Journal of Japan Solar Energy Society, 46（3）, 94-102（2020）••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••
Research Paper
研究論文

Study on power estimation of PV module withPotential-Induced Degradation using EL image
Study on power estimation of PV module with
Satoshi SAWADA*1‡
Sanshiro YAMANAKA*2
Yasuhiro AOYAMA*3*3
Potential-Induced
using*3 EL image
Yuki NISHIDODegradation
Hiroshi KOBAYASHI
Satoshi SAWADA*1‡ Sanshiro YAMANAKA*2 Yasuhiro AOYAMA*3
Yuki NISHIDO*3 Hiroshi KOBAYASHI*3

EL 画像を用いた PID モジュールの出力推定に関する研究
EL 画像を用い賢た PID モジ
ュ三四郎
ールの出力推定泰宏
に関する研究
澤田
山中
青山
*1 ‡

*2

西戸 雄輝

澤田 賢*1‡

山中 三四郎*2

*3

*3

小林 浩

青山 泰宏*3*3

西戸 雄輝*3

小林 浩*3

Abstract
Potential-Induced Degradation can be easily discovered by using EL images. Although it is possible to detect PID from EL images, itis necessary to perform IV measurement again to estimate how much the power of the mega solar is reduced by PID. The authors areinvestigating a method to quantitatively estimate the power from the EL image. In this study, we evaluated Rsh of the PID module ona cell-by-cell basis and verified that the power could be estimated only by adjusting Rsh. Next, the correlation between the lightemission from the EL image and Rsh was examined, and the power was estimated using Rsh estimated from the EL image. As a result,
we were able to estimate the power with an error rate of about 3%. In addition, we found that the power can be estimated more easily
by binarizing the amount of light emitted from the EL image and estimating Rsh.
Keywords: Photovoltaic cell, Potential-Induced-Degradation, EL image, Shunt resistance (Rsh), power estimation,
キーワード： 太陽電池, PID 現象,

EL 画像, シャント抵抗(Rsh),

出力推定法の施行により, 保守点検・維持管理が義務化された(5-6). 太

1．
．はじめに

陽電池の不具合の一例として電圧誘起出力低下（Potential
Induced Degradation, 以下 PID）現象が挙げられる(7-8). PID 現象

太陽光発電システム（以下, PVS）は固定価格買取制度（Feed-

は高温多湿の気候地域で設置されたPVSで観測されることが

in-Tariff , 以下 FIT）の導入により制度開始後 3 年間で大量導多い(9). 太陽電池モジュール（以下 PV モジュール）のフレー

入されるに至った(1). 太陽光発電は当初メンテナンスフリー

ム・ガラスと, セル間の電位差によるセル表面への電荷蓄積(2). しかしながら, 近年, 出力低下(3)や火災(4)(10)や, ガラスに含まれる Na+がセルへ移動すること等が原因と言われていたなどの不具合が報告されるようになり, 2017 年 4 月に改正 FIT*1 名城大学大学院 理工学研究科（〒468-8502 名古屋市天白区塩釜口 1-501）‡ e-mail: 140442063@ccalumni.meijo-u.ac.jp
現在 愛知時計電機株式会社 勤務*2 名城大学理工学部 教授*3 株式会社トーエネック（原稿受付：2019 年 11 月 26 日, 受理日：2020 年 4 月 8 日）

*1 Graduate School of Science and Engineering, Meijo Univerity, 1-501
Shiogamaguchi, Tenpaku-ku, Nagoya 468-8502, Japan‡ e-mail: 140442063@ccalumni.meijo-u.ac.jp*2 Professor, Science and Engineering, Meijo Univerity*3 TOENEC CORPORATION
Received: Nov. 26th 2019, Accepted: Apr. 8th 2020

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Study on power estimation of PV module with Potential-Induced Degradation using EL image

2.1．
I-V 特性から評価したセルの Rsh (Rsh が大きい場合）で発生する. この現象により出力が大幅に低下することが報(8). しかし PID 現象の発生した PV モジュールは

本論文では Fig.1 に示す多結晶シリコン型, 3 クラスタ, セ

外観の変化が見られないことも多く, 目視では発見すること

ル枚数 60 枚の PV モジュールを使用した. Table.1 に PV モジ

が困難である．

ュールの公称値を示す.

