(57)【要約】【課題】非破壊で比較的容易に、太陽電池モジュール内に封止された太陽電池セルのＩ−Ｖ特性のうちの逆方向特性を、１セル（但し、太陽電池モジュールが太陽電池セルを直並列している構造の場合は、並列接続されている複数の太陽電池セルを１セルとみなす）単位で定量的に検査することができる太陽電池モジュールの検査方法の概念を提供する。【解決手段】「モジュール全面に光があたっている場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」を測定するステップと、「所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」（Ａ0）を測定するステップと、前記「モジュール全面に光があたっている場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」と前記「所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」（Ｂ0）とに基づき、前記所望のセルの逆方向特性を求めるステップとを備える太陽電池モジュールの検査方法。【選択図】図１０Ａ
2010245410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
「モジュール全面に光があたっている場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」を測定するステップと、
「所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」を測定するステップと、
前記「モジュール全面に光があたっている場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」と前記「所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」とに基づき、前記所望のセルの逆方向特性を求めるステップとを備えることを特徴とする太陽電池モジュールの検査方法。
【請求項２】
前記「モジュール全面に光があたっている場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」と前記「所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」とに基づき、前記所望のセルの逆方向特性を求めるステップが、
前記「モジュール全面に光があたっている場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」と前記「所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」とから、「前記太陽電池モジュールを構成するすべてのセルから前記所望のセルを除いた残りのセルから成るセルストリングのＩ−Ｖ特性に概略相当する特性」を求めるサブステップと、
前記「前記太陽電池モジュールを構成するすべてのセルから前記所望のセルを除いた残りのセルから成るセルストリングのＩ−Ｖ特性に概略相当する特性」と前記「所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」とから、前記所望のセルの逆方向特性を求めるサブステップとを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュールの検査方法。
【請求項３】
前記「所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」を測定するステップにおいて、前記所望のセルの全面を影で覆っていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽電池モジュールの検査方法。
【請求項４】
前記「所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」を測定するステップにおいて、前記所望のセルを部分的に影で覆っていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽電池モジュールの検査方法。
【請求項５】
「モジュール全面に光があたっている場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」を測定する第１の手段と、
「所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」を測定する第２の手段と、
前記「モジュール全面に光があたっている場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」と前記「所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」とに基づき、前記所望のセルの逆方向特性を求める第３の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検査装置。
【請求項６】
前記第２の手段が、前記太陽電池モジュール上の任意の位置に影を形成するための影形成装置を有し、
少なくとも前記「所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」が測定されるときに、前記影形成装置が前記太陽電池モジュールに被さることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池モジュールの検査装置。
【請求項７】
前記第２の手段が、前記太陽電池モジュール上の任意の位置に影を形成するための影形成装置を有し、
少なくとも前記「所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」が測定されるときに、前記影形成装置がソーラーシミュレータと前記太陽電池モジュールとの間に設置されることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池モジュールの検査装置。
【請求項８】
前記第２の手段が、影のパターンを描いた透明フィルムを有し、
少なくとも前記「所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」が測定されるときに、前記透明フィルムがソーラーシミュレータと前記太陽電池モジュールとの間で、かつ、前記ソーラーシミュレータの光源近傍に設置されることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池モジュールの検査装置。
【請求項９】
太陽電池モジュール内の所望のセルの逆方向Ｉ−Ｖ特性を取得するために、所望のセルに影を作ることによって前記太陽電池モジュール内部から前記所望のセルに印加される逆方向電圧を利用していることを特徴とする太陽電池モジュールの検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュール（以下、単に「モジュール」ともいう）の検査方法及び検査装置に関し、特に、モジュール内に封止された個々の太陽電池セル（以下、単に「セル」ともいう）の逆方向特性を非破壊で検査することができる太陽電池モジュールの検査方法及び検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、SiやGaAsをはじめとする各種の半導体材料を主成分とする太陽電池セルが開発され、個人住宅や公共施設へ電力を供給する地上電力用、人工衛星等の電源として利用される宇宙用、時計や電卓等の電源として利用される民生用など、幅広い用途に実用化されている。しかし、どのような用途においても、太陽電池セル単体で使用されることは稀であり、取扱い性や信頼性確保の観点から、複数枚の太陽電池セルが接続され、ガラス基板や樹脂等で封止された太陽電池モジュールの形態で使用されることが一般的である。
【０００３】
太陽電池モジュールを外観構造から見ると概略以下のようなものがある。例えば地上電力用太陽電池モジュールは、建材の強度基準を満足する強化ガラスが基板として使われるので、ストレートな構造である。これに対して、ドーム状屋根や自動車のルーフトップなどに使用される曲面構造体を成す太陽電池モジュールも実用化されつつある。これは薄型または薄膜の太陽電池セルと金属箔や樹脂フィルムなどの基板とからできている。また、軽量化が重要な宇宙用太陽電池モジュールに関しては、巻いたり折り畳んだりして搬送して宇宙空間で展開する軽量フレキシブルパドルや、宇宙空間で三次元構造体に取り付ける軽量フレキシブルブランケットなどの開発も進められている。また、民生用太陽電池モジュールでは、例えば一枚のステンレス基板上に、集積型と呼ばれる構造の複数の薄膜太陽電池セルが形成されている。これは時計や電卓等に搭載可能な小さいストレートな形状である。これらのモジュール構造は多くの出版物を通じてよく知られており、例えば非特許文献１に詳しく記載されている。
【０００４】
ところで、太陽電池モジュールに収められている太陽電池セルの配列については、一定の数量を直列に接続したストリングを基本とするが、現状ではモジュール内の全セルを直列に接続する場合が多い。これは、太陽電池モジュールを利用するシステム側の要求電力の高まりに対して、太陽電池セルの大面積化でモジュールの出力電流を稼ぎ、直列接続数を増やすことでモジュールの出力電圧を稼ぐという設計思想に起因している。この場合の難点は、モジュール内の一部の太陽電池セルに何らかの影が生じた場合、その太陽電池セルに他の太陽電池セルの総発生電圧が逆方向電圧として印加され、その太陽電池セルが発熱し(ホットスポット現象と呼ばれている)、最悪の場合破損する可能性があることであった。
【０００５】
しかし、この問題は、適切な枚数のセル毎にバイパスダイオードを並列接続することでほぼ解決されている。例えば、現在の地上電力用太陽電池モジュールの多くは、モジュールの裏面に設けられている端子箱内に上記のようなバイパスダイオードを格納している。太陽電池モジュール上に影が生じた場合の問題は、上記のホットスポット対策に絡んで古くから多くの議論がなされており、例えば非特許文献２〜４などに記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】浜川圭弘・桑野幸徳共編：「太陽エネルギー工学」，株式会社培風館、p.223-229 (1994).
