(57)【要約】【課題】太陽電池の樹脂劣化を、太陽電池の特性と関連付けてその進展度合いを把握する方法を提供する。【解決手段】太陽電池劣化検出装置を、樹脂劣化を施された複数の太陽電池モジュールを計測、および太陽電池モデル式のパラメータフィッティングにより得られた絶縁抵抗値とシャント抵抗値に基づいて、シャント抵抗−絶縁抵抗座標平面上の回帰直線の傾きをシャント抵抗と絶縁抵抗の間の比例定数として算出して登録する比例定数算出部と、評価対象の太陽電池モジュールを計測して得られた絶縁抵抗値と、登録されている前記比例定数よりシャント抵抗値を算出し、太陽電池モデル式より導かれたモジュール出力−シャント抵抗特性より前記評価対象太陽電池モジュールのモジュール出力劣化量を検出するモジュール出力劣化検出部とを備えて構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂劣化を施された複数の太陽電池モジュールを計測、および太陽電池モデル式のパラメータフィッティングにより得られた絶縁抵抗値とシャント抵抗値に基づいて、シャント抵抗−絶縁抵抗座標平面上の回帰直線の傾きをシャント抵抗と絶縁抵抗の間の比例定数として算出して登録する比例定数算出部と、
評価対象の太陽電池モジュールを計測して得られた絶縁抵抗値と、登録されている前記比例定数よりシャント抵抗値を算出し、太陽電池モデル式より導かれたモジュール出力−シャント抵抗特性より前記評価対象太陽電池モジュールのモジュール出力劣化量を検出するモジュール出力劣化検出部とを備えたことを特徴とする太陽電池劣化検出装置。
【請求項２】
前記モジュール出力劣化検出部が、異なる点検時期に前記評価対象太陽電池モジュールを計測して得られた異なる絶縁抵抗値に基づき、異なるシャント抵抗値を算出し、前記異なるシャント抵抗値とモジュール使用期間の実績の比較より、モジュール劣化の進展時期を予測することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池劣化検出装置。
【請求項３】
前記太陽電池モジュールの絶縁抵抗値の計測では、太陽電池モジュールの端子と太陽電池モジュールのフレーム間にテスト電圧を印加して、計測した絶縁抵抗値を入力していることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池劣化検出装置。
【請求項４】
樹脂劣化を施された複数の太陽電池モジュールをそれぞれ計測して、絶縁抵抗値を得る工程と、
前記各太陽電池モジュールのＩＶ特性に、太陽電池モデル式のパラメータフィッティング処理を行いシャント抵抗値を得る工程と、
前記絶縁抵抗値と前記シャント抵抗値の各組合せに基づいて、シャント抵抗−絶縁抵抗座標平面上の回帰直線の傾きをシャント抵抗と絶縁抵抗の間の比例定数として算出して登録する工程と、
評価対象の太陽電池モジュールの絶縁抵抗値を計測して、登録されている前記比例定数よりシャント抵抗値を算出し、太陽電池モデル式より導かれたモジュール出力−シャント抵抗特性より前記評価対象太陽電池モジュールのモジュール出力劣化量を検出する工程とを有することを特徴とする太陽電池劣化検出方法。
【請求項５】
前記モジュール出力劣化量を検出する工程が、更に、異なる点検時期に前記評価対象太陽電池モジュールを計測して得られた異なる絶縁抵抗値に基づき、異なるシャント抵抗値を算出し、前記異なるシャント抵抗値とモジュール使用期間の実績の比較より、モジュール劣化の進展時期を予測することを特徴とする請求項４に記載の太陽電池劣化検出方法。
【請求項６】
前記太陽電池モジュールの絶縁抵抗値を計測する工程では、太陽電池モジュールの端子と太陽電池モジュールのフレーム間にテスト電圧を印加して、計測した絶縁抵抗値を入力していることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池劣化検出方法。
【請求項７】
前記評価対象の太陽電池モジュールの絶縁抵抗値を計測する工程では、太陽電池モジュールを太陽光発電所から取り外し、測定室内に運搬して、ＰＩＤを起こしていないことを確かめた後、ＰＩＤを起こしていない太陽電池モジュールに対して絶縁抵抗値を計測することを特徴とする請求項６に記載の太陽電池劣化検出方法。
【請求項８】
前記評価対象の太陽電池モジュールの絶縁抵抗値を計測する工程では、太陽光発電所内で太陽電池モジュールを設置したまま隣接モジュールからの接続を切り離し、太陽電池モジュールの受光面側を遮光して、絶縁抵抗値を計測することを特徴とする請求項６に記載の太陽電池劣化検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池劣化検出装置および太陽電池劣化検出方法に係り、特に太陽光発電に用いられる太陽電池モジュールの検査技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電サイトは太陽電池モジュールや架台、配線、パワーコンディショナー、トランスなど多くのコンポーネントから成る。その中でも太陽電池モジュールは日射や風雨に晒され、過酷な環境に置かれるため、長期的な信頼性の確保が重要なコンポーネントの一つである。従って、太陽光発電サイトの劣化状態を正しく把握するには太陽電池モジュールの劣化状態を正しく把握する技術が重要となる。