告されている

そこで現在では PID 現象を診断する有効な方法の一つとし非破壊でセルの Rsh を測定する方法として, セル 1 枚を半透て EL 画像を用いた点検方法がある. EL 画像では PID 現象が過フィルムで遮光した際の PV モジュールの I-V 特性を利用発生している場合, セル単位の暗部として検出することがでする方法がある(19). Fig.1 に Rsh 測定時の実験回路図を示していきる. そのため目視点検では発見が困難であった PID 現象を,る.測定では対象セル 1 枚を遮光率 50%のフィルムで遮光した(8,11,12).

状態で I-V 特性の測定を行った. Fig.2 に測定結果の例を示す.

EL 画像を用いて発見することが可能となった

これまで EL 画像を撮影するには PV モジュールを架台か

ただし日射条件の違いを考慮しグラフの形状を比較し易くす

ら外し, 暗室で 1 枚ずつ撮影を行う必要があった. しかし ELるため，電流は Isc で，電圧は開放電圧(Voc)で規格化している.

撮影用のドローンが開発され, 上空から大量の PV モジュー

正常な発電状態にあるセルは, セル 1 枚を遮光すると 1 クラルを一度に撮影できるようになり, 測定の効率化が可能とな

スタ分の電流が制限されるため Fig.2 の①のように段差のあ(13-15). しかし, 現場での EL 画像を用いた診断は PIDっている

る I-V 特性となる. この時, Fig.2 に示す(a)-(b)の区間に遮光し現象の発見にとどまり, 経済的な損失につながる PVS の出力

たセルの逆バイアス領域の特性が現れるため, (a)-(b)間の傾き低下を定量的に評価するには I-V 測定等により再検査する必の逆数の絶対値から Rsh を算出する.

要がある. Bedrich らは, EL 画像を用いた出力推定方法を提案

Fig.3 に I-V 特性から評価したセルの Rsh を示す. Fig.3 は全している(16). この提案は精密に補正された 2 枚の EL 画像がてのセルに対し 1 枚ずつ遮光した状態で I-V 測定を行い, 測必要であり, 現場で簡便に活用できるまでには至っていない.

定した I-V 特性の(a)-(b)間の傾きを, 最小二乗法を用いて Rsh

著者らの研究室では, ドローンを用いて上空から EL 画像を評価した. 図中の空欄はRsh が小さすぎて本手法では算出での撮影を行い, PV モジュールの PID 現象を発見するだけでなきなかったセルである．本検討では 2 枚の PV モジュールをく, 出力低下を定量且つ簡便に推定する方法を検討している.

用いて調査したが，Fig.3 は例として PID 現象がより進行してPID 現象は短絡電流 (Isc)等, 他の電気パラメータと比べセルいる Mo.B の結果を示した. Fig.3 の結果より本手法にて得らのシャント抵抗（以下 Rsh）が先行して低下することが報告された Rsh の最低値は 4Ωであった. PID 現象により Rsh が 4Ω以れている(8,11). また, 筆者らのこれまでの研究より, EL 画像の下まで低下した場合, Fig.2 の②, ③のような I-V 特性となる.

セル単位の輝度の低下とセルの Rsh は密接に関係しているこ

これは Rsh の低下により(a)-(b)間の傾きが大きくなるためであとが明らかとなっている(17). そのため, EL 画像のセル 1 枚毎

る. ①の I-V 特性では(a)-(b)間に直線性が得られるが, ②, ③の輝度の低下からセル毎の Rsh を推定し, PV モジュールの I-Vの I-V 特性では(a)-(b)間に直線性が見られず, Rsh を算出できな特性をシミュレーションにより算出することで, PID現象によい.

る出力低下を EL 画像 1 枚から推定できると考えている.
本論文では, 最初に PID 現象の発生した PV モジュールのRsh をセル単位で評価し, Rsh の調整のみで出力を推定可能であることを検証する. 次に EL 画像の輝度と Rsh の相関性を検討し, EL 画像を用いた出力推定を試みる. 最後に EL 画像を 2 値化し,より簡便に出力を推定する方法について提案する.

2． I-V 特性とセルの Rsh
本章では PID 現象によって Rsh のみが低下し Isc 等の他の電Fig.1

気パラメータは正常と仮定して検討を進める. そのため最初に, PID 現象の発生した PV モジュール 2 枚（Mo.A, Mo.B）に

Circuit diagram of PV module.

図 1 PV モジュールの回路図

対してセル単位で Rsh の評価を行う. これまでに, Roy らは EL
画像を用いRshを定量的に評価する研究(18)を行なっている. しTable 1

かしこの研究では PV モジュールの出力に影響を及ぼすほど

表 1. 使用した PV モジュールの公称値

Nominal value of used module

Rsh が低下した場合の検討は行なわれていない. 本論文では,Rsh が大きい場合は実測の I-V 特性より評価し, Rsh が小さい場
合は I-V 特性のシミュレーションより推定することで全セルの Rsh を定量的に評価した. 次に, 得られた Rsh に基づいて I-V
特性をシミュレーションにより推定し, 実測値と比較した.