【非特許文献２】H.S. Rauschenbach, "Electrical Output of Shadowed Solar Arrays", Proceeding of the 7th Photovoltaic Specialists Conference, 243-252, 1968.
【非特許文献３】M. Uesugi, T. Noguchi, Y. Tonomura, T. Hisamatsu, T. Saga, T. Matsutani and A. Suzuki、"Reverse Bias Tests on Silicon Solar Cell and Module", Proceedings of 5th International Photovoltaic Sience and Engineering Conference, 459-462, 1990.
【非特許文献４】M. Uesugi, T. Noguchi, Y. Tonomura, T. Hisamatsu, T. Saga, T. Matsutani and A. Suzuki, "Investigation of Silicon Solar Cell and Module Reverse Characteristics",Proceedings of the European Space Power Conference, 523-528,1991.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、太陽電池セルは基本的に直列接続されモジュール化されるが、いったんモジュール化されてしまうと、通常は外部から個々のセルの電気的特性を測定することは困難であり、太陽電池モジュール全体の出力特性しか確認できなかった。このため、例えば太陽電池モジュールが予期せぬ出力低下を来たしても、その不良原因をセルレベルで調べることが困難であった。
【０００８】
勿論、モジュール製造時には、あらかじめ出力特性がほぼ同様であるセルを選別して製造に供されるのであるが、以下のような事情から個々のセルの電気的特性を測定することの有用性は高い。
【０００９】
配線や封止の工程でセルの端部が損傷したり、クラックが入ったりする場合がある。また、曲面構造のモジュールやフレキシブル・モジュールでは、製作過程または完成後に曲げ応力が加わるため、セルに新たなクラックが導入されたり、損傷の影響が歪で拡大されたりする懸念がある。また、そもそも不均一な歪が太陽電池材料の電気的特性に与える影響について精査されていなかった。
【００１０】
以上のような事情から、近年、太陽電池モジュールに順方向通電して太陽電池セルから発せられるＥＬ（Electroluminescence）発光の分布を観察することで、太陽電池セルの不良の有無を調べる技術が取り入れられつつある。しかしながら、当該技術は、個々のセルの特性の定性的な確認しかできず、また発光波長をカバーするＣＣＤカメラ内蔵の撮像機や暗室における作業の必要性などの問題があった。
【００１１】
本発明は、上記の状況に鑑み、非破壊で比較的容易に、太陽電池モジュール内に封止された太陽電池セルのＩ−Ｖ特性のうちの逆方向特性を、１セル（但し、太陽電池モジュールが太陽電池セルを直並列している構造の場合は、並列接続されている複数の太陽電池セルを１セルとみなす）単位で定量的に検査することができる太陽電池モジュールの検査方法及び検査装置の概念を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明に係る太陽電池モジュールの検査方法は、「モジュール全面に光があたっている場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」を測定するステップと、「所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」を測定するステップと、前記「モジュール全面に光があたっている場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」と前記「所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」とに基づき、前記所望のセルの逆方向特性を求めるステップとを備えている。
【００１３】
また、前記「モジュール全面に光があたっている場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」と前記「所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」とに基づき、前記所望のセルの逆方向特性を求めるステップが、前記「モジュール全面に光があたっている場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」と前記「所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」とから、「前記太陽電池モジュールを構成するすべてのセルから前記所望のセルを除いた残りのセルから成るセルストリングのＩ−Ｖ特性に概略相当する特性」を求めるサブステップと、前記「前記太陽電池モジュールを構成するすべてのセルから前記所望のセルを除いた残りのセルから成るセルストリングのＩ−Ｖ特性に概略相当する特性」と前記「所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」とから、前記所望のセルの逆方向特性を求めるサブステップとを含んでいてもよい。
