JP6999911B1 - 太陽電池パネルの検査装置、及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光下で稼働状態の太陽電池パネルを安全にＰＬ検査できる太陽電池パネルの検査装置を提供する。
【解決手段】開閉器２を介してＭＰＰＴを実施するパワーコンディショナー３に接続された太陽電池パネルＰの検査装置であって、太陽光Ｌの照射下において太陽電池パネルＰを撮影する撮影手段１０と、開閉器２が閉となりパワーコンディショナー３の制御により太陽電池パネルＰがＭＰＰで動作する状態で撮影手段１０により撮影された閉状態ＰＬ画像と、閉状態ＰＬ画像の撮影後に開閉器２が開となり太陽電池パネルＰが開放された状態で撮影手段１０により撮影された開状態ＰＬ画像とから診断画像を生成する生成手段２０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、開閉器を介して最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ）を実施するパワーコンディショナーに接続された太陽電池パネルの検査装置、及び検査方法に関する。

太陽電池パネルは、製造時や出荷前に欠陥の有無が検査される。しかしながら、出荷後、屋外に設置された太陽電池パネルにおいて施工時の衝撃や風雨による損傷、経年劣化等によって、太陽電池パネルの内部回路の断線や、バイパス回路の短絡等が生じることがある。そのため、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、屋外に設置した後も、太陽電池パネルに欠陥が生じていないかを定期的に検査する必要がある。

太陽電池パネルにおける欠陥の有無を検査する方法の一つに、フォトルミネッセンス（ＰＬ）を利用したＰＬ検査法が知られている。ＰＬ検査法とは、太陽電池に励起光を照射したときに太陽電池が発光する現象（これを、フォトルミネッセンス現象と言う。）を利用した検査法である。太陽電池パネルに欠陥等が存在すると、欠陥箇所ではＰＬの発光強度が低下する。そのため、ＰＬ発光によって得られた情報から太陽電池パネルの欠陥を検知することができる。通常、ＰＬ検査は、暗室環境で実施することで、欠陥を高精度に検出できる。一方、屋外に設置後の太陽電池パネルをＰＬ検査法により検査するには、太陽電池パネルの表面における太陽光の反射光や、環境からの散乱光等のノイズを除去する必要がある。

例えば、発電システムを停止した状態で周期的な基準信号に合わせて負荷を変化させた太陽電池パネルを撮影し、得られたカメラ信号を、基準信号の変調周波数を使用したロックイン法により評価することで、ノイズを除去した画像を生成する検査方法がある（特許文献１を参照）。特許文献１の検査方法では、無負荷となるタイミングで太陽電池パネルを撮影した信号から、短絡となるタイミングで太陽電池パネルを撮影した信号を減算することで、ＰＬ信号を抽出できるとされている。

特許第６３７６６０６号公報

特許文献１の検査方法は、太陽電池パネルの接続状態を無負荷と短絡との間で切り替える動作を、ロックイン法における変調周波数（１～２５Ｈｚ）で繰り返す必要がある。太陽光が照射されている状態、即ち起電力が生じている太陽電池パネルにおいて、変調周波数で開閉を繰り返すことは、突入電流の頻繁な発生による機器の損傷や、接点での発火による火災を引き起こす危険性があるという問題がある。

特に、太陽電池設備では、複数枚の太陽電池パネルが直列に接続されたストリング毎に検査を実施するためストリング毎の起電力も大きく、特許文献１の検査方法による危険性はより大きなものとなる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、太陽光下で稼働状態の太陽電池パネルを安全にＰＬ検査できる太陽電池パネルの検査装置、及び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、
開閉器を介して最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ）を実施するパワーコンディショナーに接続された太陽電池パネルの検査装置であって、
太陽光の照射下において前記太陽電池パネルを撮影する撮影手段と、
前記開閉器が閉となり前記パワーコンディショナーの制御により前記太陽電池パネルが最大電力点（ＭＰＰ）で動作する状態で前記撮影手段により撮影された閉状態ＰＬ画像と、前記閉状態ＰＬ画像の撮影後に前記開閉器が開となり前記太陽電池パネルが開放された状態で前記撮影手段により撮影された開状態ＰＬ画像とから診断画像を生成する生成手段と
を備えることにある。

本構成の太陽電池パネルの検査装置によれば、太陽光の照射下において太陽電池パネルを撮影する撮影手段と、開閉器が閉となりパワーコンディショナーの制御により太陽電池パネルが最大電力点（ＭＰＰ）で動作する状態（以下、単に「稼働状態」と称する。）で撮影手段により撮影された閉状態ＰＬ画像と、閉状態ＰＬ画像の撮影後に開閉器が開となり太陽電池パネルが開放された状態で撮影手段により撮影された開状態ＰＬ画像とから診断画像を生成する生成手段とを備えるため、診断画像を生成するために、太陽電池パネルとパワーコンディショナーとの接続状態を、閉状態から開状態に切り替えるだけでよく、突入電流や接点での発火を生じさせることなく、太陽光下で稼働状態の太陽電池パネルを安全にＰＬ検査できる。また、太陽電池パネルとパワーコンディショナーとを接続する開閉器は、太陽光発電設備において接続箱として従来使用されているため、安全に操作が可能である。