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Satoshi SAWADA, Sanshiro YAMANAKA, Yasuhiro AOYAMA, Yuki NISHIDO and Hiroshi KOBAYASHIとの関係を比較した. 式(1)に FFnorm の算出式を示す.ただし
FFi は対象セルを 50%遮光したときの FF, FFmin は対象セルを50%遮光した Rsh＝100Ωの時の FF, FFmax はセルを遮光していない状態の FF とする. FFnorm はセル遮光時の FF が, 遮光していない時の FF にどれだけ近い値であるかを百分率で表している.

𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 =Fig.2

I-V characteristics of PV module with a shaded cell.

𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝑖𝑖𝑖𝑖 − 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛
× 100
𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝑛𝑛𝑛𝑛𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 − 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛⋯ (1)

次に 2.1 節で用いた PID モジュールを想定してシミュレー
ションを行った(20). シミュレーションには回路シミュレーシ

図 2 セルの遮光した際の I-V 特性の例

ョンソフトの P-spice を使用した. P-spice はソフト上で電気回路を組み, その回路の電気特性をシミュレーションするソフトである. PV モジュールの等価回路はセル枚数 60 枚, 3 クラ
スタ構成の PV モジュールを想定し, Fig.1 に示すようにバイ
パスダイオードを含めた PV モジュール全体の等価回路を Pspice で作成した. また, セル１枚の等価回路を Fig.4 に示す.
Table.2 に P-spice のシミュレーションで用いたセルの各パラメータを示す. 出力推定では I-V 特性の第一象限を決定する
パラメータを設定する必要がある. Table.2 に示したパラメー
タは PV モジュールの公称値を参考とした. しかし, 太陽電池
は公称出力の誤差±10%まで許容されており, 実測値と公称
Fig.3 Rsh of cell evaluated from I-V characteristics

値の Isc, Voc が異なる場合がある. 従って Isc, Voc は, 型番が同じ

図 3 I-V 特性から評価したセルの Rsh

で PID 現象の発生していない正常な PV モジュールから実測

2.2．
．FF を利用した Rsh の評価（Rsh が小さい場合）

し, Rs は十分に小さい値と仮定し 0.008Ωと設定した. またセ

した I-V 特性をフィッティングし，設定値として用いた. ただ
Fig.2 の②, ③セルの Rsh はいずれも 4Ω以下である. しかしルの Rsh は新品の PV モジュールの場合 20Ω以上の値をとる②, ③の I-V 特性の形状には違いがあり, ②のセルに対し(a)-(21). そのため, R は出力に影響を与えないほど十分に大きいsh(b)間の傾きがより急である③のセルは Rsh がより低下していと仮定し 100Ωと設定した.

ると考えられる. また Fig.2 の■印は①～③の I-V 特性の最適シミュレーションではセル 1 枚を遮光率 50%で遮光した状

動作点を(Pmax)の位置を示しているが, STC 条件では Isc, Voc が態を再現するためセル 1 枚の Isc を 50%低下させた. その後 Isc

同じであるためRshの低下に伴いFFが増加することがわかる.

を 50%低下させたセルの Rsh を 100Ω～0.001Ωの範囲で調整

そこで著者らは Rsh が 4Ω以下のセルを対象に, FF から Rsh をし, I-V 特性を算出した. 得られた I-V 特性から FFnorm を算出

推定する方法を検討した. 本節では, 最初に FF を規格化した

し, FFnorm と Rsh の関係を調べた.

FFnorm を導出した. その後, シミュレーションを用いて FFnorm

Fig.5 は Rsh と FFnorm の関係をシミュレーションにより求めと Rsh の関係を求めた. 最後に, Rsh が 4Ω以下のセルの Rsh をた結果である. Fig.6 は Rsh が 10Ω以下のセルにおける FFnorm

FFnorm と Rsh の関係から推定した.

の計算結果を示している. Rsh が 0.01Ωよりも小さい場合,
FFnorm はほぼ 100%の値をとる. Rsh が増加すると FFnorm は減少

セルの Rsh の低下が進むにつれて対象セルは短絡状態に近づく. そのため実測において遮光したセルのRshが低下していし, Rsh が 4.5Ωで FFnorm は 0.3%となる. Rsh が 4.5Ω以上の場合,

る場合, FF はセルを遮光していない状態の FF の値に近づく.