【０００３】
太陽電池モジュールの劣化や故障はガラス割れからジャンクションボックスと言われるセル直列回路から外部へ電気を取り出す為の配線取り出し部の故障まで多岐にわたる。見た目や電気出力に大きな変化を伴うような異常は容易に検出できるが、ゆっくりと進行する様な異常は検出が難しい。
【０００４】
太陽電池モジュールのゆっくり進行する様な異常は、温度変化と熱膨張係数の差によりモジュールの構成材料間に生ずる歪が長期間にわたり繰り返し印加されることにより生じ、太陽電池モジュールの劣化として広く知られている。太陽電池モジュールの異常検知に関して、例えば、特許文献１には、複数の太陽電池モジュールを直列に接続する太陽電池ストリングとアース間の絶縁抵抗、または対地電圧を定期的に測定して、地絡検出を行うシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−３９７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
太陽電池モジュールの構成要素の劣化として、例えば太陽電池の樹脂封止材の経年劣化がある。樹脂は、その劣化がゆっくりと進行するため早期の劣化検出が難しいが、もし、その劣化を早期に検出ができれば、その後に起こるかもしれない急激な出力低下等の異常を防止することが期待できる。そこで、樹脂劣化の検査などにより急激な出力低下を未然に防ぐことが望まれる。なお、特許文献１には太陽電池モジュールの劣化の検出については言及されていない。
【０００７】
そこで本発明の目的は、太陽電池の急激な異常が生じる前に劣化による異常を検出することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の太陽電池劣化検出装置の好ましい例では、樹脂劣化を施された複数の太陽電池モジュールを計測、および太陽電池モデル式のパラメータフィッティングにより得られた絶縁抵抗値とシャント抵抗値に基づいて、シャント抵抗−絶縁抵抗座標平面上の回帰直線の傾きをシャント抵抗と絶縁抵抗の間の比例定数として算出して登録する比例定数算出部と、評価対象の太陽電池モジュールを計測して得られた絶縁抵抗値と、登録されている前記比例定数よりシャント抵抗値を算出し、太陽電池モデル式より導かれたモジュール出力−シャント抵抗特性より前記評価対象太陽電池モジュールのモジュール出力劣化量を検出するモジュール出力劣化検出部とを備えて構成する。
【０００９】
また、本発明の太陽電池劣化検出方法の好ましい例では、樹脂劣化を施された複数の太陽電池モジュールをそれぞれ計測して、絶縁抵抗値を得る工程と、前記各太陽電池モジュールのＩＶ特性に、太陽電池モデル式のパラメータフィッティング処理を行いシャント抵抗値を得る工程と、前記絶縁抵抗値と前記シャント抵抗値の各組合せに基づいて、シャント抵抗−絶縁抵抗座標平面上の回帰直線の傾きをシャント抵抗と絶縁抵抗の間の比例定数として算出して登録する工程と、評価対象の太陽電池モジュールの絶縁抵抗値を計測して、登録されている前記比例定数よりシャント抵抗値を算出し、太陽電池モデル式より導かれたモジュール出力−シャント抵抗特性より前記評価対象太陽電池モジュールのモジュール出力劣化量を検出する工程とを有して構成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により太陽電池の急激な出力劣化が起きる前にその時期を予測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】太陽電池劣化検出装置の構成を示す図である。
【図２】太陽電池モジュールの外観を太陽光が入射する方向から模式的に表わした図である。
【図３】太陽電池モジュールを、図２のＡの方向の断面から見た断面概略図である。
【図４】太陽電池モジュールを、図２のＢの方向の断面から見た断面概略図である。
【図５】太陽電池モジュールのセル付近断面図の概略図である。
【図６】太陽電池モジュールの等価回路図である。
【図７】太陽電池モジュールの電圧‐電流、及び電圧‐出力特性の例を示す図である。
【図８】直列抵抗値をパラメータとした太陽電池モジュールの電圧−出力特性変化及びモジュール出力の直列抵抗依存性の例を示す図である。
【図９】シャント抵抗値をパラメータとした太陽電池モジュールの（Ａ）電圧−出力特性変化及び（Ｂ）モジュール出力のシャント抵抗依存性の例を示す図である。
【図１０】シャント抵抗値をパラメータとした太陽電池モジュールの電圧−電流特性変化の例を示す図である。
【図１１】図１０の電圧０Ｖ〜３０Ｖの部分の拡大図である。
【図１２】恒温恒湿試験を行った太陽電池モジュールのシャント抵抗値と絶縁抵抗値を図面にプロットして直線近似を行い、直線を絶縁抵抗値が５０ＧΩの領域まで延長した図である。
【図１３】太陽光発電所の概略図である。
【図１４】図１３の太陽光発電所の概略図の中の太陽電池パネルを含む部分の図である。
【図１５】広範囲のシャント抵抗値に対するモジュール出力のシャント抵抗値依存性を示す図である。
【図１６】(シャント抵抗／絶縁抵抗)比例定数算出処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施例を説明する前に、本願の発明者らが、劣化検出のために、太陽電池モジュールのシャント抵抗Ｒｓｈに注視したことの経緯について説明する。