本発明に係る太陽電池パネルの検査装置において、
前記診断画像は、前記開状態ＰＬ画像から前記閉状態ＰＬ画像を減算した差分画像、又は前記開状態ＰＬ画像を前記閉状態ＰＬ画像で除した除算画像であることが好ましい。

太陽電池パネルは、直列に接続された複数のセルストリングを有し、夫々のセルストリングは、複数の太陽電池セルが直列に接続され欠陥がない場合に発電電流の流路となる内部回路（以下、単に「内部回路」と称する。）と、当該内部回路にバイパスダイオードが並列接続されたバイパス回路とを有する。正常なセルストリングでは、開閉器が開の状態において、太陽電池セル内のキャリア密度が高くなりＰＬ発光も強くなり、開閉器が閉の状態において、通電により太陽電池セル内のキャリア密度が低くなりＰＬ発光も弱くなるかＰＬ発光が生じない。一方、内部回路の断線や、バイパス回路の半田付け等の短絡（以下、単に「バイパス回路の短絡」と称する。）といった欠陥（以下、単に「欠陥」と総称する。）のあるセルストリングでは、開閉器が開及び閉の何れの状態であっても、ＰＬ発光が同程度になる。本構成の太陽電池パネルの検査装置によれば、診断画像が、開状態ＰＬ画像から閉状態ＰＬ画像を減算した差分画像、又は開状態ＰＬ画像を閉状態ＰＬ画像で除した除算画像であるため、診断画像は、ノイズが低減された上で、正常なセルストリングが明るくなり、欠陥のあるセルストリングが暗くなることで、太陽電池パネルの欠陥を容易に判定できる鮮明な画像となる。

本発明に係る太陽電池パネルの検査装置において、
前記撮影手段は、前記開状態ＰＬ画像及び前記閉状態ＰＬ画像の夫々を複数回ずつ連続して撮影し、
前記生成手段は、一組の前記開状態ＰＬ画像及び前記閉状態ＰＬ画像毎に、前記開状態ＰＬ画像から前記閉状態ＰＬ画像を減算した差分画像、又は前記開状態ＰＬ画像を前記閉状態ＰＬ画像で除した除算画像を生成し、得られた複数の差分画像又は複数の除算画像の画像積算処理により前記診断画像を生成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によれば、撮影手段は、閉状態ＰＬ画像及び開状態ＰＬ画像の夫々を複数回ずつ連続して撮影するため、太陽電池パネルとパワーコンディショナーとの接続を開閉器により閉状態から開状態に一度切り替えるだけで、安全に複数の閉状態ＰＬ画像及び複数の開状態ＰＬ画像を得ることができる。また、本構成の太陽電池パネルの検査装置によれば、生成手段は、一組の開状態ＰＬ画像及び閉状態ＰＬ画像毎に、開状態ＰＬ画像から閉状態ＰＬ画像を減算した差分画像、又は開状態ＰＬ画像を閉状態ＰＬ画像で除した除算画像を生成し、得られた複数の差分画像又は複数の除算画像の画像積算処理により診断画像を生成するため、診断画像において、正常なセルストリングと欠陥のあるセルストリングとの明暗の差が大きくなり、欠陥をより容易に検出することが可能となる。

本発明に係る太陽電池パネルの検査装置において、
前記生成手段は、前記差分画像において、前記開状態ＰＬ画像から前記閉状態ＰＬ画像を減算した値が負となる画素の輝度を０と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によれば、生成手段は、差分画像において、開状態ＰＬ画像から閉状態ＰＬ画像を減算した値が負となる画素の輝度を０とするため、日射量変化の影響による異常を除去して欠陥を検出できる診断画像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、
前記生成手段は、前記除算画像において、前記開状態ＰＬ画像を前記閉状態ＰＬ画像で除した値が１未満となる画素の輝度を１と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によれば、生成手段は、除算画像において、開状態ＰＬ画像を閉状態ＰＬ画像で除した値が１未満となる画素の輝度を１とするため、日射量変化の影響による異常を除去して欠陥を検出できる診断画像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、
前記撮影手段は、波長が１１５０ｎｍの光を透過するバンドパスフィルタを有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によれば、撮影手段は、波長が１１５０ｎｍの光を透過するバンドパスフィルタを有するため、太陽光の可視光成分によるノイズを低減して、太陽電池パネルがＰＬ光として発する近赤外光を鮮明に撮影することができる。

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、
開閉器を介して最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ）を実施するパワーコンディショナーに接続された太陽電池パネルの検査方法であって、
前記開閉器が閉となり前記パワーコンディショナーの制御により最大電力点（ＭＰＰ）で動作する状態で前記太陽電池パネルを撮影する第一撮影工程と、
前記第一撮影工程の実施後に、太陽光の照射下において、前記開閉器が開となり開放された状態の前記太陽電池パネルを撮影する第二撮影工程と、
前記第一撮影工程において撮影された開状態ＰＬ画像と、前記第二撮影工程において撮影された閉状態ＰＬ画像とから診断画像を生成する生成工程と
を包含することにある。

