WO2014199495A1 - 太陽電池モジュールの信頼性試験方法および信頼性試験装置 - Google Patents

太陽電池モジュールの信頼性試験方法および信頼性試験装置 Download PDF

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Abstract

　ＰＶモジュールの実際の使用環境との相関を維持した加速試験でありながら、加速試験で用いられる疑似太陽光源の使用温度範囲制限を超えてＰＶモジュールを加熱し、かつ、効率的にＰＶモジュールの劣化を検出する試験方法および試験装置である。ＰＶモジュールの実際の使用環境下で受けるストレスである、温度サイクル、温度差、湿度、光照射、通電を全て活用した試験を行う。また、ＰＶモジュールに通電する電流を最大電力点付近に設定するために、最大電力点に対応する電流値を維持するように通電を行い、その際に電圧のみをモニタリングすることにより、ＰＶモジュールの劣化の検出を行う。

Description

太陽電池モジュールの信頼性試験方法および信頼性試験装置
　本発明は、太陽電池モジュールの信頼性試験技術に関し、特に、太陽電池モジュールの長期信頼性を短期間で推定する信頼性加速試験の試験方法および試験装置に関する。
　近年、再生可能エネルギーに対する期待と要求の増大を受け、太陽電池の需要が続伸している。家庭用の小規模発電サイトやメガソーラーといわれる大規模発電サイトでは、数１００Ｗの出力を持つ太陽電池モジュール（ＰＶモジュール）を組み合わせて発電システムが構成される。
　太陽光発電システム（ＰＶシステム）は、システムの大半が屋外に設置され、太陽光照射、温度変化、通電、湿度の影響など過酷な環境に晒されるため、長期間の運用を行うためにはそのシステムの信頼性が重要となる。ＰＶモジュールは、ＰＶシステムの中でも最も過酷な環境に晒される部品の一つであり、システムの信頼性を高めるためにもその信頼性は重要である。
　現在、ＰＶモジュールは、国際電気標準会議（ＩＥＣ）の定める試験によってその性能を判断する方法が広く受け入れられている。例えば、結晶系太陽電池モジュールに関しては、ＩＥＣ６１２１５　Ｅｄ．２．０規格によりその設計、性能に関して試験を行い、合格した製品が認証モデルとして認知される。
　従来技術として、このような長期信頼性を判断する試験が行われている。この試験は、非特許文献１に開示されているように温湿度サイクル試験と温湿度凍結サイクル試験を基本として構成されている。
　また、上述したＩＥＣ６１２１５規格における温度サイクル試験、さらに、例えば特許文献１に開示されている温度サイクル試験などがある。
特開２０１２－１１４２２７号公報
ＮＲＥＬ　ＰＶ　Ｍｏｄｕｌｅ　Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ｗｏｒｋｓｈｏｐ、１８－１９　Ｆｅｂｒｕａｒｙ，２０１０、Ｂｅｙｏｎｄ　Ｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ：Ｔｅｓｔｉｎｇ　ｆｏｒ　Ｌｏｎｇ　Ｔｅｒｍ　ＰＶ　Ｍｏｄｕｌｅ　Ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ．
　上述した各種の温度サイクル試験について、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。
　まず、前述した温湿度サイクル試験と温湿度凍結サイクル試験の試験パターンを、図１、図２により説明する。図１は、温湿度サイクル試験パターンを示す図である。温湿度サイクルは、まず恒温槽内の温度を調整することによりＰＶモジュール（ＰＶパネル）のモジュール温度を１０℃に設定し、疑似太陽光源を点灯する（光照射）。この状態から温度を上げ、４５分でモジュール温度が８５℃となるように槽内温度を制御する。その後、疑似太陽光源を消灯し（光非照射）、４０分でモジュール温度が１０℃となるように槽内温度を制御する。これを１サイクルとして１２０サイクル繰り返す。
　一方、図２は、温湿度凍結サイクル試験パターンを示す図である。温湿度凍結サイクルは、モジュール温度－１０℃を起点として、疑似太陽光照射の下、４５分でモジュール温度を８５℃まで上昇させ、そこから光を消灯し６０分かけてモジュール温度を－１０℃まで下げる。これを１サイクルとして４０サイクル繰り返す。
　この２種類のサイクルを一式としてＰＶモジュールの試験を行う。この試験の特徴は、温湿度サイクルが１年でいうところの春夏秋に、温湿度凍結サイクルが冬に相当する、というように実際の使用環境を模擬したものとなっていることである。
　また、前記ＩＥＣ６１２１５規格における温度サイクル試験では、槽内温度を－４０℃から＋８５℃まで最大６時間かけて１サイクルとし、これを２００サイクル繰り返す試験である。このサイクルの間、＋２５℃以上の温度領域で一定電流をＰＶモジュールに通電するものの、光照射は行わない。
　また、前記特許文献１に開示されている温度サイクル試験では、高温から低温へ、もしくは低温から高温へ温度変化する際、ＰＶモジュールの抵抗値を測定するために通電を行う。これらの上述した各種の試験は、実際の使用環境を模擬した温度サイクル試験と考えられる。
