CN101893676B - 太阳模拟器及其运转方法 - Google Patents

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Abstract

一种太阳模拟器，其中包括：多个氙灯(41～4n)；对所述各氙灯(41～4n)配备的多个光量传感器(S1～Sn)；和对所述各氙灯(41～4n)配备的、用于控制流经该氙灯(41～4n)的电流或对该氙灯施加的电压多个控制电路(7)，使基于所述各光量传感器(S1～Sn)的检测信号反馈到所述各控制电路(7)，控制该控制电路(7)，来控制所述各氙灯(41～4n)的光量。由此提供太阳模拟器，在具备多个氙灯作为电源的太阳模拟器中，能够通过各氙灯稳定地获得所期望的光量，且能够使有效照射面中的照度均匀化。

Description

太阳模拟器及其运转方法
申请是申请日为2006年10月8日、申请号为200610142125.3、发明名称为“太阳模拟器及其运转方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及太阳模拟器及其运转方法，尤其涉及为了测定太阳电池的输出特性，而产生适宜的氙灯的光作为模拟太阳光的太阳模拟器及其运转方法。
背景技术
太阳电池作为清洁的能源，其重要性越来越得到人们的认识，需求逐渐增长，而且，从大型设备类的动力能源到精密电子设备领域的小型电源，各种领域的需求正在增长。
太阳电池在各种领域被广泛利用时，若该电池的特性尤其是输出特性未被正确地测定，则在使用太阳电池方面也会出现各种不良情况。因此，以往提出了一种用于测定太阳电池的输出特性的模拟太阳光照射装置(以下，称太阳模拟器)，而且也被供于实用(参照下述专利文献1)。
在利用这样的太阳模拟器测定太阳电池的输出特性时，例如测定尺寸(有效照射面的尺寸)为1m×1m角以上的大型太阳电池的输出特性，由于一个氙灯的光量成为如图9中所示意的照度分布，为了使进行太阳电池输出测定的太阳模拟器的有效照射面中的照度均匀，首先需要配置多个氙灯。而且，大型太阳电池的形状(外形)多种多样，还有横长的形状。例如，对于尺寸为1m×4m角左右的大型太阳电池，使用配置了大致两根2000mm左右长度的氙灯的太阳模拟器。另外，在图9中，XL是氙灯，Lx、Ly是沿X轴和Y轴的光量波形，Sb是测定对象的太阳电池。
在具备多个氙灯作为光源的太阳模拟器中，存在难以通过各氙灯稳定地获得所期望的光量而使得有效照射面中的照度均匀的问题。
在将氙灯作为光源的现有的太阳模拟器用发光电路中，在使多个氙灯发光时，需要按每个灯配备该发光电路，因此，在太阳模拟器内发光电路(尤其是其中包含的电源装置)所占的空间增大，存在装置整体大型化的问题。
并且，若这样按每个灯分别设置发光电路，由于各灯的照射光量存在时间的变化(差异)，因此，存在极难使相对于大型太阳电池的有效照射面中的照度均匀化的问题。
进而，在由单一的发光电路使单一的灯发光的太阳模拟器中，作为其电源使用的电容器必须具有相应的耐压性能。但是，满足这样的耐压性能的市场中出售的电容器一般是数μF～数十μF左右，因此在使用这种市场中出售的商品时，仅能维持约1m秒左右的发光时间。而且，在电容器放电时，氙灯的发光光量依赖于伴随该电容器的放电曲线的电压变动而变化。因此，存在不能获得稳定的光量的问题。所以，在测定太阳电池的输出特性时，现行方法是：对于作为测定对象的一个太阳电池，通过进行数10次～130次左右的发光，来测定输出特性。
因此，在这样的状况下，在使多个灯发光而测定大型太阳电池的输出特性时，存在照度的均匀化变得更加困难的问题，利用现有技术有可能无法实现。
而且，在进行响应迟的太阳电池的输出测定时，需要设灯的发光时间为数100m秒～数秒。在进行这样的长时间发光的发光电路中，为了长时间发光，将主放电的电压供给源构筑成大型、大容量的电源。但是，如果光源灯设为例如放电电极间的距离在1000mm左右的氙灯，则需要2000V～3000V左右的电位，此外，由于在主放电时流动30A左右的电流，因此，满足这样的高电位、大电流的规格的电源需要是60KW～90KW左右的大型电源。在这样的现有的发光电路中，在测定需要使多个灯发光的大型太阳电池的输出特性时，电源装置将变得巨大化。其结果，存在导致太阳模拟器的大型化、造成装置成本提高的问题。