【００１４】
また、前記「所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」を測定するステップにおいて、前記所望のセルの全面を影で覆ってもよく、前記所望のセルを部分的に影で覆ってもよい。
【００１５】
また、上記目的を達成するために本発明に係る太陽電池モジュールの検査装置は、「モジュール全面に光があたっている場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」を測定する第１の手段と、「所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」を測定する第２の手段と、前記「モジュール全面に光があたっている場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」と前記「所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」とに基づき、前記所望のセルの逆方向特性を求める第３の手段とを備えている。
【００１６】
上記構成の検査装置の一例では、前記第２の手段が、前記太陽電池モジュール上の任意の位置に影を形成するための影形成装置を有し、少なくとも前記「所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」が測定されるときに、前記影形成装置が前記太陽電池モジュールに被さるようにする。
【００１７】
また、上記構成の検査装置の他の例では、前記第２の手段が、前記太陽電池モジュール上の任意の位置に影を形成するための影形成装置を有し、少なくとも前記「所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」が測定されるときに、前記影形成装置がソーラーシミュレータと前記太陽電池モジュールとの間に設置されるようにする。
【００１８】
また、上記構成の検査装置の更に他の例では、前記第２の手段が、影のパターンを描いた透明フィルムを有し、少なくとも前記「所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」が測定されるときに、前記透明フィルムがソーラーシミュレータと前記太陽電池モジュールとの間で、かつ、前記ソーラーシミュレータの光源近傍に設置されるようにする。
【００１９】
また、本発明に係る太陽電池モジュールの検査方法は、太陽電池モジュール内の所望のセルの逆方向Ｉ−Ｖ特性を取得するために、所望のセルに影を作ることによって前記太陽電池モジュール内部から前記所望のセルに印加される逆方向電圧を利用していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、「モジュール全面に光があたっている場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」と「所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性」とに基づき、所望のセルの逆方向特性を求めるので、非破壊で比較的容易に、太陽電池モジュール内に封止された太陽電池セルを１セル（但し、太陽電池モジュールが太陽電池セルを直並列している構造の場合は、並列接続されている複数の太陽電池セルを１セルとみなす）単位で定量的に検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】は、バイパスダイオードが接続されていない太陽電池モジュールの一例としての、４８直列の太陽電池セルから成るモジュールを示す図である。
【図２】は、図１に示すモジュールにおいて、１つのセルが全面影になり、残りのセルには正常に光があたって発電している場合を示す図である。
【図３Ａ】は、完全に影になっている１つのセルのＩ−Ｖ特性を示す図である。
【図３Ｂ】は、正常に光があたって発電している４７セルから成るセルストリングのＩ−Ｖ特性を示す図である。
【図３Ｃ】は、１つのセルが全面影になり、残りのセルには正常に光があたって発電している場合の図１に示すモジュール全体のＩ−Ｖ特性を示す図である。
【図４】は、バイパスダイオードが接続されている太陽電池モジュールの一例としての、１６セル毎にバイパスダイオードを並列接続した４８直列のモジュールを示す図である。
【図５】は、図４に示すモジュールにおいて、１つのセルが全面影になり、残りのセルには正常に光があたって発電している場合を示す図である。
【図６】は、図５に示す場合において、１つのバイパスダイオードがＯＮになった状態を等価回路的に示す図である。
【図７Ａ】は、完全に影になっている１つのセルと正常に光があたって発電している１５セルから成るセルストリングのＩ−Ｖ特性を示す図である。
【図７Ｂ】は、正常に光があたって発電している３２セルから成るセルストリングのＩ−Ｖ特性を示す図である。
【図７Ｃ】は、１つのセルが全面影になり、残りのセルには正常に光があたって発電している場合の図４に示すモジュール全体のＩ−Ｖ特性を示す図である。
【図８】は、逆方向特性が比較的良い１つのセルが全面影になり、残りのセルには正常に光があたって発電している場合の図４に示すモジュール全体のＩ−Ｖ特性を示す図である。
【図９】は、逆方向特性が比較的悪い１つのセルが全面影になり、残りのセルには正常に光があたって発電している場合の図４に示すモジュール全体のＩ−Ｖ特性を示す図である。
