JP7149534B2

JP7149534B2 - 太陽電池パネルの検査装置、及び検査方法

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Publication number: JP7149534B2
Application number: JP2019181506A
Authority: JP
Inventors: 和美高野; 健司有松
Original assignee: INTERNATIONAL TEST & ENGINEERING SERVICES CO., LTD.; Tohoku Electric Power Co Inc
Current assignee: INTERNATIONAL TEST & ENGINEERING SERVICES CO., LTD.; Tohoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2019-10-01
Filing date: 2019-10-01
Publication date: 2022-10-07
Anticipated expiration: 2039-10-01
Also published as: JP2021058043A

Description

本発明は、エレクトロルミネッセンスを利用し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「クラック（マイクロクラックを含む）」や「断線」等の欠陥の有無が検査される。しかしながら、クラック等の機械的欠陥は、屋外に設置された太陽電池パネルにおいても、施工時の衝撃や風雨による損傷によっても生じることがある。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、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）を利用したＥＬ検査法が知られている。ＥＬ検査法とは、太陽電池に電流（順バイアス電流）を印加したときに太陽電池が発光する現象（これを、エレクトロ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ＥＬの発光強度が低下する。そのため、ＥＬ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、製造時や出荷前の検査では、暗室内でＥＬ検査法を実施することで、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ＥＬ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、特許文献１では、交流電流を印加した太陽電池パネルを撮影し、得られたカメラ信号を、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している。

特許第６３７６６０６号公報

ＥＬ検査法において、稼動している太陽電池パネルを設置済みの状況で検査するために、簡便で経済的な検査装置が望まれる。しかしながら、特許文献１の検査方法は、太陽電池パネルに交流電流を印加するものであり、ＥＬ発光が生じる印加電流のサイクルに合わせて、精密なタイミングでカメラをロックイン制御しなければならないため、検査装置が大掛かりで高額なものとなっていた。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、屋外でのＥＬ検査において、欠陥を高精度に判定できる鮮明な画像を簡便な構成で得ることが可能な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、
エレクトロルミネッセンスを利用した太陽電池パネルの検査装置であって、
前記太陽電池パネルの起電力以上の電圧で直流電流を供給する直流電源と、
前記太陽電池パネルと前記直流電源との接続を開閉する開閉手段と、
前記太陽電池パネルを撮影する撮影手段と、
前記開閉手段が閉の状態で前記撮影手段により撮影された画像と、前記開閉手段が開の状態で前記撮影手段により撮影された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、太陽電池パネルと直流電源との接続を開閉する開閉手段を備えることにより、開閉手段が閉の状態でＥＬ発光が生じている太陽電池パネルの画像と、開閉手段が開の状態でＥＬ発光が生じていない太陽電池パネルの画像とを簡便な構成で容易に撮影することができ、これらの画像から診断画像を生成することにより、太陽光や環境からの散乱光によるノイズを除去して、クラック等の欠陥を高精度に検出することができる。
また、屋外でのＥＬ検査においては、太陽電池パネルが起電力を有するため、太陽光パネルと直流電源との接続時に、突入電流が逆流することで直流電源が故障したり、電力供給が停止したりする虞がある。本構成の太陽電池パネルの検査装置では、直流電源が、太陽電池パネルの起電力以上の電圧で直流電力を供給するため、開閉手段が太陽電池パネルと直流電源との接続を開閉する際に、直流電源へ突入電流が逆流することが防止される。そのため、屋外でのＥＬ検査において、ロックイン制御等の精密なタイミング制御の必要のない直流電源を用いて、欠陥を高精度に判定できる鮮明な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、
前記太陽電池パネルの端子間の電位差を測定する測定手段をさらに備え、
前記直流電源は、前記測定手段により測定された電位差以上の電圧で直流電力を供給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、太陽電池パネルの端子間の電位差を測定する測定手段をさらに備え、直流電源が、測定手段により測定された電位差以上の電圧で直流電力を供給することにより、天候や日射量の変動に伴って太陽電池パネルの起電力が変動した場合にも、常に太陽電池パネルの起電力以上の電圧で直流電流を印加することができる。そのため、開閉手段が太陽電池パネルと直流電源との接続を開閉する際に、直流電源へ突入電流が逆流することを確実に防ぐことができる。

