(57)【要約】【課題】過去のデータを用いることなく、太陽電池モジュールのシャント抵抗Ｒｓｈの劣化を検出し、原因切り分けを可能とする。【解決手段】太陽電池モジュールを遮光状態として、入力する交流信号の周波数を連続的に変化させて太陽電池モジュールのインピーダンス及び位相角の周波数スペクトルを取得し（Ｓ０１）、取得した太陽電池モジュールのインピーダンス及び位相角の周波数スペクトルから、遮光状態における太陽電池モジュールの等価回路を構成する静電容量の周波数スペクトルを算出し（Ｓ０２）、太陽電池モジュールの静電容量の周波数スペクトルにおいて、カットオフ周波数よりも低周波側の静電容量値とカットオフ周波数よりも高周波側の静電容量値とを比較する（Ｓ０８）ことにより太陽電池モジュールの診断を行う。【選択図】図１５
2019221083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池モジュールを遮光状態として、入力する交流信号の周波数を連続的に変化させて前記太陽電池モジュールのインピーダンス及び位相角の周波数スペクトルを取得し、
取得した前記太陽電池モジュールのインピーダンス及び位相角の周波数スペクトルから、遮光状態における太陽電池モジュールの等価回路を構成する静電容量の周波数スペクトルを算出し、
前記太陽電池モジュールの静電容量の周波数スペクトルにおいて、カットオフ周波数よりも低周波側の静電容量値と前記カットオフ周波数よりも高周波側の静電容量値とを比較することにより前記太陽電池モジュールの診断を行う太陽電池モジュールの診断方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記カットオフ周波数は、前記太陽電池モジュールの位相角が−４５°となる周波数である太陽電池モジュールの診断方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記高周波側の静電容量値を与える周波数は１００ｋＨｚ以下の周波数である太陽電池モジュールの診断方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記太陽電池モジュールの位相角の周波数スペクトルが１００ｋＨｚ以下の周波数範囲において−９０°に所定のしきい値以上未達である場合または、前記カットオフ周波数が１００ｋＨｚ以下の周波数範囲に存在しない場合には、前記太陽電池モジュールは劣化していると判定する太陽電池モジュールの診断方法。
【請求項５】
請求項１において、
前記カットオフ周波数よりも高周波側の静電容量値として、あらかじめ所定値を仮定しておき、
前記カットオフ周波数よりも低周波側の静電容量値と前記所定値とを比較することにより前記太陽電池モジュールの診断を行う太陽電池モジュールの診断方法。
【請求項６】
太陽電池モジュールを遮光状態として、入力する交流信号の周波数ｆを連続的に変化させて前記太陽電池モジュールのインピーダンスＺ及び位相角θの周波数スペクトルを取得し、
取得した前記太陽電池モジュールのインピーダンスＺ及び位相角θの周波数スペクトルから、前記交流信号の周波数ｆが１００ｋＨｚ以下における遮光状態の太陽電池モジュールの等価回路を構成する静電容量Ｃｐの周波数スペクトルを算出し、
算出した前記太陽電池モジュールの静電容量Ｃｐの周波数スペクトルに基づき、前記太陽電池モジュールの診断を行い、
前記太陽電池モジュールの静電容量Ｃｐは、−ｓｉｎθ／２πｆ｜Ｚ｜として算出する太陽電池モジュールの診断方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記太陽電池モジュールの静電容量Ｃｐの周波数スペクトルにおいて、カットオフ周波数よりも低周波側の静電容量値と前記カットオフ周波数よりも高周波側の静電容量値とを比較することにより前記太陽電池モジュールの診断を行う太陽電池モジュールの診断方法。
【請求項８】
請求項６において、
前記太陽電池モジュールの静電容量Ｃｐの周波数スペクトルにおいて、カットオフ周波数よりも低周波側の静電容量値と所定の閾値とを比較することにより前記太陽電池モジュールの診断を行う太陽電池モジュールの診断方法。
【請求項９】
請求項７または請求項８において、
前記カットオフ周波数は、前記太陽電池モジュールの位相角が−４５°となる周波数である太陽電池モジュールの診断方法。
【請求項１０】
請求項９において、
前記太陽電池モジュールの位相角の周波数スペクトルが１００ｋＨｚ以下の周波数範囲において−９０°に所定のしきい値以上未達である場合または、前記カットオフ周波数が１００ｋＨｚ以下の周波数範囲に存在しない場合には、前記太陽電池モジュールは劣化していると判定する太陽電池モジュールの診断方法。
【請求項１１】
あらかじめ太陽電池モジュールのＰＮ接合の順方向抵抗の温度依存性情報を保持しており、
太陽電池モジュールを遮光状態として、所定の周波数を有する交流信号を入力して前記太陽電池モジュールのインピーダンスＺを取得し、
前記太陽電池モジュールのインピーダンスを取得したときの温度を計測し、
取得した前記太陽電池モジュールのインピーダンスＺを用いて、遮光状態における太陽電池モジュールの等価回路を構成する並列抵抗Ｒｐを算出し、
算出した前記太陽電池モジュールの並列抵抗値を前記温度依存性情報に基づき所定の温度における並列抵抗値に変換し、
前記所定の温度における前記太陽電池モジュールの並列抵抗値に基づき前記太陽電池モジュールの診断を行い、
前記所定の周波数は、前記所定の周波数を有する交流信号を入力したときの前記太陽電池モジュールの位相角が０とみなせる周波数である太陽電池モジュールの診断方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記太陽電池モジュールのインピーダンスの取得は４０℃以下の温度で行い、
前記所定の温度は、前記太陽電池モジュールのインピーダンスを取得したときの温度よりも低い温度とする太陽電池モジュールの診断方法。
【請求項１３】
請求項１１において、
前記並列抵抗Ｒｐは、｜Ｚ｜として算出する太陽電池モジュールの診断方法。
【請求項１４】
太陽電池モジュールの診断装置であって、
プロセッサと、
メモリと、
前記太陽電池モジュールを遮光状態として、入力する交流信号の周波数を連続的に変化させて取得した前記太陽電池モジュールのインピーダンス及び位相角の周波数スペクトルと、前記メモリに読み込まれ、前記プロセッサにより実行される太陽電池モジュール診断プログラムを格納する補助記憶とを有し、
前記太陽電池モジュール診断プログラムは劣化評価部を有し、
