CN104205623A - 太阳光模拟器 - Google Patents

Abstract

一种太阳光模拟器，可以降低光源灯的灯电压、减少光源灯的数量、以及实现光源灯的电源装置的小型化。在此太阳光模拟器中，通过点亮光源灯，使光源灯发光的光透过光学滤光器后照射到被测定物，而测定被测定物的输出特性。所述太阳光模拟器的光源灯以及光学滤光器设置在框体的内部，在框体的内壁部的全部或一部分，黏贴或安装了具有高反射率的薄膜状片材。

Description

太阳光模拟器

技术领域

本发明涉及一种用于测定太阳能电池等的光电转换元件及其面板体的电流电压特性(以下仅称作特性)的太阳光模拟器，即使降低太阳光模拟器的光源灯的电压，也能充分确保测定部位的照度。

背景技术

太阳能电池作为一种绿色能源，其重要性逐渐得到认同、且需求日增；此外，从大型机器类的动力能源到精密电子机器领域的小型电源等，各种领域的需求也在日增。

在各种领域广泛使用太阳能电池时，如果该电池的特性、尤其是其输出特性未被正确测定，会导致使用太阳能电池的仪器出现各种问题。因此，自以往以来，提案使用模拟太阳光照射装置(以下称作太阳光模拟器)来测定太阳能电池的输出特性，并且获得实用。

在利用所述太阳光模拟器测定太阳能电池的输出特性时，例如测定了尺寸(有效照射面的大小)在1m×1m平方以上的大型太阳能电池的输出特性时，光源灯的光量会成为：太阳能电池的中央部位多、太阳能电池的周边部位少的照度分布；因此，为了确保进行太阳能电池的输出测定的太阳光模拟器的有效照射面中的必要照度，以往需要配置多个光源灯。再者，大型的太阳能电池的形状(外形)各异、长宽不一。例如，当大型太阳能电池的尺寸在1m×4m平方左右时，所使用的太阳光模拟器需要配置2根左右、长度约为2000mm的光源灯。

然而，使用氙气灯作为光源的以往的太阳光模拟器用发光电路中，使多个氙气灯发光时，需要根据每个灯分别配置发光电路，从而造成电源装置在太阳光模拟器内的占有空间增大、最终导致装置整体大型化。

另外，在一台太阳光模拟器内使用多个氙气灯、并且每个氙气灯分别配置一个发光电路的话，各氙气灯的照射光量会随时间变化(产生差异)，如何使投射在大型的太阳能电池上的有效照射面的照度均匀化，目前的情况是非常困难的。

此外，在使用单一发光电路使单一光源灯发光的太阳光模拟器中，作为发光电路的电源而使用的电容器的选定，具有相应的耐压性能是必要的条件，但是，满足这样的耐压条件的市售电容器的电容量一般在数μF～数十μF左右。因此，所述市售电容器在使用时，发光时间只能维持1毫秒(millisecond)左右。另外，电容器在放电时，由于其电压是根据电容器的放电曲线而变动的，氙气灯的发光光量又随电压的变动而变化，因而无法获得稳定的光量。因此，在测定太阳能电池的输出特性时，现行方法一般是对作为测定对象的一个太阳能电池进行数十次～130次左右的发光，来测定其输出特性。在这种情形下，使多个光源灯发光来测定大型的太阳能电池的输出特性时，照度的均匀化将会更加困难，现实中甚至无法实现。

在进行响应性慢的太阳能电池的输出测定时，需要将光源灯的发光时间调节到数百毫秒至数秒。执行这样的长时间发光的发光电路，为了长时间发光，将其主放电的电压供给源构成为大型、大容量的电源。然而，光源灯例如氙气灯，如果其放电电极间的距离达到1000mm左右时，则需要2000V～3000V左右的电位；而且，在主放电时其电流可达30A左右，满足这样的高电位、大电流规格的电源需要是60KW～90KW左右的大型电源。当太阳能电池是大型的，需要使多个发光灯发光来测定其输出特性时，将会使以往的发光电路中的电源装置变得庞大。其结果是，导致太阳光模拟器的大型化，造成装置成本增加的问题。

和上述类似的以往技术，已知：记载在专利文献1等中，但是均具有上述同样的问题。

此外，从氙气灯发出的光，会被太阳光模拟器的内壁部或内部的部件吸收，从而造成无法有效照射到被测定物的太阳能电池的问题。这个问题又会使得：用于测定大型太阳能电池的输出特性的太阳光模拟器的电源装置变得庞大。

专利文献1：特公平6-105280号公报

发明内容

[发明所欲解决的技术问题]

鉴于上述现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种太阳光模拟器，来自光源灯的发光的光能够有效地照射到被测定物即太阳能电池，从而可以降低光源灯的电压，减少光源灯的数量，以及实现光源灯的电源装置的小型化。

[解决技术问题的技术手段]

为了解决上述问题，第1发明的太阳光模拟器，通过点亮光源灯、使所述光源灯发光的光透过光学滤光器后照射到被测定物，而测定被测定物的输出特性。太阳光模拟器的光源灯以及光学滤光器设置在框体的内部。框体的内壁部的全部或一部分，黏贴或安装了具有高反射率的薄膜状片材。以下，本发明中的具有高反射率的薄膜状片材，可以是具有柔软性的片状材料，也可以是不具柔软性的片状材料。

