(57)【要約】【課題】実際の環境におけるＰＩＤ現象への耐性を試験する。【解決手段】交流電圧源１４は実際の使用時に太陽電池モジュール１１1及び１１2が接続されるインバータが発生するノイズを想定したインバータ模擬ノイズとして任意の波形の交流電圧を発生する。直流電圧源１３は既存の試験装置と同様の任意の値の直流電圧を発生する。これにより、太陽電池モジュール１１1及び１１2には、直流電圧１７とインバータ模擬ノイズとしての交流電圧１８とが重畳された電圧が印加される。電圧計１５は、太陽電池モジュール１１1及び１１2の対地電圧をインバータ模擬ノイズが加わった状態で測定することができるため、より実際の環境に近い太陽電池モジュール１１1及び１１2のＰＩＤ耐性の試験ができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一又は互いに接続された複数の太陽電池モジュールにより発生された直流電力をインバータにより所定の交流電力に変換して出力するシステムに用いられる前記太陽電池モジュールの試験方法であって、
電源により直流電圧と前記インバータが発生するノイズを想定したインバータ模擬ノイズとしての任意の波形の交流電圧とを重畳した重畳電圧を発生し、その重畳電圧を一又は互いに接続された複数の前記太陽電池モジュールに印加する重畳電圧印加ステップと、
前記重畳電圧印加ステップで前記重畳電圧を印加する前記太陽電池モジュールの入力点と前記電源の接地端子との間の対地電圧を測定する測定ステップと
を含むことを特徴とする太陽電池モジュールの試験方法。
【請求項２】
一又は互いに接続された複数の太陽電池モジュールにより発生された直流電力をインバータにより所定の交流電力に変換して出力するシステムに用いられる前記太陽電池モジュールの試験装置であって、
直流電圧と前記インバータが発生するノイズを想定したインバータ模擬ノイズとしての任意の波形の交流電圧とを重畳した重畳電圧を発生し、その重畳電圧を一又は互いに接続された複数の前記太陽電池モジュールに印加する重畳電圧印加手段と、
前記重畳電圧印加手段の前記太陽電池モジュールとの接続点と、前記重畳電圧印加手段の接地端子との間の対地電圧を測定する電圧計と
を備えることを特徴とする太陽電池モジュールの試験装置。
【請求項３】
前記重畳電圧印加手段は、一又は互いに接続された複数の前記太陽電池モジュールが模擬負荷を介して、又は模擬負荷を介さず短絡されて構成された閉ループ回路に、前記直流電圧と前記交流電圧との重畳電圧を印加する手段であることを特徴とする請求項２記載の太陽電池モジュールの試験装置。
【請求項４】
前記重畳電圧印加手段は、閉ループ回路を構成しない一又は互いに接続された複数の前記太陽電池モジュールの一端子に、直接に前記直流電圧と前記交流電圧との重畳電圧を印加する手段であることを特徴とする請求項２記載の太陽電池モジュールの試験装置。
【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の試験方法及び試験装置に係り、特に対地電圧の交流成分に対する太陽電池モジュールの耐性を調べる試験方法及び試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、多数の太陽電池モジュールを広大な敷地に設置したメガソーラーなどの大型非住宅用太陽光発電システムが増加している。このような太陽光発電システムにおいて、コスト削減のため多数の太陽電池モジュールを直列接続して配線数や接続箱の低減化を図るとともにシステム電圧を高電圧化すると、電圧誘起劣化(ＰＩＤ：Potential Induced Degradation)現象が発生することが知られている。このＰＩＤ現象は、場合によっては数ヶ月程度の短期間で太陽電池モジュールの変換効率が大幅に減少、若しくはゼロになる劇的な現象であり、太陽電池モジュール製品において対策が求められている(例えば、非特許文献１参照)。
【０００３】
図４は、非特許文献１に記載されている、ＰＩＤ現象が発生する前後の太陽電池モジュールの電圧-電流特性の変化の一例を示す図である。同図において、横軸は開放電圧ＶOC、縦軸は短絡電流ＩSCを示し、ＰＩＤ現象発生前はIで示した特性が、ＰＩＤ現象発生によりIIで示すように、開放電圧ＶOC及び短絡電流ＩSCが大幅に低下し、最大出力点が大幅に低下する。
【０００４】
ＰＩＤ現象の発生メカニズムにはまだ不明な点が多いものの、特定の条件下において、太陽電池モジュール内部でナトリウムイオン等が移動することで引き起こされるとみられている。また、ＰＩＤ現象の進行は、太陽電池モジュール内部の電気回路と、対地電圧の大きさに依存することが分かっている(非特許文献１参照)。このため、太陽電池モジュール製品のＰＩＤ現象への耐性を調べる試験方法として、従来は対地電圧を直流の高電圧に保つ試験が行われている。
【０００５】