【図１０Ａ】は、本発明の第１実施形態に係る検査方法を説明するためのＩ−Ｖ特性図である。
【図１０Ｂ】は、本発明の第１実施形態に係る検査方法により得られた所望のセルの逆方向Ｉ−Ｖ特性を示す図である。
【図１１Ａ】は、本発明の第２実施形態に係る検査方法を説明するためのＩ−Ｖ特性図である。
【図１１Ｂ】は、本発明の第２実施形態に係る検査方法により得られた所望のセルの逆方向Ｉ−Ｖ特性を示す図である。
【図１２】は、本発明の第３実施形態に係る検査装置の構成を示す図である。
【図１３】は、本発明の第４実施形態に係る検査装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
＜＜太陽電池モジュールに影が生じた場合の出力特性＞＞
本発明の実施形態を詳細に説明するにあたって、まず、太陽電池モジュールに影が生じた場合の出力特性を、バイパスダイオードが接続されていない場合と接続されている場合とに分けて説明する。ここで、モジュールを形成する全セルは直列に接続されているとする。なお、セルが並直列に接続されているモジュールの場合は、並列接続されている複数のセル(１セル相当分)を１つのセルとみなすことで本発明を適用することが可能である。また本願において影とは、「光の入射が、ある物体によって遮られた結果として生じる入射光エネルギーがゼロの領域であり、より実際的には太陽電池セルの光生成電流が略ゼロとなる領域」と定義する。
【００２４】
＜バイパスダイオードが接続されていない場合＞
バイパスダイオードが接続されていない太陽電池モジュールの一例として、Ｎ on Ｐ型（受光面側がＮ型、裏面がＰ型）の太陽電池セルを４８セル直列に接続したモジュール（図１参照）を採り上げる。セルＣ1の全面が影で覆われ、残りの４７セル（セルＣ2〜Ｃ48）には正常に光があたって発電している場合、モジュールが短絡してあるとセルＣ1のＮ端子にはセルＣ2〜Ｃ48から成るセルストリングの発生電圧Ｖｓの＋側が、セルＣ1のＰ端子にはセルＣ2〜Ｃ48から成るセルストリングの発生電圧Ｖｓの−側が接続されたことになる（図２参照）。つまり、セルＣ1に対してセルＣ2〜Ｃ48から成るセルストリングの発生電圧Ｖｓが逆方向に印加されることが理解されるであろう。
【００２５】
この場合のＩ−Ｖ特性を、図３Ａ〜図３Ｃを用いて考察する。図３Ａ〜図３Ｃにおいて、縦軸は電流を示しており、その正方向は各セルのＰ端子から光電流が流れ出る方向である。また、図３Ａ〜図３Ｃにおいて、横軸は電圧を示しており、各セルの順方向電圧を正の電圧とし、各セルの逆方向電圧を負の電圧としている。また、図３Ａ〜図３Ｃにおいて、ＩMはモジュール電流であって１セルの短絡電流ＩSCとほぼ等しく、ＶOCは１セルの開放電圧である。
【００２６】
完全に影になっているセルＣ1のＩ−Ｖ特性は、例えば図３Ａに示す特性となる。ここで同図の第２象限が通常のダイオードでいう逆方向特性に、第４象限が順方向特性に相当する。セルＣ1は完全に影になっているので、光電流は発生しない。したがって、セルＣ1のＩ−Ｖ特性線Ｔ１は原点を通る。また、正常に発電動作しているセルＣ2〜Ｃ48から成るセルストリングのＩ−Ｖ特性は、例えば図３Ｂに示す特性となる。
【００２７】
完全に影になっているセルＣ1と、正常に発電動作しているセルＣ2〜Ｃ48から成るセルストリングとは直列に接続されているので、セルＣ1の全面が影で覆われ、残りの４７セル（セルＣ2〜Ｃ48）には正常に光があたって発電している図２に示す太陽電池モジュール全体のＩ−Ｖ特性は、図３Ｃに示す特性線Ｔ３、すなわち図３Ａに示す特性線Ｔ１と図３Ｂに示す特性線Ｔ２とを電圧方向に足したもの(電圧はＴ２の最大電圧点にＴ１の原点を合わせ、電流は小さい方に制限されたカーブ)となる。この特性線Ｔ３で電圧が約４７ＶOCより小さい領域は、完全に影になっているセルＣ1のＩ−Ｖ特性線Ｔ１の逆方向領域でのカーブ形状を反映していることがわかる。
【００２８】
＜バイパスダイオードが接続されている場合＞
次に、バイパスダイオードが接続されている太陽電池モジュールの一例として、図１と同様にＮ on Ｐ型の太陽電池セルを４８セル直列に接続したモジュールであって、尚かつ１６セル毎に１個の割合で計３個のバイパスダイオードを設けたモジュール（図４参照）を採り上げる。セルＣ1〜Ｃ16から成るセルストリングにバイパスダイオードＤ1が、セルＣ17〜Ｃ32から成るセルストリングにバイパスダイオードＤ2が、セルＣ33〜Ｃ48から成るセルストリングにバイパスダイオードＤ3が、それぞれ並列接続されている。
【００２９】
図５に示すように、モジュールが短絡してあり、セルＣ1の全面が影で覆われ、残りの４７セル（セルＣ2〜Ｃ48）には正常に光があたって発電している場合について考察する。
【００３０】
セルＣ1の全面を影で覆った直後は、図２に示す状態と同様に、セルＣ1に対してセルＣ2〜Ｃ48から成るセルストリングの発生電圧が逆方向に印加され、バイパスダイオードＤ1がＯＮ状態になる。
【００３１】
バイパスダイオードＤ1がＯＮ状態になると、図６に示すようになり（ここではバイパスダイオードＤ1の順方向の抵抗は小さいので無視している）、セルＣ1〜Ｃ16から成るセルストリングに流れる光生成電流ｉ1はセルＣ1の暗状態における逆方向電流に支配され、その大きさはセルＣ1に印加される逆方向電圧で決まる。そして、バイパスダイオードＤ1には、モジュール電流ＩM （≒１セルの短絡電流ＩSC）と光生成電流ｉ1との差であるＩM−ｉ1だけの電流が流れることになる。この状況でセルＣ1以外にモジュール電流ＩMを制限する要因はないので、他のセルＣ2〜Ｃ48への逆方向電圧印加は発生しない。したがって、バイパスダイオードＤ2及びＤ3はともにＯＦＦ状態を維持する。図６に示す状態は、図２の場合と比較して、セルＣ17〜Ｃ48がセルＣ1による電流制限を受けない点で電流の流れが異なっている。