本構成の太陽電池パネルの検査方法によれば、第一撮影工程の実施後に第二撮影工程を実施するため、太陽電池パネルとパワーコンディショナーとの接続状態を、開閉器により閉状態から開状態に切り替えるだけで、閉状態ＰＬ画像と開状態ＰＬ画像を撮影して、生成工程において診断画像を生成することができる。よって、本構成の太陽電池パネルの検査方法によれば、突入電流や接点での発火を発生させることなく、太陽光下で稼働状態の太陽電池パネルを安全にＰＬ検査できる。

図１は、本発明の太陽電池パネルの検査装置の概略構成図である。 図２は、正常な太陽電池パネルにおけるＰＬ発光を説明する図である。 図３は、バイパス回路が短絡した太陽電池パネルにおけるＰＬ発光を説明する図である。 図４は、バイパス回路が短絡した太陽電池パネルにおける５０枚の差分画像を画像積算処理した診断画像の一例である。 図５は、内部回路が断線した太陽電池パネルにおけるＰＬ発光を説明する図である。 図６（ａ）は、内部回路が断線した太陽電池パネルにおける５０枚の差分画像を画像積算処理した診断画像の一例であり、図６（ｂ）は、内部回路が断線した太陽電池パネルにおける５０枚の除算画像を画像積算処理した診断画像の一例である。 図７は、太陽電池セルＣが短絡した太陽電池パネルにおけるＰＬ発光を説明する図である。 図８は、破線枠で囲んだ太陽電池セルが短絡した太陽電池パネルにおける５０枚の差分画像を画像積算処理した診断画像の一例である。 図９は、本発明の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、及び検査方法に関する実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明は、以下に説明する構成に限定されることを意図しない。

図１は、本発明の太陽電池パネルの検査装置１の概略構成図である。図１に示すように、検査装置１は、屋外において太陽光Ｌが照射され、起電力が生じている状態の太陽電池パネルＰを検査対象とし、太陽光Ｌの照射により生じるＰＬ発光を利用して太陽電池パネルＰを検査する装置である。

〔太陽電池パネル〕
太陽電池パネルＰは、一般に、太陽電池セルが複数接続された太陽電池モジュールとして構成される。太陽電池セルは、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り、接合面に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、この空乏層には電界が生じる。空乏層に太陽光Ｌ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、ｐｎ接合の逆バイアス方向に電流を流す起電力が生じる。本発明の検査装置１は、例えば、複数の太陽電池セルＣが直列に接続された太陽電池パネルＰの検査に使用可能である。太陽電池パネルＰは、直列に接続された複数のセルストリングＣＳ１～ＣＳ３を有する。セルストリングＣＳ１～ＣＳ３は、夫々、複数の太陽電池セルＣが直列に接続された内部回路と、当該内部回路にバイパスダイオードが並列接続されたバイパス回路とを有する。検査対象の太陽電池パネルＰは、セルストリングが１つのみの構成であってもよい。検査対象の太陽電池パネルＰとしては、例えば、単結晶シリコン型太陽電池、多結晶シリコン型太陽電池、ＣＩＧＳ｛銅（Ｃｏｐｐｅｒ）－インジウム（Ｉｎｄｉｕｍ）－ガリウム（Ｇａｌｌｉｕｍ）－セレン（Ｓｅｌｅｎｉｕｍ）｝系化合物太陽電池等が挙げられる。

太陽電池パネルＰは、太陽電池発電設備として屋外に設置される場合、通常、複数枚の太陽電池パネルＰが直列に接続され、起電力を３００Ｖ程度に高めた太陽電池ストリングを構成した状態で設置される。図１では説明の簡略化のために太陽電池パネルＰを１枚のみ図示しているが、本発明の検査装置１の検査対象は、１枚の太陽電池パネルＰに限らず、複数枚の太陽電池パネルＰを接続した太陽電池ストリングとすることも可能である。太陽電池発電設備において、太陽電池パネルＰは、開閉器２を介してパワーコンディショナー３に接続される。

〔開閉器〕
開閉器２は、太陽電池パネルＰとパワーコンディショナー３との間に挿入されたスイッチであり、従来の太陽電池発電設備において、例えば、接続箱の一部として実装されている。開閉器２には、半導体スイッチ、及び機械式スイッチの何れを用いることも可能である。開閉器２の開閉は、図１に示す例では、制御手段４０により制御されるが、本発明の検査装置１は、検査員の操作により開閉器２を開閉するように構成することも可能である。

〔パワーコンディショナー〕
パワーコンディショナー３は、最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ）によって太陽電池パネルＰを制御して、太陽電池パネルＰが出力する直流電力を交流電力に変換する。