专利文献1：特开平6-105280号公报
发明内容
本发明是鉴于现有的太阳模拟器中的上述各种问题而研发的，目的在于提供一种太阳模拟器，在具备多个氙灯作为电源的太阳模拟器中，能够通过各氙灯稳定地获得所期望的光量，且能够使有效照射面中的照度均匀化。
本发明的另一个目的在于，提供一种使装置不会大型化，并能够使一根以上的氙灯稳定进行长脉冲发光的太阳模拟器。
本发明的第三个目的在于，提供一种太阳模拟器，即使是大型太阳电池(例如，尺寸1m×1m角以上)，也能由小型电源装置点亮多个灯，且在不产生大的有效照射面的照度不均的情况下进行输出特性的测定，进而，能够发挥可实现测定的高精度化的划时代的性能。
为了解决上述课题，本发明的太阳模拟器包括：多个氙灯；对所述各氙灯配备的多个光量传感器；和对所述各氙灯配备的、用于控制流经该氙灯的电流或对该氙灯施加的电压的多个控制电路，使基于所述各光量传感器的检测信号反馈到所述各控制电路，控制该控制电路，从而控制所述各氙灯的光量。
此时，在将基于所述各光量传感器的检测信号加权合成之后，反馈到所述各控制电路为好。
而且，本发明的太阳模拟器的特征在于，太阳模拟器具备同时或选择性地点亮一个以上氙灯的发光电路，所述发光电路具备：第一电源，输出破坏所述各氙灯的电极间的电绝缘状态的电位；第二电源，在施加破坏所述各氙灯的电极间的电绝缘状态的电位之后，输出引发主放电的电位；和第三电源，在主放电开始之后，继续维持由所述各氙灯内的管内的电阻和主放电的电流值求得的电位，并维持主放电的电流。此处，所述第三电源包括稳定化电源为好。而且，第三电源包括由所述稳定化电源进行充电的电容器为好。
并且，分别对所述一个以上的氙灯配备光量传感器，使基于各光量传感器的检测信号反馈到所述各氙灯所配备的电流控制电路或电压控制电路，通过控制该控制电路，来控制所述各氙灯的光量为好。
此时，在将基于所述各光量传感器的检测信号加权合成之后，反馈到所述各控制电路为好。
本发明的太阳模拟器的运转方法的特征在于，对分别具备至少一个氙灯的多台太阳模拟器中的所述各氙灯的发光进行控制，从而使所述多台太阳模拟器工作，所述各氙灯通过由上述任一项的第二电源及第三电源构成的电源电路而进行发光。
例如，为了测定外形尺寸为1m×1m角以上的大型太阳电池的输出特性，太阳模拟器需要采用配置了多个氙灯的构造。若根据本发明，则在这样的情况下，对各灯配备光量传感器，并使基于各传感器的检测信号反馈到按每个灯配备的电流控制电路或电压控制电路，从而控制所述控制电路，因此能够使各灯的光量稳定化。所以，能够使应该测定的太阳电池的照射面的照度均匀化，从而可进行高精度的测定。
而且，通过由第二电源及第三电源构成的电源电路使氙灯发光，能够在不使装置大型化的情况下，使一根以上的氙灯稳定进行长脉冲发光。尤其是，把用于点亮多个氙灯的发光电路采用上述的结构，一套电源单元即可足够，不仅具有能以低成本制作电源、实现小型化的优点，而且，与使用了现有结构的发光电路的太阳模拟器相比，能够将测定大型太阳电池的输出特性的太阳模拟器本身的尺寸格外小型化。
并且，在本发明中，由于通过由第二电源及第三电源构成的一台电源电路来点亮多个氙灯，因此能够实现由一台电源电路来运转多台太阳模拟器的测定方式。所以，为了大量生产太阳电池，与设置多台太阳模拟器的情况相比，能够实现设置场所的省空间化并实现送配电设备的简单化。
附图说明
图1是用于说明本发明的太阳模拟器的发光电路的实施方式一的框图；
图2是表示灯发光用电源电路的结构例的图；
图3是用于说明本发明的太阳模拟器的发光电路的实施方式二的关键部的框图；
图4是用于说明本发明的太阳模拟器的发光电路的实施方式三的关键部的框图；
