(57)【要約】【課題】太陽電池をモジュール化した状態で接続信頼性を評価することが可能な太陽光発電モジュール検査装置を得ること。【解決手段】実施の形態の太陽光発電モジュール検査装置１００は、太陽光発電モジュールの配線の接続部を一定の周期で加熱する加熱手段１と、加熱された前記接続部における熱の２次元分布を前記周期内の複数のタイミングで測定する観測手段２と、前記タイミング毎に得られた前記２次元分布の中の選択した複数の領域それぞれについての特徴量を計算し、前記特徴量に基づいて前記太陽光発電モジュールの良否を判定する判定手段１０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電モジュールの配線の接続部を一定の周期で加熱する加熱手段と、
加熱された前記接続部における熱の２次元分布を前記周期内の複数のタイミングで測定する観測手段と、
前記タイミング毎に得られた前記２次元分布の中の選択した複数の領域それぞれについての特徴量を計算し、前記特徴量に基づいて前記太陽光発電モジュールの良否を判定する判定手段と、
を備える
ことを特徴とする太陽光発電モジュール検査装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記タイミングごとに複数の前記周期で測定した前記２次元分布を平均した平均２次元分布を求め、前記平均２次元分布から前記特徴量を計算する
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電モジュール検査装置。
【請求項３】
前記特徴量は前記領域の平均温度である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽光発電モジュール検査装置。
【請求項４】
前記判定手段は、複数の前記特徴量の差を閾値と比較することにより前記太陽光発電モジュールの良否を判定する
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の太陽光発電モジュール検査装置。
【請求項５】
前記判定手段は、いずれかの前記タイミングで複数の前記特徴量の差が前記閾値より大きく或いは小さくなった場合に前記太陽光発電モジュールは不良品であると判定する
ことを特徴とする請求項４に記載の太陽光発電モジュール検査装置。
【請求項６】
前記加熱手段は、レーザ加熱装置、ランプヒータ、或いはヒートエアーガンなどの非接触な加熱手段である
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽光発電モジュール検査装置。
【請求項７】
前記観測手段は、赤外線カメラ、非接触式温度センサなどの非接触な観測手段である
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽光発電モジュール検査装置。
【請求項８】
前記加熱手段は、レーザ加熱装置などの非接触な走査型の加熱手段であり、
前記観測手段は、前記太陽光発電モジュールに接続された高精度電流計である
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽光発電モジュール検査装置。
【請求項９】
前記加熱手段は、前記太陽光発電モジュールに電流を流す手段である
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽光発電モジュール検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電モジュール検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の太陽光発電モジュールの検査装置においては、画像処理装置を用いた外観の検査（例えば特許文献１）、あるいは、外部から直流電源を繋いで電流を流して発熱させ、その発熱状況を観察することで太陽光発電モジュールを検査（例えば特許文献２）などが実施されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３５５９３号公報
【特許文献２】特開２０１３−３６７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術による検査装置を電気的接続部の検査に用いた場合、外観上に問題がない場合、あるいは電気的な接続があった場合は、良品とみなしてしまう。従って、十年以上が予想される使用期間においては、不完全な接続で接続面積が狭いために信頼性が劣っていて使用中に接続が切れてしまうような不良を見逃してしまうという問題があった。
【０００５】