FFnorm は 0.3%以下の値をとり, 小さな値になった. 以上より,

しかし, 遮光していない状態の FF は PV モジュールの状態

Rsh が 0.01Ω～4.5Ωの範囲で Rsh と FFnormに相関性が得られる(PID の有無等)によって異なる. 本検討で用いたPID モジュー

ことがわかった. そのため, Rsh が小さいセルは FFnorm から Rsh

ルの FF は非遮光状態で 0.60 であった. そのため, セルの Rshの値を推定することとした. 式(2)に Fig.5 の FFnorm と Rsh の関を低下させた時, 正常な PV モジュールでは FF が 0.60 以上

係から Rsh が 0.01Ω～4.5Ωの範囲で近似曲線を算出した結果になる場合でも PID モジュールでは FF が 0.60 で頭打ちとなを示す. ただし, x はセルの FFnorm, y は Rsh を示す．

る. 従って, FF から Rsh を推定すると, Rsh は本来推定すべき値よりも高く推定されてしまう可能性がある. そこで本検討では FF の値を直接用いず, FF を規格化した FFnorm を用いて Rsh
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𝑦𝑦𝑦𝑦 = −4.15𝑥𝑥𝑥𝑥 3 + 9.77𝑥𝑥𝑥𝑥 2 − 10.14𝑥𝑥𝑥𝑥 + 4.47

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Study on power estimation of PV module with Potential-Induced Degradation using EL image

ンを用いて検討した. シミュレーションは3クラスタ, セル
枚数60枚を想定し, セル1枚の等価回路はFig.4に示したモデルを使用した. パラメータはTable 2で示した値を用い, Rshの値のみセル毎に算出した結果を代入した．Rshが4Ω以上のセルはFig.3の結果を用いた. またRshが4Ω以下の場合はFFnorm
を式(2)に代入して得られたRshを使用し, 設定した下限値を下回る場合のみRshの下限値の値を代入した. Rshの下限値については1Ω, 0.1Ω, 0.01Ω, 0.001Ωの4パターンとし，シミュレ
Fig.4 simulation modelーションから算出したI-V特性が, 実測時のI-V特性に最も近

図 4 シミュレーションモデル

い値を下限値と設定した.
Fig.7 に Rsh の下限値を変化させた時の I-V 特性と実測時のCell parameters used in P-spice simulation

I-V 特性を比較した結果を示す. Fig.7 より Rsh の下限値が 0.1ΩP-spice のシミュレーションで用いたセルの各パラメの時, 実測値に最も近づくことがわかった. Fig.5 の関係より

Table 2
表2

Rsh が 0.1Ωに対応する FFnorm は 93%である. 従って本検討でータ

は FFnorm が 93%以上の場合, Rsh を 0.1Ωに統一し推定を行った.
Fig.8 に Mo.B において Rsh が 4Ω以下のセルに対して FFnorm
を用いて Rsh を算出した結果を示す. FFnorm を用いて算出したセルは灰色で表している. 白色のセルは Fig.3 で得られた結果を示している. 以上より 2.1 節の手法と本節で提案した手法の結果を合わせることで全てのセルの Rsh を定量的に評価できることがわかった. また Fig.9 に Mo.B と同様の方法により推定した Mo.A の Rsh の結果を示す.

Fig.5 Correlation between Rsh and FFnorm .
図 5 Rsh と FFnorm の関係
実測においてセルの Rsh が 4Ω以下 (Fig.3 の空欄)の場合，Fig.6 Calculation results of FFnorm

セル 1 枚を 50%遮光した実測の I-V 特性の FF から FFnorm を

図 6 FFnorm の算出結果

式(1)より算出し, その後, 式(2)に FFnorm を代入することで Rshを算出した. FFnorm を算出する際に，FFmin は PV モジュール内の全セルにおいて最も小さい FF を FFmin と設定した. また
FFmax はセルを遮光していない状態の I-V 特性から得られたFF を FFmax と設定した. Fig.6 に例として PID 現象がより進行している Mo.B の FFnorm をセル毎に算出した結果を示す. Fig.3の結果より Rsh が 4Ω以上であり I-V 特性から Rsh を算出できる場合は FFnorm から推定する必要がないため「―」で示した.
Fig.6 に示したように実測では測定時間の差異による日射強度や気温の変化により FFnorm が 100%をわずかに超える場合がある. シミュレーションでセルのRshをどれだけ低下させても FFnorm は 100%を超えることはない. 従って FFnorm が一定以上の値となる場合, Rsh の下限値を決定する必要がある.