【００１３】
シリコン系太陽電池の太陽電池モジュール１０は、図２の平面模式図に示すようにシリコンのＰＮ接合を有するセル１１が平面的に配置され、それらがバスバーと言われる配線１２により直列接続された構造を持つ。図２のＡ及びＢの位置における断面模式図を夫々図３及び図４に示す。配線１２により接続されたセル１１は樹脂１５に埋め込まれ、強化ガラス１４と裏面シート１６に挟まれ端部をアルミ製のフレーム１３により保護された構造である。図５にはセル２１のＰＮ接合部２３とはんだ２２で接合された配線部分１２を拡大した模式図を示す。
【００１４】
図６には太陽電池モジュール１０の等価回路を示す。３１はセルが光を吸収して発生する電流の源に対応する電流源、３２はセルのＰＮ接合に相当するダイオード、３３は端子間のリーク電流の経路に相当するシャント抵抗Ｒｓｈ、３４はモジュール内の配線経路の抵抗に相当する直列抵抗Ｒｓである。
【００１５】
前記した様に、太陽電池モジュールの劣化や故障のうち、ゆっくりと進行する様な異常は検出が難しいため注意が必要である。こうした異常の多くはモジュール内部に原因を持ち、図６の等価回路に反映される。例えば樹脂（図３、図４の１５）の劣化に伴う着色は光の透過率が低下するため電流源から流れ出る電流の減少として表わされる。直列抵抗Ｒｓの増加は配線抵抗劣化を表し、日々の温度の上下の変動による部材伸縮に起因したはんだの剥がれが主要因である。
【００１６】
図８に太陽電池モジュールのモデルから計算した直列抵抗Ｒｓとモジュール出力の関係を示す。Ｒｓは劣化に伴い増加するが、劣化量と出力の変化が概ね線形関係にあり、劣化の初期の段階から出力への影響が大きい。このため、出力をモニタリングするタイプの監視装置で検出される劣化は、ガラス割れや後述するＰＩＤ（Potential Induced degradation）現象など、急激な出力低下をもたらす劣化を除けば、殆どの場合、この直列抵抗劣化を監視していることになる。
【００１７】
図９(Ａ)，(Ｂ)に太陽電池モジュールのモデルから計算したシャント抵抗Ｒｓｈとモジュール出力の関係を示す。図９(Ｂ)は、シャント抵抗Ｒｓｈ値が0〜30Ωの範囲しか関係曲線を示していないが、実際の新品の太陽電池モジュールのシャント抵抗Ｒｓｈは例えば10kΩ程度であり、新品の状態の際のモジュール出力＝100 (％)であり、その後使用中にシャント抵抗Ｒｓｈが劣化していって30Ωまで到達する間に、モジュール出力はほとんど変わらない経過部分を省いている。図９(Ａ)，(Ｂ)から分かる特徴はシャント抵抗の劣化が大分進まないと出力への影響が見えないこと、そしていったん出力が低下し始めると出力が急激に減少することである。
【００１８】
シャント抵抗の劣化で最も顕著なものはＰＩＤ現象である。ＰＩＤはガラス起因のイオンが電場（ポテンシャル）の影響を受けて移動しセル界面に蓄積することによりＰＮ接合のダイオード特性が劣化する現象であり、ＰＮ接合の劣化に起因している。短期間で大幅な出力低下が生じるため、検出は比較的容易である。
【００１９】
それに対して、実際の太陽光発電サイトではＰＩＤ現象以外のシャント抵抗Ｒｓｈ劣化は、殆ど報告されておらず注視されていない。しかし、Ｒｓｈ劣化は上述したように劣化が進むとある段階で急激な出力低下をもたらすことから、本来は注意を払うべき劣化である。特にシャント抵抗Ｒｓｈ劣化のもう一つの起源である樹脂は、その劣化がゆっくりと進行するため早期の劣化検出が難しい課題があるが、もし、早期の劣化検出ができれば大幅な出力低下の前にメンテナンスを行い出力低下を避けることが出来る。
【００２０】
太陽電池モジュールのシャント抵抗Ｒｓｈの劣化に注視することが重要であるが、太陽電池モジュールの劣化が初期から中期にかけては図９(Ａ)， (Ｂ)に示す通り、シャント抵抗Ｒｓｈに対する出力の依存性は非常に小さいので、検査によってシャント抵抗Ｒｓｈを測定しようとすると、誤差が大きくなり正しい値を求めることは極めて難しい。
【００２１】
そこで、本実施例では樹脂劣化した太陽電池モジュールの絶縁抵抗からシャント抵抗を求める方法を提案する。  
まず、太陽電池モジュールの絶縁抵抗と樹脂起因のシャント抵抗が比例関係にあることを説明する。
【００２２】
太陽電池モジュール１０のＰ端子１７若しくはＮ端子１８と、太陽電池モジュール１０のフレーム１３(太陽電池のグランドは、通常フレームをグランドに落とすことが必ずやられる)間の絶縁抵抗Ｒ絶縁抵抗は、樹脂１５の抵抗率をρ樹脂、端子とフレーム間の電流経路の仮想的な断面積と長さを夫々Ｓ、Ｌとすれば、数１の様に表わせる。
【００２３】
【数１】
2018157726.tif 000003
【００２４】
一方、同じ太陽電池モジュール１０の樹脂１５に起因したシャント抵抗をＲｓｈ＿樹脂、このＲｓｈ＿樹脂を流れる電流経路の仮想的な断面積と長さを夫々Ｓ’、Ｌ’とすると、Ｒｓｈ＿樹脂は数２で表わせる。
【００２５】
【数２】
2018157726.tif 000004
【００２６】
両式(数１、数２)の抵抗率（ρ樹脂）は同じモジュールの同じ部材であるため、共通である。樹脂１５の劣化により抵抗率がρ樹脂からρ’樹脂に変化したとする。