【００３２】
この場合のＩ−Ｖ特性を、図７Ａ〜図７Ｃを用いて考察する。図７Ａ〜図７Ｃにおいて、縦軸は電流を示しており、その正方向は各セルのＰ端子から光電流が流れ出る方向である。また、図７Ａ〜図７Ｃにおいて、横軸は電圧を示しており、各セルの順方向電圧を正の電圧とし、各セルの逆方向電圧を負の電圧としている。また、図７Ａ〜図７Ｃにおいて、ＩMはモジュール電流であって１セルの短絡電流ＩSCとほぼ等しく、ＶOCは１セルの開放電圧である。
【００３３】
完全に影になっている１つのセルＣ1と正常に光があたって発電している１５セル（Ｃ2〜Ｃ16）とから成るセルストリングのＩ−Ｖ特性は、例えば図７Ａに示す特性となり、これは図３Ｃと同様に考えることで理解できる。また、正常に光があたって発電している３２セル（セルＣ17〜Ｃ48）から成るセルストリングのＩ−Ｖ特性は、例えば図７Ｂに示す特性となる。
【００３４】
上記セルＣ1〜Ｃ16から成るセルストリングと、セルＣ17〜Ｃ48から成るセルストリングとは直列に接続されている(但し前者にはバイパスラインが並列接続されており後者は前者の電流制限を受けない)ので、セルＣ1の全面が影で覆われ、残りの４７セル（セルＣ2〜Ｃ48）には正常に光があたって発電している図５に示す太陽電池モジュール全体のＩ−Ｖ特性は、図７Ｃに示す特性線Ｔ６、すなわち図７Ａに示す特性線Ｔ４と図７Ｂに示す特性線Ｔ５とを電圧方向に足したもの(電圧はＴ５の最大電圧点にＴ４の原点を合わせ、電流は小さい方に制限されない)となる。この特性線Ｔ６の形状は、影になっている太陽電池セルＣ1の逆方向特性に大きく影響されることがわかる。
【００３５】
図７Ｃでは、セルＣ1の逆方向特性が標準的な場合の特性を図示しているが、セルＣ1の逆方向特性が比較的良い(逆方向電流が流れにくい)場合は例えば図８に示すようになり、セルＣ1の逆方向特性が比較的悪い(逆方向電流が流れやすい)場合は例えば図９に示すようになる。図８に示す特性線では、セルＣ1の電流支配を受けないセルＣ17〜Ｃ48から成るセルストリングのＩ−Ｖ特性線Ｔ５（図７Ｂ参照）のカーブ形状が顔を出していることがわかる。
【００３６】
＜＜本発明の概要＞＞
本発明者は、上記の考察に基づいて、鋭意検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。本発明に係る太陽電池モジュールの検査方法は、モジュール全面に光があたっている場合のモジュールＩ−Ｖ特性と、所望のセルだけを影で覆った場合のモジュールＩ−Ｖ特性とに基づき、所望のセルの逆方向特性を求めている。これにより、非破壊で比較的容易に、太陽電池モジュール内に封止された太陽電池セルを１セル（但し、太陽電池モジュールが太陽電池セルを直並列している構造の場合は、並列接続されている複数の太陽電池セルを１セルとみなす）単位で検査することができる。
【００３７】
また、本発明に係る太陽電池モジュールの検査装置は、影形成技術とデータ処理技術とを用いて、上記の検査方法の自動化を実現するためのものである。
【００３８】
以下、本発明の各実施形態について順次説明する。
【００３９】
＜＜本発明の第１実施形態＞＞
図１０Ａは本発明の第１実施形態に係る検査方法を説明するためのＩ−Ｖ特性図であり、図１０Ｂは本発明の第１実施形態に係る検査方法により得られた所望のセルの逆方向Ｉ−Ｖ特性を示す図である。
【００４０】
本発明に係る太陽電池モジュールの検査方法は、モジュール全面に光があたっている場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性を測定するステップと、所望のセルすなわち調査対象のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性を測定するステップとを備えている。なお、本実施形態では所望のセルの全面を影で覆っている。両ステップでの測定条件は、例えば、照射光：ＡＭ０スペクトラム、照射強度：１００ｍＷ／ｃｍ2、環境温度：２５±２℃であるが、これに限定されたものでなく、両ステップでの測定が同じ条件下で行われさえすればよい。これは本発明に係る検査方法が、基本的にこの両ステップでの測定結果の比較のみによるからである。したがって、両ステップでの測定は、モジュール設置現場における屋外太陽光下で行ってもよく、所定のソーラーシミュレータによる擬似太陽光下で行ってもよい。
【００４１】
図１０Ａでは、モジュール全面に光があたっている場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性測定結果Ａ0と、所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性測定結果Ｂ0とが描かれている。
【００４２】
ところで、バイパスダイオードが接続されている太陽電池モジュールの場合、所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性測定結果が、図８のように、所望のセルの電流支配を受けないセルから成るセルストリングのＩ−Ｖ特性線のカーブ形状が顔を出すものであれば、所望のセルの逆方向Ｉ−Ｖ特性を広い電圧範囲で取得ができないことになる。したがって、バイパスダイオードが接続されている太陽電池モジュールを本発明に係る検査方法で検査する場合、通常は端子箱に格納されているバイパスダイオードを外すことが望ましい。外すべきバイパスダイオードは、端子箱に格納されているバイパスダイオードの個数を確認し、何枚のセル毎にバイパスダイオードが接続されているかを推定することで容易に判断できる。
