(57)【要約】 【課題】  一定期間使用された太陽電池パネルについて、出力を回復するための補修装置及び補修方法を提供する。【解決手段】  太陽電池パネル５に通電可能に接続した直流電源１０と、太陽電池パネル５の情報を入力するデータ入力部２と、太陽電池パネル５を撮影する赤外線カメラ１と、太陽電池パネル５へレーザを出射する加熱ヘッド７と、直流電源１０からの通電により太陽電池パネル５に発生した発熱箇所を赤外線カメラ１で撮影した画像から解析する熱画像解析部９と、太陽電池パネル５の情報および発熱箇所応じて加熱ヘッド７から出射するレーザの焦点座標を設定する座標設定部１１と、座標設定部１１で設定した焦点座標に応じて加熱ヘッド７の位置および絞りを制御する加熱ヘッド制御部１２と、を備える太陽電池パネルの補修装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池パネルに通電可能に接続した直流電源と、
前記太陽電池パネルの情報を入力するデータ入力部と、
前記太陽電池パネルを撮影する赤外線カメラと、
前記太陽電池パネルへレーザを出射する加熱ヘッドと、
前記直流電源からの通電により前記太陽電池パネルに発生した発熱箇所を前記赤外線カメラで撮影した画像から解析する熱画像解析部と、
前記太陽電池パネルの情報および前記発熱箇所に応じて前記加熱ヘッドから出射するレーザの焦点座標を設定する座標設定部と、
前記座標設定部で設定した焦点座標に応じて前記加熱ヘッドの位置および絞りを制御する加熱ヘッド制御部と、を備える太陽電池パネルの補修装置。
【請求項２】
前記加熱ヘッドから出射したレーザにより加熱される太陽電池パネルの箇所を、裏面側から支持する押さえ冶具をさらに備える請求項１記載の太陽電池パネルの補修装置。
【請求項３】
前記押さえ冶具は、前記太陽電池パネルの裏面を加熱する加熱手段をさらに備える請求項２記載の太陽電池パネルの補修装置。
【請求項４】
前記押さえ治具は、前記太陽電池パネルの裏面を加熱する加熱手段と、前記加熱手段と前記太陽電池パネルの裏面との間で押圧されて前記太陽電池パネルの裏面に貼付する封止用フィルムと、をさらに備える請求項２記載の太陽電池パネルの補修装置。
【請求項５】
太陽電池パネルに通電可能に直流電源を接続して通電する工程と、
赤外線カメラで前記太陽電池パネルの画像を取得する工程と、
前記直流電源からの通電により前記太陽電池パネルに発生した発熱箇所を前記赤外線カメラで撮影した画像から解析する工程と、
前記発熱箇所に基づいて加熱ヘッドから出射するレーザの焦点座標を設定する工程と、
前記焦点座標に合わせて前記加熱ヘッドの位置および絞りを制御する工程と、を備えた太陽電池パネルの補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、太陽電池パネルの補修装置及び補修方法。
【背景技術】
【０００２】
近年、脱石油エネルギーの流れを受け、世界的に太陽光発電システムの導入が急増している。太陽光発電システムにおいて、太陽電池パネルは一般的に２０〜３０年の寿命といわれている。したがって、将来、寿命に達した太陽電池パネルが大量に発生するものと予想される。
【０００３】
太陽電池パネルが寿命に達して使用できなくなるのは、電気絶縁性や出力特性などの電気的特性が低下して、製品の仕様を満たさなくなるためである。電気絶縁性の低下原因は、太陽電池パネル裏面のバックシートや封止材の劣化であり、これらを交換して延命化処理する技術が開発されている。また、バックシートなどについた傷を補修部材で補修する方法が提案されている。
【０００４】
一方、出力低下の原因の一つに、シリコン（Ｓｉ）セル同士を接続しているブスバーのはんだ付け部分のクラックによるものがある。しかし、当該はんだ付け部分は封止材に包埋されているため、はんだ補修を行なうことが困難であった。
【０００５】
結晶Ｓｉ系太陽電池パネルは、電気的特性の低下が少なく、性能に関しては再利用が可能といわれている。特にＳｉセルについては、ほとんど劣化はないといわれている。しかし、太陽電池パネルが寿命に達したときに大部分は電気的特性を評価することなく、性能劣化の少ない太陽電池パネルもそのまま廃棄されている。なお、太陽電池パネルの電気的特性を評価し、一定の基準以上の太陽電池パネルを再利用する取り組みが行なわれているが、出力低下した太陽電池パネルは廃棄されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３０７７９９号公報
【特許文献２】特開２００８−１７１８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