すると、Ｒ絶縁抵抗とＲｓｈ＿樹脂の値が変化する。変化後の値を夫々Ｒ’絶縁抵抗、Ｒｓｈ’＿絶縁抵抗と表わすと、これらは数３、４で表わすことが出来る。
【００２７】
【数３】
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【００２８】
【数４】
2018157726.tif 000006
【００２９】
数１と数３、及び数２と数４から数５が導かれる。
【００３０】
【数５】
2018157726.tif 000007
【００３１】
この式(数５)の右側の等号で結ばれる関係から数６が得られる。
【００３２】
【数６】
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【００３３】
この式(数６)から分かることは、ある時点での絶縁抵抗とシャント抵抗の比が分かれば、異なる樹脂劣化状態における絶縁抵抗からシャント抵抗が求められる、ということである。（この比を数６最右辺ではＣの文字で表わしている。）つまり、絶縁抵抗とシャント抵抗は比例係数をＣとする比例関係にある。
【００３４】
次に、比例係数Ｃの求め方を説明する。Ｃを求めるには、太陽電池モジュールの絶縁抵抗と樹脂起因のシャント抵抗が分かれば良い。劣化していない新品の太陽電池モジュールを用いると、前述したようにシャント抵抗が大きすぎ正しい値を求めることが難しい。そこで、本実施例ではシャント抵抗がある程度小さい値となるまで劣化させた太陽電池モジュールを準備して用いた。シャント抵抗を小さくするために太陽電池モジュールを温度８５℃・湿度８５％ＲＨの状態に長時間放置する加速試験である、所謂恒温恒湿試験を行った。本実施例では、例えば９０セル型産業用多結晶シリコン太陽電池モジュールを９枚用い、モジュール毎に試験時間を変え、４５００〜５５００時間の試験時間とした。この試験により各モジュールのシャント抵抗は１０Ω〜数１０Ωまで低下した。これらのモジュールを、ＩＥＣ（International Electrotechnical Commission）が作成した測定規格であるＳＴＣ（Standard Test Condition，２５℃・日射強度(1kW/m2)の条件）下で計測して求めた電圧−電流特性を太陽電池モジュールのモデル式でフィッティングすることによりシャント抵抗の値を求めた。尚、これらの試験を実施した太陽電池モジュールは新品を用い、実験中、電気特性を求める場合を除いて電圧を印加していない。このため、ＰＩＤが発生する恐れはなく、シャント抵抗の劣化もＰＮ接合に起因した劣化は発生しない。
【００３５】
恒温恒湿試験を行った９枚の太陽電池モジュールに対し、樹脂の絶縁抵抗を計測した。計測にはキーサイト社製絶縁抵抗計Ｕ１４６１Ａを用いた。太陽電池モジュールの端子がマルチコンタクト社のＭＣ４型コネクタであるため、一方がＭＣ４型コネクタ、もう一方が配線むき出しの太陽電池用ケーブルを１対準備し、モジュールのＰ端子及びＮ端子に接続する。絶縁抵抗計の＋端子（Ω端子）をモジュールのＰ端子に、−端子（ＣＯＭ端子）をモジュールのフレームに接続する。フレームは通常アルマイト処理されたアルミが用いられるため、ＧＮＤ接続用に設けられた地金のアルミが露出した接続部を用いるか、金属やすり等でアルマイトを剥離しアルミを露出させて接続する必要がある。モジュールのＮ端子側は他と接触させず解放状態とする。テスト電圧は太陽電池モジュールのシステム電圧に応じて選択する。本実施例では１０００Ｖを選択した。電圧を印加して６０秒以上経過した後、絶縁抵抗の計測値を読み取る。次に、計測器の＋端子をモジュールのＮ端子に接続し、同様にして絶縁抵抗を計測する。最後にモジュールのＰ端子、Ｎ端子を短絡した状態で計測器の＋端子と接続して絶縁抵抗を計測する。こうして一つの太陽電池モジュールに対して計測した３つの絶縁抵抗値の差が概ね１０％以内に納まっていることを確認した。
【００３６】
こうして得られた各モジュールに対するシャント抵抗の値と絶縁抵抗の値を図面にプロットすると、これらのデータは概ね直線で近似できることが分かった。この直線を絶縁抵抗値が５０ＧΩの領域まで延長したものが図１２である。この傾きが前記の比例定数のＣに相当する。本来、同一モジュールで樹脂の劣化が異なる状態に対して夫々絶縁抵抗とシャント抵抗を計測して比例定数Ｃを求めることがより望ましいが、モジュール構造と樹脂材料が同じであれば、上述したように異なるモジュールを用いて比例定数を求めてもモジュール毎のデバイスばらつきの影響は小さいと考えられる。これは絶縁抵抗やシャント抵抗が樹脂の劣化で概ね決定され、モジュール個体間の僅かな差がこれらの値に与える影響は軽微であるからである。
【００３７】
こうして求めた比例定数Ｃを用い、太陽電池モジュールの絶縁抵抗からシャント抵抗を見積もることが出来る。いったん比例定数Ｃが求められれば、同様なモジュール構造かつ同一材質の樹脂を用いたモジュールであれば、劣化の程度に依らず絶縁抵抗からシャント抵抗の値を見積もることが出来る。
【実施例１】
【００３８】
上記した検出方法の検証に基づき、太陽電池の樹脂封止材の劣化に起因する太陽電池モジュールのシャント抵抗の劣化を検出する太陽電池劣化検出装置の構成を図１に示す。
【００３９】