〔太陽電池パネルの検査装置〕
図１に示すように、検査装置１は、太陽電池パネルＰを撮影する撮影手段１０と、撮影手段１０で撮影された太陽電池パネルＰの画像を処理することにより診断画像を生成する生成手段２０とを備えている。また、任意の構成要素として、生成手段２０によって生成された診断画像を表示する表示手段３０と、各構成要素の動作を制御する制御手段４０とを備えている。以下、検査装置１の各構成について詳細に説明する。

＜撮影手段＞
撮影手段１０は、太陽電池パネルＰを撮影するものであり、カメラ１１と、カメラ１１に装着されたバンドパスフィルタ１２と、赤外線用のレンズフード１３とを有する。撮影手段１０は、カメラ１１が太陽電池パネルＰの全体を確実に撮影できるように、最適な位置にセットされる。複数の太陽電池パネルＰが接続された太陽電池ストリングを検査対象とする場合には、撮影手段１０は、カメラ１１が太陽電池ストリングの全体を撮影できる位置にセットされることが好ましい。また、太陽電池ストリングを検査対象とする場合に、撮影手段１０は、太陽電池ストリングに含まれる太陽電池パネルＰを１枚ずつ撮影できるようにカメラ１１の位置を移動可能に構成してもよい。例えば、家屋の屋根等に設置された太陽電池パネルＰを検査対象とすることを想定すると、太陽電池パネルＰの全体を撮影できる位置に撮影手段１０をセットするために、高所作業車のバスケット等に撮影手段１０を設けることが好ましい。また、検査対象の太陽電池パネルＰがより高所にあり、撮影環境が厳しい場合は、撮影手段１０を小型無人航空機（ドローン等）に搭載することも可能である。

撮影手段１０は、開閉器２が閉じた状態、及び開閉器２が開いた状態の夫々で、太陽電池パネルＰを撮影するように、制御手段４０によって制御される。開閉器２が開いた状態で太陽電池パネルＰを撮影した画像を、「開状態ＰＬ画像」と称し、開閉器２が閉じた状態で太陽電池パネルＰを撮影した画像を、「閉状態ＰＬ画像」と称する。後に説明する生成手段２０での処理において、より鮮明な診断画像を生成するために、撮影手段１０は、開状態ＰＬ画像及び閉状態ＰＬ画像の夫々を複数回（例えば、５０回）撮影することが好ましい。開状態ＰＬ画像及び閉状態ＰＬ画像の夫々を複数回撮影する場合、開閉器２が開状態から閉状態へ接続状態を変更することを避けるために、撮影手段１０は、開閉器２が閉じた状態で複数の閉状態ＰＬ画像を連続して撮影し、その後に、開閉器２が開いた状態で複数の開状態ＰＬ画像を連続して撮影することが好ましい。閉状態ＰＬ画像及び開状態ＰＬ画像は、後に説明する生成手段２０で処理されるため、例えば、不揮発性メモリ等のストレージにデータとして記憶される。撮影手段１０による太陽電池パネルＰの撮影は、制御手段４０による制御に限らず、検査員によるカメラ１１のシャッターの直接操作や、カメラ１１を無線ＬＡＮやＩＥＥＥ８０２．１５．１（いわゆる、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））を介して携帯情報通信機器（スマートホン、タブレット端末等）と同期させ、当該携帯情報通信機器を介した検査員のシャッター操作により制御するよう構成することも可能である。

カメラ１１は、ＰＬ発光の波長に感度を有するものであれば特に限定されないが、感度波長範囲が８００～２０００ｎｍであるＩｎＧａＡｓ（インジウム・ガリウム・ヒ素）半導体受光素子等の受光素子１１ａを搭載したデジタルカメラを用いることが好ましい。受光素子１１ａとして、ＩｎＧａＡｓ半導体受光素子を用いる場合、より鮮明にＰＬ光Ｌ１を撮影することが可能となる。

バンドパスフィルタ１２は、可視光を透過せず、波長が１１５０ｎｍである光を透過するフィルタである。ＰＬ光Ｌ１の波長は、半導体の種類によって固有のものであり、例えば、シリコン結晶型太陽電池であれば、１１５０ｎｍにピークを有する近赤外光であるＰＬ光Ｌ１が生じる。一方、太陽光Ｌは、可視光の強度が強く、近赤外光は極めて微弱なものとなっている。そのため、バンドパスフィルタ１２を透過させることで、カメラ１１にＰＬ光Ｌ１を選択的に入射させることができる。さらに、カメラ１１に赤外線用のレンズフード１３を装着することで、カメラ１１に入射する乱反射光等のノイズＬ２を大幅に低減することができる。撮影手段１０はバンドパスフィルタ１２に加えて、偏光フィルタを有することが好ましい。ノイズＬ２の近赤外光成分は、バンドパスフィルタ１２を透過するが、太陽電池パネルＰの表面での乱反射により偏光方向に乱れが生じている。そのため、撮影手段１０は、偏光フィルタを有することによって、カメラ１１に入射するノイズＬ２の近赤外光成分を低減することができる。