图5是为了说明本发明的太阳模拟器的灯配置例1而将太阳模拟器框体的一部分切开的示意立体图；
图6是本发明的太阳模拟器的灯配置例2的示意立体图；
图7是表示灯发光用电源电路的其它结构例的图；
图8是用于说明本发明的太阳模拟器中的运转方法的框图；
图9是表示灯发光时的光量的位置分布的示意波形图。
图中：1-第一电源，1a-触发脉冲产生电路(第一电源)，1b-变压器，1c-点亮开始信号，2-第二电源(直流电源B)，3-第三电源(直流电源A)，41～4n-氙灯，5-充电用电源，6-电容器，7-电流控制电路，8-电压控制电路，10-灯发光用电源电路，11-太阳模拟器框体，12-灯台座部件，13-光学滤光片，Sm-照度测定用基准单元，S1～Sn-光量传感器。
具体实施方式
下面，结合附图，对本发明的实施的方式例进行说明。图1是用于说明本发明的太阳模拟器中的发光电路的实施方式一的框图，图2是表示灯发光用电源电路的结构例的图，图3是用于说明本发明的太阳模拟器中的发光电路的实施方式二的关键部的框图，图4是用于说明本发明的太阳模拟器中的发光电路的实施方式三的关键部的框图，图5是示意地表示本发明的太阳模拟器的灯配置例1的立体图，图6是本发明的太阳模拟器的灯配置例2的示意立体图，图7是表示灯发光用电源电路的其它结构例的图，图8是用于说明本发明的多台太阳模拟器的运转方法的框图。
首先，对本发明的太阳模拟器中的发光电路的实施方式一，按照图1进行说明。1是对多根氙灯41、42…4n(以下，表示为41～4n，n设为自然数)配备的、在变压器1b的二次侧产生进行初始绝缘破坏的电压的触发脉冲产生电路1a的第一电源。10是用于使灯41～4n发光的灯发光用电源电路。在图1中，采用由单一的灯发光用电源电路10使多根灯41～4n发光的结构，但该灯发光用电源电路10也可按每个灯41～4n设置。另外，添加有用于使各灯41～4n发光时的光量稳定化的电流控制电路7。电流控制电路7并未特别限定，可使用公知的电路。作为图示的氙灯41～4n，放电间距离在100mm以上，只要是能够从玻璃管的外部施加破坏电极4a、4b间的电绝缘状态的电位的形状即可。
灯发光用电源电路10，作为一例可使用如图2(a)(b)的公知的灯发光用电源电路。另外，在图2中，L、L1、L2、L3…是线圈，C、C1、C2、C3…是电容器。充电用电源是直流电源电路。图2(a)的电路是由线圈和电容器将使灯发光的脉冲的时间设为某一定时间的电路，该图(b)是利用多个线圈和电容器的组，扩展使灯发光的脉冲的时间的电路。
在本实施方式中，为了使多个(根)氙灯41～4n发光，第一电源1中的变压器1b的二次侧，如图1那样，可将一方的布线设为与多个灯41～4n相对应而分支的方式。或者，也可如图8那样，以对应于配置的灯个数份的个数，配置包括变压器1b的触发脉冲产生电路1a的第一电源1。
进而，在本实施方式中，为了对各氙灯41～4n监视各自的光量，作为一例，配置基于太阳电池单元等的光量传感器S1～Sn，并使各传感器S1～Sn的输出信号返回到图1中例示的各氙灯41～4n的电流控制电路7中，从而控制为能够使各灯41～4n的光量一致。
下面，针对上述本发明中的氙灯41～4n的发光电路的实施方式1，说明一下其动作。首先，操作太阳模拟器的本领域技术人员按压起动钮等的手动操作，或者，在自动运转等自动操作时，从笔记本电脑等控制装置施加向图2的电源电路10中的电容器C或C1～C3的充电开始信号。充电开始后经过一定时间，自动地对触发脉冲产生电路1a(第一电源1)施加点亮开始信号1c。
若点亮开始信号1c被施加到触发脉冲产生电路1a，则从输出变压器1b的二次侧对各氙灯41～4n的玻璃管的外周施加数KV的触发脉冲。通过该触发脉冲，在各氙灯41～4n内对置的电极4a、4b间的电绝缘状态被破坏。然后，图2的灯发光用电源电路10起动，对各氙灯41～4n的电极4a、4b间施加450V左右的放电待机电压。由此，引发在内部的主放电，各氙灯41～4n的管内电阻从数MΩ以上的状态急剧地降低，达到数Ω以下(因灯而异)，灯在由线圈和电容器的组合确定的一定时间内发光。
