平成26年度

研究報告

大分県産業科学技術センター

太陽光パネルのメンテナンスにおける温度検出カメラでの空撮による故障診断システムの開発
橋口智和*・幸嘉平太***機械・金属担当・**企画連携担当

Development of Fault Diagnostic Test System for Solar Panel
Tomokazu HASHIGUCHI*・Kaheita YUKI***

Machinery and Metallurgy Section**

Planning and Coordination Section

要旨
本研究は現状課題となっている太陽光パネル故障診断の効率化および安全性を改善することを目的に、サーモグラフィと無人飛行機（ドローン）を組み合わせた空撮故障診断システムの開発を行った．センターでは、サーモグラフィ選定に伴う各種模擬試験を行い最適な仕様を求め、ホットスポットが最適に撮れる時刻帯・天候を調査した．その結果、解像度 640×480 および空間解像度 0.68mrad の仕様のサーモグラフィで撮影できることを確かめた．また、ホットスポットを鮮明に捉えるには、9～14 時の間が良く、曇り日よりも晴天日に撮影した方が良いことがわかった．

1. はじめにTable 1 CPA-T640 の仕様

太陽光パネルは、昨今のエネルギー政策により盛んに設解像

度

640×480 ピクセル度

0.68mrad

置されている．ここで、太陽光パネル（モジュール）は太陽電池（セル）を直列もしくは並列に繋げてパッケージングしたも空間解像のである．さらに、太陽光パネルを直列あるいは並列に繋げ測定視野角/最小焦点距離25°×19°/0.25m (標準レンズ)

的にメンテナンスフリーと謳われていたが、最近ではかなり短検

非冷却マイクロボロメーター期間で故障するパネルも存在することがわかってきた．

ス ペ ク ト ル 波 長

出力を上げたものをアレイと呼ぶ．当初、太陽パネルは基本
出素子

7.8 ～ 14μm

現在、太陽光パネルの故障診断には、携帯型サーモグラフィを用いる方法とストリングモニター方式等がある．いずれも2.1

高コストな診断システムであることが課題となっている．そこ

敷地内北側に設置されている太陽パネルをセンター屋上

で、本研究では、サーモグラフィと無人飛行機（ドローン）を組から望遠撮影した．太陽パネル上にセルと近しい形状の携帯み合わせて空撮することで、広域に自動で診断するシステム用カイロを設置して、これを疑似的なホットスポットとした．レンの開発を行った．センターでは、サーモグラフィ選定に伴う各ズは広角 45°のものを使用した．Fig.1 にその結果を示す．

種模擬試験を行い最適な仕様を求め、ホットスポットが最適

Fig.1 からカイロ部分が赤くなっており、検知可能であることがに撮れる時刻帯・天候を調査したので、これらを本稿で報告わかった．屋上からパネルまでの距離はおおよそ 30m(GPSする．

機能による測定値=26.2m)であるから、CPA-T640 と同程度模擬試験（ホットスポット検出可否）の解像度を満たせれば検知には十分であることがわかった．

2. サーモグラフィの選定
サーモグラフィは、20～30m 上空から熱源 1 セル(約 15cm

カイロ

カイロ×15cm)を感知できるものが必要となる．そこで、弊所所有のサーモグラフィ(FLIR 製 CPA-T640)を使用して模擬試験を行った．仕様は Table 1 の通りである．
(a)可視像(b)熱画像(c)デジタルズーム

Fig.1 屋上からの撮影画像

24平成26年度

2.2

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模擬試験（振動による熱画像のブレ可否）

空撮時には、ドローンの移動速度や振動によるブレが発生し、このことにより画像がブレる可能性がある．そこで、
CPA-T640 を用いて簡易的にブレ可否確認を行った．
移動速度とドローンの振動を模して、歩行と足踏みをしなブレ

ブレがらで画像を取得し、画像のブレを確認した．この時の歩行速度はおおよそ 1～1.4m/s、足踏みはおおよそ 5 回/s で上下運動した．シャッター切りは手動とインターバル 14s で行った．
結果の画像を Fig.2,3 に示す．歩行と足踏みいずれにおい
ブレてもブレが生じている．ブレ具合は手動の方が顕著だが、スイッチ押し込み時の上下動もブレとして出ている可能性がある．ブレた画像の数は、インターバルと手動いずれの場合においても明確な差は見られなかった．このことから、サーモグ
ラフィだけの性能ではブレを抑制できないことがわかった．ドローン本体で振動や移動速度をコントロールする必要がある．
ブレ(a)手動(b)インターバル 14s
Fig.3 足踏みでの熱画像