太陽電池劣化検出装置１００は、汎用の計算機上に構成することができて、そのハードウェア構成は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などにより構成される演算部１１０、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリなどを用いたＳＳＤ（Solid State Drive）などにより構成される記憶部１２０、キーボードやマウス等の入力デバイスより構成される入力部１３０、ＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示装置、各種出力装置などにより構成される出力部１４０、ＣＤ−ＲＯＭ、ＵＳＢメモリなどの可搬性を有する可搬型記憶媒体の情報を読み出すメディア読取部１５０、ＮＩＣ（Network Interface Card）などにより構成される通信部１６０、などを備える。  
通信部１６０は、ネットワーク１６５を介して外部の電圧計１７０、電流計１８０、および絶縁抵抗計１９０などと接続されている。  
ネットワーク１６５は、インターネット、有線あるいは無線ＬＡＮ(Local Area Network)などである。
【００４０】
記憶部１２０は、太陽電池劣化検出プログラム記憶領域１２１、太陽電池モデル記憶領域１２２、(シャント抵抗／絶縁抵抗)比例定数記憶領域１２３、モジュール出力−シャント抵抗特性記憶領域１２４、モジュールＩＶ特性記憶領域１２５、モジュール出力劣化検出結果記憶領域１２６、を有する。
【００４１】
演算部１１０は、記憶部１２０に記憶されている太陽電池劣化検出プログラム１２１をＲＡＭへロードしてＣＰＵで実行することにより以下の各機能部を実現する。演算部１１０は、太陽電池モデル入力部１１１、(シャント抵抗／絶縁抵抗)比例定数算出部１１２、パラメータフィッティング処理部１１３、モジュールＩＶ特性計測部１１４、モジュール出力劣化検出部１１５、モジュール出力−シャント抵抗特性算出部１１６を有する。
【００４２】
太陽電池モデル入力部１１１は、機種別の太陽電池モジュールの等価回路のモデル式、パラメータを定義して、固定パラメータ値、および太陽電池モジュールメーカーが提供するパラメータ値などを合わせて太陽電池モデル記憶領域１２２に記録する。
【００４３】
すなわち、図６に示す太陽電池モジュールの等価回路の端子電流Ｉ、端子間電圧Ｖは次式(数７、数８)で表わされる。
【００４４】
【数７】
2018157726.tif 000009
【００４５】
【数８】
2018157726.tif 000010
【００４６】
ここで、Ｉ：太陽電池モジュールに流れる電流、Ｖ：太陽電池モジュールの端子間電圧、Isc：太陽電池モジュールの短絡電流、ｐ：日射(1kW/m2を単位とした無次元量)、Rsh：太陽電池モジュールのシャント抵抗、Vj：ダイオードの接合電圧、Rs：太陽電池の直列抵抗、Is：ダイオードの逆方向飽和電流、e：素電荷量、n：ダイオードの理想定数、k：ボルツマン定数、T：ダイオード接合部の絶対温度。
【００４７】
これらのパラメータのうち、k：ボルツマン定数＝1.38×10-23J/K、およびe：素電荷量＝1.592×10-12C は固定パラメータであり、Isc：太陽電池モジュールの短絡電流は、太陽電池モジュールメーカーが製品納入と共にその値を提供する。
【００４８】
モジュールＩＶ特性計測部１１４は、前記した恒温恒湿試験を行った太陽電池モジュールを、ＳＴＣ（２５℃・日射強度(1kW/m2)の条件）下でＩＶ特性を計測する。
図７が典型的な太陽電池モジュール１０の電流−電圧特性で、破線４２で表わされる曲線が電流−電圧特性、実線４１で表わされる上に凸の曲線が電力−電圧特性である。電流−電圧特性の電流がゼロとなる電圧が開放電圧（Voc）、電圧がゼロの電流値を短絡電流（Isc）、最大電力となる電圧を最大電力点電圧（Vpm）、対応する電流を最大電力点電流（Ipm）という。
【００４９】
例えばバイアス電源法により、バイアス用電源の電圧が負の値を示す点から電流が負の値を示す点で掃引出来る太陽電池モジュール出力測定装置に太陽電池モジュールを接続して、バイアス電源を段階的に変化させ、電圧計１７０、および電流計１８０の測定値を記録し、補間してＩＶ特性曲線を描く。計測したＩＶ特性曲線はモジュールＩＶ特性記憶領域１２５に記憶する。
【００５０】
パラメータフィッティング処理部１１３は、対象とする太陽電池モジュールを計測して求めたＩＶ特性曲線のデータをモジュールＩＶ特性記憶領域１２５から読み出し、また対象とする太陽電池モジュールと同機種の太陽電池モデルのデータを太陽電池モデル記憶領域１２２から読み出す。
【００５１】
パラメータフィッティング処理部１１３は、計測により得られたＩＶ特性曲線データに太陽電池モデル式により曲線を再現するようにパラメータのフィッティング処理を行う。フィッティング処理方法は、例えば、特開２０１２−１６０４９８号公報に記載される方法による。
【００５２】
［技術文献］特開２０１２−１６０４９８号公報
数８のVjを数７へ代入して、パラメータVjを考慮しないこととして、未確定のパラメータは、Rsh、Rs、Is、nの４個である。これらのパラメータの暫定値Rsh0、Rs0、Is0、n0を以下のように定める。