本发明的发光电路中的实施方式2，如图3所示，是将图1的各灯41～4n中的电流控制电路7变更为电压控制电路8后的结构。另外，如图4所示，电流控制电路7还可设置在氙灯41～4n的阳极侧。
下面结合图5与图6，说明一下通过使用上述的发光电路而使多根氙灯41～4n发光的本发明的太阳模拟器的结构例。
在图5中，11是在载置应该测定的太阳电池的受光面的上面形成光透过性的测定面11a，并由遮光性材料形成周壁11b和底壁11c的本发明的太阳模拟器中的框体，在图示的例子中，四根氙灯41～44分别安装于包括插座和布线等的灯台座部件12，并在底壁11c上均匀地布局设置。在所述灯41～44的上方，以水平地横穿框体11的内部的方式，配置光学滤光片13等，使基于各灯41～44的点亮的光量均匀地照射到测定面11a(也称作有效照射面)。作为一例，可以在测定面11a上放置2m×4m角左右的太阳电池进行测定。
此处，在框体11的内部，在周壁11b的内面，对应于各灯41～44，配置有四个光量传感器S1～S4。而且，在测定面11a的规定位置，配置由规格确定的照度测定用基准单元Sm。各传感器S1～S4的检测信号反馈到各灯41～44的电流控制电路7或电压控制电路8中，施加到各灯41～44的电流或电压被控制成恒定，使得各灯41～44的照度恒定。
图6是利用上述的发光电路使多根氙灯41～4n发光的本发明的太阳模拟器的其它例子，该例的构成考虑到用于太阳电池的大小呈横长的情况，例如可以使用1m×4m角左右的太阳电池。。
在图6中，与图5的太阳模拟器相同的部件使用同一附图标记。在图6的例子中，将三根氙灯45～47串联地配置在框体11的内部，与此相对应，框体11的测定面11a也呈对应于1m×4m角左右的太阳电池受光面的形状。对应于各灯45～47，在比过滤器13更靠上方的位置，配置有三个光量传感器S5～S7。
在此，各传感器S5、S6、S7除来自各自对应的灯45、46、47的光以外，还入射其它灯的光，因此对各灯45～47的各自的电流或电压的控制电路7或8，返回将三个传感器S5～S7的检测信号加权合成后的反馈信号。例如，被反馈到氙灯45的电流控制电路7或电压控制电路8的信号Fs成为：Fs＝α×(光量传感器S5的输出信号)+B×(光量传感器S6的输出信号)+γ×(光量传感器S7的输出信号)(此处，α、β、γ是加权变量。)。对灯46和47，也通过同样的方法对反馈信号Fs进行反馈。这样的加权合成后的反馈信号，在图5的例子的太阳模拟器中当然也可以适用。
作为太阳模拟器的灯发光用电源电路，可使用图7所示的本发明的灯发光用电源电路，代替图2结构的电源电路。在图7中，2是产生使灯41～4n开始进行用于主发光的放电(主放电)的电压的直流电源B(第二电源)。3是产生使灯41～4n维持目标光量的放电的电压的直流电源A(第三电源)。直流电源A以电容器6(也称作双层电容器。)和对其充电的充电用电源(稳定化电源)5为主体而构成，通过维持由灯41～4n的管内的电阻和主放电的电流值求得的电位，从而维持主放电。SW是设置在直流电源A、直流电源B的输出端子与氙灯41～4n单方端子之间的开关，直流电源A和直流电源B经由开关SW并联连接灯41～4n。
利用图1及图7，说明利用了该图所示电源电路的太阳模拟器的功能。首先，对触发脉冲产生电路1a(第一电源1)施加点亮开始信号1c。该点亮开始信号1c的输入，通过操作太阳模拟器的本领域技术人员按压起动钮等的手动操作实施，或者，在自动运转等自动操作时，通过从电脑等控制装置输出的开始信号实施。另外，开关SW首先从打开状态进入关闭状态后，立即输出点亮开始信号1c，灯开始发光，经过一定时间(约100m秒～数秒)后，变为打开状态。