＜生成手段＞
生成手段２０は、撮影手段１０にて撮影され、データとして記憶されている開状態ＰＬ画像及び閉状態ＰＬ画像から、太陽電池パネルＰの欠陥判定に用いる診断画像を生成する。生成手段２０は、ＣＰＵ、メモリ、ストレージ等を有するコンピュータにおいてプログラムを実行することにより、その機能を実現することができる。

診断画像としては、例えば、画素毎に開状態ＰＬ画像から閉状態ＰＬ画像を減算することによって得られる差分画像や、画素毎に開状態ＰＬ画像と閉状態ＰＬ画像との比率を求める（開状態ＰＬ画像を閉状態ＰＬ画像で除する）ことによって得られる除算画像を用いることができる。開状態ＰＬ画像及び閉状態ＰＬ画像は、ＰＬ光Ｌ１とノイズＬ２とが重なった画像であるが、差分画像及び除算画像では、ノイズＬ２が除去されることにより、開状態ＰＬ画像と閉状態ＰＬ画像とにおけるＰＬ光Ｌ１の相違が強調されたものとなる。診断画像をより鮮明なものとするためには、複数の差分画像を画素毎に画像積算処理することによって得られる積算画像、又は複数の除算画像を画素毎に画像積算処理することによって得られる積算画像を、診断画像として用いることが好ましい。複数の差分画像、又は複数の除算画像の画像積算処理により得られる診断画像は、単独の差分画像、又は単独の除算画像よりも鮮明な画像となるため、太陽電池パネルＰの状態をより正確に把握することができる。

なお、閉状態ＰＬ画像の撮影時点と、開状態ＰＬ画像の撮影時点とで太陽に懸かる雲の量が変化する等の理由により太陽光Ｌの強度が変化（日射量変化）すると、開状態ＰＬ画像に含まれるノイズＬ２と閉状態ＰＬ画像に含まれるノイズＬ２とが相違することがある。この様な日射量変化の影響による異常を診断画像から除去するために、生成手段２０は、減算画像を生成するときに、開状態ＰＬ画像から閉状態ＰＬ画像を減算した値が負となる画素では、減算画像における値を０とすることが好ましい。また、生成手段２０は、除算画像を生成するときに、開状態ＰＬ画像を閉状態ＰＬ画像で除した値が１未満となる画素は、除算画像における値を１とすることが好ましい。

図２は、正常な太陽電池パネルにおけるＰＬ発光を説明する図である。正常な太陽電池パネルでは、開閉器２を開いた状態において電流が流れず、太陽電池セルＣ内のキャリア密度が高くなりＰＬ発光も強くなるため、図２（ａ）に示すように、開状態ＰＬ画像において、全てのセルストリングが明るくなる。一方、開閉器２が閉じた状態では、図２（ｂ）に示すように、破線のように太陽電池パネルに通電し、太陽電池セルＣ内のキャリア密度が低くなるため、ＰＬ発光も弱くなるかＰＬ発光が生じない。その結果、閉状態ＰＬ画像において、全てのセルストリングが暗くなる。そのため、図２（ｃ）に示すように、正常な太陽電池パネルでは、差分画像、除算画像、及びこれらの積算画像の何れを用いた診断画像でも、全てのセルストリングが明るくなる。

図３は、バイパス回路が短絡した太陽電池パネルにおけるＰＬ発光を説明する図である。図４は、バイパス回路が短絡した太陽電池パネルにおける５０枚の差分画像を画像積算処理した診断画像の一例である。図３及び図４の太陽電池パネルでは、右端のセルストリングにおいて、バイパス回路が短絡している。バイパス回路が短絡した太陽電池パネルでは、開閉器２を開いた状態でも、図３（ａ）に示すように、破線のようにバイパス回路が短絡しているセルストリングに電流が流れ、このセルストリングのみ太陽電池セルＣ内のキャリア密度が低くなる。その結果、開状態ＰＬ画像において、バイパス回路が短絡した右端のセルストリングのみが暗くなる。一方、開閉器２が閉じた状態では、図３（ｂ）に示すように、破線のように太陽電池パネルに通電し、全てのセルストリングで太陽電池セルＣ内のキャリア密度が低くなるため、ＰＬ発光も弱くなるかＰＬ発光が生じず、その結果、閉状態ＰＬ画像において、全てのセルストリングが暗くなる。そのため、バイパス回路が短絡した太陽電池パネルでは、差分画像、除算画像、及びこれらの積算画像の何れを用いた診断画像においても、図３（ｃ）及び図４に示すように、開状態ＰＬ画像と閉状態ＰＬ画像との何れでも暗かった右端のセルストリング、即ちバイパス回路が短絡したセルストリングが他のセルストリングよりも暗くなり、このような診断画像に基づいて、欠陥を容易に検出することができる。