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９６０ｎｍ以上の光を透過する赤外透過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、撮影手段が、波長が９６０ｎｍ以上の光を透過する赤外透過フィルタを有することにより、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ＥＬ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。

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、ワイヤーグリッドを備えた偏光フィルタを有することが好ましい。

通常、太陽電池パネルは、光を効率よく吸収する目的で、カバーガラス上に酸化チタン、窒化ケイ素等からなる反射防止層が設けられ、その表面に凹凸の加工が施されている。このため、太陽光の一部が反射防止層の表面で乱反射し、乱反射光がノイズとしてＥＬ光に重なることにより、欠陥検査の精度が低下する虞がある。本構成の太陽電池パネルの検査装置によれば、撮影手段がワイヤーグリッドを備えた偏光フィルタを有することにより、太陽電池パネルの表面での乱反射により偏光方向に乱れが生じている乱反射光を分離して、ノイズを低減することができる。特に、ワイヤーグリッドは近赤外領域において偏光を分離することができるため、乱反射光の近赤外成分によるノイズを低減して、太陽電池パネルがＥＬ光として発する近赤外光をより鮮明に撮影することができる。

本発明に係る太陽電池パネルの検査装置において、
前記診断画像は、前記開閉手段が閉の状態で撮影された画像と前記開閉手段が開の状態で撮影された画像との差分を取った差分画像、又は前記開閉手段が閉の状態で撮影された画像を前記開閉手段が開の状態で撮影された画像で除した除算画像であることが好ましい。

本構成の太陽電池パネルの検査装置によれば、診断画像が、開閉手段が閉の状態で撮影された画像と開閉手段が開の状態で撮影された画像との差分を取った差分画像、又は開閉手段が閉の状態で撮影された画像を開閉手段が開の状態で撮影された画像で除した除算画像であることにより、診断画像は、ノイズが低減され、太陽電池パネルの欠陥を高精度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、前記開閉手段が閉の状態で前記太陽電池パネルを複数回撮影し、
前記生成手段は、前記開閉手段が閉の状態で撮影された画像毎に、前記差分画像又は前記除算画像を生成し、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、撮影手段が、開閉手段が閉の状態で太陽電池パネルを複数回撮影し、生成手段が、開閉手段が閉の状態で撮影された画像毎に、差分画像又は除算画像を生成し、得られた複数の差分画像又は複数の除算画像の積算処理により診断画像を生成することにより、診断画像は、ノイズが低減され、太陽電池パネルの欠陥をより高精度に判定できる鮮明な画像となる。

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、
エレクトロルミネッセンスを利用した太陽電池パネルの検査方法であって、
直流電源と接続されていない状態で、前記太陽電池パネルを撮影する第１撮影工程と、
前記直流電源の電圧を、前記太陽電池パネルの起電力以上の電圧に設定する電圧設定工程と、
前記太陽電池パネルと前記直流電源とを接続し、前記太陽電池パネルに順バイアス電流を印加する接続工程と、
前記直流電源と接続されている状態で、前記太陽電池パネルを撮影する第２撮影工程と、
前記第１撮影工程において撮影された画像と、前記第２撮影工程において撮影された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１撮影工程と、第２撮影工程とにより、ＥＬ発光が生じている太陽電池パネルの画像と、ＥＬ発光が生じていない太陽電池パネルの画像とを容易に撮影することができ、これらの画像から診断画像を生成することにより、太陽光や環境からの散乱光によるノイズを除去して、クラック等の欠陥を高精度に検出することができる。
また、屋外でのＥＬ検査においては、太陽電池パネルが起電力を有するため、太陽光パネルと直流電源との接続時に、突入電流が逆流することで直流電源が故障したり、電力供給が停止したりする虞がある。本構成の太陽電池パネルの検査方法では、電圧設定工程において直流電源の電圧を、太陽電池パネルの起電力以上の電圧に設定するため、接続工程において太陽電池パネルと直流電源とを接続する際に、直流電源へ突入電流が逆流することが防止される。そのため、屋外でのＥＬ検査において、直流電源を用いて、欠陥を高精度に判定できる鮮明な画像を得ることができる。