今後大量に発生する一定期間使用された太陽電池パネルを補修し、性能回復したパネルを再利用すれば、廃棄物を大幅に減らすことができる。しかしながら、熱疲労によるはんだクラックにより出力低下した太陽電池パネルについては、出力を回復する手段がなく、再利用することは困難であった。
【０００８】
本発明の実施形態は上記実情を鑑みてなされたものであって、一定期間使用された太陽電池パネルについて、出力を回復するための補修装置及び補修方法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】
【０００９】
実施形態の太陽電池パネルの補修装置は、太陽電池パネルに通電可能に接続した直流電源と、前記太陽電池パネルの情報を入力するデータ入力部と、前記太陽電池パネルを撮影する赤外線カメラと、前記太陽電池パネルへレーザを出射する加熱ヘッドと、前記直流電源からの通電により前記太陽電池パネルに発生した発熱箇所を前記赤外線カメラで撮影した画像から解析する熱画像解析部と、前記太陽電池パネルの情報および前記発熱箇所に応じて前記加熱ヘッドから出射するレーザの焦点座標を設定する座標設定部と、前記座標設定部で設定した焦点座標に応じて前記加熱ヘッドの位置および絞りを制御する加熱ヘッド制御部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本実施形態の太陽電池パネルの補修装置により補修する太陽電池パネルの一構成例を説明する図である。
【図２】図２は、赤外線カメラで撮影された画像の一例を示す図である。
【図３】図３は、本実施形態の太陽電池パネルの補修装置の一構成例を概略的に示すブロック図である。
【図４】図４は、本実施形態の太陽電池パネルの補修方法の一例を説明するフローチャートである。
【図５】図５は、レーザ光を太陽電池パネルの表面ガラス側から入射して、ブスバーを加熱している様子を概略的に示す図である。
【図６】図６は、太陽電池パネルの裏面側に押さえ冶具を当ててレーザを照射する方法の一例を説明する図である。
【図７】図７は、太陽電池パネルの裏面側に押さえ冶具を当ててレーザを照射する方法の他の例を説明する図である。
【図８】図８は、太陽電池パネルの裏面側に押さえ冶具を当ててレーザを照射する方法の他の例を説明する図である。
【図９】図９は、太陽電池パネルの裏面側に押さえ冶具を当ててレーザを照射する方法の他の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施形態の太陽電池パネルの補修装置及び補修方法について、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態の太陽電池パネルの補修装置により補修する太陽電池パネルの一構成例を概略的に示す断面図である。
【００１３】
図１に示す太陽電池パネル５は、結晶Ｓｉ系太陽電池パネルであって、結晶Ｓｉセル５１と、ブスバー５２と、充填材５３と、表面ガラス５４と、裏面保護フィルム５５と、保護枠５６とを備えている。図１に示した太陽電池パネル５は、スーパーストレート型と呼ばれる結晶Ｓｉ系太陽電池パネルである。
【００１４】
結晶Ｓｉセル５１は、単結晶シリコンあるいは多結晶シリコンにより形成され、例えば方向Ｘに沿って複数並んで配置されている。結晶Ｓｉセル５１の表面および裏面には、銀ペースト５７及びはんだペースト５８が印刷されている。
【００１５】
ブスバー５２は、並んで配置された結晶Ｓｉセル５１の表面と裏面とを電気的に接続する。ブスバー５２は、例えば無酸素銅により形成され、その表面にはんだめっきされている。ブスバー５２と結晶Ｓｉセル５１とは、熱により溶融した夫々表面のはんだにより電気的に接合している。
【００１６】
ここでは、太陽電池パネル５の出力低下の原因の一つであるはんだクラック１００の断面模式図を示している。太陽電池パネル５は屋外で使用されるため、日中は温度が上昇し、夜間は温度が下降する温度サイクルを受ける。長期間使用すると、結晶Ｓｉセル５１とブスバー５２とのはんだ接合部に熱疲労によるクラック１００が発生する。図１では結晶Ｓｉセル５１上面（表面ガラス５４側）のクラック１００を示したが、結晶Ｓｉセル５１下面（裏面保護フィルム５５側）のはんだ接合部にもクラックが発生することがある。この様なはんだクラック１００が発生した状態で、結晶Ｓｉセル５１に電流を流すと、クラック１００のない部分に電流が集中して発熱する恐れがある。
【００１７】
充填材５３は、例えば透明な樹脂により形成され、表面ガラス５４と裏面保護フィルム５５との間において、ブスバー５２により接合した結晶Ｓｉセル５１の周囲に充填されている。