図５は、内部回路が断線した太陽電池パネルにおけるＰＬ発光を説明する図である。図６（ａ）は、内部回路が断線した太陽電池パネルにおける５０枚の差分画像を画像積算処理した診断画像の一例であり、図６（ｂ）は、内部回路が断線した太陽電池パネルにおける５０枚の除算画像を画像積算処理した診断画像の一例である。図５及び図６の太陽電池パネルでは、左端のセルストリングにおいて、内部回路が断線している。内部回路が断線した太陽電池パネルでは、開閉器２を開いた状態において電流が流れず、太陽電池セルＣ内のキャリア密度が高くなりＰＬ発光も強くなるため、図５（ａ）に示すように、開状態ＰＬ画像において、全てのセルストリングが明るくなる。一方、開閉器２が閉じた状態では、図５（ｂ）に示すように、太陽電池パネルに通電したときに、破線のように内部回路が断線したセルストリングではバイパス回路に電流が流れ、このセルストリングでのみ、太陽電池セルＣ内のキャリア密度が高くなりＰＬ発光も強くなる。その結果、閉状態ＰＬ画像において、欠陥のある左端のセルストリングのみ明るくなり、他のセルストリングが暗くなる。そのため、内部回路が断線した太陽電池パネルでは、差分画像、除算画像、及びこれらの積算画像の何れを用いた診断画像においても、図５（ｃ）、図６（ａ）、及び図６（ｂ）に示すように、開状態ＰＬ画像と閉状態ＰＬ画像との何れでも明るかった左端のセルストリング、即ち内部回路が断線したセルストリングが他のセルストリングよりも暗くなり、このような診断画像に基づいて、欠陥を容易に検出することができる。

生成手段２０において生成する診断画像では、内部回路の断線、及びバイパス回路の短絡等の欠陥が生じている場合、セルストリング毎に明暗差が生じるが、ＰＩＤ（電圧誘起劣化）、クラック、及び内部回路における半田付けの短絡等を原因として一部の太陽電池セルＣ内部で短絡が生じている場合、太陽電池セル毎に明暗差が生じる。図７は、太陽電池セルＣが短絡した太陽電池パネルにおけるＰＬ発光を説明する図である。図８は、破線枠で囲んだ太陽電池セルＣが短絡した太陽電池パネルにおける５０枚の差分画像を画像積算処理した診断画像の一例である。図７及び図８の太陽電池パネルでは、左下端の太陽電池セルＣが短絡している。図７（ａ）に示すように、開閉器２を開いた状態では、短絡している太陽電池セルＣ内のキャリア密度が低くなるが、その他の太陽電池セルＣでは電流が流れず、キャリア密度が高くなり、その結果、開状態ＰＬ画像において、短絡している左下端の太陽電池セルＣのみが暗くなる。一方、図７（ｂ）に示すように、開閉器２が閉じた状態では、太陽電池パネルに通電し、短絡していない太陽電池セルＣ内のキャリア密度も低くなるため、ＰＬ発光も弱くなるかＰＬ発光が生じず、その結果、閉状態ＰＬ画像において、全ての太陽電池セルＣが暗くなる。そのため、太陽電池セルＣが短絡した太陽電池パネルでは、差分画像、除算画像、及びこれらの積算画像の何れを用いた診断画像においても、図７（ｃ）及び図８に示すように、開状態ＰＬ画像と閉状態ＰＬ画像との何れでも暗かった左下端の太陽電池セルＣ、即ち短絡した太陽電池セルＣが他の正常な太陽電池セルＣよりも暗くなり、このような診断画像に基づいて、欠陥を容易に検出することができる。

診断画像として用いる差分画像、除算画像、及びこれらの積算画像は、移動平均フィルタ、又はガウシアンフィルタによるスムージング処理を施して画像の粗さを調整することがより好ましい。このように、差分画像、除算画像、及びこれらの積算画像に対して適切な処理を施すことによって、太陽電池パネルＰの欠陥をさらに高精度に判定できる鮮明な診断画像を生成することができる。

＜表示手段＞
表示手段３０は、生成手段２０で生成された診断画像を表示するディスプレイである。診断画像を表示手段３０に表示させることにより、検査員は、欠陥の有無の診断、及び欠陥箇所の特定を目視によって行うことができる。なお、目視による確認は検査員によってばらつきが生じる虞がある。そこで、検査装置１には、太陽電池パネルＰの欠陥をより確実に検出できるように、判定手段を設けてもよい。判定手段は、生成手段２０によって生成された診断画像の解析により、太陽電池パネルＰの状態を判定する。このとき、表示手段３０に判定手段の判定結果を表示することが好ましい。この場合、表示手段３０には、検査対象の太陽電池パネルＰの診断画像とともに、判定手段による欠陥判定結果が同時に表示されるため、太陽電池パネルＰの欠陥の有無や欠陥の程度を容易に判断することが可能となる。その結果、太陽電池パネルＰの欠陥検出の精度、及び検査の信頼性が向上する。