【００４３】
モジュール全面に光があたっている場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性測定結果Ａ0と、所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性測定結果Ｂ0とに基づき、所望のセルの逆方向Ｉ−Ｖ特性を得る手順は、例えば、以下のようにするとよい。
【００４４】
まず、図１０Ａにおいて、Ｉ−Ｖ特性測定結果Ａ0がＶ軸と交わる点Ｍ0の座標値を（ｉM0，ｖM0）とし、Ｉ−Ｖ特性測定結果Ｂ0がＶ軸と交わる点Ｎ0の座標値を（ｉN0，ｖN0）とし、Ｉ−Ｖ特性測定結果Ａ0の電流値がモジュール電流ＩMになる点ＭLの座標値を（ｉML，ｖML）とする。
【００４５】
次に、曲線Ｍ0ＭLをＶ軸のマイナス方向に｜ｖM0−ｖN0｜だけ平行移動させ、これを曲線Ｎ0ＮLとする。なお、ここで点ＮLの座標値を（ｉNL，ｖNL）とする。この作業は図面上でグラフ的に行ってもよいし、曲線Ｍ0ＭL上の各点のＶ座標値をｖM0−ｖN0だけ減じることをコンピュータで数値的に行ってもよい。こうして得られた曲線Ｎ0ＮLとｖN0以下のＩ＝ＩMの直線とから成る特性線を、特性線Ｃ0と名付ける。この特性線Ｃ0が、太陽電池モジュールを構成するすべてのセルから影になったセルを除いた残り、つまり光があたって正常に動作しているセルストリング（例えば、図２や図４に示すモジュールではセルＣ2〜Ｃ48から成るセルストリング）のＩ−Ｖ特性線に概略相当する。なお、その妥当性については後述する。
【００４６】
次に、曲線Ｎ0ＮL上に複数の適当な点、例えばＮ1〜Ｎ4を取り、これらの点を通るＶ軸に平行な直線を引き、その各直線とＩ−Ｖ特性測定結果Ａ0との交点をＭ1〜Ｍ4とし、その各直線とＩ−Ｖ特性測定結果Ｂ0との交点をＯ1〜Ｏ4とする。なお、点Ｎ1〜Ｎ4の座標値をそれぞれ（ｉN1，ｖN1）、（ｉN2，ｖN2）、（ｉN3，ｖN3）、（ｉN4，ｖN4）とし、点Ｍ1〜Ｍ4の座標値をそれぞれ（ｉM1，ｖM1）、（ｉM2，ｖM2）、（ｉM3，ｖM3）、（ｉM4，ｖM4）とし、点Ｏ1〜Ｏ4の座標値をそれぞれ（ｉO1，ｖO1）、（ｉO2，ｖO2）、（ｉO3，ｖO3）、（ｉO4，ｖO4）とする。
【００４７】
次に、点Ｎ1と点Ｏ1とのＶ軸方向の距離ｖR1、点Ｏ1とＶ軸とのＩ軸方向の距離ｉR1を求める。すなわち、ｖR1=ｖN1−ｖO1、ｉR1=ｉO1を求める。同様に、点Ｎ2と点Ｏ2とのＶ軸方向の距離ｖR2、点Ｏ2とＶ軸とのＩ軸方向の距離ｉR2、点Ｎ3と点Ｏ3とのＶ軸方向の距離ｖR3、点Ｏ3とＶ軸とのＩ軸方向の距離ｉR3、点Ｎ4と点Ｏ4とのＶ軸方向の距離ｖR4、点Ｏ4とＶ軸とのＩ軸方向の距離ｉR4も求める。
【００４８】
そして、（−ｖR1，ｉR1）、（−ｖR2，ｉR2）、（−ｖR3，ｉR3）、（−ｖR4，ｉR4）の各点をＶ軸Ｉ軸座標上でプロットし、各点を滑らかにつないだものが、図１０Ｂに示す特性線Ｄ0であり、これが所望のセルの逆方向Ｉ−Ｖ特性線であることは言うまでもない。
【００４９】
ここで、曲線Ｍ0ＭLをＶ軸のマイナス方向に｜ｖM0−ｖN0｜だけ平行移動させて曲線Ｎ0ＮLを得ることの妥当性について検討する。曲線Ｎ0ＮLを含む特性線Ｃ0の特性を示すセルストリングは、曲線Ｍ0ＭLを含む特性線Ａ0の特性を示すモジュールより、セル数が(影になった)１セル分だけ少ないので、厳密には曲線Ｎ0ＮLと曲線Ｎ0ＮLの形状が相違することになる。上記の平行移動作業では、影になった１セルの順方向特性を、モジュールを形成している他のセルの平均的な順方向特性とみなして、これを特性線Ａ0から減じることによって特性線Ｃ0を得ている。すなわち、影になった１セルの順方向特性を近似していることになる。
【００５０】
そこで本発明者は、その妥当性を判断するために、実際に住宅用太陽電池モジュールの生産現場で現状を調査した。その結果、以下のことが明らかになった。
（１）一定の条件下で量産されている太陽電池セルでは、１セルの開放電圧ＶOC、１セルの短絡電流ＩSCのばらつきは比較的小さく、１セルの最大出力ＰMAXのばらつきを支配しているのは１セルの曲線因子ＦＦである。
（２）１セルの曲線因子ＦＦと実質的に同等である「定められた負荷電圧における負荷電流」というパラメータが検査されていることから、１セルの曲線因子ＦＦのばらつきは一定範囲内に収まっている。
【００５１】
また、特性線Ｃ0において電流値がモジュール電流ＩMから比較的遠い領域は、セルの直列抵抗成分が支配する領域であり、１セルの曲線因子ＦＦが関係するダイオードの順方向整流特性の違いによる影響が小さいことがわかっている。このことと上記調査により明らかになった知見から、上記のような量産工程から供給されたセルを用いれば、セルのＩ−Ｖ特性線形状の個体差は実質的に小さく、上記のような近似は妥当であると考えられる。
【００５２】
＜＜本発明の第２実施形態＞＞
図１１Ａは本発明の第２実施形態に係る検査方法を説明するためのＩ−Ｖ特性図であり、図１１Ｂは本発明の第２実施形態に係る検査方法により得られた所望のセルの逆方向Ｉ−Ｖ特性を示す図である。
【００５３】