ブレ

3. ホットスポット撮影における環境変化の影響
ホットスポットをサーモグラフィで捉えるには、日射量や時間帯など撮影時の周辺環境を考慮する必要があるとされている 1)．そこで、周辺環境の変化で、ホットスポット撮影にどのような影響を及ぼすか調べるため、センター屋上にある太陽ブレ

パネルを用いて、時系列での撮影実験を実施した．
今回は日射量に明確な差が出るよう、曇り日(平成 27 年 2月 25 日)と晴天日(平成 27 年 2 月 27 日)を選び、時間帯 9時～17 時の間で撮影 した．この時の温度、湿度、風速 をFig.4 に示す。測定にはマザーツール製 TM-183(温湿度計)

ブレ

ブレおよびビーズ製 GA-06(簡易風速計)を用いた。なお、測定角度およびパネル角度は、Fig.5 の通りである．

(a)手動(b)インターバル 14s
Fig.2 熱画像(歩行時)(a)曇り日(H27.2.25)(b)晴天日(H27.2.27)

Fig.4 測定時の温度、湿度および風速25平成26年度

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9時

10時

11時

12時

13時

14時

15時

16時

17時

Fig.5 測定およびパネル角度
まず、2 月 25 日(曇り日)の結果から示す．Fig.6 は測定時

Fig.7 曇り日における時刻列の熱画像(H27.2.25)の空模様の写真である．すべての時間帯において、雲が空全体を覆っており、12～13 時にかけて少し晴れ間が差した

9時

13時

11時半

17時が、17 時頃には微量の雨であった．撮影した太陽パネルの熱画像を Fig.7 に示す．9～16 時までの太陽パネルにおいて、セルと同形状の発熱部分が観測され、故障と思われるホ

Fig.8 晴天日の空模様(H27.2.27)

ットスポットを確認した．このホットスポットを時系列でみていくと、11～14 時にかけて鮮明な画像として確認できる．15～169時

13時

11時半

15時

時では、ホットスポット部分の鮮明さが失われ、17 時には確認できなった．これは、セルの過熱が日射量の低下と共に弱く17時なり、それによって外気温度とパネルのガラス表面温度が等しくなったためと考えられる．
次に、2 月 27 日(晴天日)の結果を示す．Fig.8 は測定時の空模様の写真である．9～15 時にかけては雲の無い晴れ

Fig.9 晴天日における時刻列の熱画像(H27.2.27)

模様、17 時頃から少し雲がかりの様子であった．撮影した太陽パネルの熱画像を Fig.9 に示す．9～15 時までの時間帯で4. まとめには、ホットスポットを鮮明に確認できた．なお、15 時では 2 月

サーモグラフィの選定および環境変化によるホットスポット25 日の曇り日に比べて、より鮮明に見えている．17 時では、撮影を試みた結果、以下の結論を得た．

曇り日と同様、ホットスポットの確認はできなかった．以上の結(1) サーモグラフィにおいては、FLIR 製 CPA-T640 と同程度

果から、ホットスポットを鮮明に撮影するには、午前中から午の仕様を持ったものを選定した方が良い．

後 14 時までが良く、撮影日の天候は、曇り日より晴天日の方が良いことがわかった．当然ながら、夏と冬では環境が大きく(2) 振動によるブレについては、サーモ自身でコントロールす変わるので、それに伴い結果も異なると予想される．夏場のることは厳しいため、ドローン本体で振動をコントロール

ホットスポット確認と、サーモグラフィの測定角度についても検する必要がある．

討する必要がある．
(3) ホットスポットを鮮明に捉えるには、9～14 時の間が良く、9時

10時

11時

12時

曇り日よりも晴天日に撮影した方が良いことがわかった．

13時

14時

15時

16時

本研究は，柳井電機工業株式会社（大分市）が平成 26 年

謝辞
度大分県エネルギー産業育成研究開発事業において採択された研究テーマの一部を受託して実施した．同社に謝意を17時

表します．

参考文献
Fig.6 曇り日の空模様(H27.2.25)

1)

FLIR

Systems

AB,“ THERMALIMAGINGGUIDEBOOK FOR BUILDING AND RENEWABLE

26

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ENERGYAPPLICATIONS”

http://www.flir.com/uploadedFiles/Thermography/M
MC/Brochures/T820325/T820325_APAC.pdf(accessed 2014-12-20).

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