ＩＶ特性曲線データより、Voc：開放電圧、Isc：短絡電流、Vpm：最大電力点電圧、Ipm：最大電力点電流を求める。
Rs0は、発熱によるモジュール内の損失が２％未満、つまりIpm×Rs2が定格の電力(Vpm×Ipm)の２％未満となるように、Rs0＝0.001Ωと設定する。
Rsh0は、数７、数８の「I」に「Ipm」、「V」に「Vpm」を代入して、Rsh0を設定する。
n0は、数７、数８の「I」に「0」を代入して変形することにより、n0を設定する。
Is0は、シリコン半導体の逆方向飽和電流の値として、1.68×10-5 [A]と設定する。
【００５３】
続いて、パラメータフィッティング処理部１１３は、各パラメータの電流値に対するばらつき感度の高い順に、フィッティング演算を行う。
パラメータnは、開放電圧への感度が高いことに着目して、nを可変にして太陽電池モジュールのモデル式より導いた式より算出されるVoc’とＩＶ特性曲線データより求めたVocを比較しながら、n0の値をずらしていき、合わせこみを行う。所定回数(例えば10000回)合わせこみを行い、その結果であるn0をnとする。
続いて、パラメータRs、Is、Rshの順に、動作電流、動作電圧への感度が高いことに着目し、ＩＶ特性曲線データから算出されるフィルファクタ：FF＝(Ipm・Vpm) / (Isc・Voc)と、太陽電池モジュールのモデル式によって計算されるIpm’を用いたフィルファクタ：FF’を比較しながら、各パラメータの値をずらしていき、合わせこみを行っていく。所定回数合わせこみを行った結果であるRs0、Is0、Rsh0をそれぞれRs、Is、Rshとする。
最後に確定したパラメータRsh：シャント抵抗の値が、パラメータフィッティング処理部１１３の出力となる。
【００５４】
(シャント抵抗／絶縁抵抗)比例定数算出部１１２は、太陽電池劣化検出装置１００のユーザーによって、恒温恒湿試験装置から所定の時間恒温恒湿試験を実施した太陽電池モジュールを取り出して、測定をする度に、起動される。図１６に(シャント抵抗／絶縁抵抗)比例定数算出処理のフローチャートを示す。
【００５５】
(シャント抵抗／絶縁抵抗)比例定数算出部１１２は、ステップＳ１０において、モジュールＩＶ特性計測部１１４を起動して、ユーザーが、ＳＴＣ（２５℃・日射強度(1kW/m2)の条件）環境下で測定対象の太陽電池モジュールのＩＶ特性を計測するデータを収集して、ＩＶ特性曲線データを作成して、モジュールＩＶ特性記憶領域１２５に記憶する。
なお、太陽電池モジュールのＩＶ特性を計測するデータを、電圧計１７０、電流計１８０から通信部１６０を介して収集する代わりに、計測データをユーザーが入力部１３０から入力する方式でも、または、可搬型記憶媒体に計測データを記録して、それをメディア読取部１５０から読み取る方式であってもよい。
【００５６】
また、(シャント抵抗／絶縁抵抗)比例定数算出部１１２は、ステップＳ１１において、ユーザーが対象とする太陽電池モジュールの樹脂の絶縁抵抗を計測する処理に同期して、絶縁抵抗計１９０から絶縁抵抗計測値を通信部１６０を介して収集し、太陽電池モデル記憶領域１２２に記録されている該当太陽電池モデルデータに加えて記憶する。
なお、絶縁抵抗計測値を通信部１６０を介して収集する代わりに、絶縁抵抗計測値をユーザーが入力部１３０から、またはメディア読取部１５０から入力する方式であってもよい。
【００５７】
(シャント抵抗／絶縁抵抗)比例定数算出部１１２は、続いてステップＳ１２において、パラメータフィッティング処理部１１３を起動して、対象とする太陽電池モジュールのＩＶ特性曲線のデータをモジュールＩＶ特性記憶領域１２５から読み出して、太陽電池モデル式のパラメータのフィッティング処理を行う。パラメータフィッティング処理の結果である対象太陽電池モジュールのシャント抵抗パラメータRshを太陽電池モデル記憶領域１２２に記録されている該当太陽電池モデルデータに加えて記憶する。
【００５８】
(シャント抵抗／絶縁抵抗)比例定数算出部１１２は、ステップＳ１３において、ユーザーが恒温恒湿試験後の太陽電池モジュールの計測をその他に用意している場合には、ステップＳ１０へ移行して、引き続きＳ１０からＳ１２の処理を繰り返す。その他の太陽電池モジュールが無ければステップＳ１４へ移行する。
【００５９】
恒温恒湿試験を行って樹脂を劣化させた太陽電池モジュールのサンプルを作成する処理は、シャント抵抗の値を正しく求め易くするためである。恒温恒湿試験による太陽電池モジュールの出力が少なくとも初期値の95%程度を下回るまで、できれば90%程度になるまで太陽電池モジュールのサンプルの作成を継続して行う。
【００６０】
ステップＳ１４において、ユーザーが予定していた所定サンプル数の恒温恒湿試験後の太陽電池モジュールの計測が終了したと判断する場合には、ユーザーの指示を受けて、(シャント抵抗／絶縁抵抗)比例定数算出部１１２は、ステップＳ１５へ移行して、(シャント抵抗／絶縁抵抗)比例定数の算出処理を実行する。所定サンプル数に達していない場合には、処理を終了する。
【００６１】
(シャント抵抗／絶縁抵抗)比例定数算出部１１２は、ステップＳ１５において、太陽電池モデル記憶領域１２２に記憶されている所定数の恒温恒湿試験後の太陽電池モジュールのシャント抵抗値Rshと、絶縁抵抗値の組合せデータを読み出す。