所望のセルすなわち調査対象のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性を測定するステップにおいて、上述した第１実施形態では所望のセルの全面を影で覆っているのに対して、本実施形態では所望のセルを部分的に影で覆っている。一般にセルに部分的な影が生じた場合、そのセルの光があたっている領域では、逆バイアスが印加されかつ光生成電流が流れるので電力消費が大きく、上記ホットスポット現象が起こりやすい状況になる。セルのホットスポット耐性にばらつきがある場合、逆方向特性を確認することで危険なセルを識別することができる。つまり、所望のセルに部分的に影を作って所望のセルの逆方向Ｉ−Ｖ特性を得ることは、ホットスポットに起因する不慮の事故防止の上で重要なツールとなり得る。
【００５４】
上述の通り、所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性を測定するステップにおいて、本実施形態では所望のセルを部分的に影で覆っているが、その一例として、所望のセルの半分を影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性測定結果Ｂ1が図１１Ａで描かれている。図１１ＡのＩ−Ｖ特性測定結果Ｂ1は、電流値がモジュール電流ＩMより小さい領域において、図１０ＡのＩ−Ｖ特性測定結果Ｂ0をＩ軸のプラス方向にＩM／２だけ平行移動させたものである。
【００５５】
一方、図１１Ａでのモジュール全面に光があたっている場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性測定結果Ａ1は、図１０Ａでのモジュール全面に光があたっている場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性測定結果Ａ0と同一である。
【００５６】
モジュール全面に光があたっている場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性測定結果Ａ1と、所望のセルだけを影で覆った場合の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性測定結果Ｂ1とに基づき、第１実施形態と同様の計算を行うことで、図１１Ｂに示す所望のセルの逆方向Ｉ−Ｖ特性線Ｄ1を求めることができる。
【００５７】
＜＜本発明の第３実施形態＞＞
図１２は、本発明に係る検査装置、すなわち上述した本発明に係る検査方法の自動化を実現するための装置の一構成例を示す図である。
【００５８】
図１２に示す本発明の第３実施形態に係る検査装置は、影形成装置と、コンピュータ５とを備え、太陽電池モジュール２を検査する。上記影形成装置は、マスクボード１、レール３、及びマスク４を有する。
【００５９】
マスクボード１の中央には、太陽電池モジュール２の外形形状より大きい開口部が設けられている。そして、その開口部には、モジュール２内のセル配置に対応した細いレール３がマスクボード１の長手方向及び短手方向に敷設されている。また、上記影形成装置は、マスクボード１の長手方向直動機構及び短手方向直動機構を有しており、これらの直動機構はコンピュータ５によって制御される。上記直動機構によってマスク４がレール３の上を動くことで、モジュール２上の任意の位置に影を生じさせることができる。
【００６０】
また、マスク４をモジュール２の端に対応する位置に移動させることで、モジュール２の全セルに光を照射することも可能である。なお、マスク４をモジュール２の端に対応する位置に移動させることで、モジュール２の全セルに光を照射することができない構成である場合は、モジュール全面に光があたっている場合のモジュール２のＩ−Ｖ特性を測定するときに、モジュール２にマスクボード１が被らないように、自動または手動によりマスクボード１が移動するようにすればよい。
【００６１】
上記影形成装置を屋外に設置されている所望のモジュール２に被せ、接続線６をモジュール２の両端端子の一方に電気的に接続し、接続線７をモジュール２の両端端子の他方に電気的に接続し、モジュール２内の各セルに対して検査を実施する。コンピュータ５は、周知のモジュールＩ−Ｖ特性測定装置として機能するとともに、上記影形成装置と当該モジュールＩ−Ｖ特性測定装置とが連動するように、上記影形成装置を制御し、各セルの逆方向特性を順次取得する。
【００６２】
＜＜第４実施形態＞＞
図１３は、本発明に係る検査装置の他の構成例を示す図である。
【００６３】
図１３に示す本発明の第４実施形態に係る検査装置は、影形成装置と、コンピュータ５とを備え、太陽電池モジュール１２を検査する。上記影形成装置は、マスクボード１１、レール１３、及びマスク１４を有する。
【００６４】
図１３に示す本発明の第４実施形態に係る検査装置は、屋内で使用される。図１３に示すように、キセノンランプ等を光源とするソーラーシミュレータ１６とモジュール１２との間に上記影形成装置が配置され、接続線１７をモジュール１２の両端端子の一方に電気的に接続し、接続線１８をモジュール１２の両端端子の他方に電気的に接続し、モジュール１２内の各セルに対して検査を実施する。
【００６５】
マスクボード１１の中央には、太陽電池モジュール１２の外形形状より小さい開口部が設けられている。そして、その開口部には、モジュール１２内のセル配置に対応した細いレール１３がマスクボード１１の長手方向及び短手方向に敷設されている。また、上記影形成装置は、マスクボード１１の長手方向直動機構及び短手方向直動機構を有しており、これらの直動機構はコンピュータ１５によって制御される。上記直動機構によってマスク１４がレール１３の上を動くことで、モジュール１２上の任意の位置に影を拡大形成させることができる。また、マスク１４をモジュール１２の端に対応する位置に移動させることで、モジュール１２の全セルにソーラーシミュレータ１６からの光を照射することも可能である。コンピュータ１５は、周知のモジュールＩ−Ｖ特性測定装置として機能するとともに、上記影形成装置と当該モジュールＩ−Ｖ特性測定装置とが連動するように、上記影形成装置を制御し、かつ、ソーラーシミュレータ１６を動作させて、各セルの逆方向特性を順次取得する。
