JP7080093B2

JP7080093B2 - 太陽電池評価装置及び太陽電池評価方法

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Publication number: JP7080093B2
Application number: JP2018076107A
Authority: JP
Inventors: 亨河野; 尚行藤井; 祐一永山; 高史中里; 知治中村
Original assignee: Hitachi Power Solutions Co Ltd
Current assignee: Hitachi Power Solutions Co Ltd
Priority date: 2018-04-11
Filing date: 2018-04-11
Publication date: 2022-06-03
Anticipated expiration: 2038-04-11
Also published as: JP2019187112A

Description

本発明は、太陽電池評価装置及び太陽電池評価方法に関する。

ＦＩＴ（Feed-in Tariffs：固定価格全量買取制度）による施策により、大規模な太陽光発電所が大量に導入されることになった。売電収入を最大化するため、太陽電池モジュールの低コスト化が進展したが、このとき、性能の良くない部材などが使用されていたとすると太陽電池モジュールの性能が将来的に大幅に劣化するということが起こりうる。また、太陽光発電所の売買や証券化といったセカンダリマーケットの市場も立ち上がりつつある。このため、当該太陽光発電所についてのテクニカルデューデリジェンス（Due Diligence）、すなわち当該太陽光発電所が、将来的にどの程度の性能で太陽光発電を継続できるかどうかを評価するニーズが増加していると考えられる。このため、太陽電池モジュールの半導体としての性能や健全性を定量化して、潜在的なリスクを把握することが求められている。

特許文献１は、太陽電池モジュールについて直接言及するものではないが、発光ダイオードやレーザーダイオードに用いる半導体基板の品質評価のため、そのエレクトロルミネセンス（ＥＬ）を計測することにより行うことが開示されている。特許文献２は、特許文献１が開示する評価方法を太陽電池モジュールに応用するものであり、太陽電池パネルのＥＬ発光画像から、太陽電池パネルの性能を検査、評価することが開示されている。

特開平２－２９６３４７号公報特開２０１６－２２０４７１号公報

太陽電池パネルを１枚ずつ屋内の暗室に運搬し、ＥＬを計測するための電界を印加して計測するとなると、太陽電池モジュールが数万枚～数十万枚からなる大規模な太陽光発電サイトを対象として計測することは、統計的信頼性を満たす程度にサンプル数を絞ったとしても、現実的に極めて困難である。特許文献２では、曝露環境において、ＥＬを計測する方法が開示されているが、計測にかかる手間は大きく、かつ、計測が夜間に限定されるため、大規模な太陽光発電サイトで太陽電池モジュールの性能を検査、評価するには限界がある。

本発明の目的は、大規模な太陽光発電サイトであっても、その太陽電池の健全性を容易に評価し、太陽光発電所の潜在的なリスクを把握可能とすることである。

本発明の一実施態様である、複数の太陽電池セルが直列接続される太陽電池モジュールを有する太陽電池を評価する太陽電池評価装置は、プロセッサと、メモリと、メモリに読み込まれ、プロセッサにより実行される太陽電池評価プログラムとを有し、太陽電池評価プログラムは、接合部電流算出部を有し、接合部電流算出部は、太陽電池モジュールについて計測された太陽電池セルの電流－電圧特性データより、第１のｐｎ接合部電流量及び第２のｐｎ接合部電流量を算出し、第１のｐｎ接合部電流量は、太陽電池モジュールについて実測された太陽電池セルの電流－電圧特性データを、当該太陽電池セルのシャント抵抗を∞としたときの電流－電圧特性データにより算出したｐｎ接合部電流量であり、第２のｐｎ接合部電流量は、太陽電池モジュールについて実測された太陽電池セルの電流－電圧特性データにより算出したｐｎ接合部電流量であり、第１のｐｎ接合部電流量に対する第２のｐｎ接合部電流量の比を当該太陽電池モジュールの劣化指標とする。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

