JP7855537B2 - 太陽光発電システム点検装置および点検方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、太陽光発電システム点検装置および点検方法に関する。

太陽光発電システムの運用および保守点検は、近年の自然災害の激甚化や、電気保安人材の将来的な不足に対する懸念などから、自動点検装置などによる省力化・無人化が求められている。

特にメガソーラと呼ばれる、出力が１ＭＷを超える大規模太陽光発電所では、広大かつ環境の異なる敷地内に設置された太陽光発電パネルを効率的に点検する必要がある。また、太陽光発電パネルは、ため池などの水中や山間部、雑草地帯、豪雪地帯に設置される場合もあり、設置環境に対してロバストな点検技術が要求される。

従来からドローン等の飛行移動機体（Ｕｎｍａｎｎｅｄ ａｅｒｉａｌ ｖｅｈｉｃｌｅ：ＵＡＶ）を用いた太陽光発電パネルの点検装置、点検方法などが提案されているが（例えば、特許文献１、特許文献２など）、これらの従来手法は、太陽光発電パネルの上面、すなわち太陽光が照射される面の健全性の点検に限定されており、太陽光発電パネル下側の部位についての点検手法は示されていない。

太陽光発電パネル下側におけるバックパネルの劣化や焼損、ジャンクションボックスの劣化や焼損、架台の錆や固定ボルトの緩み、ケーブル断線、アース線外れ、虫の巣などの異常発見は、太陽光発電システムの保守点検において重要であり、放置すると発電量の低下、システム全体の寿命低下、自然災害による損壊といった危険につながるおそれがある。また、今後、両面発電パネルの普及が進む可能性があり、太陽光発電パネル下側の点検の必要性は、さらに高まると考えられる。太陽光発電パネル下側の点検装置、点検方法も提案されているが（例えば、特許文献３、特許文献４など）、これらの手法は、地上を走行する点検システムを用いており、設置環境の良好な太陽光発電パネルにおける点検に限定されていた。

また、仮にＵＡＶを用いて太陽光発電パネルの下側を撮影しようとすると、ＵＡＶを上空約１ｍ以下で低空飛行させる必要があり、ＵＡＶの飛行安定性の問題や、太陽光発電パネルとの接触事故の可能性があり、安全性の問題が生じる。

特許第５１９７６４２号公報 特許第６９７０３１７号公報 特許第７１１８２３４号公報 特開２０２２－１７７４１７号公報

太陽光発電パネルの保守点検は、現場での目視による点検項目が多く、点検作業員の五感や観察力に大きく依存している。特にメガソーラなどの大型システムでは、保守点検に多くの人員・時間を要するという課題がある。

また、先述の山間部や雑草地帯、豪雪地帯など、点検作業員のアクセスが難しい場所に設置された太陽光発電システムの場合は、システム全体の健全性を保証することが難しい。さらに感染症の流行などにより、点検作業員が確保できない事態も生じうるため、省人化・無人化に向けた技術開発が進められている。

こうした課題に対して、例えばメガソーラを一括して点検する場合、ＵＡＶによる空撮で、短時間で効率良く異常を発見する方法が提案されている。しかし、その多くは点検項目として重要な、太陽光発電パネルを設置した地面側からの観察で検知される異常、そして、その検知結果に基いた異常個所の分析などには対応できていない。

また、太陽光発電パネルを設置した地面側から観察する場合、設置環境の課題があり、ＵＡＶにより観察しようとすると、低空飛行を強いられるため、前述した通り安全性の課題がある。

このような課題を解決するためには、ＵＡＶを飛行が安定する高さで飛行させ、太陽光発電パネルの設置面側から得られる情報を取得する装置および手法が必要となる。これにより太陽光発電システムを構成する架台、接続箱、ケーブルなどの太陽光発電パネル以外の構成要素、および太陽光発電パネルの背面側などに対して必要な点検項目に安定して対応することができ、システム全体の健全性に関わる異常を発見することができる。

以上のように、従来においてはＵＡＶによる空撮では確認できなかった部位の異常を対象にすることで、点検項目、点検範囲を拡大し、さらに自動機と組み合わせることで、点検効率の向上、点検の省人化・無人化が実現することが望まれている。また、地上を走行する車両を用いた太陽光発電パネル下面の点検では、走行路面の状況により、不安定だった撮影や搭載不可だった機能を解消することも望まれている。