前記劣化評価部は、前記太陽電池モジュールのインピーダンス及び位相角の周波数スペクトルから算出される、遮光状態における太陽電池モジュールの等価回路を構成する静電容量の周波数スペクトルにおいて、カットオフ周波数よりも低周波側の静電容量値と前記カットオフ周波数よりも高周波側の静電容量値とを比較することにより前記太陽電池モジュールの診断を行う太陽電池モジュールの診断装置。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記カットオフ周波数は、前記太陽電池モジュールの位相角が−４５°となる周波数である太陽電池モジュールの診断装置。
【請求項１６】
請求項１４において、
前記診断装置には遮光状態とされた前記太陽電池モジュールが接続された計測機器が接続され、
前記太陽電池モジュール診断プログラムは、インピーダンス計測部を有し、
前記インピーダンス計測部は、前記計測機器に対して計測パラメータを設定し、前記計測機器が計測した前記太陽電池モジュールのインピーダンス及び位相角の周波数スペクトルを取得する太陽電池モジュールの診断装置。
【請求項１７】
請求項１４において、
前記劣化評価部は、前記カットオフ周波数よりも高周波側の静電容量値として、あらかじめ所定値を仮定しておき、前記カットオフ周波数よりも低周波側の静電容量値と前記所定値とを比較することにより前記太陽電池モジュールの診断を行う太陽電池モジュールの診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽光発電に用いられる太陽電池モジュールの診断方法及び診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電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部品から構成される。太陽光発電サイトは通常２０年以上の長期間にわたる設備使用が想定されるため、使用期間を通して安定した設備稼動状況を確保する必要がある。このため設備の適切な保全は重要であり、その中でも太陽電池モジュールは直射日光や風雨に晒される過酷な環境に置かれるため、長期的な信頼性の確保が最も重要な部品である。従って、発電サイトの設備保守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必要である。
【０００３】
シリコン系太陽電池モジュールは、ＰＮ接合を有するシリコンセルが平面的に配置され、それらがバスバーと言われる配線によって直列に接続された構造を持つ。配線により接続されたセルは樹脂に埋め込まれ、強化ガラスと裏面シートに挟まれ、端部をアルミ製のフレームにより保護されている。図１に太陽電池モジュールの等価回路を示す。１１はセルが光を吸収して電流を発生させる電流源、１２はセルのＰＮ接合に相当するダイオード、１３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、１４はモジュール内配線の直列抵抗Ｒｓである。
【０００４】
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いわれるセル直列回路から外部へ電気を取り出すため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異常は容易に検出できるが、ゆっくりと進行するような異常は検出が難しい。こうした異常の多くは太陽電池モジュール内部に原因を持ち、太陽電池モジュールの等価回路に反映される。例えばセルを封止する樹脂の劣化は、劣化に伴う樹脂の着色により光の透過率が低下することで、電流源１１からの電流の減少として現れる。また、部材の伸縮に起因するはんだ剥がれなどの配線劣化は直列抵抗Ｒｓの増加として現れる。シャント抵抗Ｒｓｈは太陽電池モジュールの端子間の漏れ電流経路に対応する素子で、その値はＰＮ接合内部や樹脂など複数の要因の影響を受ける。
【０００５】
直列抵抗Ｒｓは太陽電池モジュールの劣化に伴い増加するが、直列抵抗Ｒｓの増加量と太陽電池モジュール出力の低下量とは概ね線形関係にあり、劣化の初期段階から太陽電池モジュール出力への影響が大きい。これに対して、シャント抵抗Ｒｓｈは太陽電池モジュールの劣化により低下するが、シャント抵抗Ｒｓｈの劣化が大分進まないと太陽電池モジュール出力への影響が見えず、さらにはいったん太陽電池モジュール出力が低下し始めると急激に減少する特徴がある。シャント抵抗Ｒｓｈの劣化で最も顕著なものはＰＩＤ（Potential Induced Degradation）現象として知られている。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る。ＰＩＤは短期間で急激に劣化が進行し、出力も急激に低下するものであったため、検出も比較的容易であった。しかし、シャント抵抗Ｒｓｈの劣化をもたらすものはＰＩＤ現象のみとは限らないため、太陽光発電の保守においてシャント抵抗Ｒｓｈは継続的にモニタされる必要のあるパラメータである。
【０００６】
太陽電池モジュールの保守に用いられる検査方法としては、目視検査、ＩＶ（電流−電圧）特性検査、赤外線画像検査などが代表的といえる。この中でもＩＶ特性検査は比較的容易で、劣化の定量化も可能であるという利点がある。ＩＶ特性検査であれば目視検査や赤外線画像検査では困難な、直列抵抗Ｒｓやシャント抵抗Ｒｓｈそれぞれの劣化を切り分けることも可能である。直列抵抗Ｒｓの劣化とモジュール出力の減少は概ね比例関係にあるので、劣化の原因が直列抵抗Ｒｓにあると特定できれば、その後の出力低下の進行も概ね推測でき、対策の必要性の有無やその時期を見通すことができる。劣化の原因がシャント抵抗Ｒｓｈであれば、ＰＩＤ現象によるものであれば出力低下が急激に進行するおそれがあるため、重点的に経過監視を行うといった対応が取れる。
【０００７】
ただし、シャント抵抗Ｒｓｈの劣化の場合、その劣化原因にはＰＩＤ現象を引き起こすセルのＰＮ接合の他にも、セルを封止する樹脂など複数の要因が考えられる。このため、太陽電池モジュール保守の観点からは更にシャント抵抗Ｒｓｈの劣化原因を切り分けることが望ましい。セルのＰＮ接合の劣化であればその進行は比較的早く、対応を急ぐ必要があるのに対し、樹脂の劣化であれば光照射による経時変化が原因であるため、その進行は比較的緩やかであると予想でき、とるべき対策が異なるためである。しかし、ＩＶ特性検査では原因がＰＮ接合であろうと、樹脂であろうと等価回路上では同一の素子（シャント抵抗１３）で表されるため、原因切り分けを行うことは困難であった。
【０００８】
シャント抵抗Ｒｓｈの劣化原因切り分け方法には、ＥＬ（Electroluminescence）検査や絶縁抵抗測定、インピーダンス計測方法などが知られている。ＥＬ検査は太陽電池モジュールの端子間に電流を流すことにより生じるシリコンセル内でのバンド間遷移による発光をカメラでとらえる方法である。セルのＰＮ接合に劣化が生じると非発光遷移の増加によって発光輝度が低下するため、セルの劣化を可視化できる。しかし、セルを経由しない漏れ電流も発光輝度の低下原因となるため、定量的な劣化の把握は難しい。また、端子間に電流を流すために比較的容量の大きな電源を必要とするため、通常屋内での検査に用いられることが多く、実際の発電サイトでの検査は難しい。