太陽電池の太陽電池モジュールの半導体特性を平均的、かつ定量的に把握することが可能になる。

太陽電池セルの等価回路を示す図である。太陽電池ストリングのＥＬ画像の模式図である。太陽電池ストリングのＥＬ画像の模式図である。ＰＩＤと封止材はがれの発生確率の相違を説明するための図である。太陽電池セルの電流－電圧特性を示す図である。太陽電池セルの電流－電圧特性を示す図である。太陽電池セルの電流－電圧特性を示す図である。計測値に基づき太陽電池セルの輝度を算出するフローチャートである。計測したＩＶデータから太陽電池モジュールの劣化を評価し、可視化するフローチャートである。計測したＩＶデータから太陽電池モジュールの劣化を評価し、可視化するフローチャートである。太陽電池モジュールの劣化評価をイメージ化するフローチャートである。太陽電池モジュールの劣化評価を表示するフレーム例である。太陽電池モジュールの劣化評価を表示するフレーム例である。太陽電池モジュールの劣化評価を表示するセルイメージ例である。太陽電池モジュールの劣化評価を行う太陽電池診断装置のハードウェア構成例である。

図１に太陽電池セル１１の等価回路を示す。太陽電池モジュール１ａは、太陽電池セル１１を複数枚直列に並べ、バイパスダイオード１２に区切られたものとして表すことができる。太陽電池モジュール１ａがさらに直列接続されたものが太陽電池ストリング１ｂである。太陽電池セル１１は、並列接続された電流源１３、ｐｎ接合ダイオード１４、シャント抵抗１５に対して、直列に直列抵抗１６が接続された等価回路として表すことができ、日射量に比例した電流が電流源１３から供給される。また、太陽電池モジュール１ａ内の太陽電池セル１１のいずれかが故障すると、電流経路はバイパスダイオード１２を迂回する。

太陽光発電サイトにおいては、複数の太陽電池ストリング１ｂが並列に束ねられて、パワーコンディショナに接続されており、太陽電池ストリング１ｂの直流電流、及び直流電圧はパワーコンディショナ単位で計測される。このため、パワーコンディショナで計測される太陽電池ストリング群（１台のパワーコンディショナに接続されている複数の太陽電池ストリング１ｂをいう）の直流電流Ｉ_opp、直流電圧Ｖ_opとすると、このときの太陽電池セル１つあたりの動作電流はＩ_op（＝Ｉ_opp／Ｎ_str：なお、Ｎ_strはパワーコンディショナに束ねられている太陽電池ストリング１ｂの数（「ストリング数」という））、動作電圧がＶ_op／Ｎ_cell：なお、Ｎ_cellは太陽電池ストリング１ｂにおいて直列接続されている太陽電池セル１１の個数（「セル数」という））となる。

太陽電池セル１１の半導体特性は、ｐｎ接合ダイオード１４、シャント抵抗１５からなる部分回路１７で決まるといえ、太陽電池セル１１の半導体特性が劣化することは、シャント抵抗１５が低下することと等価である。

先行技術文献に開示されるＥＬ法の場合、太陽電池モジュールに電流を印加することにより、ｐｎ接合ダイオード１４に少数キャリアが注入され、注入された少数キャリアが結合を起こして発光する現象を利用する。この発光をカメラで捉え、発光輝度を表示するＥＬ画像を取得する。図２Ａ，Ｂは、それぞれ太陽電池ストリングに対してＥＬ法を適用して取得したＥＬ画像を模式的に示したものである。いずれの図においても、全体が１つの太陽電池ストリング像２１であり、互いに区切られた区画がそれぞれ太陽電池モジュール像２２である。図２Ａは太陽電池ストリングの全ての太陽電池モジュールが正常な場合であり、すべての太陽電池モジュールの像は輝度の高い状態で画像化される。これに対して、図２Ｂは、太陽電池セル１１の半導体特性に劣化が生じた太陽電池モジュールが存在する場合の例を示している。太陽電池モジュール内になんらかの形で大量に電荷が発生し、太陽電池セルの表面などで再結合が生じると、再結合に伴う電流はシャント抵抗１５（図１参照）に集中することになるため、太陽電池モジュール像２２ａ～ｂのように輝度低下が生じた太陽電池モジュールが現れる。太陽電池セルの半導体特性としての性能について、シャント抵抗が支配的、つまりオーミック化すると発光が発生しなくなり、太陽電池モジュール像２２ａに示されるように輝度がゼロになる。このような劣化は、ＰＩＤ（電位誘発劣化：Potential Induced Degradation）と呼ばれる。