Fig.7

そこで, Mo.Bの結果を用いRshの下限値を, シミュレーショ

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図74

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I-V curves of PV module with the low Rsh is changed
Rsh の下限値を変化させた時の I-V 特性
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澤田・山中・青山・西戸・小林：

Fig.8 Results of evaluating Rsh of Mo.B
図 8 Mo.B の Rsh の評価結果

Fig.10Comparison of the measured values of Mo.A and the I-V

図 10

Mo.A の実測値と Rsh を用いてシミュレーションした

characteristics simulated using Rsh
I-V 特性の比較

Fig.9

Results of evaluating Rsh of Mo.A

図 9 Mo.A の Rsh の評価結果

2.3．
． Rsh を用いた出力推定
本節ではPIDモジュール(Mo.A, Mo.B)各セルのRshをパラメータにしたI-V特性の シミュレーション結果と実測で得られFig.11Comparison of the measured values of Mo.B and the I-V

図 11

Mo.B の実測値と Rsh を用いてシミュレーションした

characteristics simulated using Rsh

たI-V特性の比較を行なった. シミュレーションは3クラスタ,
セル枚数60枚を想定し, Fig.1に示すようにバイパスダイオー

I-V 特性の比較

ドを含めたPVモジュール全体の等価回路をP-spiceで作成した. またセル１枚の等価回路はFig.4に示すモデルを使用した. パラメータはTable 2で示した値を用い, Rshの値のみセ

他の電気パラメータは正常と仮定したが実測値に近い結果をル毎に算出した結果を代入し, I-V特性をシミュレーション

得られることがわかった. 以上より PID モジュールの出力をした.

推定する方法としてセルの Rsh を調整して I-V 特性を再現す

Fig. 10 は Mo.A について Fig.9 で得られた Rsh に基づいて計る手法は妥当であることがわかった.

算された I-V 特性のシミュレーション結果と実測した I-V 特

3．
． EL 輝度を用いた出力推定性を比較したものである. I-V 特性を実測した時の日射強度は2]であった. 出力の絶対誤差率は 2%, FF の絶対誤差

999[W/m

2 章ではセル毎に Rsh を測定し, Rsh の調整のみで I-V 特性を

率は 2%であった.
Fig.11 は Mo.B について Fig.8 で得られた Rsh に基づいて計再現できることを確認した. 本章では, EL 画像の輝度と Rsh の算された I-V 特性のシミュレーション結果と実測した I-V 特

相関関係について検討した. その後, EL 画像を用いて I-V 特性を比較したものである. I-V 特性を実測した時の日射強度は性の推定を試みた.

1090[W/m2]であった. 出力の絶対誤差率は 1%, FF の絶対誤差

EL 画像の撮影の際には PID モジュールに電流源(Kikusui

率は 0%であった．

PAS 60-12)を接続し 8A の電流を印加することで, PID モジュ本検討において Mo.A の I-V 特性の推定では Fig.7 に示すよールから近赤外光を発生させた. この PID モジュールの発光

うに, Mo.B の I-V 特性にフィッティングして設定した Rsh の状態を EL 画像撮影用のカメラで撮影を行った. 撮影時のカ下限値を用いた. だが, Mo.A, Mo.B いずれの場合においてもメラの設定は F 値を 4.0, シャッタースピード 5sec, ISO 感度

実測値に近いI-V特性を再現できることが分かった. またPID

を 800 とし, 撮影した EL 画像がハレーションの起こらない

モジュールのシミュレーションでは, R sh のみを低下させ,条件に設定した. また撮影は外部からの光の影響を防ぐため

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図 13 EL 輝度と Rsh の関係に暗室内で行った.
EL 画像のセル毎の輝度は画像処理ソフト（GIMP 2.8.20）を用いて算出した. EL 画像に対しセル１枚毎に範囲指定し, セ
ル内の輝度の平均値を求めることでセル毎の輝度を算出した.
また測定環境の変化を考慮するため, 本検討では PV モジュール内の最大輝度のセルを基準として, 各々のセルの輝度を百分率で表した.
Fig.12 に撮影した EL 画像を示す. Fig.13 に輝度と Rsh の関係を示す. グラフの破線は輝度 50％を示している. 輝度が 50%
Fig.14以上の場合, ばらつきが大きく輝度とRshの相関性を得られな

Correlation between brightness of EL image and Rsh withbrightness below 50%

いことがわかった. ばらつきの原因としては口径食やセルの(16)等が考えられる. 輝度が 50%を下回る場合,

図 14

量子効率の違い

輝度が 50％以下の EL 輝度と Rsh の関係

Rsh は 1Ω以下に低下していることが確認できる. また,輝度が50%以下の結果を用いて輝度と Rsh の相関係数を算出したとFig.15 に Mo.A の EL 画像の輝度から推定した Rsh の結果を

ころ 0.87 であった. 以上より輝度と Rsh に強い相関があるこ示す. 輝度が 50%以下であり式(3)から Rsh を推定したセルはとが確認できた.