読み出した所定数のシャント抵抗値Rshと、絶縁抵抗値の組合せデータを、シャント抵抗−絶縁抵抗座標平面上にプロットして、グラフ化する。
【００６２】
ステップＳ１６において、図１２に示すようにシャント抵抗−絶縁抵抗グラフの回帰直線を算出して、直線の傾きをシャント抵抗と絶縁抵抗の間の比例定数Ｃとする。
算出した比例定数Ｃを、(シャント抵抗／絶縁抵抗)比例定数記憶領域１２３に、太陽電池モジュールの機種別に記憶して、処理を終了する。
【００６３】
モジュール出力−シャント抵抗特性算出部１１６は、太陽電池モデル入力部１１１が新しい機種の太陽電池モジュールの太陽電池モデルが太陽電池モデル記憶領域１２２に記録されたら、随時起動されて、太陽電池モデルからシャント抵抗に対するモジュール出力の依存性のグラフ曲線を図１５に示すように作成して、モジュール出力−シャント抵抗特性記憶領域１２４に太陽電池モジュールの機種別に記憶する。
【実施例２】
【００６４】
太陽電池劣化検出装置１００のモジュール出力劣化検出部１１５の機能を実施例２において説明する。
実施例２では、太陽光発電所で発電に使用しているモジュールの劣化状態、特に樹脂に起因した劣化状態を検査する方法の一例について述べる。
【００６５】
図１３に太陽光発電所の概略図を、その中の太陽電池パネルを含む部分を図１４に示す。太陽電池モジュール５１が典型的には１４〜２０枚程度直列に接続されたストリング（図中５２）と言われる回路を形成し、更にストリングが複数並列に接続されてアレイ（５３）を構成する。ストリング同士の接続は接続箱（図中５４）内で行われる。接続箱内には通常各ストリング毎に断路器と言われるスイッチが設置され、更にストリング同士が接続された回路にはＭＣＣＢ(Molded Case Circuit Breaker：配線用遮断器)が接続される。接続箱内でまとめられたアレイ単位の配線はパワーコンディショナ（図中５５、ＰＣＳと略記）に接続され、インバーターにより直流交流変換が行われ、電力系統に接続される。回路構成によっては接続箱とＰＣＳの間に集電箱が設置されスイッチが設置されたり、ＰＣＳと系統の間に絶縁トランスが設置されることがある。
【００６６】
まず、計測対象のモジュールを取外し回収する。その際、安全のため事前に電気回路の切り離しを行う。まず、ＰＣＳをＯＦＦにし、取外し対象のモジュールが接続されている接続箱内のＭＣＣＢをＯＦＦにする。更に、接続箱内の取外し対象モジュールが接続されているストリングの断路器をＯＦＦにする。この状態で対象モジュールの切り離しを行うが、モジュール自体は発電しており端子間には電圧が発生しているので切り離し時の接触には注意を払う必要がある。モジュール裏面のコネクタを隣接するモジュールから切離し、その後、架台に固定しているネジを取りモジュールを取り外す。取り外したモジュールを実験室内に運搬し、実施例１に示す方法でモジュールの絶縁抵抗を計測する。屋外に設置されていたモジュールには埃や油膜などによる汚れが付着しているので、事前に除去することが望ましい。その際に水を使用した場合には、モジュールが完全に乾燥し水滴が残っていない状態で計測を行うことが重要である。また、モジュールがＰＩＤを起こしていないかを確認することも必要である。ＰＩＤが進展していればＰＣＳの出力で判別できるが、モジュールのエレクトロルミネッセンス像を撮影することによっても判定できる。ＰＩＤが発生している場合は、ＰＮ接合に起因したシャント抵抗劣化を切り分ける必要があり、本実施例で開示する方法だけでは対応することが出来ない。
【００６７】
太陽電池劣化検出装置１００のユーザーにより、絶縁抵抗の計測に先立ち、モジュール出力劣化検出部１１５が起動される。
モジュール出力劣化検出部１１５は、計測対象の太陽電池モジュールの絶縁抵抗を、絶縁抵抗計１９０の出力を通信部１６０を介して、またはユーザーによる入力部１３０からの絶縁抵抗値の入力を受付ける。計測した絶縁抵抗値を用い、図１２に示すシャント抵抗/絶縁抵抗の比例定数を記憶部１２０から読み出し、シャント抵抗の値を推定する。
【００６８】
モジュール出力劣化検出部１１５は、モジュール出力−シャント抵抗特性記憶領域１２４から図１５に示すようにシャント抵抗に対するモジュール出力の関係データを読み出し、計測対象の太陽電池モジュールのシャント抵抗値より、現状の太陽電池モジュールの出力劣化がどの程度の段階にあるかの指標として、モジュール出力(％)を算出して出力する。
【００６９】
例えば、図１５に示すようにシャント抵抗値がA点の値を経過して小さくなるとモジュール出力の劣化の程度が急速に高くなるA点を閾値と定義して、モジュール出力−シャント抵抗特性データに保持しておく。モジュール出力劣化検出部１１５による、太陽電池モジュールの計測が、定期点検において、複数回実施されて、前回計測した際のシャント抵抗値がB点であり、今回計測した際のシャント抵抗値がC点であるならば、B点、C点まで樹脂の劣化が進行した太陽電池モジュールの使用期間の実績から比較演算して、閾値A点を経過する時期を予測することができる。
【００７０】
従って、モジュール出力劣化検出部１１５は、計測対象の太陽電池モジュールの現状の出力劣化の指標であるモジュール出力(％)、および過去の計測値も参照して今後の劣化の進展度合いを評価した予測値を出力する。評価結果は、モジュール出力劣化検出結果記憶領域１２６に記録する。