　前記ＩＥＣ６１２１５の温度サイクル試験は、通電を行うものの光照射は行わない。また、通電は光未照射下で行うため、ＰＶパネルが発電状態にある場合と逆向きの電流を流している。
　前記特許文献１に開示されている温度サイクル試験も、通電を行うものの槽内の温度を変化させている間にのみ、インピーダンス測定を目的として通電するものである。
　前記温湿度サイクル試験と温湿度凍結サイクル試験は、この中でも実使用環境の再現性が高いものの、通電は行わない。また、温度サイクルの槽内温度上限が６５℃となっているが、これは疑似太陽光源に用いるランプの高温での使用の動作限界によるものである。
　これに対し、ランプ温度を下げるために冷却機構を設けたり、恒温槽外に設置し光のみ恒温槽内に取り込むなどの対処方法が考えられる。しかし、前者によれば冷却機構の追加に伴う恒温槽内の加熱能力の強化、後者によっても装置強度確保や装置構造の複雑化の可能性を有する。
　また、信頼性加速試験ではＰＶモジュールの劣化を検出し、試料の劣化状況を把握する必要があることが多い。すなわち試験終了後か試験を中断して何らかの計測を行い、劣化検出を行う必要がある。
　そこで、本発明の代表的な目的は、ＰＶモジュールの実際の使用環境との相関を維持した加速試験でありながら、加速試験で用いられる疑似太陽光源の使用温度範囲制限を超えてＰＶモジュールを加熱し、かつ、効率的にＰＶモジュールの劣化を検出する試験方法および試験装置を提供することにある。
　本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、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。
　本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
　（１）代表的な太陽電池モジュールの信頼性試験方法は、太陽電池モジュールの信頼性を試験装置により試験する信頼性試験方法である。前記信頼性試験方法は、第１の温度と、前記第１の温度よりも高温である第２の温度との間で温度を周期的に変化させる温度サイクル試験工程を有する。
　前記温度サイクル試験工程は、前記第１の温度と前記第２の温度との範囲内の第３の温度よりも温度が高い範囲において、疑似太陽光を前記太陽電池モジュールへ照射する工程と、前記第３の温度よりも温度が高い範囲において、前記太陽電池モジュールに通電する工程と、前記第３の温度よりも温度が高い範囲において、前記太陽電池モジュールの周囲の湿度を制御する工程と、前記第１の温度と前記第２の温度とにより定まる温度サイクル内の温度範囲において、前記太陽電池モジュールの電気特性を計測することにより前記太陽電池モジュールの劣化を検出する工程と、を有する。
　（２）代表的な太陽電池モジュールの信頼性試験装置は、太陽電池モジュールの信頼性を試験する信頼性試験装置である。前記信頼性試験装置は、第１の温度と、前記第１の温度よりも高温である第２の温度との間で温度を周期的に変化させる温度サイクル試験工程を制御する制御部を有する。
　前記温度サイクル試験工程は、前記第１の温度と前記第２の温度との範囲内の第３の温度よりも温度が高い範囲において、疑似太陽光を前記太陽電池モジュールへ照射する工程と、前記第３の温度よりも温度が高い範囲において、前記太陽電池モジュールに通電する工程と、前記第３の温度よりも温度が高い範囲において、前記太陽電池モジュールの周囲の湿度を制御する工程と、前記第１の温度と前記第２の温度とにより定まる温度サイクル内の温度範囲において、前記太陽電池モジュールの電気特性を計測することにより前記太陽電池モジュールの劣化を検出する工程と、を有する。
　本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
　すなわち、代表的な効果は、ＰＶモジュールの実際の使用環境との相関を維持した加速試験でありながら、加速試験で用いられる疑似太陽光源の使用温度範囲制限を超えてＰＶモジュールを加熱し、かつ、効率的にＰＶモジュールの劣化を検出する試験方法および試験装置を提供することができる。
従来技術の温湿度サイクル試験パターンを示す図である。 従来技術の温湿度凍結サイクル試験パターンを示す図である。 本発明の実施の形態１に係る太陽電池モジュール（ＰＶモジュール）の信頼性試験装置の構成の一例を示す図である。 図３のＰＶモジュールの信頼性試験装置による信頼性試験方法における温度サイクル試験パターンの一例を示す図である。 ＰＶモジュールの電流－電圧特性曲線の一例を示す図である。 ＰＶモジュールの電力－電圧特性曲線の一例を示す図である。 ＰＶモジュールに電子負荷を接続した場合の等価回路の一例を示す図である。 ＰＶモジュールの電圧と電流を表す式の一例を示す図である。 ＰＶモジュールが劣化した際のＰＶモジュールの電流－電圧特性の変化の一例を示す図である。 ＰＶモジュールが劣化した際のＰＶモジュールの電力－電圧特性の変化の一例を示す図である。 加速試験機内の設定温度において疑似太陽光源をＰＶモジュールに照射した際のＰＶモジュール表面の温度分布の一例を示す図である。 加速試験機内の設定温度において疑似太陽光源をＰＶモジュールに照射し、通電電流でＰＶモジュールを動作させた際のＰＶモジュール表面の温度分布の一例を示す図である。 温度サイクル試験パターンで、光照射のみの場合と光照射に加え通電を行った場合のＰＶモジュールの温度上昇パターンの一例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る太陽電池モジュール（ＰＶモジュール）の信頼性試験装置において、光照射と通電による温度上昇を考慮して恒温槽内の温度設定を決めた場合の温度サイクル試験パターンの一例を示す図である。