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（ａ）は、シリコン結晶型太陽電池におけるＥＬ光の分光特性を示す図であり、図２（ｂ）は、太陽光の分光特性を示す図であり、図２（ｃ）は、シリコン半導体受光素子の分光感度特性を示す図である。図３（ａ）は、単独の差分画像の一例であり、図３（ｂ）、及び図３（ｃ）は、複数の差分画像を積算した積算画像の一例である。図４（ａ）は、単独の除算画像の一例であり、図４（ｂ）、及び図４（ｃ）は、複数の除算画像を積算した積算画像の一例である。図５は、暗室内で太陽電池パネルのＥＬ発光を撮影した画像である。図６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。

〔太陽電池パネルの検査装置〕
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、太陽電池パネルＰに電流を印加したときに生じるＥＬ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、即ち、太陽電池パネルＰのｐ端子が高電位、ｎ端子が低電位となる起電力が生じる。本発明の検査装置１は、例えば、４８～７２枚の太陽電池セルが直列に接続され、３６～５０Ｖの起電力を有する太陽電池モジュールとしての太陽電池パネルＰの検査に使用可能である。太陽電池パネルＰは、家屋の屋根等に設置される場合、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。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。

図１に示すように、検査装置１は、太陽電池パネルＰの起電力以上の電圧で直流電流を印加する直流電源１０と、太陽電池パネルＰと直流電源１０との接続を開閉する開閉手段２０と、太陽電池パネルＰを撮影する撮影手段３０と、撮影手段３０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４０とを備えている。また、任意の構成要素として、太陽電池パネルＰの端子間の電位差を測定する測定手段５０と、生成手段４０によって生成された診断画像を表示する表示手段６０と、各構成要素の動作を制御する制御手段７０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。

＜直流電源＞
直流電源１０は、太陽電池パネルＰの起電力以上の電圧で直流電流を印加する電源であり、開閉手段２０を介して太陽電池パネルＰに接続される。直流電源１０と開閉手段２０との間には、ブロッキングダイオードが挿入されていることが好ましい。直流電源１０と太陽電池パネルＰとの接続は、直流電源１０の正極が太陽電池パネルＰのｐ端子側、直流電源１０の負極が太陽電池パネルＰのｎ端子側となっている。太陽光Ｌが照射されている状態では、太陽電池パネルＰにはｐ端子が高電位、ｎ端子が低電位となる起電力、即ち、直流電源１０に電流を逆流させる向きの起電力が生じているが、直流電源１０は、太陽電池パネルＰの起電力以上の電圧で直流電流を印加するため、開閉手段２０が太陽電池パネルＰと直流電源１０との接続を開閉する際に、太陽電池パネルＰの起電力に起因する突入電流が直流電源１０へ逆流することや、ブロッキングダイオードの故障もしくは短絡や断線を防止することができる。ここで、「太陽電池パネルＰの起電力以上の電圧」とは、必ずしも、検査対象の太陽電池パネルＰの最大動作電圧（例えば、３６Ｖ）以上の電圧である必要はなく、検査時の日射量に応じて太陽電池パネルＰに生じた起電力以上の電圧であればよい。そのため、直流電源１０の印加電圧は、太陽電池パネルＰの開放電圧（例えば、３６Ｖ）以上の電圧や、太陽電池パネルＰの設置環境や稼働実績から予測される起電力以上の電圧に予め設定（プリセット設定）してもよいし、検査時の日射量に応じて太陽電池パネルＰに生じている起電力をリアルタイムで測定し、測定値以上の電圧に設定（リアルタイム設定）してもよい。図１の例では、測定手段５０により太陽電池パネルＰのｐ端子－ｎ端子間の電位差を測定し、直流電源１０は、測定値以上の電圧で直流電流を印加するように、制御手段７０により制御される。直流電源１０の印加電圧が、測定手段５０により測定された太陽電池パネルＰのｐ端子－ｎ端子間の電位差以上の電圧であれば、天候や日射量の変動に伴って太陽電池パネルＰの起電力が変動した場合にも、常に太陽電池パネルＰの起電力以上の電圧で直流電流を印加することが可能となる。