【０００９】
絶縁抵抗測定は太陽電池モジュールの一方の端子、若しくは短絡した両端子とフレームとの間の絶縁抵抗を計測することで樹脂の絶縁性を検査する方法である。樹脂が劣化し、絶縁性が低下すると端子間の漏れ電流が多くなるため、セル以外の電流経路に起因するシャント抵抗Ｒｓｈの変化を把握することができる。しかし、絶縁抵抗の測定は温度や湿度、モジュール表面の汚れの状態などに大きく影響されるため、定量的な劣化の把握は難しい。
【００１０】
インピーダンス計測は太陽電池モジュール端子間に微小な交流信号を印加してインピーダンスの周波数特性を調べる方法である。特許文献１には太陽電池モジュールの両端子間及び端子とフレーム間のインピーダンス周波数特性を用いて太陽電池モジュールの診断を行う方法が開示されている。それによると、まずは端子間、若しくは端子−フレーム間のインピーダンスの周波数スペクトルを取得する。得られた周波数特性から測定対象の等価回路を構成する素子の値（等価回路定数）をフィッティングにより求める。フィッティングでは周波数スペクトル全体を最もよく再現するように等価回路定数が選定される。従って、計測した全周波数領域で等価回路の各素子の定数は一つの値を持つことになる。次に、それらの値を劣化していない状態において取得した等価回路定数にて規格化する。その規格化した値を予め設定した閾値と比較して劣化判定を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開２０１５／１６３３２９号
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】S. M. Sze & KWOK K. NG, “Physics of semiconductor devices (Third Edition)” John Wiley & Sons, Inc., Publication、米国、2006年4月10日、p.119
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
太陽電池モジュールの劣化は、その原因によっては、急激な出力低下をもたらす潜在的な危険が潜んでいる。このため、劣化を検出し、その原因を切り分けできる検査技術が必要である。ＩＶ特性検査は劣化を検出できるが、シャント抵抗Ｒｓｈが劣化していた場合の原因切り分けが出来ない。また、特許文献１に開示されるインピーダンス計測によればシャント抵抗Ｒｓｈの劣化原因を切り分けることができるものの、この過程で劣化していない状態における回路定数で規格化している。このため、劣化していない状態における回路定数の情報が必要であり、この値が不明の場合、劣化の診断が出来ないことになる。太陽光発電サイトの保守管理事業を中途から引き受けるような場合に、太陽電池モジュールの初期状態での情報が存在していないことは容易に生じうることである。
【００１４】
したがって、モジュールが劣化していない状態におけるデータなど過去のデータを用いることなく、太陽電池モジュールのシャント抵抗Ｒｓｈの劣化を検出し、原因切り分けを可能とする方法を開発する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一実施の形態である太陽電池モジュールの診断方法は、太陽電池モジュールを遮光状態として、入力する交流信号の周波数を連続的に変化させて太陽電池モジュールのインピーダンス及び位相角の周波数スペクトルを取得し、取得した太陽電池モジュールのインピーダンス及び位相角の周波数スペクトルから、遮光状態における太陽電池モジュールの等価回路を構成する静電容量の周波数スペクトルを算出し、太陽電池モジュールの静電容量の周波数スペクトルにおいて、カットオフ周波数よりも低周波側の静電容量値とカットオフ周波数よりも高周波側の静電容量値とを比較することにより太陽電池モジュールの診断を行う。
【発明の効果】
【００１６】
太陽電池モジュールを構成するセルの劣化を、劣化していない状態におけるデータなど過去のデータを用いずに検出できるようになる。
【００１７】
その他の課題と新規な特徴は、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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】太陽電池モジュールの等価回路図である。
【図２】太陽光発電システムの構成例である。
【図３】非発電状態における太陽電池モジュールの等価回路図である。
【図４】太陽電池モジュールのインピーダンス測定を行う測定回路例である。
【図５Ａ】インピーダンスＺの周波数スペクトルの計測例である。
【図５Ｂ】位相角θの周波数スペクトルの計測例である。
【図６】非発電状態の太陽電池等価回路のインピーダンス、位相角と回路定数の関係式である。
【図７】周波数領域を限定して簡略化した太陽電池モジュールの等価回路図である。
【図８Ａ】計測値から算出した並列抵抗の周波数スペクトルである。
【図８Ｂ】計測値から算出した静電容量の周波数スペクトルである。
【図９Ａ】インピーダンスＺの周波数スペクトルの計測例である。
【図９Ｂ】位相角θの周波数スペクトルの計測例である。
【図１０Ａ】計測値から算出した並列抵抗の周波数スペクトルである。
【図１０Ｂ】計測値から算出した静電容量の周波数スペクトルである。
【図１１】正常モジュールと劣化モジュールとにおける並列抵抗の温度依存性を示す図である。
【図１２】正常モジュールと劣化モジュールとにおけるＣ_high及びＣ_lowのバイアス電圧Ｖｄｃ依存性を示す図である。
【図１３】静電容量Ｃｐの周波数スペクトルの温度依存性を示す図である。
【図１４】太陽電池モジュール診断システムのハードウェア構成例である。
【図１５】太陽電池モジュールの劣化の有無を判定するフローチャートである。
【図１６】太陽電池モジュールの劣化の有無を判定するフローチャートである。
【図１７】理論的に求めたＰＮ接合の順方向抵抗ＲＦの温度依存性を示す図である。
【図１８】太陽電池モジュールの劣化の有無を判定するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１９】
本実施例ではインピーダンス計測によって太陽電池モジュールのセルの劣化を検出する。
【００２０】
図２に比較的大規模な太陽光発電システムの構成例を示す。２１で示す太陽電池モジュールを直列に接続した単位をストリング２２といい、接続箱２４内で複数のストリング２２が並列に接続される。ストリング２２を並列に接続した回路をアレイ２３と呼ぶ。複数のアレイ２３はさらに集電箱内で接続され、そこからパワーコンディショナー（ＰＣＳ）２５に入力される。ＰＣＳ２５は太陽電池から出力される直流電力を交流に変換し、系統２７に送り出す。ＰＣＳ２５は絶縁トランス２６を介して系統２７に接続される場合もある。