本発明は、上記した従来の事情に対処してなされたものであり、その目的は、太陽光発電パネルの下側の安定した点検が可能な太陽光発電システム点検装置および点検方法を提供することにある。

実施形態の太陽光発電システム点検装置は、太陽光発電パネルの太陽光が照射される面と反対側のパネル下側を撮影するための太陽光発電システム点検装置であって、前記太陽光発電パネルの間の通路の上空を飛行する飛行移動機構と、前記パネル下側を撮影する撮影装置と、前記撮影装置の向きを調整する画角調整機構と、前記飛行移動機構から下方に向けて延在し、前記飛行移動機構と前記画角調整機構とを接続して、前記撮影装置を前記パネル下側を撮影可能な高さに位置させる接続部と、前記飛行移動機構または前記撮影装置の位置を取得するための位置取得機構と、前記撮影装置を、地上から一定の高さに保持するための高さ制御機構とを具備し、前記接続部は、長さ可変式であり、前記高さ制御機構は、前記撮影装置と同一のレベルに配設された高さ測定機構と、前記高さ測定機構によって測定される上空高さに基づいて、前記接続部の長さを変更する長さ変更機構とを有することを特徴とする。

実施形態の太陽光発電システム点検方法は、太陽光発電パネルの太陽光が照射される面と反対側のパネル下側を撮影するための太陽光発電システム点検方法であって、前記太陽光発電パネルの間の通路の上空を飛行する飛行移動機構と、前記パネル下側を撮影する撮影装置と、前記撮影装置の向きを調整する画角調整機構と、前記飛行移動機構から下方に向けて延在し、前記飛行移動機構と前記画角調整機構とを接続して、前記撮影装置を前記パネル下側を撮影可能な高さに位置させる接続部と、前記飛行移動機構または前記撮影装置の位置を取得するための位置取得機構と、前記撮影装置を、地上から一定の高さに保持するための高さ制御機構とを具備し、前記接続部は、長さ可変式であり、前記高さ制御機構は、前記撮影装置と同一のレベルに配設された高さ測定機構と、前記高さ測定機構によって測定される上空高さに基づいて、前記接続部の長さを変更する長さ変更機構とを有する太陽光発電システム点検装置を用いることを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、太陽光発電パネルの下側の安定した点検が可能な太陽光発電システム点検装置および点検方法を提供することができる。

第１実施形態に係る太陽光発電システム点検装置の基本構成を模式的に示す図。 第１実施形態に係る太陽光発電システム点検装置の変形例の構成を模式的に示す図。 第１実施形態に係る太陽光発電システム点検装置の他の変形例の構成を模式的に示す図。 第１実施形態に係る太陽光発電システム点検装置の他の変形例の構成を模式的に示す図。 第２実施形態に係る太陽光発電システム点検装置の構成を模式的に示す図。 第２実施形態におけるデータ通信内容の例を説明するための図。

以下、実施形態に係る太陽光発電システム点検装置および点検方法について、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１、図２は、第１実施形態に係る太陽光発電システム点検装置および点検方法の概略構成を模式的に示す図である。本発明では、先述の通り、太陽光発電システムの保守点検の省人化・無人化を課題としているが、その基本構成を図１に示し、飛行位置や飛行高さの制御を撮影装置近くの装置で実施する構成を図２に示している。

例えば、メガソーラと呼ばれる大規模な太陽光発電システムにおいては、多数の太陽光発電パネルが配設されている。図１、図２に示す例では、点検対象の太陽光発電パネル１と、これに隣接する太陽光発電パネル２が、通路３を隔てて配列されている。本実施形態では、太陽光発電パネル１の太陽光が直接照射される面の反対側、すなわち太陽光発電パネル１の下側から観察・点検することを可能にするため、太陽光発電パネル１、太陽光発電パネル２の間にある通路３の上空を飛行する点検装置１０が、基本構成となる。

点検装置１０は、通路３上空を飛行する飛行移動機構１１、太陽光発電パネル１の下側を撮影する撮影装置１２、撮影装置１２の撮影方向を所望の方向に向けるための画角調整機構１３、飛行移動機構１１と画角調整機構１３とを接続する接続部１４を具備している。また、点検装置１０は、撮影位置情報を取得する位置取得装置１５、撮影高さを制御するための高さ制御機構１６を具備している。図１に示す例は、これらの位置取得装置１５、高さ制御機構１６は、飛行移動機構１１が具備しているものを使用する例について示している。