直流電源１０には、定電圧モードと定電流モードとを切り替え可能な電源装置を用いることが好ましい。開閉手段２０の開閉時には、定電圧モードにより一定の電圧を出力することで、太陽電池パネルＰの起電力以上の電圧を確実に維持することができる。通常、シリコン結晶型太陽電池パネルＰにおいては、８～２０Ａの電流を印加することでＥＬ発光が生じるため、開閉手段２０が閉じられた状態では、定電流モードにより一定の電流を印加することで、ＥＬ発光を安定させることができる。例えば、家庭用の太陽電池発電設備において、８枚以下の太陽電池パネルが直列に接続され、太陽電池パネル１枚当たりの起電力が３６Ｖであるものを検査対象とすることを想定すると、直流電源１０には、定電圧モードにおいて、３０～３００Ｖの範囲の電圧値が設定可能であり、定電流モードにおいて、１～３０Ａの電流値が設定可能である電源装置を用いることが好ましい。また、電気事業法における低圧の太陽電池発電設備を検査対象とすることを想定すると、直流電源１０には、定電圧モードにおいて、３０～７５０Ｖの範囲の電圧値が設定可能である電源装置を用いることが好ましい。定電圧モードと定電流モードとの切り替え、及び各モードでの電圧値、電流値の設定は、図１に示す例では、制御手段７０により制御されるが、本発明の検査装置１は、これらの切り替え、及び設定を検査員が操作するように構成することも可能である。

＜開閉手段＞
開閉手段２０は、直流電源１０と太陽電池パネルＰとの間に挿入されたスイッチである。太陽電池パネルＰの起電力に起因する突入電流から直流電源１０をより確実に保護するためには、直流電源１０の正極と太陽電池パネルＰのｐ端子との間、及び直流電源１０の負極と太陽電池パネルＰのｎ端子との間を夫々開閉可能であることが好ましく、特に、双極単投スイッチであることが好ましい。開閉手段２０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。開閉手段２０の開閉は、図１に示す例では、制御手段７０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手段２０を開閉するように構成することも可能である。

開閉手段２０を閉じた状態では、太陽電池パネルＰの起電力とは逆向きの電流、即ち、順バイアス電流が流れ、太陽電池パネルＰでは、ＥＬ発光が生じて、ＥＬ光Ｌ１が出射される。このとき、太陽光Ｌの一部は、太陽電池パネルＰの表面で乱反射した乱反射光Ｌ２となる。従って、開閉手段２０を閉じた状態では、太陽電池パネルＰからの光は、ＥＬ光Ｌ１と乱反射光Ｌ２とが重なったものとなる。一方、開閉手段２０を開いた状態では、太陽電池パネルＰには順バイアス電流が流れないため、ＥＬ発光が生じない。従って、開閉手段２０を開いた状態では、太陽電池パネルＰからの光は、太陽電池パネルＰの表面で乱反射した乱反射光Ｌ２のみとなる。このように、開閉手段２０が閉じた状態、又は開いた状態にしてＥＬ検査を行うと、夫々異なった現象が観測される。

＜撮影手段＞
撮影手段３０は、太陽電池パネルＰを撮影するものであり、カメラ３１と、カメラ３１に装着された筒状のフード３２と、フード３２の内側に配された赤外透過フィルタ３３と、偏光フィルタ３４とを有する。撮影手段３０は、カメラ３１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３０は、カメラ３１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。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３０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３０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３０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３０は、開閉手段２０が開いた状態、及び開閉手段２０が閉じた状態の夫々で、太陽電池パネルＰを撮影するように、制御手段７０によって制御される。後に説明する生成手段４０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、開閉手段２０が閉じた状態では、太陽電池パネルＰの様子を複数回撮影することが好ましい。開閉手段２０が閉じ、順バイアス電流が印加された状態での太陽電池パネルＰからの光は、ＥＬ光Ｌ１と乱反射光Ｌ２とが重なった光である。この状態で撮影した画像をＥＬ発光画像とする。一方、開閉手段２０が開き、直流電源１０と接続されていない状態では、太陽電池パネルＰからＥＬ光Ｌ１が出射されないが、太陽光Ｌに含まれる赤外光によって半導体中の電子が励起されることでフォトルミネッセンス（ＰＬ）発光が生じて、太陽電池パネルＰから若干のＰＬ光が出射される。そのため、開閉手段２０が開き、直流電源１０と接続されていない状態では、乱反射光Ｌ２と若干のＰＬ光とが重なったバックグラウンドノイズの画像がカメラ３１で撮影される。この撮影画像を非発光画像とする。ＥＬ発光画像及び非発光画像は、後に説明する生成手段４０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３０による太陽電池パネルＰの撮影は、制御手段７０による制御に限らず、検査員がカメラ３１のシャッターを直接操作したり、カメラ３１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において検査員がシャッター操作を行うように構成することも可能である。