【００２１】
太陽電池モジュールの等価回路１０は図１に示した通りであり、太陽電池モジュール内のセルに太陽光が入射することにより電流が発生するが、これは等価回路上では日射強度に応じた電流を供給する理想定電流源１１から電流が供給されることで表される。供給された電流の一部はダイオード１２を経由し、残りが直列抵抗１４を経由してＰ端子１５から負荷へ供給される。負荷からへ供給された電流はＮ端子１６を通して電流源１１へと戻る。太陽電池モジュール内で生じる漏れ電流はシャント抵抗１３の経路を流れる。太陽電池モジュールのインピーダンス特性は、原理的には発電状態でも計測できるが、非発電状態での計測の方が計測回路や計測精度向上の面から容易である。
【００２２】
そこで、発電サイトの太陽電池モジュールのインピーダンス計測を行うにあたり、太陽電池モジュールの表面（太陽光が入射するガラス面側）を遮光した状態で計測を行う。遮光状態、即ち太陽電池モジュールが発電を行わない状態で交流信号をＰ・Ｎ端子間に印加する場合の太陽電池モジュールの等価回路３０を図３に示す。非発電状態であるため、電流源１１はなくなり、ＰＮ接合に対応するダイオード１２は静電容量Ｃｐ３１と並列抵抗Ｒｐ３２で表される。発電状態の等価回路におけるシャント抵抗Ｒｓｈは、ＰＮ接合を経由する電流に対する抵抗やセル内やセル周囲の樹脂を経由する漏れ電流の経路に対応する抵抗成分全てを表していたが、非発電状態の等価回路における並列抵抗Ｒｐ３２はＰＮ接合経路の電流に対する抵抗成分とセル起因の漏れ電流経路の抵抗成分を表す抵抗となる。ただし、ＰＮ接合経路とそれ以外の漏れ電流経路の抵抗は並列に接続された関係であるが、ＰＮ接合経路以外の漏れ電流経路の抵抗は、ＰＮ接合経路の抵抗に比べきわめて小さいため、並列抵抗ＲｐはほぼＰＮ接合経路の抵抗に対応する。このため、静電容量Ｃｐ３１と並列抵抗Ｒｐ３２とを併せた部分３３がＰＮ接合に対応する。配線に起因する素子は、直列抵抗Ｒｓ１４に、交流成分によってみえてくるインダクタンスＬｓ３４が新たに加わる。
【００２３】
太陽電池モジュールのインピーダンス特性の計測にあたり、ＰＣＳ停止、計測対象モジュールを含むストリング回路の断路など必要な安全対策を実施する。その後、段ボールを用いて測定対象のモジュールの受光面全体を覆うように被せる。これにより太陽電池は遮光状態に置かれることにより発電を停止する。遮光状態を作り出すために用いる方法はこれに限られない。段ボールに代えて遮光カーテンやブルーシートを多重に折りたたんで作った遮光シートやゴムで覆ってもよいし、夜間に計測してもよい。
【００２４】
しばらくその状態で放置してセル温度が安定するのを待った後、太陽電池モジュールのインピーダンスの周波数スペクトルを取得する。計測には、ＬＣＲメータ、インピーダンスアナライザといった計測機器が使用でき、特に太陽電池モジュールに入力する入力信号（交流信号）の周波数を連続的に変化させることができるものを使用する。図４に太陽電池モジュールのインピーダンスを測定する計測回路例を示す。計測回路の主要な構成要素として、正弦波発振器４１、電流−電圧変換器４２、ベクトル電圧比測定部４３とを有し、正弦波発振器４１からの発生される交流信号が太陽電池モジュール４０の一方の端子（Ｐ端子１５）から入力され、他方の端子（Ｎ端子１６）から出力される出力信号が電流−電圧変換器４２に入力される。正弦波発振器４１は、バイアス電源５１と、発振器５２と、バイアス電源５１からのＤＣバイアスＶｄｃと発振器５２からの発振信号とを合成して交流信号を出力する合成回路５３とを有する。電流−電圧変換器４２は、太陽電池モジュール４０から出力される出力信号（電流信号）を電圧に変換する基準抵抗５４と、太陽電池モジュール４０と基準抵抗５４との接続点Ｌの電位を基準電位に制御する制御アンプ５５とを有する。ベクトル電圧比測定部４３は、太陽電池モジュール４０のＰ・Ｎ端子間の交流電圧を測定する第１の電圧計５６と、基準抵抗５４の両端の交流電圧を測定する第２の電圧計５７と、第１の電圧計５６と第２の電圧計５７との比率を求める比率計５８とを有する。
【００２５】
図４に示した計測回路により、太陽電池モジュール４０のインピーダンスＺ、位相角θを測定する。インピーダンスＺは、第１の電圧計５６で計測される太陽電池モジュール４０の交流電圧の大きさと制御アンプ５５の制御量から求められる太陽電池モジュール４０の交流電流の大きさの比として算出される。また、位相角θは、比率計５８により、第１の電圧計５６により求められる太陽電池モジュール４０の交流電圧と第２の電圧計５７により求められる太陽電池モジュール４０の交流電流との位相差から算出される。
【００２６】
図４に示した計測回路を用いて、産業用に市販されている６０セルからなる多結晶シリコン製の太陽電池モジュールについて、測定電圧レベルを０．１Ｖ（入力信号（交流信号）の実効値）、ＤＣバイアスＶｄｃを０Ｖ、入力信号の周波数を１Ｈｚから１００ｋＨｚまで変化させて、インピーダンスＺと位相角θの周波数スペクトルを取得する。さらに、ＤＣバイアスＶｄｃの設定を０．１、０．５、１．０、１．５、２．０、２．５Ｖに変え、夫々の設定で周波数スペクトルを取得する。これは、太陽電池モジュールにはバイパスダイオードが具備されているため、ＰＮ端子に逆バイアスを印加すると比較的小さな電圧範囲でバイパスダイオードがオンしてしまい、所望の特性を取得できない。このため、入力する交流信号にＤＣバイアスＶｄｃを重畳し、交流信号の振幅を十分小さくしておくことにより、印加する電圧を全て正の値に留めバイアスダイオードがオンになるのを防止し、ＤＣ−ＩＶ特性の傾きも、太陽電池モジュールのダイオード特性が概ね一定と見なせる領域で計測するものである。測定された太陽電池モジュールのインピーダンスＺの周波数スペクトルを図５Ａに、位相角θの周波数スペクトルを図５Ｂに示す。
【００２７】
これらの結果から等価回路定数を求めるが、従来技術においては等価回路から求めたインピーダンスの表式を用いて、得られたスペクトルをフィッティングして求めていた。図６に非発電状態の太陽電池モジュールの等価回路のインピーダンス、位相角と回路定数の関係式を示す。具体的には、インピーダンスＺは複素数で表示され、Ｚの絶対値｜Ｚ｜と位相角θはそれぞれ、Ｚの実部（Ｒｅ（Ｚ））と虚部（Ｉｍ（Ｚ））を用いて（式１）で表される。また、Ｒｅ（Ｚ）とＩｍ（Ｚ）は、図３に示した等価回路３０の回路定数を用いると（式２）で表される。等価回路３０が、静電容量Ｃｐ、並列抵抗Ｒｐ、直列抵抗Ｒｓ、インダクタンスＬｓの４つの変数を含むのに対し、それを解くための方程式は（式１）に示されるインピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜と位相角θの表式との２つであるため、解析的には解くことができず、フィッティングで回路定数を求める必要があった。なお、インピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜という表記は、ここではインピーダンスの複素表現と関係して使用し、計測回路で計測されるインピーダンスＺの値である。