ところで、太陽電池モジュール像の輝度を低下させる原因はＰＩＤのような太陽電池セル劣化だけではない。太陽電池モジュールが設置された環境の湿度によって太陽電池モジュール内に水分が入り込むことにより、太陽電池セルを封止する太陽電池モジュールの封止材（ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合樹脂）等）が太陽電池セルから剥がれる現象が生じる。このような封止材はがれが生じた場合にも低抵抗が発生するため、太陽電池モジュールの輝度低下を示すことになる。

ＰＩＤによる輝度低下と封止材はがれによる輝度劣化とはどちらも太陽電池モジュールの劣化ではあるが、ＰＩＤの発生が太陽電池セルの半導体特性に依存して確率的に生じるのに対して、封止材はがれの発生は封止材の材料、太陽電池モジュールの組み立て工程やその後の設置環境に依存して太陽電池全体で均一的に生じる。このため、両者の発生確率には違いがある。図３に横軸を輝度とし、各輝度を有する太陽電池モジュールのヒストグラムを示す。（ａ）初期状態（全ての太陽電池モジュールが正常である場合）においては、輝度分布３１に示されるように、いずれも輝度が高い状態にある。（ｂ）太陽電池セル劣化が生じた場合、ＰＩＤはセル表面での電荷の再結合が統計的に発生し、オーミック化したものは、群はずれになっていく。このためヒストグラムには、群はずれ３３が発生し、分布３２は大きく広がる。一方、（ｃ）封止材はがれの場合は、均一的に輝度の低下が発生するので、分布３４に示すように群はずれが発生せず、輝度が低く、広がりの狭い分布となる。

このようにＥＬ画像における太陽電池モジュールの輝度から、太陽電池モジュールの劣化の程度、劣化原因の判定が可能になる。本実施例では、計測が困難な太陽電池モジュールのＥＬ画像の輝度に相当する劣化指標（以下、この計測値から求める劣化指標についても輝度と称する）をパワーコンディショナで計測可能な計測値により定量化する。なお、計測はパワーコンディショナでの計測値を用いるのが最も容易であるが、この場合太陽電池ストリング単位で平均化された太陽電池セルのＩＶデータを用いることになる。これに対して、計測を太陽電池モジュール単位で行い、太陽電池モジュール単位で平均化された太陽電池セルのＩＶデータを用いることも可能である。以下では、パワーコンディショナでの実測値を用いる場合を例に説明する。

図４Ａは、パワーコンディショナでの実測値に基づく太陽電池セルの電流－電圧特性データ（ＩＶデータ４１）である。このときの短絡電流Ｉ_sc0、開放電圧Ｖ_oc’、シャント抵抗Ｒ_sh（ＩＶデータの傾き）はグラフから読み取ることが可能である。図４Ｂには、図４ＡのＩＶデータ４１に加えて、太陽電池セルの半導体特性が正常な（シャント抵抗Ｒ_shが十分に高い（∞））場合のＩＶデータ４２を示している。このときの開放電圧をＶ_ocとする。さらに、図４Ｃには、図４ＢのＩＶデータ４２に加えて、太陽電池セルの半導体特性が正常かつ常温（298Ｋ）でのＩＶデータ４３を示している。このときの開放電圧をＶ_oc0とする。ＩＶデータ４２，４３は実測値であるＩＶデータ４１から見積もる。

太陽電池セルの一般式を（数１）に示す。Ｉ_sは逆方向飽和電流、ｑは素荷量、ｎ_fは接合係数（ダイオード性能指数）、ｋはボルツマン係数、Ｔは太陽電池セルの動作温度［Ｋ］である。

ここで、右辺第３項がシャント抵抗のオーミック化による影響を示している。

実測値につき、Ｖ_op＝Ｖ_oc’のときＩ_op＝0であるから（数２）が成り立つ一方、太陽電池セルの半導体特性が正常な（Ｒ_sh＝∞）場合、Ｖ_op＝Ｖ_ocのときＩ_op＝0であるから（数３）が成り立つ。