不完全な接続を検出しようと考えた場合、検査対象接続箇所の両端にプローブ等を介して検査装置と接続した上で大電流を流すことが考えられるが、太陽電池のモジュール化後には検査対象の接続部近傍にプロービングをすることができないために検査をすることができないという問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、太陽電池をモジュール化した状態で接続部の熱伝達を利用して接続面積を評価することで接続信頼性を評価することが可能な太陽光発電モジュール検査装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、太陽光発電モジュールの配線の接続部を一定の周期で加熱する加熱手段と、加熱された前記接続部における熱の２次元分布を前記周期内の複数のタイミングで測定する観測手段と、前記タイミング毎に得られた前記２次元分布の中の選択した複数の領域それぞれについての特徴量を計算し、前記特徴量に基づいて前記太陽光発電モジュールの良否を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電気的接続部の接続面積の評価を熱の過渡現象、すなわち熱の伝播の様子で評価することにより、非接触で接続部の評価が可能となると同時に、接続面積を含めた評価が可能になるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１による太陽光発電モジュール検査装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１における良品の場合における赤外線画像の１例を示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１における不良品の場合における赤外線画像の１例を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態２による太陽光発電モジュール検査装置の構成を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態３による太陽光発電モジュール検査装置の構成を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態４による太陽光発電モジュール検査装置の構成を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態１による太陽光発電モジュールの検査の手順を示すフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の実施の形態においてレーザ加熱装置の照射と赤外線カメラの撮影のタイミングを同期させる様子を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかる太陽光発電モジュール検査装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による太陽光発電モジュールの電気的接続部の検査装置としての太陽光発電モジュール検査装置１００を示す図である。太陽光発電モジュール検査装置１００の検査対象は太陽光発電モジュールの電気的接続部であり、図１においては、太陽光発電モジュール検査装置１００の検査対象は、セルタブ４と横タブ５の接続部の場合を示している。しかし、太陽光発電モジュール検査装置１００の検査対象は、太陽光発電セル３とセルタブ４間の接続部等の他の場所の電気的接続部であってもよく、これらの電気的接続部に対しても検査をすることが可能である。
【００１２】
太陽光発電モジュール検査装置１００は、非接触加熱装置として走査式のレーザを照射するレーザ加熱装置１、非接触温度測定装置として赤外線カメラ２、および制御装置１０を備えている。制御装置１０は、例えばパーソナルコンピュータなどの電子計算機であり、レーザ加熱装置１および赤外線カメラ２に接続されている。
【００１３】
制御装置１０は、レーザ加熱装置１および赤外線カメラ２を制御する制御手段の機能を有している。また、制御装置１０は、後述するように特徴量を計算して、太陽光発電モジュールの良品と不良品の判定を実施する判定手段の機能も有している。太陽光発電モジュール検査装置１００によれば、レーザ加熱装置１から照射されるレーザによるパルス状の加熱をしながら赤外線カメラ２での撮影が可能であり、加熱時の熱の伝播状況を測定することができる。
【００１４】
本実施の形態にかかる太陽光発電モジュール検査装置１００においては、ロックインという手法を用いることにより、熱分布情報及び位相情報を詳細に得ることができる。すなわち、熱分布及び位相情報を複数の画像として取り出し、あらかじめ取得しておいた良品での画像と比較することで、接続部の断線もしくは接続部の面積が狭いという不良を検出することができる。
【００１５】