【００２８】
本実施例では、回路定数を求めるためにフィッティングを用いない。元々太陽電池モジュールにおいて直列抵抗Ｒｓは高々数ｍΩから数Ω程度であり、シャント抵抗Ｒｓｈもしくは並列抵抗Ｒｐの数ｋΩから数１０ｋΩに比べて無視できる大きさである。また、インダクタンスＬｓに関しても数μＨ程度の大きさである。この程度の大きさであれば、インピーダンスＺの周波数スペクトルにその影響が出てくるのは、シャント抵抗Ｒｓｈもしくは並列抵抗Ｒｐに比べて静電容量Ｃｐのインピーダンスが十分小さくなる高周波領域においてである。太陽電池モジュールの場合、その領域はおよそ１００ｋＨｚ以上の周波数領域となる。このことは周波数スペクトルを従来の方法でフィッティングしてみると、直列抵抗ＲｓやインダクタンスＬｓの値が影響するのが１００ｋＨｚ程度より高周波側であることや、後述する直列抵抗ＲｓとインダクタンスＬｓを無視した等価回路に対してインピーダンスＺの実部と虚部とを計算し、従来方法であるフィッティングで求めた実部と虚部と比較することで確認できる。
【００２９】
このため、図５Ａ，Ｂに示した周波数スペクトル計測では、入力信号の周波数を１００ｋＨｚまでに留めている。この周波数範囲であれば直列抵抗ＲｓとインダクタンスＬｓとを無視しても問題はない。これらを無視して簡略化した等価回路図を図７に示す。この等価回路７０に対するインピーダンスＺの実部と虚部は図６に示す（式３）で表される。この表式を（式１）に代入することによりインピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜と位相角θとを求めることができる。（式３）の特徴は、（式２）が４つの変数で表されていたのに対し、２つの変数（並列抵抗Ｒｐ、静電容量Ｃｐ）で表されるということである。２変数に対して、（式１）として示すインピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜と位相角θに対する２方程式が与えられているため、変数を解析的に求めることが可能になる。具体的には、（式３）を（式１）に代入して変数Ｒｐ、Ｃｐを求めたものが（式４）である。ここで、ω＝２πｆ（ｆは入力信号の周波数）である。（式４）に計測で得られたインピーダンスＺと位相角θを代入することにより、等価回路定数（Ｒｐ，Ｃｐ）を求めることができる。表式から分かる様にＲｐ、Ｃｐは周波数依存性を持つ。
【００３０】
等価回路から無視した直列抵抗Ｒｓ、インダクタンスＬｓは求められないが、フィッティングを用いずに等価回路定数を求めることができるのは大きな利点である。フィッティングで求める場合、フィッティング関数による実験値の再現性が不十分なケースや、ある周波数領域の関数値と実験値との一致度を上げると他の周波数領域での一致度が下がる、といったことが生じる。フィッティングの任意性を低減するため、実験データとフィッティング関数から得られる値の残差二乗和を最小にするなど一定の指針は存在するものの、手順としての統一性はともかく、結果として満足いくフィッティングを与えてくれることを保証しない。
【００３１】
また、周波数スペクトルを計測する周波数範囲が比較的低周波領域に限定されることにより、計測系が簡便に済むのも本実施例の計測方法の利点である。例えば、ＭＨｚオーダーまでの周波数範囲を計測するには装置も高価なものが必要で、一般に大型の装置となり、電気的な接続にも注意を払う必要がある。特に、屋外の発電サイトで計測する場合、ノイズの影響も大きくなり精度面でも不利となる。これに対して１００ｋＨｚ程度以下の周波数範囲であれば比較的簡便な装置で計測でき、接続やノイズが計測結果に与える影響も小さい。
【００３２】
図５Ａ，Ｂに示した周波数スペクトル計測から、（式４）に基づき算出した等価回路定数（Ｒｐ，Ｃｐ）を図８Ａ、図８Ｂに示す。図８Ａが並列抵抗Ｒｐの周波数スペクトル、図８Ｂが静電容量Ｃｐの周波数スペクトルである。
【００３３】
ここで、図６の（式４）の表式から、位相角θが０°近傍では、並列抵抗Ｒｐ〜｜Ｚ｜であり、インピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜の殆どを並列抵抗Ｒｐが担っており、静電容量Ｃｐには分母の｜Ｚ｜を通して並列抵抗Ｒｐの影響が繰り込まれることがわかる。一方、位相角θが−９０°近傍ではインピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜〜１／（ωＣｐ）の関係が成り立つ。したがって、θが−９０°近傍でのインピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜は静電容量Ｃｐが担っており、並列抵抗Ｒｐには分子の｜Ｚ｜を通して静電容量Ｃｐの影響が繰り込まれることがわかる。
【００３４】
図５Ｂに示した位相角θの測定結果より、位相角θが０°近傍となる周波数領域でのＲｐ値を図８Ａに「Ｒｐ_low」として、位相角θが−９０°近傍となる周波数領域でのＣｐ値を図８Ｂに「Ｃｐ_high」として表す。ここで、Ｒｐ_lowとＣｐ_highとは、等価回路のインピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜に対し、夫々の素子の寄与が大半を占めている。位相角θが０°近傍では、インピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜はもっぱらＲｐ_lowで決定されており、Ｃｐの寄与はほぼない。位相角θが−９０°近傍では、インピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜はもっぱらＣｐ_highで決定されており、Ｒｐの寄与はほぼない。すなわち、Ｒｐ_low及びＣｐ_highが従来、フィッティングで算出しようとしていた周波数に依存しない回路定数Ｒｐ，Ｃｐであると考えられる。このことは、Ｃｐ_highに関してはMott-Schottkyプロットによってモジュールを構成する直列接続されたセルの接合容量が求められることからも確認できる。
【００３５】