（数２）よりＶ_oc’が、（数３）よりＶ_ocが求まり、これより、（数４）の関係が成り立つ。

また、太陽電池セルの半導体特性が正常かつ常温（Ｔ＝298Ｋ）のとき、常温のときの逆方向飽和電流Ｉ_s＝Ｉ_s0（≒1.7ｅ^-5［Ａ］）とすると、Ｖ_op＝Ｖ_oc0のときＩ_op＝0であるから、（数１）より、（数５）が導かれる。なお、298／ｑ≒0.026であるため置き換えを行っている。

一方、太陽電池セルの温度特性をβ［Ｖ／Ｋ］とすると、温度による開放電圧の変化量は（数６）で表される。

（数５）を（数６）に代入することにより、（数７）の関係式が得られる。

（数４）及び（数７）より、Ｔが求まる（数８）。

（数８）を更に（数７）に代入することにより、Ｖ_ocが求まる（数９）。

以上のように、パワーコンディショナで計測可能な計測値である、短絡電流Ｉ_sc0、開放電圧Ｖ_oc’、シャント抵抗Ｒ_shを用いて、温度Ｔ及び太陽電池セルの半導体特性が正常である場合の開放電圧Ｖ_ocを算出することができる。

図５に計測値（図４ＡのＩＶデータ）に基づき太陽電池セルの輝度を算出するフローチャートを示す。まず、計測されたＩＶデータより、短絡電流Ｉ_sc0、開放電圧Ｖ_oc’、シャント抵抗Ｒ_shを算出する（Ｓ５１）。これら実測された値に基づき、（数８）により温度Ｔを、（数９）により太陽電池セルの半導体特性が正常である場合の開放電圧Ｖ_ocを算出する（Ｓ５２）。次に、太陽電池セルのｐｎ接合部に流れる電流（ｐｎ接合部電流Ｉ_pn）を算出する（Ｓ５３，Ｓ５４）。ステップＳ５３、Ｓ５４に示した数式が注入された少数キャリアが結合されることによって発生する電流であり、この電流量が、ＥＬ画像の輝度に対応する。ただし、劣化指標（輝度）Ｌは正常時のｐｎ接合部電流量Ｉ_pn1を１として規格化して、Ｉ_pn2／Ｉ_pn1として求めている（Ｓ５５）。なお、逆方向飽和電流Ｉ_sはバンドギャップリファレンス－Ｅ_go、飽和定数Ａを用いて（数１０）により求められる。

このように、パワーコンディショナで計測可能な計測値からＥＬ画像の輝度に相当する劣化指標Ｌを算出することが可能になる。この劣化指標Ｌは、太陽電池ストリング単位で計測された計測値であれば太陽電池ストリング単位で平均化された太陽電池モジュールの劣化指標であり、太陽電池モジュール単位で計測された計測値であれば太陽電池モジュール単位で平均化された太陽電池モジュールの劣化指標であるとみることができる。

図３では先行技術に即してある１つの太陽電池ストリングにおける太陽電池モジュールのヒストグラムとして説明したが、太陽光発電サイトにおける太陽電池モジュールのヒストグラムとしても、太陽電池セル劣化と封止材はがれとではそれぞれ同様の傾向をもって、すなわち太陽電池セル劣化は確率的に、封止材はがれは均一的に発生し、それが太陽電池モジュールの輝度分布にあらわれるものと考えられる。そのため、太陽電池ストリング（太陽電池モジュール）単位で統計信頼性を満たす程度に十分な数の太陽電池ストリング（太陽電池モジュール）について輝度（劣化指標）を算出し、劣化原因によってその輝度の分布に違いがあることを利用して、太陽光発電サイトにおける太陽電池モジュールの劣化状況、劣化原因を把握することが可能である。さらに、太陽電池モジュールの劣化の程度、劣化原因をユーザに分かりやすくイメージ化して示すことが可能である。