飛行移動機構１１は、通路３の設置環境に依らず安定して撮影装置１２を運搬することのできる機構である。安定した飛行移動が可能であれば、飛行航路は問わず、例えばドローンやヘリコプターによる自由な航路での飛行、通路３上に設置したレールやケーブル、電子制御航路を伝って移動する飛行が考えられる。飛行移動機構１１の移動制御は、人による遠隔操作や航路を学習させることによる自動飛行等があり、その方法は問わない。また飛行移動機構１１には太陽光発電パネル１の上面を点検するための点検機構２２（図４参照。）を搭載してもよい。点検機構２２に用いるカメラの形態は問わず、飛行移動機構１１が搭載しているカメラ、一般的なカメラの他、温度測定のためのサーモカメラ等を使用することができる。

撮影装置１２は、太陽光発電パネル１の下側を撮影するための装置である。撮影装置１２が取得するデータについて、画像および動画等の形式は問わない。太陽光発電パネル１の下側を撮影可能であれば、装置の形式は問わず、一般的なカメラの他、全天球カメラやスマートフォン内蔵カメラ、ステレオカメラ等が考えられる。またカメラとして、サーモカメラやマルチスペクトルカメラのように、光の波長範囲が異なる画像を同時または個別に取得する画像取得機構２１を用いてもよい。カメラとして画像取得機構２１を用いた場合の構成図を図３に示す。

画角調整機構１３は、撮影装置１２（又は画像取得機構２１）の向きをある方向に調整し、所望の範囲の画像を取得する。画角調整機構１３は、撮影装置１２の物理的な固定や電子制御による駆動及び固定等による機構を使用することができ、スタビライザ（ジンバル）、三脚（雲台）等を使用することができる。

接続部１４は、飛行移動機構１１から下方に向けて延在し、飛行移動機構１１と画角調整機構１３とを接続することにより、太陽光発電パネル１、２の上方において、飛行移動機構１１をその姿勢が安定する高さで飛行させながら、撮影装置１２が太陽光発電パネル１の下側を撮影可能な位置に配置できるようにする。接続部１４は、飛行移動機構１１で運搬可能であれば材料や構造は問わず、例えば、単一のゴム紐での接続、複数のゴム紐での接続、プラスチック棒等の剛体による接続、ウインチやモータと併設した長さ可変式の接続、等を用いることができる。

位置取得装置１５は、撮影装置１２の撮影データを点検結果として管理するために撮影した位置と紐づける、飛行移動機構１１または撮影装置１２の位置情報を取得する装置である。この位置取得装置１５としては、例えばＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：全地球測位システム）が挙げられる。ここでＧＰＳとは、人工衛星を利用した地球上での現在位置を測定するためのシステムのことである。なおＧＰＳは発信機があればどのようなものでもよく、その発信機は例えば飛行移動機構１１に内蔵される発信機や外付けの小型発信機等が考えられる。図１では飛行移動機構１１に発信機を内蔵した構成を示している。

また、位置取得装置１５として、例えば、ＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ）を用いることもできる。ここでＳＬＡＭとは、周囲環境の撮像データから環境地図を作成し、同時に環境地図と撮像データを統合することで、位置情報を特定する手法である。ＳＬＡＭに用いるカメラの種類は問わず、例えばステレオカメラや全天球カメラが挙げられる。図２では位置取得装置１５として全天球カメラを搭載した構成を示している。

高さ制御機構１６は、撮影装置１２の上空高さを所望の高さに保持し、常に所望の高さから太陽光発電パネル１の下側を撮影するための機構である。この高さ制御機構１６としては、例えば、図１に示すような飛行移動機構１１に内蔵された上空高さ測定に基づいた飛行高さ制御が挙げられる。また例えば、図２に示すように、撮影装置１２と同一のレベルに配設された高さ測定機構１６aと、高さ測定機構１６aによって測定される上空高さに基づいて、接続部１４の長さを変更する長さ変更機構１６bとによって、撮影装置１２の高さを一定にする高さ制御機構１６を用いることもできる。ここで上空高さの測定方法として、例えばレーザや超音波による計測方法が挙げられる。また、長さ変更機構１６bによる接続部１４の長さ制御方法としては、例えばウインチや伸縮構造、金属ベルト、ジャッキ等が挙げられる。