画像の比較には位置あわせの技術や、特徴量の抽出およびそれに基づいた良品と不良品の判定の技術が必要である。位置あわせの技術は、この技術分野では一般的な手法を用いるので、ここでは説明を割愛する。特徴量の抽出については複数の特徴量を候補としてあげ、良品の分布および不良品の分布を調べて、マハラノビス・タグチ法により有効な特徴量を見出す。良品と不良品の判定についてもマハラノビス・タグチ法を用い、マハラノビスの距離に一定の閾値を設けて良品と不良品の判定を行う。
【００１６】
本発明の実施の形態１による太陽光発電モジュールの検査の手順を示すフローチャートを図７に示す。本実施の形態においては、まず、赤外線カメラ２で照明下の電気的接続部を撮影することでパターン像を取得する（ステップＳ１）。そのパターン像の情報から、良品と比較する際に必要な位置情報を取得し、赤外線カメラ２の位置あわせを実施する。
【００１７】
その後に、レーザ加熱装置１から照射されるレーザにより非接触加熱を行うと同時に、赤外線カメラ２で熱の２次元分布である赤外線画像を取得する（ステップＳ２）。加熱したい領域である加熱エリア２０（図２および図３に示す）内にレーザ加熱装置１からレーザを照射し、高速で加熱エリア２０の全領域をスキャンすることで、加熱エリア２０の非接触加熱を行う。なお、取得された赤外線画像は例えば図２および図３などであるので、赤外線カメラ２で撮影する範囲は、加熱エリア２０より広い範囲である。
【００１８】
ロックインとは、レーザ加熱装置１の照射と赤外線カメラ２の撮影のタイミングを同期させて、ロックインアンプによりノイズを低減させることである。ロックインアンプの技術は、この技術分野では一般的な手法を用いるので、ここでは説明を割愛する。本実施の形態においてロックインを実行する場合は、図８に示すように一定周期のサイクルで複数の矩形状（パルス状）のレーザ強度でレーザ加熱装置１からレーザを照射し、１サイクルの間に例えば等時間間隔で赤外線カメラ２によって複数回撮影し、１サイクル内での順番を位相（タイミング）と定義する。なお、本実施の形態においては、１サイクルの間のレーザ強度がＯＮになっている時間内に加熱エリア２０の全領域をレーザ加熱装置１がスキャンして加熱するが、その後のレーザ強度がＯＦＦの時間内に加熱による熱は散逸するものと想定している。
【００１９】
このような１サイクルの間の複数のタイミングによる撮影だけでも後述する特徴量の計算は可能であるが、各タイミングにおいて複数のサイクルにおける赤外線画像にロックイン手法を適用することで、ノイズが平均化された鮮明な赤外線画像が得られる。具体的には、複数の周期にわたって図８に示すように同期したタイミングで撮影した赤外線画像に対して、タイミングごとに重み付けをして足し合わせることで、ノイズが低減された赤外線画像を求める。
【００２０】
また、１サイクルの間に異なるタイミング（位相）で赤外線画像を複数回撮影することで、熱の伝播の様子を見ることができる。サイクルの速さは観察エリアの広さと熱の伝播速度の関係および赤外線カメラ２の撮影速度によって変更するが、おおむね０．１Ｈｚ〜２００Ｈｚの間となる。また、１サイクルの間の撮影回数は１０回〜２０回などの回数が考えられる。
【００２１】
接続を検査したい箇所を直に加熱すると熱膨張や熱膨張係数の違いによる反りにより接続が回復したり、接続面積が増加したりして不良品を良品と判定してしまう可能性がある。ロックインおよび加熱箇所の絞り込みにより検査に必要な熱分布情報を得るのに必要な熱量を極力抑え、したがって接続検査対象箇所の温度上昇を極力抑えられる。これにより、上記の熱膨張や反りの発生で生じる誤判定の確率を下げることが可能となる。
【００２２】
図２は、良品の場合における赤外線画像の１例を示す図であり、図３は、不良品の場合における赤外線画像の１例を示す図である。図２および図３は、それぞれ図８で示した１サイクル中の同じ位相（タイミング）で良品および不良品を赤外線カメラ２で撮影した画像である。これらの画像は、それぞれ１回の撮影でも得られるが、上述したように各位相（各タイミング）において複数のサイクルにおける赤外線画像に対してロックイン手法を適用してノイズを低減させたものであってもよい。
【００２３】
図３では、接続部に異常があることで接続部を介した熱の移動に変化が起こることで熱の分布に異常が生じている。この例では、不良品は電気的接続部の接続面積が狭いことから、熱の伝播量が良品と比較して少なくなっていると推定することができる。また、接続箇所が偏っているために、熱の分布も本来の分布から偏っている。不良品の不良接続箇所は現在のところは電流を流すという機能を果たしているが、電気的接続部が通常の状態とは異なることから数十年におよぶ使用中にその機能を果たさなくなる可能性がある。
【００２４】
本実施の形態にかかる太陽光発電モジュール検査装置１００によれば、このような電気的接続部を検出することが可能となる。これにより、電気的接続部に不良を有する製品の市場流出を防ぐことができる。また、それと同時に不良の原因究明・工程改善を行うことが可能となる。