図６Ａ，Ｂに、ｎ本の太陽電池ストリング、またはｎ個の太陽電池モジュールについて計測したＩＶデータから、太陽電池モジュールの劣化を評価し、イメージ化するフローチャートを示す。ｎは後述する統計処理を行うのに十分な数とする。

図６Ａでは、計測したＩＶデータから算出したｐｎ接合部電流量に基づき、群はずれとなる太陽電池モジュールを抽出する。まず、ｎ本の太陽電池ストリング（またはｎ個の太陽電池モジュール、以下では太陽電池ストリングとした場合を例に説明する）に対して、それぞれ図５に示した輝度の算出フローを実行する（Ｓ６１，Ｓ６２）。これにより、太陽電池ストリング［１］～［ｎ］につき、それぞれ太陽電池セルの半導体特性が正常である場合のｐｎ接合部電流Ｉ_pn1［１］～［ｎ］及び実測されたｐｎ接合部電流Ｉ_pn2［１］～［ｎ］６０１を取得する。取得したｐｎ接合部電流について、平均と標準偏差とを算出する（Ｓ６３）。太陽電池セルの半導体特性が正常である場合のｐｎ接合部電流の平均をＩ_pn1_av、標準偏差Ｉ_pn1_σとする。また、実測通りのｐｎ接合部電流の平均をＩ_pn2_av、標準偏差Ｉ_pn2_σとする。

次に群はずれとなる太陽電池モジュールを抽出する（Ｓ６４）。ｎ本の太陽電池ストリングについて、計測したＩＶデータから算出された太陽電池モジュールのｐｎ接合部電流Ｉ_pn2それぞれが群はずれとなる値であるかどうかを判定する（Ｓ６４１～Ｓ６４５）。実測されたｐｎ接合部電流Ｉ_pn2が群はずれであるかどうかは、以下の２つの条件を同時に満たすか否かで判定することができる。
第１条件：(Ｉ_pn2_σ／Ｉ_pn2_av)／(Ｉ_pn1_σ／Ｉ_pn1_av)＞α
第２条件：｜Ｉ_pn2_av－Ｉ_pn2［ｉ］｜＞３Ｉ_pn2_σ
第１条件のαはあらかじめ定めた所定値であり、この条件を満たす場合は、実測されたｐｎ接合部電流の分布が、太陽電池セルの半導体特性が正常である場合のｐｎ接合部電流の分布よりも、αで定められる正常範囲を超えて大きいということを意味する。第２条件を満たす場合は、実測されたｐｎ接合部電流が±３σから外れていることを意味する。

図６Ｂでは、図６Ａのフローに引き続いて、太陽電池セルの劣化状況を評価し、イメージ化する。まず、図６Ａで求めた群はずれとなる太陽電池モジュールを除いた残りの太陽電池モジュールについてｐｎ接合部電流の平均Ｉ_pn2_av’と標準偏差Ｉ_pn2_σ’とを算出する（Ｓ６５）。実測されたｐｎ接合部電流Ｉ_pn2［ｉ］について、群はずれと判定された値は０、そうでない値は実測値として平均と標準偏差とを算出すればよい。

ステップＳ６５で算出した値に基づき、基準輝度Ｌ’及び変動係数ＣＶを算出する（Ｓ６６）。基準輝度Ｌ’はＩ_pn2_av’／Ｉ_pn1_av、変動係数ＣＶはＩ_pn2_σ’／Ｉ_pn2_av’で求められる。基準輝度Ｌ’は群はずれを除いた残りの太陽電池モジュールの劣化指標の代表値であり、変動係数ＣＶは、群はずれを除いた残りの太陽電池モジュールのｐｎ接合部電流Ｉ_pn2のばらつきを示すものである。これらに基づき太陽光発電サイトにおける太陽電池モジュールの劣化評価を行う（Ｓ６７）。まず、群はずれの有無を評価する（Ｓ６７１）。群はずれありの場合は、当該太陽光発電サイトの太陽電池モジュールには太陽電池セル劣化６０４が進行していると評価する。次に、基準輝度Ｌ’と所定値βとを比較する（Ｓ６７２）。群はずれがなく、かつ基準輝度Ｌ’も所定の値を満たしていれば（この場合、Ｌ’≧β）、当該太陽光発電サイトの太陽電池モジュールは正常６０２と評価する。次に、変動係数ＣＶと所定値γとを比較する（Ｓ６７３）。これは図６Ａのフローで群はずれとして判定されていなくても、残りの太陽電池モジュールのｐｎ接合部電流Ｉ_pn2が著しくばらついている場合（ＣＶ＞γ）は太陽電池セル劣化６０４と判断するものである。群はずれがなく、基準輝度Ｌ’も所定の値を満たさず（Ｌ’＜β）、かつばらつきもそれほど大きくない場合（ＣＶ≦γ）に封止材はがれ６０３と判断される。