次に、同じ方法をセルが劣化したモジュールに適用する。セルが劣化したモジュールとして、ポテンシャル誘起劣化（ＰＩＤ）により出力が１５％程度劣化したモジュールをテストモジュールとして用いた。測定結果を図９Ａ、Ｂに示す。図９Ａが劣化した太陽電池モジュールのインピーダンスＺの周波数スペクトルであり、図９Ｂが劣化した太陽電池モジュールの位相角θの周波数スペクトルである。図９Ａ，Ｂに示した周波数スペクトル計測から、（式４）に基づき算出した等価回路定数（Ｒｐ，Ｃｐ）を図１０Ａ、図１０Ｂに示す。図１０Ａが並列抵抗Ｒｐの周波数スペクトル、図１０Ｂが静電容量Ｃｐの周波数スペクトルである。図８Ａと図１０Ａとを比較するとＲｐ_lowの値が大きく低下していることが分かるのに対して、図８Ｂと図１０Ｂとを比較するとＣｐ_highの値は殆ど変化していない。このことから、Ｒｐ_lowにより太陽電池モジュールの劣化が検出できるのではないかと期待される。しかしながら、図１１に示すように、並列抵抗Ｒｐは温度依存性が極めて大きく、モジュール温度が高いと正常モジュールと劣化モジュールとの間での並列抵抗Ｒｐの差が殆どなくなってしまう。屋外の直射日光が照射している環境であればセル温度が７０℃程度には上昇することは珍しくなく、単純にＲｐ_lowを比較することで劣化を検出することが困難である。しかも、Ｒｐ_lowの差は太陽電池モジュールの劣化の程度が小さくなればなるほど正常モジュールとの差が無くなるため、劣化検出が一層難しくなる。その一方で、Ｃｐ_highは正常モジュールと劣化モジュールとの差が小さいため、劣化検出に用いるには高い計測精度を求められ、困難である。
【００３６】
そこで、本実施例では低周波数側の静電容量（「Ｃｐ_low」と表す）に着目する。Ｃｐ_lowは図８Ｂや図１０Ｂに示す静電容量Ｃｐの周波数スペクトルの低周波数側で見られる静電容量値である。Ｃｐ_lowは、Ｃｐ_highに比べて大きな値を持ち、ある周波数範囲で概ね一定値を示す。また、Ｃｐ_highとは以下に説明するカットオフ周波数ｆｃによって区分けすることができる。
【００３７】
カットオフ周波数ｆｃは次のように定義する。図７に示す等価回路において、交流信号を端子に入力すると、信号周波数が低い場合、静電容量Ｃｐのインピーダンス（１／（ωＣｐ））が大きいため、信号は優先的に並列抵抗Ｒｐを通過する。一方、信号周波数が高い場合は逆に静電容量Ｃｐのインピーダンスが小さくなるため、信号は優先的に静電容量Ｃｐを通過する。その中間の周波数領域において静電容量Ｃｐのインピーダンス１／（ωＣｐ）と並列容量ＲｐのインピーダンスＲｐが等しくなる周波数が存在し、この周波数をカットオフ周波数ｆｃと定義する。図６の（式１）及び（式３）から容易にθ＝ｔａｎ-1（−ωＣｐＲｐ）が導け、カットオフ周波数ｆｃの条件Ｒｐ＝１／（ωＣｐ）を代入すると位相角θが−４５°となる周波数がカットオフ周波数ｆｃに対応することが分かる。
【００３８】
このカットオフ周波数ｆｃより低周波数側で静電容量が概ね一定となる静電容量Ｃｐの値をＣ_low、カットオフ周波数ｆｃより高周波数側で概ね一定となる静電容量の値をＣ_highと定義する。例えば、図５Ｂに示す位相角θの周波数スペクトルでは、−４５°の位相角になる周波数は数１０Ｈｚ程度である。それに対し、図８Ｂに示す静電容量Ｃｐの周波数スペクトルで数１０Ｈｚ付近はちょうど静電容量Ｃｐが変化している領域に対応し、高周波数側ではおおよそ１５０ｎＦ、低周波数側では２００ｎＦで概ね一定の値を示している。このため、この太陽電池モジュールのＣ_lowはおおよそ２００ｎＦ、Ｃ_highはおおよそ１５０ｎＦとなる。このように、カットオフ周波数ｆｃで区分けして求めたＣ_lowとＣ_highとを、正常モジュールと劣化モジュールについてバイアス電圧Ｖｄｃを変えて計測した結果を図１２に示す。劣化前後でのＣ_highの変化に比べ、Ｃ_lowの変化が大きいことが分かる。Ｃ_highはＣｐ_highにほぼ等しく、先に説明したようにＣｐ_highはセルの接合容量Ｃｐとみなしうる。セルの接合容量Ｃｐは、基本的には太陽電池モジュールのＰＮ接合のドーピングプロファイルで定まっている。このため、この値が大きく変化するためにはＰＮ接合のドーピングプロファイルが変化する必要があるが、このような変化には極めて高いエネルギーを必要とし、太陽電池としての使用で発生するようなエネルギーでこうした変化は生じない。これに対して、低周波数側においては位相角θ≒０であるため、図６の（式４）よりＣｐ〜１／｜Ｚ｜、｜Ｚ｜〜ＲｐであるからＣｐ〜１／Ｒｐであり、劣化によってＲｐが小さくなることによってＣｐは大きくなる関係にある。すなわち、太陽モジュールの劣化によってＲｐ_lowが大幅に小さくなることを反映して、Ｃｐ_lowは大きくなる。
【００３９】
図１１に示したように並列抵抗Ｒｐの温度依存性は非常に大きく、数１０度の温度変化でＲｐの大きさは桁で変わったため、発電サイトでの使用中にセルが到達する温度範囲においても正常モジュールと劣化モジュールの並列抵抗Ｒｐの大きさは殆ど同程度となってしまった。一方、静電容量Ｃｐは、図１３に示すように同じ温度範囲（Ｔ＝０〜８０℃）で殆ど変化しない。図６の（式４）よりＲｐ〜１／ωＣｐであり、温度変化に伴って並列抵抗Ｒｐが大きく変動しているにもかかわらず、静電容量Ｃｐがあまり変化しないのは、温度変化に伴ってω（＝２πｆ）、したがってカットオフ周波数ｆｃが並列抵抗Ｒｐの変化を打ち消すように変化するためである。
【００４０】
図１２に示すようにＣ_highは正常モジュールと劣化モジュールとで殆ど同じ値を示している。さらに、正常モジュールについてはＣ_highとＣ_lowとが概ね同程度の大きさである。このことは正常モジュールでは、図６の（式４）の方程式によりＣｐを求めても対象とした周波数範囲では概ね本来の接合容量値が求まることを反映している。
【００４１】
このように、Ｃ_highは正常モジュールと劣化モジュールとでほぼ同じ値を示すのに対し、正常モジュールではＣ_lowはＣ_highとほぼ同じであったものが、劣化すると大きく変化する。また、Ｃ_high、Ｃ_lowともに温度依存性は小さい。そこで、実施例１においては、Ｃ_highの値とＣ_lowの値とを比較することにより、太陽電池モジュールの劣化の程度を判断する。これにより、評価対象の太陽電池モジュールについて、正常時の計測値を保有していなくても、劣化の程度を判断することが可能になる。
【００４２】
本実施例による太陽電池モジュールの劣化を診断する太陽電池モジュール診断システムのハードウェア構成例を図１４に示す。太陽電池評価装置１００は、プロセッサ１０１、主記憶１０２、補助記憶１０３、入出力インタフェース１０４、表示インタフェース１０５、Ｉ／Ｏポート１０６、ネットワークインタフェース１０７を含み、これらはバス１０８により結合されている。入出力インタフェース１０４は、キーボードやマウス等の入力装置１０９と接続され、表示インタフェース１０５は、ディスプレイ１１０に接続され、ＧＵＩを実現する。ネットワークインタフェース１０７はネットワークと接続するためのインタフェースである。補助記憶１０３は通常、ＨＤＤやＲＯＭ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリで構成され、太陽電池評価装置１００が実行するプログラムやプログラムが処理対象とするデータ等を記憶する。主記憶１０２はＲＡＭで構成され、プロセッサ１０１の命令により、プログラムやプログラムの実行に必要なデータ等を一時的に記憶する。プロセッサ１０１は、補助記憶１０３から主記憶１０２にロードしたプログラムを実行する。太陽電池評価装置１００は例えば、ＰＣ（Personal Computer）やサーバにより実現できる。