【００１８】
表面ガラス５４は略直方体形状であって、複数の結晶Ｓｉセル５１へ光が入射する側に配置されている。
【００１９】
裏面保護フィルム５５は略矩形状であって、複数の結晶Ｓｉセル５１を挟んで表面ガラス５４と対向するように配置されている。裏面保護フィルム５５は、例えばポリエチレンテレフタレートなどにより形成されている。
【００２０】
保護枠５６は、表面ガラス５４と裏面保護フィルム５５とを外側から挟んで、太陽電池パネル５の周囲を囲むように配置されている。
【００２１】
図２は、赤外線カメラで撮影された画像の一例を示す図である。ここでは、一定期間使用された太陽電池パネル５を通電して、赤外線カメラにて表面ガラス５４側から太陽電池パネル５を撮影した画像（熱画像）の一例を示す。
【００２２】
赤外線カメラ１で撮影された画像では、太陽電池パネル５の低温部分と高温部分との間で段階的に色が変化し、例えば、低温部分は青色、高温部分は赤色で表示され、中間の温度の部分は緑色となる。したがって、太陽電池パネル５の結晶Ｓｉセル５１にはんだクラック１００が生じている場合、赤外線カメラ１で太陽電池パネル５を撮影すると、はんだクラック１００のある部分で発熱し、はんだクラック１００およびその近傍が赤色となる。
【００２３】
２本〜３本のブスバー５２が使用された結晶Ｓｉセル５１では、発熱箇所がある結晶Ｓｉセル５１のブスバー５２のはんだ接合部に、はんだクラック１００が発生している可能性が高くなる。なお、図２に示す太陽電池パネル５では、複数のはんだクラック１００が発生している。
【００２４】
プリント基板などでも熱疲労によるはんだクラックが発生することがあるが、はんだクラックが発生した場合、はんだを再溶融させて補修する。しかし、太陽電池パネル５の場合、はんだ接合部の周囲には充填材５３があり、はんだゴテを当ててはんだ補修を行なうことが困難である。
【００２５】
そこで本実施形態の太陽電池パネル５の補修装置では、非接触で局所加熱できるレーザを用いて、充填材５３内部の接合部の補修を行う。レーザによるはんだ付けでは、焦点を移動させることによって、加熱箇所を太陽電池パネル５の面方向（Ｘ−Ｙ方向）だけでなく、高さ方向（Ｚ方向）に制御することができるため、はんだクラック１００箇所だけを局所的に加熱することが可能である。
【００２６】
図３は、本実施形態の太陽電池パネルの補修装置の一構成例を概略的に示すブロック図である。  
本実施形態の太陽電池パネルの補修装置は、赤外線カメラ１と、データ入力部２と、表示部３と、制御装置４と、加熱ヘッド移動装置６、加熱ヘッド７と、擬似太陽光ランプ８と、レーザ光反射防止覆い１００と、を備える。
【００２７】
赤外線カメラ１は、制御装置４により動作を制御され、撮影した画像を制御装置へ送信する。赤外線カメラ１は、太陽電池パネル５の全体を撮影可能な位置に設置されている。
【００２８】
データ入力部２は制御装置４と接続し、タッチパネルやキーボード等の入力手段を有している。データ入力部２は、ユーザが入力した太陽電池パネル５の情報(太陽電池パネル寸法、定格出力、セル枚数、セル配置、セル寸法、ブスバー本数、ブスバー幅などのデータを入力)を制御装置４へ送信する。
【００２９】
表示部３は、制御装置４から受信した画像を表示する液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などの表示手段を備えている。
【００３０】
加熱ヘッド移動装置６は、制御装置４と接続し、制御装置４から入力された焦点位置に基づいて、太陽電池パネル５の面方向（Ｘ−Ｙ方向）において加熱ヘッド７を移動する。
【００３１】
加熱ヘッド７は、制御装置４と接続し、制御装置４から入力された焦点位置に基づいて、太陽電池パネル５の高さ方向（Ｚ方向）における焦点位置を調整して、太陽電池パネル５に向けてレーザを出力する。
【００３２】
擬似太陽光ランプ８は太陽電池パネル５の全体を照明するように設置されている。擬似太陽光ランプ８は、制御装置４と接続し、制御装置４から入力されたタイミングで点灯および消灯する。
【００３３】
制御装置４は、熱画像解析部９と、直流電源１０と、座標設定部１１と、加熱ヘッド制御部１２と、補修終了判定部１３と、ＩＶ特性測定部（ソーラーシミュレータ）１４と、を備える。
【００３４】
熱画像解析部９は、赤外線カメラ１で撮影された画像を受信し、例えば図２に示すような受信した画像から太陽電池パネル５におけるはんだクラックの位置を解析して、補修すべき箇所を出力する。
【００３５】