【００２５】
制御装置１０は、ステップＳ２で取得した画像から複数の特徴量を計算（抽出）する（ステップＳ３）。例えば、図２および図３に示した、領域Ａ，ＢおよびＣの各領域内の平均温度を特徴量とする。これらの特徴量は複数の候補からマハラノビス・タグチ法により有効とされたものを選んでいる。これらの特徴量は、各位相（各タイミング）で撮影された画像毎に求めることができる。
【００２６】
従って、例えば特徴量が３つあって、位相の数、すなわち１サイクル内の撮影回数が１０回であるならば、１サイクルで特徴量が３０個得られる。また、上述したように各位相において複数のサイクルにおける赤外線画像に対してロックイン手法を適用してノイズを低減させた画像を得た場合は、より精度の高い特徴量が１サイクルあたり３０個得られる。そして、１サイクル内での特定の領域における特徴量の値の変化は、その領域における１サイクル内での熱の変化を示すことになる。
【００２７】
さらに、制御装置１０は、ステップＳ３で求めた特徴量に基づいて太陽光発電モジュールの良品と不良品の判定を行う（ステップＳ４）。具体的には、特徴量からマハラノビスの距離を求め、マハラノビスの距離があらかじめ定めた判定閾値以下の場合は、太陽光発電モジュールは良品であると判定し、判定閾値を超えている場合には不良であると判定する。例えば、図２および図３の例を参照すれば、領域Ａと領域Ｂのそれぞれの特徴量（平均温度）の差が判定閾値より大きくなった場合は図３のように不良であると判定する。また、例えば領域Ａと領域Ｃのそれぞれの特徴量（平均温度）の差が判定閾値より小さくなった場合は図３のように不良であると判定する。
【００２８】
本実施の形態にかかる太陽光発電モジュール検査装置１００によれば、太陽電池がモジュール化されることにより直近にプロービングできない電気的接続部の検査が可能となると同時に、接続面積の大きさを評価することが可能となる。さらに、非接触な加熱手段を設けたことにより、バイパスダイオードによりバイパスされる箇所および太陽光発電セルから遠い箇所の接続部の検査が可能となると同時に、熱の影響を最小限に抑えることで検出ミスの確率を下げることが可能となる。
【００２９】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２による太陽光発電モジュールの電気的接続部の検査装置としての太陽光発電モジュール検査装置２００を示す図である。実施の形態１の太陽光発電モジュール検査装置１００においては、レーザ加熱装置１からレーザを照射することで加熱を行ったが、図４に示すようにランプヒータ６やヒートエアーガンで加熱してもよい。
【００３０】
すなわち、本実施の形態の太陽光発電モジュール検査装置２００は、ランプヒータ６、赤外線カメラ２および制御装置１０を備えている。制御装置１０は、ランプヒータ６および赤外線カメラ２に接続されていて、ランプヒータ６および赤外線カメラ２を制御することができるようになっている。ランプヒータ６の加熱領域は、レーザ加熱装置１の加熱エリア２０のように四角な領域ではなく円または楕円のような形状の領域になる。しかし、実施の形態１と同様に矩形状（パルス状）の強度で加熱することによりロックインによるランプヒータ６に同期した赤外線カメラ２の撮影が可能である。制御装置１０は、実施の形態１と同様に、例えばマハラノビス・タグチ法などにより有効な特徴量を算出して、太陽光発電モジュールの良品と不良品の判定を実施する。
【００３１】
図４の例では、太陽光発電モジュール検査装置２００の加熱手段をランプヒータ６としている。加熱手段をランプヒータ６やヒートエアーガンにする構成とすることにより、より安価で簡便な検査装置とすることができる。
【００３２】
実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３による太陽光発電モジュールの電気的接続部の検査装置としての太陽光発電モジュール検査装置３００を示す図である。実施の形態１においては、熱の検出を赤外線カメラ２で行ったが、図５に示すように複数の非接触式温度センサ７で熱の検出を実施してもよい。非接触式温度センサ７は太陽光発電モジュールに非接触で熱を検知することが可能である。すなわち、複数の非接触式温度センサ７は上方で固定部に固定されているが、図５では、見易さのため固定部を省いて示してある。
【００３３】
このように、本実施の形態の太陽光発電モジュール検査装置３００は、レーザ加熱装置１、複数の非接触式温度センサ７および制御装置１０を備えている。制御装置１０は、レーザ加熱装置１および複数の非接触式温度センサ７に接続されており、レーザ加熱装置１および複数の非接触式温度センサ７を制御することができるようになっている。
【００３４】