図４に、上述した基本構成に加えて追加で装置を搭載した構成例を示す。図４に示すように、点検装置１０に加えて、目視点検で確認できない異常を検出するためのセンサ２３を追加で用いてもよい。目視以外で、点検作業員の五感に頼る点検項目として、例えば焼損や錆により発する匂い、太陽光発電パネル内部の断線による局所的な過熱、接続箱内部の異常音、ボルト締結部の緩み、地滑りによる架台のぐらつき等が挙げられる。これらに対して、匂いセンサ、非接触温度計、可聴音マイク、レーザ振動計、レーザ距離計、超音波センサ等により計測可能であるが、その他のセンサ２３を用いてもよい。

また、点検装置１０に加えて、撮影装置１２が撮影したデータを基に異常の有無を判定するデータ判定装置２４を備えてもよい。データ判定装置２４は撮影装置１２から送信される画像または動画データに対して、画像処理または学習を実施し、太陽光発電パネル１の下側に発生する異常を検出する。先述の通り、太陽光発電パネル１の下側では、バックパネルの劣化や焼損、ジャンクションボックスの劣化や焼損、架台の錆や固定ボルトの緩み、ケーブル断線、アース線外れ、虫の巣等多様な異常が発生する。これらを検出可能な画像処理または学習方法が望ましい。例えば、教師無し学習による異常有無の分類や、正常な太陽光発電パネル下側の撮影データを学習させることによる異常検知が挙げられる。

以上のように構成された本第1実施形態によれば、次のような（１）～（４）の作用効果を得ることができる。
（１）点検装置１０を用いることで、山間部や雑草地帯、豪雪地帯等、設置環境が悪い太陽光発電所において太陽光発電パネル１の下側について画角や撮影位置を安定させて撮影可能である。すなわち、設置環境や飛行環境に依らずロバストなパネル下側点検が可能である。これにより、従来では点検員が実施してきた太陽光発電パネル１の下側の目視点検を代替することができる。
（２）飛行移動機構１１の飛行制御を自動化することで、目視点検の自動化が可能である。これにより、点検コストの削減だけでなく遠隔地にある太陽光発電所への出張等によるコストも削減可能である。
（３）画像取得機構２１、点検機構２２、様々なセンサ２３などにより、目視点検で検出不可な異常を検出可能とすることができる。目視点検で検出不可な異常として、例えば太陽光発電パネル１の局所的な過熱、焼損や錆のにおい、接続箱内部の異常音、ボルト締結部の緩み、地滑りによる架台のぐらつき等が挙げられる。これにより、目視点検以外の点検作業も代替可能とすることができる。
（４）データ判定装置２４により、パネル下側に発生する異常の有無を判定可能になる。これと位置取得装置１５から得た位置情報と紐づけることで、位置に紐づいた異常有無の管理が可能である。これにより、点検結果の管理を簡略化し、維持管理に要するコストを削減することができる。

（第２実施形態）
本第２実施形態では、第１実施形態で説明した点検装置１０に通信機能を搭載し、データの送受信を可能にした点検装置３０について説明する。図５に通信装置３１を搭載した点検装置３０の概略構成を模式的に示す。なお第２実施形態において、第１実施形態と同様の部分については、第１実施形態と同一の符号を記すことによって説明を簡略化し、または省略する。

点検装置３０が、第１実施形態の点検装置１０と異なる点は、通信装置３１を介して点検装置３０が取得したデータを送信し、遠隔地用通信装置３２で受信するように構成されている点である。図５に示す例では、遠隔地用通信装置３２がデータ判定装置２４に接続されており、このデータ判定装置２４によって、太陽光発電パネル１の下側の異常の有無を判定する構成となっている。

図６に通信を介したデータの送受信内容の例を示す。図６に示すように、点検装置３０の通信装置３１から撮影装置１２の撮影データや位置取得装置１５の撮影位置等を送信し、遠隔地用通信装置３２でデータを受信する。受信したデータは遠隔地で閲覧および解析が可能であり、例えばデータ判定装置２４を遠隔地に設置することで遠隔地にて異常の有無を判定可能である。受信したデータに基づいて新たな情報を遠隔地用通信装置３２から送信して、通信装置３１で受信することが可能である。例えば受信データに基づいて新規の詳細点検用航路を設定し、その航路に沿って飛行移動機構１１が飛行して得られた撮影データ等の通信が可能である。また遠隔地用通信装置３２が受信したデータはクラウドストレージ３３に蓄積され、以降の点検において、点検結果の履歴を表示可能である。