直流電源１０は、熱画像解析部９からの制御信号に基づいて熱画像を取得するために太陽電池パネル５に通電可能に接続して、太陽電池セルに電流を流す。熱画像解析部９は、直流電源１０により太陽電池パネル５を通電して所定時間経過した後、赤外線カメラに熱画像を取得する信号を送り、熱画像から発熱箇所を解析して特定する。熱画像解析部９は、発熱箇所の座標を座標設定部１１へ通知する。
【００３６】
座標設定部１１は、熱画像解析部９から受信した太陽電池パネル５における補修箇所(発熱箇所)の位置と、データ入力部２から受信した太陽電池パネル５の情報とに基づいて、加熱ヘッド７から出力するレーザの焦点座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を設定して出力する。
【００３７】
加熱ヘッド制御部１２は、座標設定部１１から受信したレーザ焦点のＸ座標とＹ座標とに基づいて、加熱ヘッド移動装置６により加熱ヘッド７のＸ座標とＹ座標とを移動し、レーザ焦点のＺ座標に基づいて加熱ヘッド７の絞りを設定し、所定の焦点座標へレーザを照射する。
【００３８】
補修終了判定部１３は、座標設定部１１からの信号に基づいて、補修が終了したか否かを判定し、補修が終了したときにＩＶ特性測定部１４へ通知する。例えば、補修終了判定部１３は、座標設定部１１で設定され、未だ加熱ヘッド制御部１２へ出力されていない焦点座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）があるか否かにより、補修が終了したか否か判断してもよく、座標設定部１１が補修を終了したときに補修終了判定部１３へ通知するように構成し、補修終了判定部１３がこの通知を受信したか否かを判断してもよい。
【００３９】
ＩＶ特性測定部１４は、擬似太陽光ランプ８及び太陽電池パネル５に接続している。ＩＶ特性測定部１４は、補修終了設定部１３から補修終了の通知を受信すると、擬似太陽光ランプ８を点灯して太陽電池パネル５のＩＶ特性を測定する。
【００４０】
なお、本実施形態の太陽電池パネル５の補修装置は、安全のために、装置全体をレーザ光反射防止の覆い１１０で囲っている。
【００４１】
続いて、本実施形態の太陽電池パネルの補修方法について説明する。  
図４は、本実施形態の太陽電池パネルの補修方法の一例を説明するフローチャートである。
【００４２】
まず、ユーザがデータ入力部２を操作して、太陽電池パネル５の寸法、定格出力、セル枚数、セル配置、セル寸法、ブスバー本数、ブスバー幅などのデータを入力する。データ入力部２はデータを制御装置４の座標設定部１１へ送信する（ステップＳＴ１）。
【００４３】
続いて、ＩＶ特性測定部１４が、擬似太陽光ランプ８を点灯して、太陽電池パネル５のＩＶ特性を測定する（ステップＳＴ２）。具体的には太陽電池パネルに擬似太陽光を照射し、太陽電池パネルに接続した負荷を変化させて取得したＩＶカーブから最大出力を求める。
【００４４】
ＩＶ特性測定部１４は、ステップＳＴ２で求めた最大出力が所定の出力以上ある場合には、補修は行なわずに終了する（ステップＳＴ３）。このとき、ＩＶ特性測定部１４は、例えば表示部３に補修を行わずに処理を終了する旨を表示してユーザへ通知する。
【００４５】
ステップＳＴ２で求めた最大出力が所定の出力以下の場合、熱画像解析部９は、ＩＶ特性測定部１４からの信号に基づいて、直流電源１０に太陽電池パネル５に通電する信号を送る。（ステップＳＴ４）。このとき、直流電源１０の電圧は太陽電池パネル５の開放電圧相当とし、電流は太陽電池パネル５の最適動作電流相当あればよい。
【００４６】
続いて、太陽電池パネル５を通電して所定時間経過した後、熱画像解析部９は赤外線カメラ１で撮影した画像を取得する（ステップＳＴ５）。熱画像解析部９は、取得した画像から太陽電池パネル５におけるはんだクラック１００の位置を解析し、座標設定部１１へ出力する。このとき、熱画像解析部９は必要に応じて取得した画像を表示部３へ送信して表示する。
【００４７】
座標設定部１１は、熱画像解析部９から取得したはんだクラック１００の位置、および、データ入力部２から入力された太陽電池パネル５の情報に基づいて加熱ヘッド７の座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を設定する（ステップＳＴ６）。座標設定部１１は、設定した座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を加熱ヘッド制御部１２へ出力する。なお、はんだクラック１００が複数ある場合には、座標設定部１１は複数のはんだクラックに対応する複数の座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を設定し、順次加熱ヘッド制御部１２へ出力する。
【００４８】