図５に示すように、非接触式温度センサ７を複数並べることにより、熱の移動をとらえることが可能となる。すなわち、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に矩形状（パルス状）のレーザ強度でレーザ加熱装置１により加熱することによりロックインによるレーザ加熱装置１に同期した複数の非接触式温度センサ７による熱の位置的な分布のデータ取得が可能である。
【００３５】
本実施の形態においても、制御装置１０は、例えばマハラノビス・タグチ法などにより有効な特徴量を算出して、この特徴量に基づいて太陽光発電モジュールの良品と不良品の判定を実施する。
【００３６】
実施の形態４．
図６は、本発明の実施の形態４による太陽光発電モジュールの電気的接続部の検査装置としての太陽光発電モジュール検査装置４００を示す図である。実施の形態１においては、熱の検出を赤外線カメラ２で行ったが、図６に示すように太陽光発電モジュールに直流電源８により直流電流を流し、加熱時の電流変化を高精度電流計９で測定することで、温度の変化を知ることができる。直流電源８および高精度電流計９は横タブ５に接続されている。
【００３７】
すなわち、太陽光発電モジュール検査装置４００は、制御装置１０、レーザ加熱装置１、直流電源８、および高精度電流計９を備える。制御装置１０は、レーザ加熱装置１、直流電源８および高精度電流計９に接続されている。制御装置１０は、レーザ加熱装置１、直流電源８および高精度電流計９を制御することができるように構成されている。
【００３８】
各材料の電気抵抗は温度によって変動するため、高精度電流計９によって電流変動を測定することで抵抗値変動を知ることができ、抵抗値は温度の関数のため太陽光発電モジュールの電気的接続部の温度の変動を知ることができる。特に不良接続部には電流が集中するため、接続部の抵抗値が全体の抵抗値に大きな影響を与える。
【００３９】
本実施の形態においては、レーザ加熱装置１のスキャン範囲は図２および図３の加熱エリア２０より広く、むしろ図２および図３の全面に相当する広い領域をスキャン加熱する。スキャン加熱中のある時刻にレーザ加熱装置１が照射している領域の温度の変動は上述したように高精度電流計９によって電流変動として測定できる。従って、高精度電流計９による測定をレーザ加熱装置１のスキャンと同期させることで電流変動箇所を画像化することができる。
【００４０】
この実施の形態においても、制御装置１０は、上記のようにして得られた画像から、例えばマハラノビス・タグチ法により有効とされる特徴量を算出して、この特徴量に基づいて太陽光発電モジュールの良品と不良品の判定を実施する。
【００４１】
太陽光発電モジュール検査装置４００によれば、直流電源８および高精度電流計９を用いることにより、赤外線カメラ２等の熱観察機構をスキャンさせる必要が無くなり、高速で検査を実施することが可能となる。
【００４２】
実施の形態５．
実施の形態１においては、加熱をレーザ加熱装置１で行ったが、図１でレーザ加熱装置１は用いないで、太陽光発電モジュールに電流を流すことで太陽光発電モジュールを発熱させ、これを利用して加熱することも可能である。すなわち、本実施の形態においては、図１において、レーザ加熱装置１を用いないで太陽光発電モジュールに電流を流すことにより、上述した他の加熱手段と同様にパルス状に加熱する。
【００４３】
太陽光発電モジュールをパルス状に加熱しつつ、実施の形態１と同様にロックインにより赤外線カメラ２を同期させて撮影させることで、定常状態での熱の様子ではなく過渡状態の熱を観察することが可能となる。制御装置１０は、実施の形態１と同様に、例えばマハラノビス・タグチ法などにより有効な特徴量を算出して、太陽光発電モジュールの良品と不良品の判定を実施する。
【００４４】
さらに、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、上記実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明にかかる太陽光発電モジュール検査装置は、電気的接続部の熱伝達を利用して接続信頼性を評価するのに有用であり、特に、太陽光発電モジュールの電気的接続部を検査する太陽光発電モジュール検査装置に適している。
【符号の説明】
【００４６】
１  レーザ加熱装置、２  赤外線カメラ、３  太陽光発電セル、４  セルタブ、５  横タブ、６  ランプヒータ、７  非接触式温度センサ、８  直流電源、９  高精度電流計、１０  制御装置、２０  加熱エリア、１００，２００，３００，４００  太陽光発電モジュール検査装置、Ａ，Ｂ，Ｃ  領域、Ｓ１〜Ｓ４  ステップ。
【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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