なお、図１の例では、太陽電池パネルＰがオープンの状態で非発光画像を撮影しているが、非発光画像の撮影は、太陽電池パネルＰを短絡させた状態で行ってもよい。短絡させた状態の太陽電池パネルＰは、検査装置１において、開閉手段２０が開いたときに、太陽電池パネルＰのｐ端子－ｎ端子間を短絡させる短絡手段を設けることで撮影することができる。短絡させた状態では、太陽電池パネルＰが通電可能となるため、キャリア濃度が低くなり、微弱なＰＬ光しか発生しない。そのため、短絡させた状態で太陽電池パネルＰを撮影した非発光画像は、実質的にＰＬ光を無視することができ、ほぼ乱反射光Ｌ２のみの画像となる。

カメラ３１は、ＥＬ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、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の受光素子３１ａを搭載したデジタルカメラを好適に利用することができ、特に、高感度・低ノイズの画像を得ることができる冷却ＣＣＤカメラを用いることが好ましい。

フード３２は、遮光性材料で形成されており、カメラ３１に入射する環境からの散乱光を低減するものである。フード３２は、全体の形状が筒状であるが、軸方向で断面積が変わらないストレート状のものだけではなく、徐々に断面積が大きくなる末広がり状に形成されていてもよい。

赤外透過フィルタ３３は、可視光を透過せず、近赤外光ないし赤外光を透過するフィルタである。赤外透過フィルタ３３を透過する光の波長は、９６０ｎｍ以上であることが好ましく、９９０ｎｍ以上であることがより好ましく、１０２０ｎｍ以上であることがさらにより好ましい。ＥＬ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、図２（ａ）に示すように、１１５０ｍｍにピークを有する近赤外光であるＥＬ光Ｌ１が生じる。一方、太陽光Ｌは、図２（ｂ）に示すように、可視光の強度が強く、近赤外光、特に、波長が９６０ｎｍ以上の光は極めて微弱なものとなっている。そのため、赤外透過フィルタ３３を透過する光の波長が９６０ｎｍ以上であれば、カメラ３１に入射するＥＬ光Ｌ１を低減させることなく、カメラ３１に入射する乱反射光Ｌ２を大幅に低減することができる。また、受光素子３１ａの感度特性は、半導体の種類によって固有のものであり、例えば、シリコン半導体受光素子では、図２（ｃ）に示すように、２００～１１００ｎｍの感度波長範囲を有する。そのため、赤外透過フィルタ３３を透過する光の波長が９６０ｎｍ以上であれば、受光素子３１ａとして安価なシリコン半導体受光素子を用いて、鮮明なＥＬ発光画像を撮影することが可能となる。さらに、受光素子３１ａとして、感度波長範囲が８００～２０００ｎｍであるＩｎＧａＡｓ（イリジウム・ガリウム・ヒ素）半導体受光素子を用いる場合、より鮮明なＥＬ発光画像を撮影することが可能となる。