＜制御手段＞
制御手段４０は、ＣＰＵ、メモリ、ストレージ等を有するコンピュータにおいてプログラムを実行することにより、上記説明した検査装置１の各構成要素及び開閉器２の動作を制御する機能を実現する。制御手段４０が、検査装置１の各構成要素及び開閉器２の動作を制御することで、太陽電池パネルＰの欠陥検査を、迅速且つ簡便に実施することが可能となる。

〔太陽電池パネルの検査方法〕
検査装置１を用いた太陽電池パネルＰの検査方法を説明する。図９は、本発明の太陽電池パネルの検査方法のフローチャートである。本発明の検査方法では、第一撮影工程（Ｓ１～２）、第二撮影工程（Ｓ３～５）、及び生成工程（Ｓ６）の各工程を順に実行する。

本発明の検査方法は、開閉器２が閉となりパワーコンディショナー３の制御により太陽電池パネルが最大電力点（ＭＰＰ）で動作する状態で開始される。第一撮影工程（Ｓ１～２）では、開閉器２が閉じた状態のまま、撮影手段１０において太陽電池パネルＰを撮影し、閉状態ＰＬ画像を生成する。さらに鮮明な診断画像を生成するために、第一撮影工程では、閉状態ＰＬ画像の撮影を複数回（例えば、５０回）繰り返すことが好ましい。撮影された閉状態ＰＬ画像は、不揮発性メモリ等のストレージにデータとして記憶される。

次に、第二撮影工程（Ｓ３～５）では、先ず、開閉器２を開き太陽電池パネルＰを開放した状態とする（Ｓ３）。その後、開閉器２が開いた状態のまま、撮影手段１０において太陽電池パネルＰを撮影し、開状態ＰＬ画像を生成する。さらに鮮明な診断画像を生成するために、第二撮影工程では、開状態ＰＬ画像の撮影を複数回（例えば、５０回）繰り返すことが好ましい。撮影された開状態ＰＬ画像は、不揮発性メモリ等のストレージにデータとして記憶される。

生成工程（Ｓ６）では、ストレージにデータとして記憶されている開状態ＰＬ画像及び閉状態ＰＬ画像から、太陽電池パネルＰの欠陥判定に用いる診断画像を生成する。診断画像の生成方法としては、例えば、５０枚の開状態ＰＬ画像と５０枚の閉状態ＰＬ画像とをストレージから読み出し、開状態ＰＬ画像と閉状態ＰＬ画像とを１枚ずつの組として、画素毎に開状態ＰＬ画像から閉状態ＰＬ画像を減算することにより５０枚の差分画像を生成する。この５０枚の差分画像を画素毎に画像積算処理することによって生成した積算画像を診断画像とする。また、診断画像には、５０枚の開状態ＰＬ画像と５０枚の閉状態ＰＬ画像とをストレージから読み出し、開状態ＰＬ画像と閉状態ＰＬ画像とを１枚ずつの組として、開状態ＰＬ画像と閉状態ＰＬ画像との比率を求める（開状態ＰＬ画像を閉状態ＰＬ画像で除する）ことによって５０枚の除算画像を生成し、この５０枚の除算画像を画素毎に画像積算処理することによって生成した積算画像を用いてもよい。あるいは、診断画像には、例えば、１枚の開状態ＰＬ画像と１枚の閉状態ＰＬ画像とをストレージから読み出し、これらから生成した差分画像や、除算画像を用いてもよい。生成工程（Ｓ６）において生成される診断画像は、ノイズが低減され、太陽電池パネルＰの開状態でのＰＬ光Ｌ１と閉状態でのＰＬ光Ｌ１との相違が強調された画像となる。そのため、太陽電池パネルＰの欠陥の有無を容易に判断することが可能となる。

〔別実施形態〕
本発明の太陽電池パネルの検査装置、及び検査方法は、開閉器を閉状態から開状態に切り替えることなく、差分画像又は除算画像において欠陥部分が暗くなる二種類のＰＬ画像を撮影することで、突入電流や接点での発火を防ぐものであれば、上記の実施形態で説明した構成を変更することも可能である。

例えば、閉状態ＰＬ画像の撮影後、開閉器２を開いて開状態ＰＬ画像を撮影することに替えて、閉状態ＰＬ画像の撮影後、開閉器２の状態を変更することなく太陽電池パネルＰの上方に太陽電池パネルＰより大きな板等を配することで太陽電池パネルＰの全体に影を落とし、太陽電池パネルＰの起電力がアバランチ降伏が生じる電圧（例えば、１５Ｖ）以下となった状態で画像（以下、「被影ＰＬ画像」と称する。）を撮影してもよい。生成手段２０では、この被影ＰＬ画像を、閉状態ＰＬ画像の代わりに用いて、閉状態ＰＬ画像との差分画像、除算画像、及びこれらの積算画像を診断画像として生成する。この様にして被影ＰＬ画像及び閉状態ＰＬ画像を用いて生成された診断画像は、上記の実施形態で説明した開状態ＰＬ画像及び閉状態ＰＬ画像を用いて生成された診断画像と同様に、内部回路が断線したセルストリング、及びバイパス回路が短絡したセルストリングが、他のセルストリングより暗くなり、短絡した太陽電池セルが他の太陽電池セルより暗くなるため、欠陥を容易に検出することができる。