　以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
　さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
　［実施の形態の概要］
　まず、実施の形態の概要について説明する。本実施の形態の概要では、一例として、括弧内に実施の形態の対応する構成要素、符号等を付して説明する。
　（１）本実施の形態の代表的な太陽電池モジュールの信頼性試験方法は、太陽電池モジュール（ＰＶモジュール２）の信頼性を試験装置（信頼性試験装置１）により試験する信頼性試験方法である。前記信頼性試験方法は、第１の温度と、前記第１の温度よりも高温である第２の温度との間で温度を周期的に変化させる温度サイクル試験工程（図４、図１０、図１１）を有する。
　前記温度サイクル試験工程は、前記第１の温度と前記第２の温度との範囲内の第３の温度よりも温度が高い範囲において、疑似太陽光を前記太陽電池モジュールへ照射する工程と、前記第３の温度よりも温度が高い範囲において、前記太陽電池モジュールに通電する工程と、前記第３の温度よりも温度が高い範囲において、前記太陽電池モジュールの周囲の湿度を制御する工程と、前記第１の温度と前記第２の温度とにより定まる温度サイクル内の温度範囲において、前記太陽電池モジュールの電気特性を計測することにより前記太陽電池モジュールの劣化を検出する工程と、を有する。
　（２）本実施の形態の代表的な太陽電池モジュールの信頼性試験装置は、太陽電池モジュール（ＰＶモジュール２）の信頼性を試験する信頼性試験装置（信頼性試験装置１）である。前記信頼性試験装置は、第１の温度と、前記第１の温度よりも高温である第２の温度との間で温度を周期的に変化させる温度サイクル試験工程を制御する制御部（制御ＰＣ１１）を有する。
　前記温度サイクル試験工程は、前記第１の温度と前記第２の温度との範囲内の第３の温度よりも温度が高い範囲において、疑似太陽光を前記太陽電池モジュールへ照射する工程と、前記第３の温度よりも温度が高い範囲において、前記太陽電池モジュールに通電する工程と、前記第３の温度よりも温度が高い範囲において、前記太陽電池モジュールの周囲の湿度を制御する工程と、前記第１の温度と前記第２の温度とにより定まる温度サイクル内の温度範囲において、前記太陽電池モジュールの電気特性を計測することにより前記太陽電池モジュールの劣化を検出する工程と、を有する。
　以下、上述した実施の形態の概要に基づいた各実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、各実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
　［実施の形態１］
　本実施の形態に係る太陽電池モジュールの信頼性試験方法および信頼性試験装置について、図３～図１１を用いて説明する。
　＜信頼性試験装置の構成および動作＞
　まず、本実施の形態に係る太陽電池モジュールの信頼性試験装置の構成および動作について、図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態に係る太陽電池モジュールの信頼性試験装置の構成の一例を示す図である。
　本実施の形態に係る太陽電池モジュールの信頼性試験装置１は、ＰＶモジュール２の加速試験を実施するための加速試験装置であり、加速試験機３、光源電源９、電子負荷１０、制御ＰＣ１１、インターフェース（Ｉ／Ｆ）１２，１３，１４，１５などを有して構成される。加速試験機３は、恒温槽４、温度制御部５、湿度制御部６などを備えている。恒温槽４は、疑似太陽光源７、日射計８などを備えている。
　加速試験機３には、ＰＶモジュール２を試験するための恒温槽４と、この恒温槽４の内部空間の雰囲気条件を変更するための温度制御部５および湿度制御部６が設置されている。温度制御部５は、恒温槽４の内部空間の温度を制御する制御部である。湿度制御部６は、恒温槽４の内部空間の湿度を制御する制御部である。加速試験機３の恒温槽４は、温度および湿度のそれぞれを制御することが可能となっている。
　加速試験機３の恒温槽４の内部空間には、疑似的な太陽光を照射する疑似太陽光源７が設置され、この疑似太陽光源７からＰＶモジュール２に対して疑似太陽光を照射できる構成となっている。疑似太陽光源７に電源を供給する光源電源９は、加速試験機３の外部に設置され、光源電源９と疑似太陽光源７との間は電源ケーブルで接続されている。
　加速試験機３の恒温槽４の内部空間には、疑似太陽光源７からの日射量を計測する日射計８が設置され、この日射計８により疑似太陽光源７からの疑似太陽光の照射時の光出力がモニタできる構成となっている。