【００７１】
本実施例の方法に従えば、モジュールの樹脂劣化をシャント抵抗を介してモジュール出力の低下と結び付けられるため、樹脂劣化の程度を太陽電池の特性であるモジュール出力の観点で把握することが出来る。
【００７２】
それに対して、単純にモジュールの電圧−電流特性を計測しフィッティングによりシャント抵抗を求める方法は、モジュール出力のシャント抵抗依存性が小さい領域ではフィッティングの任意性が高く、確度の高いシャント抵抗の値を得ることが難しい。更に、モジュール出力のシャント抵抗依存性が小さい領域が広く、シャント抵抗の劣化が大分進んだ段階でなければこの方法でシャント抵抗を確度高く求めることは出来ない。また、絶縁抵抗の計測だけから太陽電池の劣化状態を把握しようとしても、その値から太陽電池モジュールがどの程度深刻な状態であるかを判定する術がない。太陽電池モジュールの劣化状態をその出力の視点から捉え、出力との関係が明らかになっているシャント抵抗を、任意性を排除し劣化の小さい段階から求めることが出来るのが本実施例で開示した方法の特徴である。
【実施例３】
【００７３】
実施例３では、太陽光発電所で発電に使用しているモジュールの劣化状態、特に樹脂に起因した劣化状態を検査する異なる方法について述べる。具体的には太陽光発電サイトにモジュールを設置したままの状態で検査する方法について述べる。
【００７４】
実施例２に述べた方法により、測定対象のモジュールを含むストリングの電気回路の切り離しを行う。更に同様に測定対象モジュール裏面のコネクタを隣接モジュールから切離し、端子を開放する。その際、事前に測定対象モジュールの受光面側を遮光しておく。その後、実施例１に開示した手順に準じて計測器を端子に接続し、絶縁抵抗を計測する。通常、発電サイトではモジュールのフレームを設置する配線が設けられているので、計測器の−端子はこの配線の接続部で金属が露出している部分を利用して接続するのが良い。また、モジュールには通常複数の取付けネジ穴や接地用配線接続部が準備されているので、これらを用いて−端子を接続しても良い。その場合は前述したようにアルマイトの影響が無いことを確認する。その後、実施例１に記載した方法でモジュールの絶縁抵抗を計測する。絶縁抵抗は温度や湿度に大きな影響を受けるので、計測時の測定条件を記録し、計測値を補正すると良い。上記の方法ではモジュール受光面を遮光して計測したが、遮光せずに計測する場合は事前に端子間の開放電圧を計測し、その影響を排除するよう絶縁抵抗の計算時に補正を行う。
【００７５】
実施例３では、太陽電池劣化検出装置１００は例えばノートパソコンに実装され、太陽光発電サイトへ携帯されて、現場の計測器に接続される。モジュール出力劣化検出部１１５は、実施例２と同様に起動され、計測時の測定条件によって計測値を補正する処理が必要となるが、実施例２と同様に計測対象の太陽電池モジュールの現状の出力劣化の指標であるモジュール出力(％)、および過去の計測値も参照して今後の劣化の進展度合いを評価した予測値を出力する。
【符号の説明】
【００７６】
１０…太陽電池モジュール
１１…セル
１２…セル間を接続する配線
１３…太陽電池モジュールのフレーム
１４…太陽電池モジュールのガラス
１５…太陽電池モジュールの樹脂
１６…太陽電池モジュールの裏面カバー
１７…Ｐ端子
１８…Ｎ端子
２１…太陽電池セル
２２…はんだ
２３…ＰＮ接合部
３１…太陽電池モジュール等価回路の電流源
３２…太陽電池モジュール等価回路のダイオード
３３…太陽電池モジュール等価回路のシャント抵抗
３４…太陽電池モジュール等価回路の直列抵抗
４１…電力−電圧特性
４２…電流−電圧特性
５１…太陽電池モジュール
５２…太陽電池モジュールが直列接続されたストリング
５３…太陽電池モジュールが直並列されたアレイ
５４…接続箱
５５…パワーコンディショナー
１００…太陽電池劣化検出装置
１１０…演算部
１１１…太陽電池モデル入力部
１１２…(シャント抵抗／絶縁抵抗)比例定数算出部
１１３…パラメータフィッティング処理部
１１４…モジュールＩＶ特性計測部
１１５…モジュール出力劣化検出部
１１６…モジュール出力−シャント抵抗特性算出部
１２０…記憶部
１２１…太陽電池劣化検出プログラム記憶領域
１２２…太陽電池モデル記憶領域
１２３…(シャント抵抗／絶縁抵抗)比例定数記憶領域
１２４…モジュール出力−シャント抵抗特性記憶領域
１２５…モジュールＩＶ特性記憶領域
１２６…モジュール出力劣化検出結果記憶領域
１３０…入力部
１４０…出力部
１５０…メディア読取部
１６０…通信部
１６５…ネットワーク
１７０…電圧計
１８０…電流計
１９０…絶縁抵抗計
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2018157726.tif 000022
【図１３】
2018157726.tif 000023
【図１４】
2018157726.tif 000024
【図１５】
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【図１６】
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