以上の太陽電池モジュールの劣化評価に基づき、これをユーザに分かりやすいようにイメージ化する（Ｓ６８）。イメージ化のフローチャートを図７に示す。

まず、太陽電池モジュールの劣化状況をイメージ化するフレームを設定する（Ｓ７１）。フレームとしては、特に限定されないが、図８Ａのような太陽電池モジュールが敷き詰められた太陽電池パネルを模したフレーム８０を用いることができる。この例では、合計６０個のセル８１が、１０行６列のマトリックス状に配置されている。まず、群はずれがある場合、群はずれの比率分のセルの輝度を０とする（Ｓ７２）。例えば、ｎ＝６０で群はずれが２個であった場合は２つのセルの輝度を０とし、ｎ＝１２０で群はずれが２個であった場合は１つのセルの輝度を０とする。続いて、残るセル（群はずれがない場合には全セル）の輝度の平均がＩ_pn2_av’、標準偏差がＩ_pn2_σ’に対応するように残りの各セルの輝度を算出する（Ｓ７３）。この輝度の算出には例えばモンテカルロ法を用いることができる。以上により、フレームのセルの有する輝度が求まるので、輝度を各セルに割り当てる（Ｓ７４）。この割り当ては、ランダムに割り当てればよい。図８Ｂが割り当て後の輝度である。

また、セルに対して、太陽電池モジュールの劣化原因をイメージ表示させてもよい。図９に示すように、太陽電池モジュールの劣化評価が正常または太陽電池セル劣化である場合には、セルイメージ９０とし、背景部分９１の輝度により劣化の程度を表現する。一方、太陽電池モジュールの劣化評価が封止材はがれである場合には、セルイメージ９２とし、背景部分９３の輝度により劣化の程度を表現する。

以上説明した、太陽電池モジュールの劣化評価を行う太陽電池評価装置のハードウェア構成例を図１０に示す。太陽電池評価装置１００は、プロセッサ１０１、主記憶１０２、補助記憶１０３、入出力インタフェース１０４、表示インタフェース１０５、ネットワークインタフェース１０６を含み、これらはバス１０７により結合されている。入出力インタフェース１０４は、キーボードやマウス等の入力装置１０９と接続され、表示インタフェース１０５は、ディスプレイ１０８に接続され、ＧＵＩを実現する。また、図８Ｂや図９に示したようなイメージにより評価結果を表示する。ネットワークインタフェース１０６はネットワークと接続するためのインタフェースである。補助記憶１０３は通常、ＨＤＤやＲＯＭ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリで構成され、太陽電池評価装置１００が実行するプログラムやプログラムが処理対象とするデータ等を記憶する。主記憶１０２はＲＡＭで構成され、プロセッサ１０１の命令により、プログラムやプログラムの実行に必要なデータ等を一時的に記憶する。プロセッサ１０１は、補助記憶１０３から主記憶１０２にロードしたプログラムを実行する。太陽電池評価装置１００は例えば、ＰＣ（Personal Computer）やサーバにより実現できる。

補助記憶１０３には、計測データ１１０、評価に必要な太陽電池セルの仕様１１１、その他のデータ及び太陽電池評価プログラム１１２、その他のプログラムが記憶されている。太陽電池評価プログラム１１２はその主要部として接合部電流算出部１１２ａ、劣化評価部１１２ｂ、イメージ化部１１２ｃを含んでいる。計測データ１１０には、例えばパワーコンディショナで計測したｎ本の太陽電池ストリングの直流電流Ｉ_opp、直流電圧Ｖ_opを含む。接合部電流算出部１１２ａは図５で説明したフローを実行する。劣化評価部１１２ｂは図６Ａ及び図６Ｂで説明したフロー（ただし、ステップＳ６８を除く）を実行する。イメージ化部１１２ｃはステップＳ６８、すなわち図７で説明したフローを実行する。