図５(Ａ)は、実際の太陽電池モジュールの利用状況の一例の概略説明図を示す。同図(Ａ)において、４つの太陽電池モジュール３１1、３１2、３１3、３１4が直列に接続され、更に太陽電池モジュール３１1がインバータ３２の負側端子に接続され、太陽電池モジュール３１4がインバータ３２の正側端子に接続されている。これにより、太陽電池モジュール３１1〜３１4により得られた直流電力が、インバータ３２により交流電力に変換されて配電線系統に出力される。
【０００６】
かかる構成において、電圧計３３により太陽電池モジュール３１1、３１2、３１3、３１4のそれぞれに対して対地電圧を測定すると、図５(Ｂ)に３５で示すような電圧対位置特性が得られる。すなわち、太陽電池モジュール３１1、３１2、３１3、３１4は、インバータ３２の負側端子に接続された太陽電池モジュール３１1から正側端子に接続された太陽電池モジュール３１4の方向の順で対地電圧が高くなり、そのうち太陽電池モジュール３１1及び３１2の対地電圧は負、太陽電池モジュール３１3及び３１4の対地電圧は正である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】CW Lin et al.,“Potential Induced Degradation Mechanism Observed at Module Level”,Proceedings of the 28th EU-PVSEC,2013,Paris,4D0.3.1.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように用いられる太陽電池モジュールは、例えば図６(Ａ)に示すような構成の試験装置によりＰＩＤ現象への耐性を調べる試験が行われている。図６(Ａ)において、試験対象の太陽電池モジュール４１1及び４１2が直列に接続され、更に模擬負荷４２を介して閉ループ回路を構成し、太陽電池モジュール４１1の一端と模擬負荷４２との接続点に直流電圧源４３を接続して直流電圧を印加する。なお、模擬負荷４２の代わりに短絡してもよいし、開放してもよい。この従来の試験装置では、太陽電池モジュール４１1及び４１2に直流電圧源４３からの直流電圧を印加して、直流電圧計４４により図６(Ｂ)に示す対地電圧４５だけを測定し、対地電圧４５の値によりＰＩＤ現象への耐性を評価している。
【０００９】
しかしながら、上記の従来の試験装置では、実環境に比して不足している点があり、実際の環境におけるＰＩＤ現象への耐性を調べきれない可能性がある。例えば、図５(Ｂ)に３６で示す太陽電池モジュール３１1の対地電圧の時間経過を示すと、実際には図５(Ｃ)に示すように、太陽電池モジュール３１1が発生する負の直流の対地電圧３７にインバータ３２からの交流ノイズ３８が重畳される場合がある。この交流ノイズ３８の振幅は平均対地電圧の最大１／２程度に達する場合が考えられる。
【００１０】
この交流ノイズ３８が存在すると、平均の対地電圧よりも高い電圧が瞬間的に太陽電池モジュール３１1〜３１4の内部に繰り返し印加されるほか、太陽電池モジュール３１1〜３１4の構造や材質によっては交流成分に対する耐性が弱い場合も考えられる。しかし、従来は図６(Ｂ)に示すように直流電圧計４４により直流の対地電圧４５しか計測していないため、図５(Ａ)に示すインバータ３２からの交流ノイズ３８を測定できず、実際の環境におけるＰＩＤ現象への耐性を調べきれず、試験として不十分な可能性がある。
【００１１】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、太陽電池モジュールをインバータの交流ノイズを考慮に入れた、より実際の環境に近い状態においてＰＩＤ現象への耐性を試験できる太陽電池モジュールの試験方法及び試験装置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】
上記の目的を達成するため、本発明に係る太陽電池モジュールの試験方法は、一又は互いに接続された複数の太陽電池モジュールにより発生された直流電力をインバータにより所定の交流電力に変換して出力するシステムに用いられる前記太陽電池モジュールの試験方法であって、電源により直流電圧と前記インバータが発生するノイズを想定したインバータ模擬ノイズとしての任意の波形の交流電圧とを重畳した重畳電圧を発生し、その重畳電圧を一又は互いに接続された複数の前記太陽電池モジュールに印加する重畳電圧印加ステップと、前記重畳電圧印加ステップで前記重畳電圧を印加する前記太陽電池モジュールの入力点と前記電源の接地端子との間の対地電圧を測定する測定ステップとを含むことを特徴とする。
【００１３】