　加速試験の対象のＰＶモジュール２は、適宜、冶具に載せて加速試験機３の恒温槽４の内部空間内に設置される。疑似太陽光源７からの疑似太陽光がＰＶモジュール２に均一に照射されるように、ＰＶモジュール２の位置と疑似太陽光源７の位置とが調整できる構造となっている。
　ＰＶモジュール２の出力は、加速試験機３の恒温槽４の外部に導出され、電子負荷１０と接続されている。電子負荷１０は、詳細は後述するが、試験に用いるＰＶモジュール２の出力を制御できる構成を有している。
　制御ＰＣ１１は、加速試験機３、日射計８、光源電源９、電子負荷１０、ＰＶモジュール２などと電気的に接続され、これらの各要素との間で、必要な各信号および各情報のやり取りや、それに基づいた各制御が可能となっている。この制御ＰＣ１１は、後述する温度サイクル試験工程を制御する制御部としても機能する。
　制御ＰＣ１１は、加速試験機３より発せられるタイムシグナルを取り込み、そのシグナルをトリガに、試験中の適切なタイミングで疑似太陽光源７のＯＮ／ＯＦＦ、電子負荷１０の制御を行う。また、日射計８の出力に加え、ＰＶモジュール２の温度を熱電対でモニタし、この熱電対の出力も制御ＰＣ１１に取り込む構成となっている。また、電子負荷１０を介して、ＰＶモジュール２のＩ（電流）、Ｖ（電圧）の計測値なども制御ＰＣ１１に取り込むことができる構成となっている。これらの制御ＰＣ１１に取り込む各情報は、必要に応じて（図３では図示）、Ｉ／Ｆ１２，１３，１４，１５を介して制御ＰＣ１１に取り込んでいる。
　以上のような構成からなるＰＶモジュール２の信頼性試験装置１では、特徴として、ＰＶモジュール２の実際の使用環境下で受けるストレスである、温度サイクル、温度差、湿度、光照射、通電を全て活用した試験を行う。また、ＰＶモジュール２に通電する電流を最大電力点付近に設定するために、最大電力点に対応する電流値を維持するように通電を行い、その際に電圧のみをモニタリングすることにより、ＰＶモジュール２の劣化の検出を行う。以下において詳細に説明する。
　＜信頼性試験装置による信頼性試験方法における温度サイクル試験パターン＞
　図４を用いて、上述したＰＶモジュールの信頼性試験装置による信頼性試験方法における温度サイクル試験パターンについて説明する。図４は、図３のＰＶモジュールの信頼性試験装置による信頼性試験方法における温度サイクル試験パターンの一例を示す図である。
　図４においては、温度サイクル試験工程の温度サイクル試験パターンとして、横軸に時間を、縦軸に温度をとっている。４１は、温度サイクルパターンであり、恒温槽４の温度設定値を示す。図４の例では、第１の温度である－１０℃と、これよりも高温である第２の温度である６０℃との間で温度を周期的に変化させるサイクルパターンを示している。
　４２は、温度サイクルパターンの中で、－１０℃と６０℃との範囲内の第３の温度である２５℃の温度で一定となる領域であり、この２５℃の一定温度領域で、後述するようにＰＶモジュール２の特性を取得する。
　４３は、光照射ＯＮ、通電ＯＮ、湿度制御を行う領域である。すなわち、４３で示す温度が２５℃以上の領域では、疑似太陽光源７をＯＮにしてＰＶモジュール２へ光照射を行う。同時に、電子負荷１０を適切に設定し、ＰＶモジュール２で発電させ電子負荷１０への電力供給によって通電を行う。
　この温度サイクル試験パターンにより、ＰＶモジュール２へは温度差、温度サイクル、湿度、光照射、通電のストレスが印加される。
　この温度サイクル試験パターンによる温度サイクル試験工程の各サイクルには、第１の時間範囲（領域４３）と、第２の時間範囲（領域４２）と、第３の時間範囲（第１の時間範囲および第２の時間範囲を除いた時間範囲）とを有する。この温度サイクル試験工程は、加速試験機３に内蔵された制御機構、若しくは上述した信頼性試験装置１を構成する制御ＰＣ１１により制御される。
　第１の時間範囲（領域４３）では、ＰＶモジュール２へ照射する工程（光照射ＯＮ）、ＰＶモジュール２に通電する工程（通電ＯＮ）、および、ＰＶモジュール２の周囲の湿度を制御する工程（湿度制御）を行う。光照射ＯＮでは、２５℃よりも温度が高い範囲において、疑似太陽光をＰＶモジュール２へ照射する。通電ＯＮでは、２５℃よりも温度が高い範囲において、ＰＶモジュール２に通電する。湿度制御では、２５℃よりも温度が高い範囲において、ＰＶモジュール２の周囲の湿度を制御する。
　第２の時間範囲（領域４２）は第１の時間範囲よりも前の時間範囲であり、この第２の時間範囲では、ＰＶモジュール２の電気特性を計測する工程を行う。ＰＶモジュール２の電気特性計測では、－１０℃と６０℃とにより定まる温度サイクル内の温度範囲である２５℃一定の領域で、ＰＶモジュール２の電気特性を計測することによりＰＶモジュール２の劣化を検出する。
　第３の時間範囲は、第１の時間範囲よりも後の時間範囲であり、この第３の時間範囲では、光照射ＯＮ、および、通電ＯＮを行わない。
　＜ＰＶモジュールの電流－電圧特性および電力－電圧特性＞
　図５Ａ、図５Ｂを用いて、上述したＰＶモジュールの電流－電圧特性および電力－電圧特性について説明する。図５Ａは、ＰＶモジュールの電流－電圧特性曲線の一例を示す図である。図５Ｂは、ＰＶモジュールの電力－電圧特性曲線の一例を示す図である。