以上のように、計測されたＩＶデータから太陽光発電サイトにおける太陽電池モジュールの平均的な劣化状況を定量的に評価することが可能になる。

１ａ：太陽電池モジュール、１ｂ：太陽電池ストリング、１１：太陽電池セル、１２：バイパスダイオード、１３：電流源、１４：ｐｎ接合ダイオード、１５：シャント抵抗、１６：直列抵抗、１７：部分回路、２１：太陽電池ストリング像、２２：太陽電池モジュール像、１００：太陽電池評価装置、１０１：プロセッサ、１０２：主記憶、１０３：補助記憶、１０４：入出力Ｉ／Ｆ、１０５：表示Ｉ／Ｆ、１０６：ネットワークＩ／Ｆ、１０７：バス、１０８：ディスプレイ、１０９：入力装置。

Claims

複数の太陽電池セルが直列接続される太陽電池モジュールを有する太陽電池を評価する太陽電池評価装置であって、
プロセッサと、
メモリと、
前記メモリに読み込まれ、前記プロセッサにより実行される太陽電池評価プログラムとを有し、
前記太陽電池評価プログラムは、接合部電流算出部を有し、
前記接合部電流算出部は、前記太陽電池モジュールについて計測された太陽電池セルの電流－電圧特性データより、第１のｐｎ接合部電流量及び第２のｐｎ接合部電流量を算出し、
前記第１のｐｎ接合部電流量は、前記太陽電池モジュールについて実測された太陽電池セルの電流－電圧特性データを、当該太陽電池セルのシャント抵抗を∞としたときの電流－電圧特性データにより算出したｐｎ接合部電流量であり、
前記第２のｐｎ接合部電流量は、前記太陽電池モジュールについて実測された太陽電池セルの電流－電圧特性データにより算出したｐｎ接合部電流量であり、
前記第１のｐｎ接合部電流量に対する前記第２のｐｎ接合部電流量の比を当該太陽電池モジュールの劣化指標とする太陽電池評価装置。
請求項１において、
前記太陽電池評価プログラムは、劣化評価部を有し、
前記接合部電流算出部は、複数の太陽電池モジュールの各々について、当該太陽電池モジュールの前記第１のｐｎ接合部電流量及び前記第２のｐｎ接合部電流量を算出し、
前記劣化評価部は、前記複数の太陽電池モジュールの前記第２のｐｎ接合部電流量の分布より群はずれの存在が判定される場合は、前記太陽電池に太陽電池セル劣化が生じていると評価する太陽電池評価装置。
請求項２において、
前記劣化評価部は、前記複数の太陽電池モジュールのうち、前記群はずれとなる太陽電池モジュールを除いた残りの太陽電池モジュールについて、前記残りの太陽電池モジュールの劣化指標の代表値が第１の所定値以上である場合は、前記太陽電池は正常であると評価する太陽電池評価装置。
請求項３において、
前記劣化評価部は、前記残りの太陽電池モジュールについて、前記残りの太陽電池モジュールの劣化指標の前記代表値が前記第１の所定値よりも小さく、かつ前記残りの太陽電池モジュールの前記第２のｐｎ接合部電流量の分布のばらつきが第２の所定値以下である場合は、前記太陽電池に封止材はがれが生じていると評価する太陽電池評価装置。
請求項４において、
前記劣化評価部は、前記残りの太陽電池モジュールについて、前記残りの太陽電池モジュールの劣化指標の前記代表値が前記第１の所定値よりも小さく、かつ前記残りの太陽電池モジュールの前記第２のｐｎ接合部電流量の分布のばらつきが前記第２の所定値より大きい場合は、前記太陽電池に太陽電池セル劣化が生じていると評価する太陽電池評価装置。
請求項１～５のいずれか１項において、
前記太陽電池は、複数の太陽電池モジュールが直列接続される太陽電池ストリングを有し、