图1的点亮开始信号1c被施加到触发脉冲产生电路1a后，则从输出变压器1b的二次侧向各氙灯41～4n的玻璃管的外周施加数KV的触发脉冲。通过该触发脉冲，在各氙灯41～4n内对置的电极4a、4b间的电绝缘状态被破坏。然后，图7的灯发光用电源电路10的直流电源B(第二电源2)起动，对各氙灯41～4n的电极4a、4b间施加450V左右的放电待机电压。由此，引发在内部的主放电，各氙灯41～4n的管内电阻从数MΩ以上的状态急剧地降低，成为数Ω以下(因灯而异)。然后，直流电源A(第三电源3)起动，对该各氙灯41～4n的电极4a、4b间施加130V左右的放电维持电压。由此，在各氙灯41～4n的内部继续进行主放电，以规定的光量连续发光，该发光被维持所需要的时间(约100m秒～数秒)。
这样，可进行长时间的长脉冲发光，由此，使多个灯发光，能够高精度地测定响应迟缓且大型的太阳电池的输出特性。另外，当然还可将一个氙灯连接到灯发光用电源电路，使该氙灯进行长脉冲发光。
而且，通过使用本发明的图7的电源电路(由第二电源及第三电源构成)，可利用一台电源电路来运转多台太阳模拟器。例如，可使多台至少具备一根氙灯的太阳模拟器同时或选择性地运转。对该运转方法的一例，通过图8的示意图进行说明。另外，在图8中，与图1～图7相同的部件使用同一标记。
在图8中，分别对具备一根氙灯48、49、410的三台太阳模拟器SS 1～SS3，配置各氙灯48、49、410的第一电源1A、1B、1C，第二电源2和第三电源3的输出电路分别通过开关SW1～SW3与各氙灯48、49、410并联连接。因此，若点亮开始信号C1～C3同时输入到各第一电源1A～1C中，则三根氙灯48、49、410将同时发光。在图8的例子中，虽未图示，但对三根灯48～410，还可采用配置一个第一电源1的方式。若为该方式，则三台太阳模拟器SS 1～SS3，可使氙灯48、49、410同时发光。关于这一点，在图8中，由于按每个灯配置有第一电源1A～1C，因此除同时发光以外还可选择性地发光。
本实施方式如上所述，能够由一台发光电路使太阳模拟器的多根灯发光，因此作为太阳模拟器极其有用，可获得以下的具体的效果。
(1)能够由一台发光电路使太阳模拟器的多根灯发光，因此即使在测定大型太阳电池的输出特性的情况下，与现有技术相比，也能够使电源格外小型化且廉价化。
(2)即便在使太阳模拟器的多根灯连续发光的情况下，也能稳定地维持其光量。因此，能够高精度地测定基于太阳模拟器的太阳电池的输出特性。
(3)能够通过由第二电源及第三电源构成的一台电源电路来运转多台太阳模拟器，因此能够实现装置的省空间化和送配电设备的简便化。
而且，利用由第二电源及第三电源构成的电源电路，可以在不使装置大型化的情况下，使一根以上的氙灯进行长脉冲发光。

Claims (6)

1.一种太阳模拟器，具备同时或选择性地点亮一个以上的氙灯的发光电路，
所述发光电路具备：
第一电源，输出破坏所述各氙灯的电极间的电绝缘状态的电位；
第二电源，在施加破坏所述各氙灯的电极间的电绝缘状态的电位之后，输出引发主放电的电位；和
第三电源，在主放电开始之后，继续维持由所述各氙灯内的管内的电阻和主放电的电流值求得的电位，且维持主放电的电流。
2.根据权利要求1所述的太阳模拟器，其中，
所述第三电源包括稳定化电源。
3.根据权利要求2所述的太阳模拟器，其中，
第三电源包括由所述稳定化电源充电的电容器。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的太阳模拟器，其中，
分别对所述一个以上的氙灯配备光量传感器，使基于各光量传感器的检测信号反馈到所述各氙灯所配备的电流控制电路或电压控制电路，控制该电流控制电路或电压控制电路，从而控制所述各氙灯的光量。
5.根据权利要求4所述的太阳模拟器，其中，
在将基于所述各光量传感器的检测信号加权合成之后，反馈到所述电流控制电路或电压控制电路。
6.一种太阳模拟器的运转方法，其中，
对分别具备至少一个氙灯的多台太阳模拟器中的所述各氙灯的发光进行控制，而使所述多台太阳模拟器工作，所述各氙灯通过由权利要求1～5中的任一项的第二电源及第三电源构成的电源电路而进行发光。
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