【００４３】
補助記憶１０３には、計測データ１２０、その他のデータ及び太陽電池モジュール診断プログラム１２２、その他のプログラムが記憶されている。太陽電池モジュール診断プログラム１２２はその主要部としてインピーダンス計測部１２２ａ、劣化評価部１２２ｂを含んでいる。
【００４４】
計測機器１３０は、Ｉ／Ｏポート１０６を介して太陽電池評価装置１００に接続される。計測機器１３０は図４に示した計測回路を備え、計測機器１３０には診断対象である太陽電池モジュール１３１が接続される。計測機器１３０は太陽電池モジュール１３１のインピーダンスＺ及び位相角θの周波数スペクトルを取得する。
【００４５】
太陽電池モジュール診断プログラム１２２が実行する、太陽電池モジュールの劣化の有無を判定するフローチャートを図１５に示す。インピーダンス計測部１２２ａは、周波数の計測範囲やバイアス電圧Ｖｄｃなど必要な計測パラメータを設定し、計測機器１３０により太陽電池モジュール１３１のインピーダンスＺ、位相角θの周波数スペクトルを取得し、計測データ１２０として記憶する（Ｓ０１）。また、インピーダンスＺ、位相角θの周波数スペクトルから、並列抵抗Ｒｐ、静電容量Ｃｐの周波数スペクトルに変換し、これらも計測データ１２０として記憶する（Ｓ０２）。劣化評価部１２２ｂは、これらの計測データ１２０を用いて太陽電池モジュールの診断を行う。なお、劣化評価部１２２ｂにおいて、静電容量Ｃｐに基づき診断を行う場合には、並列抵抗Ｒｐの周波数スペクトルへの変換は省略してもよい。
【００４６】
劣化モジュールの計測例として図９Ａ、図９Ｂを示したが、劣化が更に進行すると、１００ｋＨｚ以下の周波数範囲における位相角θの周波数スペクトルにおいて、位相角θが−９０°に到達せず大幅に離れた値で正の値に向けて増加してしまう場合やカットオフ周波数ｆｃが当該周波数範囲に存在しない場合がある。このような場合は、ＰＮ接合部の静電容量Ｃｐが大幅に劣化していることを意味しているため、本実施例の診断を行うまでもなく、太陽電池モジュールが劣化していると判定できる。
【００４７】
そこで、位相角θの最小値であるθminを検出し（Ｓ０３）、θminがあらかじめ定めた−９０°近傍以内の値であるかを評価する（Ｓ０４）。また、カットオフ周波数ｆｃを検出する（Ｓ０５）。θminが−９０°に所定のしきい値以上未達である（Ｓ０４でＮ）あるいはカットオフ周波数ｆｃが計測範囲にない（Ｓ０６でＮ）の場合は、太陽電池モジュール１３１に劣化ありと診断する（Ｓ１０）。一方、これらに該当しない場合には、本実施例で説明した判定を行う。まず、カットオフ周波数ｆｃを用いてＣ_highとＣ_lowとを検出し（Ｓ０７）、検出したＣ_highとＣ_lowとを比較する（Ｓ０８）。Ｃ_highとＣ_lowの比較は差（｜Ｃ_high−Ｃ_low｜）をとってもよいし、比（Ｃ_low／Ｃ_high）を計算して用いてもよい。計測誤差や検出したい劣化の程度に応じて閾値をあらかじめ定めておき、Ｃ_highとＣ_lowとの差（比）が閾値よりも小さい場合には、劣化なしと診断し（Ｓ０９）、Ｃ_highとＣ_lowとの差（比）が閾値以上の場合には、劣化ありと診断する（Ｓ１０）。得られた診断結果は例えば、ディスプレイ１１０に表示する（Ｓ１１）。このように太陽電池モジュールの劣化を、正常時の計測値がなくとも診断することができる。
【００４８】
太陽電池モジュールの劣化の有無を判定する別のフローチャートを図１６に示す。図１６のフローチャートでは太陽電池モジュール劣化の判定をＣ_lowだけで行うものである。安価な製造プロセスで発電効率を極限まで上げることが求められる太陽電池では、ＰＮ接合プロファイルを大きく変えることはできず、シリコン系太陽電池であれば接合容量Ｃｐの違いはそれほど大きくないと考えられる。つまり、セルメーカーを問わず、Ｃ_highの値は概ね似通った値になることが期待できる。図１６のフローでは、Ｃ_highはシリコン系太陽電池に所定の値を仮定し、Ｃ_lowが仮定されたＣ_highに基づき予め定められた範囲内であるかどうかによって劣化判定を行う。図１６のフローチャートにおいて、図１５のフローチャートと共通する処理を行うステップについては同じ符号で示し、重複する説明は省略する。本変形例においては、計測データからＣ_lowを検出し（Ｓ１７）、Ｃ_lowが所定の閾値より小さいかどうかにより、劣化の有無を判断する（Ｓ１８）。この方法によれば、ステップＳ０１において取得する周波数範囲をより狭めることができる利点がある。
【実施例２】
【００４９】
実施例２として、並列抵抗Ｒｐを用いて太陽電池モジュールの劣化判定を行う方法について説明する。この方法は、並列抵抗Ｒｐの理論値と実測値とを比較することにより劣化の判定を行うものである。
【００５０】
まず、並列抵抗Ｒｐの理論値を求める。並列抵抗Ｒｐは太陽電池モジュールのＰＮ接合のＤＣ−ＩＶ特性の傾きから求まる抵抗値に相当する。ただし、太陽電池モジュールにはバイパスダイオードが具備されているため、太陽電池モジュールのインピーダンス計測を行う場合、ＰＮ端子に逆バイアスを印加すると比較的小さな電圧範囲でバイパスダイオードがオンしてしまい、所望の特性を取得できない。このため、実施例１で述べたように、太陽電池モジュールのインピーダンス計測にあたっては、入力する交流信号にＤＣバイアスＶｄｃを重畳する。さらに交流信号の振幅を十分小さくしておくことにより、印加する電圧を全て正の値に留めバイアスダイオードがオンになるのを防止し、ＤＣ−ＩＶ特性の傾きも、太陽電池モジュールのダイオード特性が概ね一定と見なせる領域で計測することができる。このような工夫により、インピーダンス計測から求まる並列抵抗ＲｐをＰＮ接合の順方向抵抗ＲＦに相当するものと見なすことができる。
【００５１】
例えば、非特許文献１のｐ．１１９には、順方向抵抗ＲＦの求め方に関する理論的な方法が記載されている。この方法に従い、ＤＣバイアスＶｄｃに対する任意温度での順方向抵抗ＲＦを算出することができる。理論によって求めた値は実測値を十分な精度で再現するほどの正確性はないが、温度依存性は概ね再現する。そこで、本実施例では理論値から求まる温度依存性を太陽電池モジュールの劣化判定に用いることとした。図１７はＴ＝０℃における順方向抵抗ＲＦ値（ＲＦ(0)）を基準として、理論的に求めた順方向抵抗ＲＦ値（ＲＦ(T)）の温度依存性を示す図である。具体的には、標準的なリンドープのｐ型基板によるＳｉ太陽電池セルを想定し、物性値としてドナー濃度１×１０２１（１／ｃｍ３）、アクセプタ濃度１×１０１６（１／ｃｍ３）、伝導帯の有効状態密度２．８×１０１９（１／ｃｍ３）、価電子帯の有効状態密度２．６５×１０１９（１／ｃｍ３）、電子移動度１２０（ｃｍ２／Ｖｓ）、電子及び正孔の寿命を共に１ｍｓとし、真性半導体キャリア密度、電子拡散係数、正孔拡散係数、バンドギャップ、正孔移動度の温度依存性を考慮して計算したものである。他の物理定数は良く知られている代表的な値を用いている。