　ＰＶモジュール２は、例えば、格子状に配列された複数のセルと、各セル間を接続する配線部とを有し、外部と接続する正極端子および負極端子を備えている。この外部と接続する正極端子および負極端子を通じて、電流－電圧特性および電力－電圧特性を得ることができる。
　図５Ａにおいては、横軸に電圧を、縦軸に電流をとっている。図５Ｂにおいては、横軸に電圧を、縦軸に電力をとっている。ＰＶモジュールの電流（Ｉ）－電圧（Ｖ）特性は概ね図５Ａに示すような特性を有し、これに対応する電力（Ｐ）－電圧（Ｖ）特性は概ね図５Ｂに示すような特性を有する。
　５１は、ＰＶモジュール２の開放電圧ＶＯＣである。電子負荷１０を定電圧モードで動作させ、０ＶからＶＯＣまで、適宜設定した電圧間隔で動作させ、その時の負荷電流値を読み取ることにより、ＰＶモジュール２のＩ－Ｖ特性曲線を得ることができる。５２は、ＰＶモジュール２の最大電力点である。５３は、ＰＶモジュール２の最大電力値である。このＰＶモジュール２の最大電力点５２で、最大電力値５３である最大電力Ｐｍを出力する。５４、５５が、ＰＶモジュール２の最大電力点５２での電圧値、電流値である。この最大電力点５２の最大電力値５３に対応する電圧値５４が動作電圧Ｖｍｐｐとなり、電流値５５が動作電流Ｉｍｐｐとなる。
　＜ＰＶモジュールに電子負荷を接続した状態の等価回路＞
　図６、図７を用いて、上述したＰＶモジュールに電子負荷を接続した状態の等価回路について説明する。図６は、ＰＶモジュールに電子負荷を接続した場合の等価回路の一例を示す図である。図７は、ＰＶモジュールの電圧と電流を表す式の一例を示す図である。
　図６に示すように、ＰＶモジュール２は、等価回路として、並列接続された電流源とダイオードとシャント抵抗Ｒｓｈ、この並列接続の回路に直列に抵抗された直列抵抗Ｒｓで表すことができる。電子負荷１０は、可変抵抗、この可変抵抗に並列に接続された電圧計、可変抵抗に直列に接続された電流計で表すことができる。
　図７は、図６の等価回路において、ＰＶモジュール２の電流Ｉｍｏｄｕｌｅ、電圧Ｖを表す式である。電流Ｉｍｏｄｕｌｅは電子負荷１０の電流計で計測され、電圧Ｖは電圧計で計測される。ＩｃｅｌｌはＰＶモジュール２のセル電流、Ｉｓｃは短絡電流、ｐは日射（ｋＷ／ｍ２）、Ｉｓはダイオードの逆方向飽和電流、ｅは素電荷、ＶｊはＰＮ接合の接合電圧、ｎｆはダイオード定数、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ＮはＰＶモジュール２を構成するセル枚数である。
　図３に示したようなＰＶモジュール２の信頼性試験装置１で、上述のストレスを印加することにより、ＰＶモジュール２のシャント抵抗Ｒｓｈや直列抵抗Ｒｓなどが劣化する。この劣化によるＰＶモジュール２の電流－電圧特性および電力－電圧特性の変化を次に説明する。
　＜ＰＶモジュールが劣化した際の電流－電圧特性および電力－電圧特性の変化＞
　図８Ａ、図８Ｂを用いて、上述したＰＶモジュールが劣化した際の電流－電圧特性および電力－電圧特性の変化について説明する。図８Ａは、ＰＶモジュールが劣化した際のＰＶモジュールの電流－電圧特性の変化の一例を示す図である。図８Ｂは、ＰＶモジュールが劣化した際のＰＶモジュールの電力－電圧特性の変化の一例を示す図である。
　図８Ａにおいては、上述した図５Ａと同様に、横軸に電圧を、縦軸に電流をとっている。図８Ｂにおいては、上述した図５Ａと同様に、横軸に電圧を、縦軸に電力をとっている。図８Ａに示す電流（Ｉ）－電圧（Ｖ）特性に対応する電力（Ｐ）－電圧（Ｖ）特性を図８Ｂに示す。図８Ａ、図８Ｂは、例えば、ＰＶモジュール２のシャント抵抗Ｒｓｈや直列抵抗Ｒｓのうち、直列抵抗Ｒｓがストレスにより劣化した例を示している。
　図８Ａの電流（Ｉ）－電圧（Ｖ）特性、図８Ｂの電力（Ｐ）－電圧（Ｖ）特性に示すように、直列抵抗Ｒｓが、Ｒｓ＝１ｅ－５（＝１×１０－５）から、Ｒｓ＝１ｅ－４、Ｒｓ＝１ｅ－３、Ｒｓ＝５ｅ－３、Ｒｓ＝１ｅ－２へと劣化すると、各Ｒｓの値に対して特性が変化する。この時、図８Ａから分かるように、Ｒｓの変化に対する最大電力点での動作電圧はＶ１から、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５へと変化するが、その時の電流値の変化はΔＩで示すように非常に小さい。特に、劣化初期段階ではほとんど変化を示さない。
　即ち、上述したＰＶモジュール２の信頼性試験装置１における試験サイクルパターンによる加速試験方法を用いて加速試験を行う際、通電時の動作設定は電子負荷１０を定電流モードとして動作させ、その動作点を最大電力点に位置するように設定することで、ＰＶモジュール２の劣化が生じても電子負荷１０の設定を変えることなくほぼ最大電力点を保持することができる。この時、電圧の変化のみモニタすることにより、ＰＶモジュール２の劣化を検出することが可能となる。
　＜疑似太陽光源を照射、照射に加え通電した際のＰＶモジュール表面の温度分布＞