前記接合部電流算出部は、前記太陽電池ストリングの直流電流及び直流電圧の計測値から取得される、当該太陽電池ストリングに含まれる太陽電池モジュールにかかる太陽電池セルの電流－電圧特性データより、当該太陽電池モジュールの前記第１のｐｎ接合部電流量及び前記第２のｐｎ接合部電流量を算出する太陽電池評価装置。
請求項５において、
前記太陽電池評価プログラムは、イメージ化部を有し、
前記イメージ化部は、前記太陽電池の劣化状況を表す、太陽電池パネルを模したフレームを表示装置に表示し、
前記フレームはマトリックス状に配置された複数のセルを含み、前記複数のセルの輝度は、前記太陽電池の太陽電池モジュールの劣化指標に応じて定められる太陽電池評価装置。
請求項７において、
前記イメージ化部は、前記複数のセルのうち、輝度を０とするセルにより前記群はずれとなる太陽電池モジュールを表現し、
前記複数のセルのうち輝度を０とするセルの比率は、前記複数の太陽電池モジュールのうち前記群はずれとなる太陽電池モジュールの比率となるように設定される太陽電池評価装置。
請求項８において、
前記イメージ化部は、前記複数のセルのうち、輝度を０とするセルを除いた残りのセルの輝度の平均及び標準偏差が、前記複数の太陽電池モジュールのうち、前記群はずれとなる太陽電池モジュールを除いた残りの太陽電池モジュールの劣化指標の平均及び標準偏差に対応するように、前記残りのセルの輝度を算出する太陽電池評価装置。
請求項７～９のいずれか１項において、
前記イメージ化部は、前記劣化評価部が、前記太陽電池は正常または太陽電池セル劣化が生じていると評価した場合と前記太陽電池は封止材はがれが生じていると評価した場合とで、前記複数のセルを異なるイメージで表示する太陽電池評価装置。
複数の太陽電池セルが直列接続される太陽電池モジュールを有する太陽電池を評価する太陽電池評価方法であって、
前記太陽電池モジュールについて計測された太陽電池セルの電流－電圧特性データより、第１のｐｎ接合部電流量及び第２のｐｎ接合部電流量を算出し、
前記第１のｐｎ接合部電流量は、前記太陽電池モジュールについて実測された太陽電池セルの電流－電圧特性データを、当該太陽電池セルのシャント抵抗を∞としたときの電流－電圧特性データにより算出したｐｎ接合部電流量であり、
前記第２のｐｎ接合部電流量は、前記太陽電池モジュールについて実測された太陽電池セルの電流－電圧特性データにより算出したｐｎ接合部電流量であり、
前記第１のｐｎ接合部電流量に対する前記第２のｐｎ接合部電流量の比を当該太陽電池モジュールの劣化指標とする太陽電池評価方法。
請求項１１において、
複数の太陽電池モジュールの各々について、当該太陽電池モジュールの前記第１のｐｎ接合部電流量及び前記第２のｐｎ接合部電流量を算出し、
前記複数の太陽電池モジュールの前記劣化指標及び前記第２のｐｎ接合部電流量の分布に基づき、前記太陽電池に生じている劣化原因を判定する太陽電池評価方法。
請求項１１または請求項１２において、
前記太陽電池は、複数の太陽電池モジュールが直列接続される太陽電池ストリングを有し、
前記太陽電池ストリングの直流電流及び直流電圧の計測値から取得される、当該太陽電池ストリングに含まれる太陽電池モジュールにかかる太陽電池セルの電流－電圧特性データより、当該太陽電池モジュールの前記第１のｐｎ接合部電流量及び前記第２のｐｎ接合部電流量を算出する太陽電池評価方法。
請求項１２において、
前記太陽電池の劣化状況を表す、太陽電池パネルを模したフレームを表示装置に表示し、
前記フレームはマトリックス状に配置された複数のセルを含み、前記複数のセルの輝度は、前記太陽電池の太陽電池モジュールの前記劣化指標に応じて定められる太陽電池評価方法。