グレーで示した. また Fig.16 に実測により得られた I-V 特性

これより Fig.13 の輝度と Rsh の関係を元にセルの輝度かと Fig.15 で得られた Rsh に基づいて計算された I-V 特性のシ

ら Rsh を推定する式を導出する. 輝度が 50％以上の場合, 輝度

ミュレーション結果を示す. ただし, Rsh の推定結果が 0.1Ω以と Rsh の相関性は得られない. そのため輝度が 50%以上のセ下のセルは 0.1Ωと推定した. 実測の I-V 特性では日射強度

ルは漏れ電流が流れないほど Rsh が大きいと考え, 一律 100Ω

1,090[W/m2]の条件で測定した. Fig.16 の●印はそれぞれの最とした. Fig.14 に Fig.13 の輝度と Rsh の関係について 50%以下

適動作点を示している. 参考として FF の絶対誤差率を算出の部分を拡大した結果を示す. 輝度が 50%以下の時, 輝度としたところ 3％であった. また出力の絶対誤差率は 4％であRsh の関係は直線であるとし, 一次式で関係式を導出した. 一

った.
Fig.17 に Mo.B の EL 画像の輝度から推定した Rsh の結果を次式の妥当性については後程改めて評価する. 式(3)に輝度とRsh の関係式を示す. ただし, x は輝度, y は Rsh を示す．

示す. 輝度が 50%以下であり式(3)から Rsh を推定したセルはグレーで示した. また Fig.18 に実測より算出した I-V 特性と𝑦𝑦𝑦𝑦 = 0.791𝑥𝑥𝑥𝑥 + 0.003

Fig.17 に基づいたシミュレーションより算出した I-V 特性を⋯ (3)示す. Fig.18 の●印はそれぞれの最適動作点を示している. 実
測の I-V 特性では日射強度 998 [W/m2]の条件で測定した. 参考として FF の絶対誤差率を算出したところ 2％であった.
また出力の絶対誤差率は 3％であった.
EL 画像を用いた推定では, 輝度 50%以上のセルをすべて
Rsh が 100Ωとして推定した. しかし Fig.16, Fig.18 の結果より
Mo.A, Mo.B 共に I-V 特性の形状をおおむね推定できた. 以上(a)Mo.A
Fig.12図 12.

の結果より Rsh が大きい場合, I-V 特性の形状は Rsh の値に依存(b)Mo.B
EL image of PID module

せず, Rsh が小さいセルのみ EL 画像から Rsh を推定することでPID モジュールの EL 画像

I-V 特性を再現できることがわかった. また, Fig.14 において輝度と Rsh の関係を式(3)で近似している. 式(3)を使った近似
でも I-V 特性が精度よく推定できており,式(3)を使った近似は妥当であると考えてよい.

Fig.13

Correlation between brightness of EL image and Rsh.

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Rsh estimated using Mo.A EL image
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図 15

Mo.A の EL 画像から推定した Rsh

4．
．簡易的な出力推定に関する検討
3 章では輝度と Rsh の相関について検討し, 輝度が 50％以下のセルの Rsh を EL 画像から推定することで出力推定が可能であることが明らかとなった. しかし出力推定を行うにはFig.14 の関係から推定式を求める必要があり, 実用的な方法とは言い難い. 従って本章では現場で使用する実用的な方法として, 輝度と Rsh の推定式を必要としない簡便な出力推定方法について提案する.
3 章では EL 画像の輝度が 50%以上の時 100Ωとし輝度が50%以下のセルに対してのみ, Rsh の推定を行った. Fig.15,
Fig.17 の灰色で示したセルは輝度が 50%以下のため Rsh を推定式より算出を行ったセルを示しているが, いずれのセルもFig.16図 160.1Ω～0.4Ωであることが分かった. そのため, 本章では EL

Comparison between actual measured value of Mo.A
and I-V characteristics estimated using EL images

画像からより簡便に出力を推定する方法として, 輝度が 50%

Mo.A の実測値と EL 画像から推定した I-V 特性の以上のセルを 100Ω, 輝度が 50%以下のセルの Rsh を 0.1Ωと 2 値化し Rsh の推定を行った. その後得られた Rsh に基づい