　図９Ａ、図９Ｂを用いて、上述した疑似太陽光源を照射、照射に加え通電した際のＰＶモジュール表面の温度分布について説明する。図９Ａは、加速試験機内の設定温度において疑似太陽光源をＰＶモジュールに照射した際のＰＶモジュール表面の温度分布の一例を示す図である。図９Ｂは、加速試験機内の設定温度において疑似太陽光源をＰＶモジュールに照射し、通電電流でＰＶモジュールを動作させた際のＰＶモジュール表面の温度分布の一例を示す図である。図９Ａ、図９Ｂは、上述したようにして温度サイクル試験を行った時のＰＶモジュール２の温度がどのようになっているかを示している。図９Ａ、図９Ｂでは、黒白表示のために、温度の低い方から高い方へ順に黒から白に近づく濃淡となっている。この濃淡に対応する温度レベルが右側に棒状で表示（絶対温度）されている。
　図９Ａでは、加速試験機３の恒温槽４内を２５℃に設定した状態で、疑似太陽光源７からの疑似太陽光を１（ｋＷ／ｍ２）の光出力でＰＶモジュール２に照射した際のＰＶモジュール２の表面温度を赤外線カメラで観察したものである。この観察により、ＰＶモジュール２の表面温度は４７℃程度（４６．５℃、４７℃のポイントを表示）であり、恒温槽４内の設定温度より２２℃程度温度が上がっていることが分かる。
　図９Ｂは、図９Ａの状態（加速試験機３の恒温槽４内を２５℃に設定した状態で、疑似太陽光源７からの疑似太陽光を１（ｋＷ／ｍ２）の光出力でＰＶモジュール２に照射）に加えて、更に通電により最大電力点に対応する負荷電流（本実施例では８Ａ程度）が流れるように電子負荷１０を設定した際のＰＶモジュール２の表面温度分布である。この観察により、ＰＶモジュール２の配線部が７０℃程度（６８℃、７１℃のポイントを表示）まで加熱されており、通電により恒温槽４内の設定温度より４５℃程度余計に加熱されている。
　即ち、光照射に加え、最大電力点に対応する電流を流すように通電することにより、恒温槽４内の温度設定より４５℃程度までＰＶモジュール２のみを加熱することができる。こうした温度上昇は、恒温槽４内の設定温度が５０℃の場合にも同様にみられることから、通常、ＰＶモジュール２の加速試験を行う温度範囲である８５℃程度までは同様な温度上昇が生じることが期待できる。この光照射に加え通電を行った場合のＰＶモジュールの温度上昇パターンを次に説明する。
　＜光照射、光照射に加え通電を行った場合のＰＶモジュールの温度上昇パターン＞
　図１０を用いて、上述した光照射、光照射に加え通電を行った場合のＰＶモジュールの温度上昇パターンについて説明する。図１０は、温度サイクル試験パターンで、光照射のみの場合と光照射に加え通電を行った場合のＰＶモジュールの温度上昇パターンの一例を示す図である。
　図１０では、図４に示した温度サイクル試験パターンで、光照射によるＰＶモジュール２の温度上昇パターンと、光照射に加え通電を行った場合のＰＶモジュール２の温度上昇パターンを示している。
　図１０において、１０１は、図４の温度サイクル試験パターンに対応する恒温槽４内の設定温度パターンである。１０２は、光照射した場合のＰＶモジュール２の温度サイクルパターンである。１０３は、光照射に加え通電を行った場合のＰＶモジュール２の温度サイクルパターンである。
　恒温槽４内の設定温度パターン１０１は、－１０℃と６０℃との間で温度を周期的に変化させる。－１０℃と６０℃との間の２５℃で一定となる領域で、ＰＶモジュール２の特性を取得する。２５℃以上の領域で、疑似太陽光源７をＯＮにしてＰＶモジュール２へ光照射を行う。同時に、電子負荷１０を適切に設定し、ＰＶモジュール２で発電させ電子負荷１０への電力供給によって通電を行う。
　光照射した場合のＰＶモジュール２の温度サイクルパターン１０２では、恒温槽４内の設定温度パターン１０１に対して、－１０℃と８５℃（＝６０℃＋２５℃）との間で温度が周期的に変化する。
　光照射に加え通電を行った場合のＰＶモジュール２の温度サイクルパターン１０３では、恒温槽４内の設定温度パターン１０１に対して、－１０℃と１０５℃（＝６０℃＋２５℃＋２０℃）との間で温度が周期的に変化する。
　＜本実施の形態の効果＞
　以上説明した本実施の形態に係るＰＶモジュール２の信頼性試験方法および信頼性試験装置１によれば、ＰＶモジュール２の実際の使用環境下で受けるストレスである、温度サイクル、温度差、湿度、光照射、通電を全て活用した試験を行う。また、ＰＶモジュール２に通電する電流を最大電力点付近に設定するために、最大電力点に対応する電流値を維持するように通電を行い、その際に電圧のみをモニタリングすることにより、ＰＶモジュール２の劣化の検出を行う。
　これにより、ＰＶモジュール２の実際の使用環境との相関を維持した加速試験でありながら、加速試験で用いられる疑似太陽光源７の使用温度範囲制限を超えてＰＶモジュール２を加熱し、かつ、効率的にＰＶモジュール２の劣化を検出する信頼性試験方法および信頼性試験装置１を提供することができる。すなわち、ＰＶモジュール２の加速試験を行う際、実使用環境との対応を維持しつつ、疑似太陽光の照射下でも疑似太陽光源７の使用温度範囲を超えてＰＶモジュール２を加熱することを可能とし、かつ、効率的にＰＶモジュール２の劣化を検出することできる。
　［実施の形態２］
　本実施の形態に係る太陽電池モジュールの信頼性試験方法および信頼性試験装置について、図１１を用いて説明する。
　本実施の形態は、温度サイクル試験工程の一定時間内のサイクル数が、第１の温度および第２の温度の少なくとも一方の温度（本実施の形態では第２の温度の例を説明、第１の温度の例、その両方の例も可能）に対応するＰＶモジュールの温度に基づいて変更可能な例である。本実施の形態では、光照射と通電による温度上昇を考慮して恒温槽内の温度設定を決めた場合を説明する。