偏光フィルタ３４は、ワイヤーグリッドを備えた偏光フィルタである。平行に並べられた多数の金属線からなるワイヤーグリッドは、近赤外領域において偏光を分離することができる。乱反射光Ｌ２の近赤外光成分は、赤外透過フィルタ３３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３０は、偏光フィルタ３４を有することによって、カメラ３１に入射する乱反射光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４０は、撮影手段３０にて撮影され、データとして記憶されているＥＬ発光画像及び非発光画像から、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４０は、ＣＵＰ、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ＥＬ発光画像と非発光画像との差分を求めることによって得られる差分画像や、画素毎にＥＬ発光画像と非発光画像との比率を求める（開閉手段２０が閉の状態で撮影された画像であるＥＬ発光画像を開閉手段２０が開の状態で撮影された画像である非発光画像で除する）ことによって得られる除算画像を用いることができる。ＥＬ発光画像は、ＥＬ光Ｌ１の画像と乱反射光Ｌ２の画像（ノイズ）とが重なった画像であり、非発光画像は、乱反射光Ｌ２の画像（ノイズ）である。そのため、このＥＬ発光画像と非発光画像との差分画像、及び除算画像は、ノイズが低減され、太陽電池パネルＰの欠陥を高精度に判定できる鮮明な画像となる。ただし、差分画像、及び除算画像は、天候や日射量の条件によっては、やや不鮮明な画像となることがある。図３（ａ）は、撮影距離３．５ｍ、露光時間１秒で撮影したＥＬ発光画像及び非発光画像から生成した差分画像である。図４（ａ）は、撮影距離３．５ｍ、露光時間１秒で撮影したＥＬ発光画像及び非発光画像から生成した除算画像である。撮影時の天候は曇りであり、日射量は１００Ｗ／ｍ^２であった。図５は、暗室内で太陽電池パネルＰのＥＬ発光を撮影した画像である。図３（ａ）の差分画像、及び図４（ａ）の除算画像は、図５の画像と比較して、発光強度の低い欠陥部分のコントラストが小さく、やや不鮮明な画像となっている。そのため、差分画像、及び除算画像が不鮮明な画像となる条件下では、診断画像としては、複数の差分画像を画素毎に積算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積算することによって得られる積算画像を用いることが好ましい。図３（ｂ）は、図３（ａ）と同じ撮影条件で撮影した５枚の差分画像から生成した積算画像であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）と同じ撮影条件で撮影した１０枚の差分画像から生成した積算画像である。図４（ｂ）は、図４（ａ）と同じ撮影条件で撮影した５枚の除算画像から生成した積算画像であり、図４（ｃ）は、図４（ａ）と同じ撮影条件で撮影した１０枚の除算画像から生成した積算画像である。図３（ｂ）、図３（ｃ）、図４（ｂ）、及び図４（ｃ）の積算画像は、何れも図３（ａ）の差分画像、及び図４（ａ）の除算画像よりも欠陥部分のコントラストが大きく、太陽電池パネルＰの欠陥を高精度に判定できる鮮明な画像となる。特に、図３（ｃ）、及び図４（ｃ）の積算画像は、図５の画像と同程度に欠陥部分のコントラストが大きく、極めて鮮明な画像となっている。このように、５枚以上の差分画像、又は５枚以上の除算画像を積算して得られる積算画像は、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。積算画像の生成に差分画像を用いる場合、複数の差分画像は、撮影手段３０において複数枚のＥＬ発光画像を撮影し、ＥＬ発光画像毎に非発光画像との差分を求めることにより得ることができる。積算画像の生成に除算画像を用いる場合、複数の除算画像は、撮影手段３０において複数枚のＥＬ発光画像を撮影し、ＥＬ発光画像毎に非発光画像との比率を求めることにより得ることができる。

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。また、所定の閾値を設定し、この閾値より大きい強度のノイズを差分画像、除算画像、又は積算画像から排除することも有効である。このように、差分画像、除算画像、及び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、つまり正味のＥＬ発光に近い画像を取得することができる。

＜測定手段＞
測定手段５０は、太陽電池パネルＰのｐ端子－ｎ端子間の電位差を測定する電圧計である。図１の例では、測定手段５０による測定値は、制御手段７０へ出力され、制御手段７０では、この測定値に基づいて、直流電源１０の電圧を設定する。

＜表示手段＞
表示手段６０は、生成手段４０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６０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４０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。例えば、サンプルとして欠陥の無い良品の太陽電池パネルＰの診断画像（以下、「サンプル画像」とする。）を予め生成し、不揮発性メモリ等のストレージに記憶させておく。判定手段は、このサンプル画像と検査対象の太陽電池パネルＰの診断画像とを比較し、発光強度の差が閾値より大きい箇所に欠陥があると診断する。このとき、表示手段６０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６０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７０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の各構成要素の動作を制御する機能を実現する。制御手段７０が、検査装置１の各構成要素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６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１モード設定工程（Ｓ１）、第１撮影工程（Ｓ２）、電圧設定工程（Ｓ３）、接続工程（Ｓ４）、第２モード設定工程（Ｓ５）、第２撮影工程（Ｓ６）、及び生成工程（Ｓ８）の各工程を順に実行する。なお、開始時の第１モード設定工程（Ｓ１）、及び接続工程（Ｓ４）の後の第２モード設定工程（Ｓ５）は、必要に応じて実行すればよい。