【００５２】
次に並列抵抗Ｒｐを実測する。計測対象モジュールを遮光して適宜時間をおいた後、太陽電池モジュールの温度を計測する。本実施例では非接触式の赤外線レーザー温度計を用いたが、熱電対などによる接触式計測でもよい。その後、実施例１と同様に検査対象の太陽電池モジュールに対してインピーダンスＺ及び位相角θの周波数スペクトルを計測する。計測データを並列抵抗Ｒｐの周波数スペクトルに変換し、最低周波数のＲｐ値（Ｒｐ_low）を求める。実施例１において説明したように、Ｒｐ_lowは周波数に依存しない回路定数Ｒｐの値である。そこで、求めたＲｐ値を、計測した温度Ｔ（℃）と図１７に示した順方向抵抗ＲＦ理論値の温度依存性から、求めたＲｐ値を、劣化判定を行う特定の温度におけるＲｐ値に変換する。図１７に示したように０〜８０℃程度の比較的狭い温度範囲であれば縦軸を対数プロットすることにより温度依存性は概ね直線と見なしうる。例えば計測温度がＴ１（℃）、得られたＲｐをＲｐ（Ｔ１）であったとすると、温度Ｔ（℃）でのＲｐ値（Ｒｐ（Ｔ））は次式により求められる。
ｌｏｇ［Ｒｐ（Ｔ）］＝Ａ×（Ｔ１−Ｔ）＋ｌｏｇ［Ｒｐ（Ｔ１）］
ここで、Ａは図１７に示した温度依存性の平均的な傾きである。このようにして任意の温度で計測したデータから求めたＲｐ値を特定の温度でのＲｐ値へ換算することができる。
【００５３】
実施例１に示したように、正常モジュールと劣化モジュールの温度依存性を比較すると、図１１に示すように５０℃以上の温度範囲では両者の差は小さくなり、劣化の有無を判断することが難しくなる。また、モジュールの劣化の程度に応じて並列抵抗Ｒｐの値も変化するため、図１１に示す正常モジュール・劣化モジュールの位置関係も変化する。より劣化程度が小さくなるほど、劣化モジュールの線は正常モジュールの線に近づいていくため、劣化判定が可能な温度範囲は狭まっていく。最終的には検出したい劣化量との兼ね合いで温度範囲は決まるが、計測は概ね４０℃以下の温度で行うことが無難である。
【００５４】
劣化の判定は実験的に得られたＲｐ値を特定の温度、例えば２５℃におけるＲｐ値に変換し、その値をあらかじめ定めた閾値と比較することにより行う。閾値は検出したい劣化の程度や計測誤差などから適宜決定すればよい。
【００５５】
実施例２を実行するシステム構成は実施例１と同様である。太陽電池モジュール診断プログラムにおける劣化評価部１２２ｂが、上述のように実測したＲｐ値を所定の温度におけるＲｐ値に変換して劣化判定を行うよう構成する。
【００５６】
ただし、実施例２では劣化判定を大幅に簡素化することが可能である。図１８に太陽電池モジュールの劣化の有無を判定するフローチャートを示す。実施例２では最低周波数のインピーダンスＺから求めた並列抵抗Ｒｐ値を劣化判定に用いている。このため、実施例１のように、インピーダンスＺの周波数スペクトルを取得する必要がなく、実施例１に比べて計測を著しく簡素化できる。たとえば、ハンドヘルド式の簡易ＬＣＲメータは入力信号の周波数を連続的に変化させながらインピーダンス計測することはできないため、実施例１の方法には使用できなかった。これに対して、実施例２では位相角θが０とみなせる特定の周波数でのインピーダンス計測が行えればよいので、こうした簡易ＬＣＲメータを用いて低周波数でのＲｐ値を求め、特定の温度の値に変換することにより、太陽電池モジュールの劣化診断が可能となる。すなわち、電池駆動の簡易ＬＣＲメータにより簡便になる太陽電池モジュールの診断を行うことができる。
【００５７】
まず、太陽電池モジュールを遮光状態として、位相角θが０とみなせる所定の周波数を有する交流信号を入力して太陽電池モジュールのインピーダンスを計測する（Ｓ２１）。また、太陽電池モジュールのインピーダンスを取得したときの温度を計測する（Ｓ２２）。
【００５８】
取得した前記太陽電池モジュールのインピーダンスを用いて、遮光状態における太陽電池モジュールの等価回路を構成する並列抵抗Ｒｐ’を算出する（Ｓ２３）。このとき、位相角θ＝０とみなしうるため、図６の（式４）にしたがい、Ｒｐ’＝｜Ｚ｜として算出できる。並列抵抗Ｒｐ’は上述のように温度依存性が大きいため、ステップＳ２３で求めた並列抵抗値を所定温度の並列抵抗値に変換する。このため、実施例２の太陽電池評価装置１００は並列抵抗Ｒｐ’を所定温度の並列抵抗Ｒｐに変換するため、太陽電池モジュールのＰＮ接合の順方向抵抗の温度依存性情報をあらかじめ保持している。この温度依存性情報は上述のように、太陽電池セルの物理パラメータに基づき理論的に算出することができる。この温度依存性情報を用いて、並列抵抗Ｒｐ’を所定温度の並列抵抗Ｒｐに変換し（Ｓ２４）、並列抵抗Ｒｐに基づき、太陽電池モジュールの劣化の判定を行う（Ｓ２５〜Ｓ２８）。例えば、並列抵抗Ｒｐが閾値Ｒｐ_refを超えている場合には劣化なしと判断し、並列抵抗Ｒｐが閾値Ｒｐ_ref以下の場合には劣化ありと判断する。図１１に示されるように、モジュール温度が低いほど、正常モジュールと劣化モジュールの差は広がるため、抵抗値を比較する温度はインピーダンス計測を行うときの温度よりも低い温度とすることが望ましい。
【００５９】
なお、実施例１で説明したように、並列抵抗Ｒｐの温度依存性とカットオフ周波数ｆｃの温度依存性は相関性が高い。従って、並列抵抗Ｒｐによる劣化判定と同様に、カットオフ周波数ｆｃによる劣化判定を行うことも可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１０，３０，７０…等価回路、１１…電流源、１２…ダイオード、１３…シャント抵抗、１４…直列抵抗、１５…Ｐ端子、１６…Ｎ端子、２１，４０，１３１…太陽電池モジュール、２２…ストリング、２３…アレイ、２４…接続箱、２５…パワーコンディショナー、２６…絶縁トランス、２７…系統、３１，７１…静電容量、３２，７２…並列抵抗、３４…インダクタンス、４１…正弦波発振器、４２…電流−電圧変換器、４３…ベクトル電圧比測定部、５１…バイアス電源、５２…発振器、５３…合成回路、５４…基準抵抗、５５…制御アンプ、５６，５７…電圧計、５８…比率計、１００…太陽電池評価装置、１０１…プロセッサ、１０２…主記憶、１０３…補助記憶、１０４…入出力インタフェース、１０５…表示インタフェース、１０６…Ｉ／Ｏポート、１０７…ネットワークインタフェース、１０８…バス、１０９…入力装置、１１０…ディスプレイ、１２０…計測データ、１２２…太陽電池モジュール診断プログラム、１３０…計測機器。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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