　以下においては、上述した実施の形態１とＰＶモジュール２の信頼性試験装置１の構成などは同様であるためにその繰り返しの説明は省略し、主に、上述した実施の形態１と異なる点を説明する。
　＜光照射と通電による温度上昇を考慮して恒温槽内の温度設定を決めた場合の温度サイクル試験パターン＞
　図１１は、光照射と通電による温度上昇を考慮して恒温槽内の温度設定を決めた場合の温度サイクル試験パターンの一例を示す図である。図１１では、光照射と通電によるＰＶモジュールの温度上昇を考慮して、最大温度が８５℃となるように恒温槽内温度設定を決めた温度サイクルパターンを示している。
　上述した実施の形態１の図１０で説明したように、光照射と通電により、ＰＶモジュール２の温度サイクルパターンでは、恒温槽４内の設定温度パターンに対して４５℃程度の温度上昇が見込めることが分かった。このため、最大温度をＩＥＣ６１２１５の温度サイクル試験に合わせて、８５℃になるように恒温槽４内の温度設定パターンを決めたものが図１１になる。
　図１１において、１２１は、恒温槽４内の設定温度パターンである。１２２は、光照射した場合のＰＶモジュール２の温度サイクルパターンである。１２３は、光照射に加え通電を行った場合のＰＶモジュール２の温度サイクルパターンである。
　恒温槽４内の設定温度パターン１２１は、－１０℃と４０℃との間で温度が周期的に変化する。光照射した場合のＰＶモジュール２の温度サイクルパターン１２２では、－１０℃と６５℃（＝４０℃＋２５℃）との間で温度が周期的に変化する。光照射に加え通電を行った場合のＰＶモジュール２の温度サイクルパターン１２３では、－１０℃と８５℃（＝４０℃＋２５℃＋２０℃）との間で温度が周期的に変化する。
　図１１に示すように、恒温槽４内の温度は最高でおよそ４０℃とすればよく、恒温槽４内の温度サイクル幅が小さくなるため、１サイクルに必要な時間が短くなる。このため、一定時間内の温度サイクル数が、上述した実施の形態１の図４もしくは図１０に示したパターンよりも増やすことができる。
　＜本実施の形態の効果＞
　以上説明した本実施の形態に係るＰＶモジュール２の信頼性試験方法および信頼性試験装置１によれば、上述した実施の形態１と同様の効果に加えて、温度サイクル試験の一定時間内の温度サイクル数が、恒温槽４内の最高温度に対応するＰＶモジュール２の温度に基づいて変更可能なので、この温度サイクル試験の一定時間内の温度サイクル数を、上述した実施の形態１に比べて増加させることができる。
　以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。たとえば、上記した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
１…信頼性試験装置、２…ＰＶモジュール（太陽電池モジュール）、３…加速試験機、４…恒温槽、５…温度制御部、６…湿度制御部、７…疑似太陽光源、８…日射計、９…光源電源、１０…電子負荷、１１…制御ＰＣ、１２，１３，１４，１５…Ｉ／Ｆ、
４１…温度サイクルパターン、４２…温度サイクルパターンの中で２５℃一定となる領域、４３…光照射ＯＮ、通電ＯＮ、湿度制御を行う領域、
５１…ＰＶモジュールの開放電圧、５２…ＰＶモジュールの最大電力点、５３…ＰＶモジュールの最大電力値、５４…ＰＶモジュールの最大電力点での電圧値、５５…ＰＶモジュールの最大電力点での電流値、
１０１…恒温槽内の設定温度パターン、１０２…光照射した場合のＰＶモジュールの温度サイクルパターン、１０３…光照射に加え通電を行った場合のＰＶモジュールの温度サイクルパターン、
１２１…恒温槽内の設定温度パターン、１２２…光照射した場合のＰＶモジュールの温度サイクルパターン、１２３…光照射に加え通電を行った場合のＰＶモジュールの温度サイクルパターン。
 
 

Claims (14)

  1. 　太陽電池モジュールの信頼性を試験装置により試験する信頼性試験方法であって、 
    　第１の温度と、前記第１の温度よりも高温である第２の温度との間で温度を周期的に変化させる温度サイクル試験工程を有し、
    　前記温度サイクル試験工程は、
    　前記第１の温度と前記第２の温度との範囲内の第３の温度よりも温度が高い範囲において、疑似太陽光を前記太陽電池モジュールへ照射する工程と、 
    　前記第３の温度よりも温度が高い範囲において、前記太陽電池モジュールに通電する工程と、
    　前記第３の温度よりも温度が高い範囲において、前記太陽電池モジュールの周囲の湿度を制御する工程と、
    　前記第１の温度と前記第２の温度とにより定まる温度サイクル内の温度範囲において、前記太陽電池モジュールの電気特性を計測することにより前記太陽電池モジュールの劣化を検出する工程と、
    　を有する、太陽電池モジュールの信頼性試験方法。
  2. 　請求項１に記載の太陽電池モジュールの信頼性試験方法において、
    　前記太陽電池モジュールに通電する工程では、前記太陽電池モジュールに通電する電流が前記太陽電池モジュールの最大電力点に対応する電流である、太陽電池モジュールの信頼性試験方法。