【００６６】
なお、上記影形成装置の代わりに、影のパターンを描いた透明フィルムを、ソーラーシミュレータ１６とモジュール１２との間で、かつ、ソーラーシミュレータ１６の光源近傍に設置し、映画を映し出す要領でモジュール２上に影を拡大形成してもよい。
【００６７】
以上のような影の拡大形成が可能である理由は、本発明に係る検査方法が以下の二つの特徴を有しているからである。
（１）モジュール上に影が生じて複数のセルに影が生じた場合、最も影の面積の大きいセルがモジュール電流を制限する(すなわち、最も影の面積の大きいセルのみに逆バイアスが印加される)ので、上記のレールやフィルムの汚れ等に起因する影が本発明に係る検査方法でのＩ−Ｖ特性測定に影響することはない。
（２）本発明に係る検査方法は、基本的に一定条件下での「モジュール全面に光があたっている場合のモジュールＩ−Ｖ特性」と「所望のセルだけを影で覆った場合のモジュールＩ−Ｖ特性」とに基づき、所望のセルの逆方向特性を求めるので、照射光の強度や波長分布は限定されない。よって、透明フィルム等を介して光を照射しても問題にならない。
【００６８】
＜＜本発明の効果＞＞
上述した第１実施形態及び第２実施形態より理解される通り、本発明に係る検査方法は、太陽電池モジュール内の所望のセルの逆方向Ｉ−Ｖ特性を取得するにあたって、所望のセルに影を作り、これによってモジュール内部から印加される逆方向電圧を利用しているところに従来にない特徴がある。
【００６９】
一般に太陽電池セルの逆方向特性を調べる場合、ブレークダウンが発生してセルを破壊する可能性があった。本発明に係る検査方法は、上記の特徴を有するため、モジュールを分解してセルを取り出す必要がないことは言うまでもないが、セルにモジュール電流ＩM以上の電流が流れないので、たとえセルがブレークダウンしても破壊に至る可能性は小さい。
【００７０】
つまり、本発明に係る検査方法では、モジュール化された状態における個々の太陽電池セルの逆方向特性を、非破壊で比較的容易に、定量的に把握することができる。セルの逆方向特性を確認することは、そのセルの出力特性を直接調べることではない。しかし、セルのＩ−Ｖ特性は出力特性を支配する重要な要素であり、その逆方向特性を調べて、例えばセル材料の物性と製造条件で決まる理論値と比較したり、モジュール化する前のセルの逆方向特性と比較したりすることで、セルの短絡または開放の状態、直列抵抗、逆方向飽和電流、ブレークダウン電圧などの、セルやモジュールに関する多くの情報を得ることができる。
【００７１】
したがって、本発明に係る検査方法は、
（１）モジュール全体の評価に寄与する。
（２）不良モジュール内の不良セルを特定することが出来る。不良原因が比較的軽微であれば部分的に封止を解いて対処することが可能である。
（３）フレキシブルパドル等、モジュールの製作過程または完成後にモジュールに曲げ応力が印加される場合は、その印加状況下における個々のセルへの影響を調べることができ、モジュール部材、製造条件、設置条件等の最適化に寄与する。
【００７２】
また、本発明に係る検査装置は、上記の本発明に係る検査方法の自動化を実現するので、迅速なデータ取得が可能となる。また、例えば、上述した第３実施形態では、モジュールの設置場所において、個々のセルの特性を把握することができるので、不慮の事故を未然に防止することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１  マスクボード
２  太陽電池モジュール
３  レール
４  マスク
５  コンピュータ
６、７  接続線
１１  マスクボード
１２  太陽電池モジュール
１３  レール
１４  マスク
１５  コンピュータ
１６  ソーラーシミュレータ
１７、１８    接続線
Ｃ1〜Ｃ48    太陽電池セル
Ｄ1〜Ｄ3    バイパスダイオード
【図１】
2010245410.tif 000003
【図２】
2010245410.tif 000004
【図３Ａ】
2010245410.tif 000005
【図３Ｂ】
2010245410.tif 000006
【図３Ｃ】
2010245410.tif 000007
【図４】
2010245410.tif 000008
【図５】
2010245410.tif 000009
【図６】
2010245410.tif 000010
【図７Ａ】
2010245410.tif 000011
【図７Ｂ】
2010245410.tif 000012
【図７Ｃ】
2010245410.tif 000013
【図８】
2010245410.tif 000014
【図９】
2010245410.tif 000015
【図１０Ａ】
2010245410.tif 000016
【図１０Ｂ】
2010245410.tif 000017
【図１１Ａ】
2010245410.tif 000018
【図１１Ｂ】
2010245410.tif 000019
【図１２】
2010245410.tif 000020
【図１３】
2010245410.tif 000021