本発明の検査方法は、開閉手段２０を開いた状態で開始される。第１モード設定工程（Ｓ１）は、直流電源１０として、定電圧モードと定電流モードとを切り替え可能な電源装置を用いる場合に実行する。第１モード設定工程（Ｓ１）では、直流電源１０を定電圧モードに設定する。直流電源１０の印加電圧は、後の電圧設定工程（Ｓ３）において適切なものに設定されるため、第１モード設定工程（Ｓ１）の実行時点では、直流電源１０の印加電圧を特に設定する必要はない。

第１撮影工程（Ｓ２）では、先ず、カメラ３１によって太陽電池パネルＰの全体を確実に撮影できる位置に撮影手段３０をセットする。次に、撮影手段３０によって、開閉手段２０が開いた状態の太陽電池パネルＰを撮影する。開閉手段２０が開いた状態では、太陽電池パネルＰに順バイアス電流が流れないため、太陽電池パネルＰにおいてＥＬ発光は生じず、撮影された画像は乱反射光Ｌ２のみの非発光画像となる。撮影された非発光画像は、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。

電圧設定工程（Ｓ３）では、測定手段５０により太陽電池パネルＰのｐ端子－ｎ端子間の電位差を測定し、次に、直流電源１０の印加電圧を測定手段５０による測定値以上の電圧に設定する。

接続工程（Ｓ４）では、開閉手段２０を閉じることで太陽電池パネルＰと直流電源１０とを接続し、太陽電池パネルＰに順バイアス電流を印加する。このとき、太陽電池パネルＰには、太陽光Ｌが照射されていることによりｐ端子が高電位、ｎ端子が低電位となる起電力が生じているが、直流電源１０の印加電圧は、電圧設定工程（Ｓ３）において、測定手段５０による測定値、即ち、太陽電池パネルＰに生じている起電力以上の電圧に設定されている。そのため、太陽電池パネルＰの起電力に起因する突入電流が直流電源１０へ逆流することが防止される。

第２モード設定工程（Ｓ５）は、直流電源１０として、定電圧モードと定電流モードとを切り替え可能な電源装置を用いる場合に実行する。第２モード設定工程（Ｓ５）では、直流電源１０を定電流モードに設定し、直流電源１０の印加電流を、例えば、家庭用の太陽電池パネルＰにおいてＥＬ発光が生じる８～２０Ａに設定する。

第２撮影工程（Ｓ６）では、開閉手段２０が閉じた状態の太陽電池パネルＰを、撮影手段３０によって撮影する。開閉手段２０が閉じた状態では、太陽電池パネルＰに順バイアス電流が流れることでＥＬ発光が生じてＥＬ光Ｌ１が出射される。そのため、第２撮影工程において撮影された画像は、ＥＬ光Ｌ１と乱反射光Ｌ２とが重なったＥＬ発光画像となる。撮影されたＥＬ発光画像は、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。第２撮影工程（Ｓ６）の実行後、第２撮影工程によるＥＬ発光画像の撮影回数を判定する（Ｓ６）。撮影回数は、太陽電池パネルＰの種類、設置環境、天候、使用期間等の条件によって適宜に設定できるが、本実施形態では、一例として５回の撮影を基準撮影回数としている。ＥＬ発光画像の撮影回数が５回未満である場合（Ｓ７：Ｎｏ）、第２撮影工程（Ｓ６）を再度実行する。ＥＬ発光画像の撮影回数が５回である場合（Ｓ７：Ｙｅｓ）、生成工程（Ｓ８）に処理を進める。