  3. 　請求項２に記載の太陽電池モジュールの信頼性試験方法において、
    　前記太陽電池モジュールの電気特性を計測する工程では、前記太陽電池モジュールの最大電力点に対応する電流を通電し、この電流を通電している間、電圧値を計測してその変化を検出する、太陽電池モジュールの信頼性試験方法。
  4. 　請求項３に記載の太陽電池モジュールの信頼性試験方法において、
    　前記温度サイクル試験工程の各サイクルには、前記太陽電池モジュールへ照射する工程、前記太陽電池モジュールに通電する工程、および、前記太陽電池モジュールの周囲の湿度を制御する工程を行う第１の時間範囲を有する、太陽電池モジュールの信頼性試験方法。
  5. 　請求項４に記載の太陽電池モジュールの信頼性試験方法において、
    　前記温度サイクル試験工程の各サイクルには、前記第１の時間範囲よりも前に、前記太陽電池モジュールの電気特性を計測する工程を行う第２の時間範囲を有する、太陽電池モジュールの信頼性試験方法。
  6. 　請求項５に記載の太陽電池モジュールの信頼性試験方法において、
    　前記温度サイクル試験工程の各サイクルには、前記第１の時間範囲よりも後に、前記太陽電池モジュールへ照射する工程、および、前記太陽電池モジュールに通電する工程を行わない第３の時間範囲を有する、太陽電池モジュールの信頼性試験方法。
  7. 　請求項６に記載の太陽電池モジュールの信頼性試験方法において、
    　前記温度サイクル試験工程の一定時間内のサイクル数は、前記第１の温度および前記第２の温度の少なくとも一方の温度に対応する前記太陽電池モジュールの温度に基づいて変更可能である、太陽電池モジュールの信頼性試験方法。
  8. 　太陽電池モジュールの信頼性を試験する信頼性試験装置であって、
    　第１の温度と、前記第１の温度よりも高温である第２の温度との間で温度を周期的に変化させる温度サイクル試験工程を制御する制御部を有し、
    　前記温度サイクル試験工程は、
    　前記第１の温度と前記第２の温度との範囲内の第３の温度よりも温度が高い範囲において、疑似太陽光を前記太陽電池モジュールへ照射する工程と、 
    　前記第３の温度よりも温度が高い範囲において、前記太陽電池モジュールに通電する工程と、
    　前記第３の温度よりも温度が高い範囲において、前記太陽電池モジュールの周囲の湿度を制御する工程と、
    　前記第１の温度と前記第２の温度とにより定まる温度サイクル内の温度範囲において、前記太陽電池モジュールの電気特性を計測することにより前記太陽電池モジュールの劣化を検出する工程と、
    　を有する、太陽電池モジュールの信頼性試験装置。
  9. 　請求項８に記載の太陽電池モジュールの信頼性試験装置において、
    　前記太陽電池モジュールに接続される電子負荷を有し、
    　前記太陽電池モジュールと前記電子負荷との接続による回路において、前記太陽電池モジュールに通電する工程では、前記太陽電池モジュールに通電する電流が前記太陽電池モジュールの最大電力点に対応する電流である、太陽電池モジュールの信頼性試験装置。
  10. 　請求項９に記載の太陽電池モジュールの信頼性試験装置において、
    　前記電子負荷は、可変抵抗と、電流計と、電圧計と、を有し、
    　前記太陽電池モジュールと前記電子負荷との接続による回路において、前記太陽電池モジュールの電気特性を計測する工程では、前記可変抵抗の可変および前記電流計の計測により前記太陽電池モジュールの最大電力点に対応する電流を通電し、この電流を通電している間、電圧値を前記電圧計で計測してその変化を検出する、太陽電池モジュールの信頼性試験装置。
  11. 　請求項１０に記載の太陽電池モジュールの信頼性試験装置において、
    　前記温度サイクル試験工程の各サイクルには、前記太陽電池モジュールへ照射する工程、前記太陽電池モジュールに通電する工程、および、前記太陽電池モジュールの周囲の湿度を制御する工程を行う第１の時間範囲を有する、太陽電池モジュールの信頼性試験装置。
  12. 　請求項１１に記載の太陽電池モジュールの信頼性試験装置において、
    　前記温度サイクル試験工程の各サイクルには、前記第１の時間範囲よりも前に、前記太陽電池モジュールの電気特性を計測する工程を行う第２の時間範囲を有する、太陽電池モジュールの信頼性試験装置。
  13. 　請求項１２に記載の太陽電池モジュールの信頼性試験装置において、
    　前記温度サイクル試験工程の各サイクルには、前記第１の時間範囲よりも後に、前記太陽電池モジュールへ照射する工程、および、前記太陽電池モジュールに通電する工程を行わない第３の時間範囲を有する、太陽電池モジュールの信頼性試験装置。
  14. 　請求項１３に記載の太陽電池モジュールの信頼性試験装置において、
    　前記温度サイクル試験工程の一定時間内のサイクル数は、前記第１の温度および前記第２の温度の少なくとも一方の温度に対応する前記太陽電池モジュールの温度に基づいて変更可能である、太陽電池モジュールの信頼性試験装置。
     
     
     
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