以上のように構成された本第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１）～（４）と同様な作用効果を奏するほか、次のような作用効果（５）および（６）を得ることができる。
（５）通信装置３１を介してデータ送受信することで、点検装置３０に搭載する装置を削減することができるという利点がある。これにより、飛行移動機構１１に要求される可搬重量が低減され、飛行移動機構１１の小型化が可能である。
（６）通信装置３１を介したデータ送信と自動で航路を設定して飛行する飛行移動機構１１を組み合わせることで、太陽光発電所に点検員がいなくても自動で目視点検を実施し、点検結果を閲覧および管理することが可能になる。これにより、太陽光発電所の目視点検に要するコストを削減できる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１……太陽光発電パネル（点検対象）、２……太陽光発電パネル、３……通路、１０……点検装置、１１……飛行移動機構、１２……撮影装置、１３……画角調整機構、１４……接続部、１５……位置取得装置、１６……高さ制御機構、１６ａ……高さ測定機構、１６ｂ……長さ変更機構、２１……画像取得機構、２２……点検機構、２３……センサ、２４……データ判定装置、３０……点検装置、３１……通信装置、３２……遠隔地用通信装置、３３……クラウドストレージ。

Claims (7)

1. 太陽光発電パネルの太陽光が照射される面と反対側のパネル下側を撮影するための太陽光発電システム点検装置であって、
   前記太陽光発電パネルの間の通路の上空を飛行する飛行移動機構と、
   前記パネル下側を撮影する撮影装置と、
   前記撮影装置の向きを調整する画角調整機構と、
   前記飛行移動機構から下方に向けて延在し、前記飛行移動機構と前記画角調整機構とを接続して、前記撮影装置を前記パネル下側を撮影可能な高さに位置させる接続部と、
   前記飛行移動機構または前記撮影装置の位置を取得するための位置取得機構と、
   前記撮影装置を、地上から一定の高さに保持するための高さ制御機構と
   を具備し、
   前記接続部は、長さ可変式であり、
   前記高さ制御機構は、
   前記撮影装置と同一のレベルに配設された高さ測定機構と、
   前記高さ測定機構によって測定される上空高さに基づいて、前記接続部の長さを変更する長さ変更機構と
   を有することを特徴とする太陽光発電システム点検装置。
2. 請求項１に記載の太陽光発電システム点検装置であって、
   光の波長範囲が異なる画像を同時または個別に取得する画像取得機構を備えたことを特徴とする太陽光発電システム点検装置。
3. 請求項１に記載の太陽光発電システム点検装置であって、
   前記飛行移動機構が、前記太陽光発電パネルの上面を同時に点検するための点検機構を備えたことを特徴とする太陽光発電システム点検装置。
4. 請求項１に記載の太陽光発電システム点検装置であって、
   匂いセンサ、非接触温度計、レーザ距離計、レーザ振動計、可聴音マイク、超音波センサのうち、何れか一つ以上のセンサを備えたことを特徴とする太陽光発電システム点検装置。
5. 請求項１に記載の太陽光発電システム点検装置であって、
   前記撮影装置により取得したデータを保存し、点検箇所の正常・異常を判定するデータ判定装置を備えたことを特徴とする太陽光発電システム点検装置。
6. 請求項１に記載の太陽光発電システム点検装置であって、
   ネットワークに接続し、取得したデータを送信する通信装置を備えたことを特徴とする太陽光発電システム点検装置。
7. 太陽光発電パネルの太陽光が照射される面と反対側のパネル下側を撮影するための太陽光発電システム点検方法であって、
   前記太陽光発電パネルの間の通路の上空を飛行する飛行移動機構と、
   前記パネル下側を撮影する撮影装置と、
   前記撮影装置の向きを調整する画角調整機構と、
   前記飛行移動機構から下方に向けて延在し、前記飛行移動機構と前記画角調整機構とを接続して、前記撮影装置を前記パネル下側を撮影可能な高さに位置させる接続部と、
   前記飛行移動機構または前記撮影装置の位置を取得するための位置取得機構と、
   前記撮影装置を、地上から一定の高さに保持するための高さ制御機構と
   を具備し、
   前記接続部は、長さ可変式であり、
   前記高さ制御機構は、
   前記撮影装置と同一のレベルに配設された高さ測定機構と、
   前記高さ測定機構によって測定される上空高さに基づいて、前記接続部の長さを変更する長さ変更機構と
   を有する太陽光発電システム点検装置を用いることを特徴とする太陽光発電システム点検方法。