比較て I-V 特性のシミュレーションを行い, I-V 特性の形状および Pmax について検討した.
Mo.A の Rsh を 2 値化した結果を Fig.19 に, Mo.B の Rsh を 2値化した結果を Fig.20 に示す. I-V 特性は Mo.A, B いずれのシ
ミュレーション結果においても実測値との差が大きくなっている. これは Rsh を 0.1Ωと低く見積もったことが原因と考えられる. しかし, Mo.A の出力の絶対誤差率は 2%, FF の絶対誤
差率は 3%，Mo.B の出力の絶対誤差率は 1%, FF の絶対誤差
率は 1%であり, Rsh を精密に推定した時の絶対誤差率とあまり変わらない結果となった.
Table.3 は正常な PV モジュールの実測値に対する出力低下
Fig.17Rsh estimated using Mo.B EL image

率を, I-V 特性の実測値及び EL 画像から簡易的に求めた結果

図 17

Mo.B の EL 画像から推定した Rshを比較したものである. 環境条件については, Mo.A は日射強度 916[w/m2], Mo.B は日射強度 863[w/m2]で測定を行った. ま
た正常な PV モジュールは各 PID モジュールの測定直後に測定し, 各 PID モジュールと同じ日射強度で I-V 特性を測定した. I-V 特性と，EL 画像から簡易的に推定した時の出力低下率の差は Mo.A, Mo.B, いずれの場合も 3 ポイント以下であり,十分小さいことが分かる.

Fig.18Comparison between actual measured value of Mo.B
and I-V characteristics estimated using EL images

図 18

Mo.B の実測値と EL 画像から推定した I-V 特性のFig.19

比較
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Simulation result of binarized Mo.A
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Study on power estimation of PV module with Potential-Induced Degradation using EL image

図 19 Mo.A を 2 値化した時のシミュレーション結果

現場での診断ではアレイ単位の出力推定を要求される. 本
報告にて提案した手法を用いて PID モジュールの I-V 特性を
EL 画像から推定し, 正常な PV モジュールの I-V 特性と合成することで, アレイ単位の出力推定が可能である. 従って本報告より PID 現象による PVS の出力低下を EL 画像から推定可能になると考えている.
ただし, 本論文では 2 枚の同種の PID 発生モジュールを用
いて出力推定方法を提案している. 提案の手法で出力推定を実用化するためには異種モジュールにおいても本論文で提案した推定方法が適応可能か今後検討を進める必要がある.
また, 本論文では EL 撮影についても撮影条件を限定している. 特に, ドローンを用いた EL 検査では本論文で使用した

Fig.20

Simulation result of binarized Mo.B

カメラの設定では撮影が難しい. そのため今後は, ドローン

図 20 Mo.B を 2 値化した時のシミュレーション結果で撮影した EL 画像を分析するために, カメラの撮影条件の検討や Rsh, 輝度をパラメータとした感度分析を行い, より汎Table 3Comparison of power reduction rate measured by each

用性の高い出力推定方法の検討を進める予定である.

inspection method.

6．
．参考文献

表 3 各検査方法から測定した出力低下率の比較

1) 経済産業省 資源エネルギー庁, 再生可能エネルギー固定価格買取制度ガイドブック 2018 年度版, 2-5 (2018), 経済産業省, 東京.
2)浜川圭弘, 桑野幸徳共編, アドバンストエレクトロニクス I-3 太陽エネルギー工学 太陽電池, 10-12 (1994), 培風館, 東京
3)加藤和彦, 太陽光発電システムの不具合事例ファイル, 12-14 (2010),
日刊工業新聞社, 東京.

5．
．まとめ

4) 消費者安全調査委員会, 消費者安全法第 23 条第 1 項の規定に基づく事故等原因調査報告書(住宅用太陽光発電システムから発生した火

本報告では PID 現象が発生した PV モジュールの Rsh を評

災事故等), 10-12 (2019), 消費者庁, 東京.

価し Rsh の調整のみで出力推定が可能か検討した. その後 EL

5)経済産業省, 電気事業者による再生可能エネルギー電気の調達に関

画像の輝度と Rsh の関係について相関性を調査し, EL 画像かする特別措置法, (2016).

ら出力を簡便に推定する方法について検討した.

6) 資源エネルギー庁, 事業計画策定ガイドライン(太陽光発電) , 21-30

以下にその結果をまとめる.

(2019). 経済産業省, 東京.

(1) PID 現象によって Rsh が低下したセルは I-V 特性から直7)大内雅之, 太陽電池モジュールの検査方法と不具合事例, 電気設備

接 Rsh を評価することができない. それらのセルは FF

学会誌 37 (6), 346-349 (2017).