加熱ヘッド制御部１２は、受信した座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に基づいて、加熱ヘッド移動装置６および加熱ヘッド７を制御して、加熱ヘッド７から出射するレーザの焦点位置を所定の座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）とする（ステップＳＴ７）。
【００４９】
加熱ヘッド７を所定の位置に移動した後、加熱ヘッド制御部１２は、加熱ヘッド７からレーザを出射して、所定の座標（Ｘ、Ｙ、Ｘ）のはんだを再溶融する（ステップＳＴ８）。
【００５０】
図５は、レーザ光を太陽電池パネル５の表面ガラス５４側から入射して、ブスバー５２を加熱している様子を概略的に示す図である。  
ここでは、加熱ヘッド７から出力するレーザ光をブスバー５２の方向Ｘにおける幅相当に絞り、ブスバー５２が延びる方向（方向Ｙ）に沿って移動させながら、はんだを再溶融させる。これにより、はんだクラック１００が補修される。
【００５１】
続いて、補修終了判定部１３により、すべての補修が終了したか否か判断する（ステップＳＴ９）。
【００５２】
ステップＳＴ９で全ての補修が終了していないと判断した場合、座標設定部１１から加熱ヘッド制御部１２へ補修されていないはんだクラックの座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が出力され、ステップＳＴ７及びステップＳＴ８の処理を行う。
【００５３】
ステップＳＴ９で全ての補修が終了したと判断した場合、補修終了判定部１３がＩＶ特性測定部１４へ通知し、ＩＶ特性測定部１４が擬似太陽光８を点灯して太陽電池パネル５のＩＶ特性を測定し、ＩＶ特性測定部１４により、再度ＩＶ特性を測定して出力が回復したことを確認する（ステップＳＴ１０）。
【００５４】
上記のように、本実施形態の太陽電池パネル補修方法及び装置によれば、一定期間使用して出力が低下した太陽電池パネルの出力を回復させることが可能であり、その結果、太陽電池パネルを再利用可能として廃棄物を大幅に減らすことができる。
【００５５】
すなわち、本実施形態の太陽電池パネル５の補修装置及び補修方法によれば、一定期間使用された太陽電池パネルについて、出力を回復するための補修装置及び補修方法を提供することができる。
【００５６】
なお、はんだの融点は、共晶はんだの場合１８３℃であるため、はんだが溶融する温度では周囲の封止樹脂が溶融したり、発泡したりしてセル５１が浮くことがある。例えば充填材５３に気泡が残ると表面ガラス５４側から入射する光が気泡で分散して結晶Ｓｉセル５１の発電効率が低下することがある。
【００５７】
図６乃至図８は、太陽電池パネルの裏面側に押さえ冶具を当ててレーザを照射する方法の他の例を説明する図である。
【００５８】
そこで本実施形態では、例えば図６に示すように、太陽電池パネル５の裏面に押さえ治具２００を配置して結晶Ｓｉセル５１の浮きを防止してもよい。
【００５９】
また、図６に示すように押さえ治具２００を当てると、押さえ治具２００から熱が逃げ、レーザによりはんだが溶融しにくくなることがある。そこで、図７に示すように、押さえ治具２００の先端にヒータ３００等の加熱手段あるいは断熱手段を取り付けてもよい。このことにより、レーザ照射により効率的にはんだを加熱することができる。
【００６０】
さらに、図８に示すように、充填材５３がはんだ溶融時の熱で損傷した箇所に、封止用フィルムＦＬＭを貼付して補修してもよい。充填材５３に熱可塑性樹脂を用いる場合には、図９に示すようにヒータ３００付き押さえ治具２００を使用して、局所加熱と同時に封止用フィルムＦＬＭを貼付してもよい。
【００６１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６２】
ＦＬＭ…封止用フィルム、１…赤外線カメラ、２…データ入力部、３…表示部、４…制御装置、５…太陽電池パネル、５１…結晶Ｓｉセル、５２…ブスバー、５３…充填材、５４…表面ガラス、５５…裏面保護フィルム、５６…保護枠、５７…銀ペースト、５８…はんだペースト、６…加熱ヘッド移動装置、７…加熱ヘッド、８…擬似太陽光ランプ、８…擬似太陽光、９…熱画像解析部、１０…直流電源、１１…座標設定部、１２…加熱ヘッド制御部、１３…補修終了判定部１４…ＩＶ特性測定部、１００…クラック、２００…治具、３００…ヒータ（加熱手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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