生成工程（Ｓ８）では、ストレージにデータとして記憶されているＥＬ発光画像及び非発光画像から、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、ストレージから５枚のＥＬ発光画像と１枚の非発光画像とをストレージから読み出し、各ＥＬ発光画像について画素毎に非発光画像との差分を求めることにより５枚の差分画像を生成する。この５枚の差分画像を画素毎に積算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、５枚のＥＬ発光画像と１枚の非発光画像とをストレージから読み出し、各ＥＬ発光画像について画素毎にＥＬ発光画像と非発光画像との比率を求める（第２撮影工程において撮影された画像であるＥＬ発光画像を第１撮影工程において撮影された画像である非発光画像で除する）ことによって５枚の除算画像を生成し、この５枚の除算画像を画素毎に積算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ＥＬ発光画像と１枚の非発光画像とをストレージから読み出し、画素毎にＥＬ発光画像と非発光画像との差分を求めることによって得られる差分画像や、画素毎にＥＬ発光画像と非発光画像との比率を求める（ＥＬ発光画像を非発光画像で除する）ことによって得られる除算画像を用いてもよい。生成工程（Ｓ８）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の欠陥を高精度に判定できる鮮明な画像となる。そのため、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。

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太陽電池パネルにおいてクラック等の欠陥を検出する用途に利用可能である。

１検査装置
１０直流電源
２０開閉手段
３０撮影手段
３３赤外透過フィルタ
３４偏光フィルタ
４０生成手段
５０測定手段
Ｐ太陽電池パネル

Claims

エレクトロルミネッセンスを利用した太陽電池パネルの検査装置であって、
前記太陽電池パネルの起電力以上の電圧で直流電流を供給する直流電源と、
前記太陽電池パネルと前記直流電源との接続を開閉する開閉手段と、
前記太陽電池パネルを撮影する撮影手段と、
前記開閉手段が閉の状態で前記撮影手段により撮影された画像と、前記開閉手段が開の状態で且つ前記太陽電池パネルを短絡させた状態で前記撮影手段により撮影された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、前記開閉手段が閉の状態で前記太陽電池パネルを複数回撮影し、
前記生成手段は、前記開閉手段が閉の状態で前記撮影手段により撮影された各画像を、前記開閉手段が開の状態で且つ前記太陽電池パネルを短絡させた状態で前記撮影手段により撮影された１つの画像で除することによって複数の除算画像を生成し、得られた複数の除算画像の積算処理により積算画像を生成し、当該積算画像を前記診断画像とする太陽電池パネルの検査装置。
前記除算画像及び前記積算画像は、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が施されている請求項１に記載の太陽電池パネルの検査装置。
前記太陽電池パネルの端子間の電位差を測定する測定手段をさらに備え、
前記直流電源は、前記測定手段により測定された電位差以上の電圧で直流電力を供給する請求項１又は２に記載の太陽電池パネルの検査装置。
前記撮影手段は、波長が９６０ｎｍ以上の光を透過する赤外透過フィルタを有する請求項１～３の何れか一項に記載の太陽電池パネルの検査装置。
前記撮影手段は、ワイヤーグリッドを備えた偏光フィルタを有する請求項１～４の何れか一項に記載の太陽電池パネルの検査装置。
エレクトロルミネッセンスを利用した太陽電池パネルの検査方法であって、
直流電源と接続されておらず且つ前記太陽電池パネルを短絡させた状態で、前記太陽電池パネルを撮影する第１撮影工程と、
前記直流電源の電圧を、前記太陽電池パネルの起電力以上の電圧に設定する電圧設定工程と、
前記太陽電池パネルと前記直流電源とを接続し、前記太陽電池パネルに順バイアス電流を印加する接続工程と、
前記直流電源と接続されている状態で、前記太陽電池パネルを撮影する第２撮影工程と、
前記第１撮影工程において撮影された画像と、前記第２撮影工程において撮影された画像とから診断画像を生成する生成工程と
を包含し、
前記第２撮影工程において、前記太陽電池パネルを複数回撮影し、
前記生成工程において、前記第２撮影工程で撮影された各画像を、前記第１撮影工程で撮影された１つの画像で除することによって複数の除算画像を生成し、得られた複数の除算画像の積算処理により積算画像を生成し、当該積算画像を前記診断画像とする太陽電池パネルの検査方法。