を用いて Rsh を推定することで定量的に評価することが

8) W. Luo et al., Potential-induced degradation in photovoltaic modules: aできる. 上記の方法で得られた Rsh を用いてシミュレー

critical review, Energy Environ. Sci , 43 (10), 43-68 (2017)

ションを行うことで PID モジュールの I-V 特性を再現

9) Y. Chen et al., Investigation of Correlation between Field Performance and

可能である.

Indoor Acceleration Measurements of Potential Induced Degradation (PID) for(2) 輝度が 50%以下の場合に限り, 輝度と Rsh の相関が得ら

c-Si PV Modules, 33rd European Photovoltaic Solar Energy Conference andれる. 輝度が 50%以上の場合, Rsh は推定できないが十分

Exhibition (2017), 1408-1413, Amsterdam, Netherlandsに大きい値であるため Rsh を一律 100Ωと推定しても I-V10) Naumann V., Geppert T., Großer S., Wichmann D., Krokoszinski H.,

特性の形状にほぼ影響はない. 従って輝度が 50%以下にWerner M., Hagendorf C. Potential-induced Degradation at Interdigitated Back

低下したセルのみ EL 画像から Rsh を推定することでContact Solar Cells. Energy Procedia, 55, 498-503 (2014)

PID モジュールの I-V 特性を再現可能である.

11) 土井卓也, 新規信頼性試験法の開発, 第Ⅱ期高信頼性太陽電池(3) 50%以下のセルの Rsh をすべて 0.1Ωと推定しシミュレー

モジュール開発・評価コンソーシアム最終成果報告書, 227-255 (2013).

ションを行うことで絶対誤差率 3%以内で出力を推定す(accessed:Nov.1st2019 )https://unit.aist.go.jp/rcpv/ci/results/past_presentation/

ることができる. すなわち, EL 画像の輝度を 2 値化して2013module_consortium/4_3.pdf

Rsh を推定することでより簡便に出力を推定することが12) Xianfang Gou, Xiaoyan Li,1 Su Zhou, Shaoliang Wang, Weitao Fan,

できる.

Qingsong Huang, PID Testing Method Suitable for Process Control of Solar

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澤田・山中・青山・西戸・小林：

Cells Mass Production, International Journal of Photoenergy Volume 2015,(accessed:Nov.1st2019 ) https://www.hindawi.com/journals/ijp/2015/863248/
13) 西戸雄輝, 青山泰宏, ドローンを活用した太陽電池のEL測定診断,
電気現場, 57 (668), 70-73 (2018) .
14)西戸雄輝, 太陽光発電設備のオンサイト EL 測定, 電気設備学会誌
39 (11), 708 (2019).
15)西戸雄輝, 青山泰宏, 太陽光発電設備のメンテナンス用ドローンの開発, ロングライフビル推進協会会誌, 31(168) ,35-38 (2019).
16) K. G. Bedrich et al. Quantitative Electroluminescence Imaging Analysis for
Performance Estimation of PID-Influenced PV modules IEEE J. Photovolt,
16 (8), 669-77 (2018)17) S. Sawada, Kentaro HADA, TAKESHITA Ryuichiro, Sanshiro
YAMANAKA, Yasuhiro AOYAMA, Yuki NISHIDO, Hiroshi KOBAYASHI,
Correlation between brightness of EL image and Rsh of PV module with hot
spot, Institute of Electrical Installation Engineers of japan, (2017), C-20, Ehime,Japan18) S. Roy and R. Gupta, Quantitative Estimation of Shunt Resistance in
Crystalline Silicon Photovoltaic Modules by Electroluminescence Imaging,IEEE J. Photovolt, 9 (6), 1741-1747 (2019)19) S. Yamanaka, T. Mishina, H. Kawamura, H. Kawamura, H. Ohno,
K. Naito, Effect of the Reverse Bias Characteristics of a PV Cells on I-V
Characteristics of PV Module with a Cell Lowered the Generating Power,
JSES, 29 (2), 44-52 (2003).
20)Volker Quaschning and Rolf Hanitsch,

Solar Energy, 56 (6), 513-520(1996).
21)Hiroki SATO, Sanshiro YAMANAKA, Yasuhiro AOYAMA, Yuki
NISHIDO, Hiroshi KOBAYASHI, Study on Evaluation Method of Shunt
Resistance Reduction of Photovoltaic Cell Using Thermal Images, Jornal ofJapan Energy Society, 44(6), 73-79 (2018).

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