また、上記の目的を達成するため、本発明に係る太陽電池モジュールの試験装置は、一又は互いに接続された複数の太陽電池モジュールにより発生された直流電力をインバータにより所定の交流電力に変換して出力するシステムに用いられる前記太陽電池モジュールの試験装置であって、直流電圧と前記インバータが発生するノイズを想定したインバータ模擬ノイズとしての任意の波形の交流電圧とを重畳した重畳電圧を発生し、その重畳電圧を一又は互いに接続された複数の前記太陽電池モジュールに印加する重畳電圧印加手段と、前記重畳電圧印加手段の前記太陽電池モジュールとの接続点と、前記重畳電圧印加手段の接地端子との間の対地電圧を測定する電圧計とを備えることを特徴とする。
【００１４】
また、上記の目的を達成するため、本発明に係る太陽電池モジュールの試験装置は、前記重畳電圧印加手段は、一又は互いに接続された複数の前記太陽電池モジュールが模擬負荷を介して、又は模擬負荷を介さず短絡されて構成された閉ループ回路に、前記直流電圧と前記交流電圧との重畳電圧を印加する手段であることを特徴とする。または、前記重畳電圧印加手段は、閉ループ回路を構成しない一又は互いに接続された複数の前記太陽電池モジュールの一端子に、直接に前記直流電圧と前記交流電圧との重畳電圧を印加する手段であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、太陽電池モジュールをインバータの交流ノイズを考慮に入れた、より実際の環境に近い状態においてＰＩＤ現象への耐性を試験できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの試験装置の第１の実施形態の構成図と対地電圧の一例を示す図である。
【図２】太陽電池モジュールの一例の断面構造図である。
【図３】本発明の太陽電池モジュールの試験装置の第２の実施形態の構成図と対地電圧の一例を示す図である。
【図４】ＰＩＤ現象が発生する前後の太陽電池モジュールの電圧-電流特性の変化の一例を示す図である。
【図５】太陽電池モジュールの実際の利用時の構成図と対地電圧の一例を示す図である。
【図６】従来の太陽電池モジュールのＰＩＤの試験装置の一例の構成図と対地電圧の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１(Ａ)は、本発明に係る太陽電池モジュールの試験装置の第１の実施形態の構成図を示す。同図において、本実施形態の太陽電池モジュールの試験装置１０は、２つの太陽電池モジュール１１1及び１１2と模擬負荷１２とが直列に接続された閉ループの回路の、太陽電池モジュール１１1と模擬負荷１２との接続点が、直流電圧源１３を介して交流電圧源１４に接続された構成である。直流電圧源１３と交流電圧源１４とは本発明の重畳電圧印加手段を構成している。なお、太陽電池モジュールの数は１つでもよいし、３以上でもよい。また、太陽電池モジュールの極性を逆にしてもよい。また、模擬負荷１２を設けず、短絡、あるいは開放としてもよい。なお、模擬負荷１２の部分を開放とした場合は、上記の閉ループの回路は構成されないが、本実施形態のＰＩＤ試験は可能である。
【００１８】
太陽電池モジュール１１1及び１１2は、それぞれ従来と同様、図２に示す公知の構造とされている。図２において、太陽電池モジュール１００は、セルと呼ばれる太陽電池１０１ａ〜１０１ｃが所定の配列方向に配列されるとともに、バスバー電極１０２ａ、１０２ｂによって直列に電気的に接続され、更に受光面側の保護ガラス１０５と裏面側の保護部材であるバックシート１０６との間の封止材１０４の中に封止された公知の構造である。封止材１０４としては、例えばエチレン酢酸ビニル(ＥＶＡ：Ethylene Vinyl Acetate)樹脂が用いられる。また、保護ガラス１０５としては、例えば高光透過率のテクスチャ付き白板半強化ガラスが用いられる。また、太陽電池１０１ａは、バスバー電極１０３ａによってジャンクションボックス１０８に接続され、太陽電池１０１ｃはバスバー電極１０３ｂによってバックシート１０６に接続されている。更に、以上の構成部材は外周縁部が金属枠(フレーム)１０７によって支持されている。金属枠(フレーム)１０７は接地電位とされている。
【００１９】
図１(Ａ)に戻って説明する。交流電圧源１４は実際の使用時に太陽電池モジュール１１1及び１１2が接続されるインバータが発生するノイズを想定したインバータ模擬ノイズとして任意の波形の交流電圧を発生する。また、直流電圧源１３は既存の試験装置と同様の任意の値の直流電圧を発生する。これにより、太陽電池モジュール１１1及び１１2には、図１(Ｂ)に示すように、直流電圧源１３からの直流電圧１７と、交流電圧源１４からのインバータ模擬ノイズとしての交流電圧１８とが重畳された電圧が印加される。ここでは、図１(Ｂ)に示すように、正弦波状の交流電圧１８の中心電位がほぼ直流電圧１７と一致するようなレベル関係にあるが、これに限定されるものではない。
【００２０】
