュール３を簡便且つ正確に検知するとともに、当該異常な太陽電池モジュール３の太陽光発電システム１の全体構成における位置を容易に特定することができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、上記飛行体１０ないし飛行体の飛行制御方法によれば、バスバー電極線５ａを途切れ途切れの破線のように視認させる微小な異変であれば、カバーガラス６の割れに限らず、他の異変を検知することも可能である。

また、図１５、図１６に示す手順は、操縦端末２０の情報処理部２２が行うようにしてもよい。

また、前記実施の形態において、画像取得部１７が取得する画像はホバリング画像であるとしたが、飛行体１０を予め設定された航路と一定速度で連続飛行させ、飛行体位置情報（ＧＰＳ情報）Ｇｍに到達した時点でスナップショット画像を取得し、これを撮影画像領域ＰＩＣｍとして採用することもできる。この場合、撮影画像領域ＰＩＣｍ上でカバーガラス６の割れを検出できるようにするには飛行速度はなるべく低速であることが望ましいが、歩行速度（時速４ｋｍ／ｈ程度）であれば可能である。

１ 太陽光発電システム
２ 太陽電池アレイ
３ 太陽電池モジュール
４ 太陽電池ストリング
５ 太陽電池セル
５ａ バスバー電極
５ｂ フィンガー電極（グリッド線）
６ カバーガラス
１０ 飛行体
１１ 制御部
１２ 飛行駆動部
１３ 飛行高度検出部
１４ ＧＰＳ−ＩＦ
１５ 無線通信ＩＦ
１６ 情報記憶部
１７ 画像取得部
２０ 操縦端末
２１ 無線通信ＩＦ
２２ 情報処理部
２３ 情報記憶部
２４ 情報入力部
２５ 表示部
３０ ネットワーク

Claims (2)

1. 太陽光発電システムを構成する多数の太陽電池モジュールの中から、異常な太陽電池モジュールを検出する太陽電池モジュールの異常検出用の飛行体であって、
   前記太陽電池モジュールのバスバー電極線幅を識別可能な撮影倍率、飛行高度、水平仰角及びＧＰＳ位置情報を含む画像取得情報と、画像領域識別情報と、太陽電池モジュールの識別情報とを対応付ける飛行計画情報を格納した情報記憶部と、
   前記画像取得情報に基づいて、複数の前記太陽電池モジュールを直列配置した複数の太陽電池モジュール列の可視光による単一画像を取得する画像取得部と、
   前記画像取得部によって取得された前記単一画像において前記飛行計画情報を参照して複数の前記太陽電池モジュールに１対１で対応した分割画像領域を特定し、前記分割画像領域において前記バスバー電極が破線状構造を有する異常な太陽電池モジュールの位置を特定可能とする位置特定手段と、を備えることを特徴とする太陽電池モジュールの異常検出用の飛行体。
2. 太陽光発電システムを構成する多数の太陽電池モジュールの中から、異常な太陽電池モジュールを検出する太陽電池モジュールの異常検出用の飛行体の飛行制御方法であって、
   前記太陽電池モジュールのバスバー電極線幅を識別可能な撮影倍率、飛行高度、水平仰角及びＧＰＳ位置情報を含む画像取得情報と、画像領域識別情報と、太陽電池モジュールの識別情報とを対応付ける飛行計画情報に基づいて、画像取得部により複数の前記太陽電池モジュールを直列配置した複数の太陽電池モジュール列の可視光による単一画像を取得するように前記飛行体の飛行を制御し、
   前記画像取得部によって取得された前記単一画像において、前記飛行計画情報を参照して複数の前記太陽電池モジュールに１対１で対応した分割画像領域を特定し、前記分割画像領域において前記バスバー電極が破線状構造を有する異常な太陽電池モジュールの位置を特定することを特徴とする太陽電池モジュールの異常検出用の飛行体の飛行制御方法。

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