本発明の太陽電池パネルの検査装置、及び検査方法は、家屋の屋根等に設置された稼働状態の太陽電池パネルにおいて欠陥を検出する用途に利用可能である。

１ 検査装置
２ 開閉器
３ パワーコンディショナー
１０ 撮影手段
１２ バンドパスフィルタ
２０ 生成手段
Ｐ 太陽電池パネル

Claims (7)

1. 開閉器を介して最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ）を実施するパワーコンディショナーに接続された太陽電池パネルの検査装置であって、
   太陽光の照射下において前記太陽電池パネルを撮影する撮影手段と、
   前記開閉器が閉となり前記パワーコンディショナーの制御により前記太陽電池パネルが最大電力点（ＭＰＰ）で動作する状態で前記撮影手段により撮影された閉状態ＰＬ画像と、前記閉状態ＰＬ画像の撮影後に前記開閉器が開となり前記太陽電池パネルが開放された状態で前記撮影手段により撮影された開状態ＰＬ画像とから診断画像を生成する生成手段と
   を備え、
   前記太陽電池パネルと前記パワーコンディショナーとの接続状態を前記開閉器により閉状態から開状態に切り替えることで前記診断画像が生成されるように構成される太陽電池パネルの検査装置（但し、太陽電池パネルとパワーコンディショナーとの接続状態を開閉する動作をロックイン法における変調周波数で繰り返す装置を除く）。
2. 前記診断画像は、前記開状態ＰＬ画像から前記閉状態ＰＬ画像を減算した差分画像、又は前記開状態ＰＬ画像を前記閉状態ＰＬ画像で除した除算画像である請求項１に記載の太陽電池パネルの検査装置。
3. 開閉器を介して最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ）を実施するパワーコンディショナーに接続された太陽電池パネルの検査装置であって、
   太陽光の照射下において前記太陽電池パネルを撮影する撮影手段と、
   前記開閉器が閉となり前記パワーコンディショナーの制御により前記太陽電池パネルが最大電力点（ＭＰＰ）で動作する状態で前記撮影手段により撮影された閉状態ＰＬ画像と、前記閉状態ＰＬ画像の撮影後に前記開閉器が開となり前記太陽電池パネルが開放された状態で前記撮影手段により撮影された開状態ＰＬ画像とから診断画像を生成する生成手段と
   を備え、
   前記撮影手段は、前記開状態ＰＬ画像及び前記閉状態ＰＬ画像の夫々を複数回ずつ連続して撮影し、
   前記生成手段は、一組の前記開状態ＰＬ画像及び前記閉状態ＰＬ画像毎に、前記開状態ＰＬ画像から前記閉状態ＰＬ画像を減算した差分画像、又は前記開状態ＰＬ画像を前記閉状態ＰＬ画像で除した除算画像を生成し、得られた複数の差分画像又は複数の除算画像の画像積算処理により前記診断画像を生成し、
   前記太陽電池パネルと前記パワーコンディショナーとの接続状態を前記開閉器により閉状態から開状態に一度切り替えることで複数の前記閉状態ＰＬ画像及び複数の前記開状態ＰＬ画像を得るように構成される太陽電池パネルの検査装置。
4. 前記生成手段は、前記差分画像において、前記開状態ＰＬ画像から前記閉状態ＰＬ画像を減算した値が負となる画素の輝度を０とする請求項２又は３に記載の太陽電池パネルの検査装置。
5. 前記生成手段は、前記除算画像において、前記開状態ＰＬ画像を前記閉状態ＰＬ画像で除した値が１未満となる画素の輝度を１とする請求項２又は３に記載の太陽電池パネルの検査装置。
6. 前記撮影手段は、波長が１１５０ｎｍの光を透過するバンドパスフィルタを有する請求項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. 開閉器を介して最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ）を実施するパワーコンディショナーに接続された太陽電池パネルの検査方法であって、
   前記開閉器が閉となり前記パワーコンディショナーの制御により最大電力点（ＭＰＰ）で動作する状態で前記太陽電池パネルを撮影する第一撮影工程と、
   前記第一撮影工程の実施後に、太陽光の照射下において、前記開閉器が開となり開放された状態の前記太陽電池パネルを撮影する第二撮影工程と、
   前記第一撮影工程において撮影された開状態ＰＬ画像と、前記第二撮影工程において撮影された閉状態ＰＬ画像とから診断画像を生成する生成工程と
   を包含し、
   前記太陽電池パネルと前記パワーコンディショナーとの接続状態を前記開閉器により閉状態から開状態に切り替えることで前記診断画像が生成される太陽電池パネルの検査方法（但し、太陽電池パネルとパワーコンディショナーとの接続状態を開閉する動作をロックイン法における変調周波数で繰り返す方法を除く）。

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