ここで、図１(Ａ)に示すように、太陽電池モジュール１１1及び１１2が接続されている閉ループ回路と直流電圧源１３との接続点と、交流電圧源１４の接地端子との間(つまり、直流電圧と交流電圧との重畳電圧発生源の出力端子と接地端子との間)に電圧計１５を接続して対地電圧を測定する。これにより、電圧計１５は、太陽電池モジュール１１1及び１１2の対地電圧をインバータ模擬ノイズが加わった状態で測定することができるため、より実際の環境に近い太陽電池モジュール１１1及び１１2のＰＩＤ耐性の試験ができる。これにより、太陽電池モジュール１１1及び１１2の実際の寿命をより正確に予測できることが期待される(なお、ＰＩＤ耐性の試験結果の実証には数十年を有する)。
【００２１】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図３(Ａ)は、本発明に係る太陽電池モジュールの試験装置の第２の実施形態の構成図を示す。同図において、本実施形態の太陽電池モジュールの試験装置２０は、直列に接続された２つの太陽電池モジュール２１1及び２１2と、直列に接続された２つの太陽電池モジュール２１3及び２１4とが並列に接続され、更に模擬負荷２２を共通に介して閉ループ回路を構成しており、更に、上記の閉ループの回路は、直流電圧源２３を介して交流電圧源２４に接続された構成である。
【００２２】
なお、太陽電池モジュールの数は１つでもよいし、３以上でもよい。また、模擬負荷２２を設けず、短絡、あるいは開放としてもよい。なお、模擬負荷２２の部分を開放とした場合は、上記の閉ループの回路は構成されないが、本実施形態のＰＩＤ試験は可能である。また、太陽電池モジュール２１1、２１2、２１3及び２１4は、それぞれ従来と同様、図２に示す公知の構造とされている。本実施形態の太陽電池モジュールの試験装置２０は、第１の実施形態の太陽電池モジュールの試験装置１０と比べて、太陽電池モジュールの接続形態が相違する。
【００２３】
交流電圧源２４は実際の使用時に太陽電池モジュール２１1、２１2、２１3及び２１4が接続されるインバータが発生するノイズを想定したインバータ模擬ノイズとして任意の波形の交流電圧を発生する。また、直流電圧源２３は既存の試験装置と同様の任意の値の直流電圧を発生する。これにより、太陽電池モジュール２１1、２１2、２１3及び２１4には、図３(Ｂ)に示すように、直流電圧源２３からの直流電圧２７と、交流電圧源２４からのインバータ模擬ノイズとしての交流電圧２８とが重畳された電圧が印加される。なお、ここでは、交流電圧２８の中心電位がほぼ直流電圧２７と一致するようなレベル関係にあるが、これに限定されるものではない。
【００２４】
ここで、図３(Ａ)に示すように、太陽電池モジュール２１1及び太陽電池モジュール２１3の接続点と直流電圧源２３の出力との接続点と、交流電圧源２４の接地端子との間に電圧計２５を接続して対地電圧を測定する。これにより、電圧計２５は、太陽電池モジュール２１1、２１2、２１3及び２１4の対地電圧をインバータ模擬ノイズが加わった状態で測定することができるため、より実際の環境に近い太陽電池モジュール２１1、２１2、２１3及び２１4のＰＩＤ耐性の試験ができる。これにより、太陽電池モジュール２１1、２１2、２１3及び２１4の実際の寿命をより正確に予測できることが期待される(なお、第１の実施形態と同様に、ＰＩＤ耐性の試験結果の実証には数十年を有する)。
【００２５】
なお、以上の実施形態では、交流電圧源１４、２４が出力するインバータ模擬ノイズを想定した交流電圧の波形は、図１(Ｂ)に１８で、図３(Ｂ)に２８でそれぞれ示すように正弦波状としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、矩形波状、三角波状、パルス状、バースト状その他任意の波形を用いることができる。また、直流電圧と交流電圧との重畳電圧を発生することができればよいから、直流電圧源１３、２３と、交流電圧源(インバータ模擬ノイズ発生源)１４、２４との接続順は図１(Ａ)、図３(Ａ)と逆であってもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１０、２０    太陽電池モジュールの試験装置
１１1、１１2、２１1〜２１4、３１1〜３１4    太陽電池モジュール
１２、２２    模擬負荷(もしくは短絡、もしくは開放)
１３、２３    直流電圧源
１４、２４    交流電圧源(インバータ模擬ノイズ発生源)
１５、２５    電圧計
１７、２７    直流電圧
１８、３８    交流電圧
１００    太陽電池モジュール
１０１ａ〜１０１ｃ    太陽電池
１０２ａ、１０２ｂ、１０３ａ、１０３ｂ    バスバー電極
１０４    封止材
１０５    保護ガラス
１０６    バックシート
１０７    金属枠(フレーム)
１０８    ジャンクションボックス
【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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