根据第1发明的太阳光模拟器，由于太阳光模拟器的框体内壁的全部或一部分上黏贴或安装了具有高反射率的薄膜状片材，光源灯的发光即使照射到太阳光模拟器的内壁上，也会被高反射率的薄膜状片材反射而不被吸收，从而有效地照射到作为太阳光模拟器的被测定物的太阳能电池上。因此，和现有结构的太阳光模拟器相比，电源灯的施加电压值能减少约20％～30％，从而削减光源灯的电源装置的电力消耗，使电源装置小型化成为可能；此外还能减少光源灯的设置数量(根数)，从而简化太阳光模拟器的控制装置，降低成本。

第2发明的太阳光模拟器，通过点亮光源灯、使其发光透过光学滤光器后照射到被测定物上，测定被测定物的输出特性。太阳光模拟器的光源灯以及光学滤光器设置在框体的内部，框体内壁的全部或一部分上以及框体内部的反射板上黏贴或安装了具有高反射率的薄膜状片材。

根据第2发明的太阳光模拟器，由于太阳光模拟器的框体内壁的全部或一部分上以及框体内部的反射板上黏贴或安装了具有高反射率的薄膜状片材，从而更显著实现第1发明的效果。

第3发明的太阳光模拟器基于第1发明或第2发明之上，其特征在于：设置在框体内部的光源灯是单个的。

根据第3发明的太阳光模拟器，由于光源灯的发光光可以有效地照射到被测定物上，因此可以将光源灯的设置根数减少到一根，从而简化装置的结构。和设置有多根光源灯的现有装置相比，光源灯减少到一根后，可以简化装配被测定物使照度均匀的调整作业，同时可以简化控制方式。从而可以大幅降低装置成本。

附图说明

图1是表示本发明中太阳光模拟器一例的平面图。

图2是表示沿图1中X方向的正面所视剖面图。

图3是表示图2的左侧剖面图。

图4是表示图2的右侧剖面图。

图5是表示沿图1中Y方向的正面所视剖面图。

[符号说明]

F：框体(F1～F5)

A：太阳能电池

S：高反射率的薄膜状片材(片材S)

T：端子盒

1：光学滤光器

2：光源灯(氙气灯)

3：反射板

4：反射板

5：反射板

6：反射板

7：反射板

8：丙烯酸板

9：反射板

10：反射板

11：基准单元

12：遮光部件(光量调整部件)

具体实施方式

以下，根据附图，对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本发明的太阳光模拟器的一例的平面图。图2是表示沿图1的X方向的正面所视的剖面图。图3是表示图2的左侧剖面图。图4是表示图2的右侧剖面图。图5是表示沿图1的Y方向的正面所视的剖面图。

<1>本发明的太阳光模拟器的结构

在附图中，F表示大致呈箱状的框体，1表示光学滤光器(Optical filter)，2表示光源灯(氙气灯等)。光源灯安装在直立设置的灯安装用托架(bracket)2a上、且位于框体F内部的光学滤光器1的下方。在本实施方式的说明中，光源灯2设置了一个。本发明的太阳光模拟器，在测定具有2m×3m左右的尺寸的被测定物、即太阳能电池时，光源灯可以只设置一个。

3、4、5、6、7表示在框体内部的光学滤光器1的下方设置的反射板。如图2所示，3、4是沿框体F3、F4的宽度方向而倾斜设置在框体的下部的反射板；5是设置在框体内部的底面(和框体F5相当的部分)的反射板；6、7是设置在框体内部的内侧侧面(和框体F1、F2相当的部分)的反射板。8是设置在框体F的上部、安装后作为顶板的丙烯酸(acrylic)板。A是配置在丙烯酸板8的上部、作为被测定对象的太阳能电池。并且，在光学滤光器1的适当的场所，设置有遮光(masking)部件(光量调整部件)12(图中未作标记)。通过此遮光部件12，可以对照射到太阳能电池A的照度不均处进行调整，而使照度均匀。再者，11是安装在框体F上部内侧的边缘的测定照度用的基准单元(Reference cell)。基准单元在调整太阳光模拟器时使用。此外，在本发明的太阳光模拟器中，还设置有用于控制光源灯的照度以及点亮周期等的控制装置及电源装置(未图示)。

在本发明中，在框体F内部的光学滤光器下方的框体F内壁部以及反射板3、4、5、6、7上，黏贴或安装了具有高反射率的薄膜状片材(以下，简称为片材S，详情后述)。黏贴或安装了此高反射率的片材S的位置，在图式中用符号S或(S)标记。片材S的黏贴或安装是：可以在与该片材S的反射部分为相反侧的面上使用黏着剂或双面胶等来进行黏贴、或使用螺栓等来进行安装。黏贴或安装此高反射率的片材S后，藉此，来自光源灯的发光光即使照射到框体F的内壁部及反射板上也不会被吸收，几乎完全被反射回来，最终透过光学滤光器1及丙烯酸板8后，而照射到作为被测定物的太阳能电池A。在本实施方式中，向光源灯施加的灯电压可以从以往的3000V降低到2600V左右。

利用上述的结构，和以往的太阳光模拟器相比，可以减少来自光源灯的发热，从而能够实现延长光源灯、滤光器等光学部件的寿命的效果。此外，还可以简化设置在太阳能模拟器的吸气风扇等冷却装置的结构。并且，在测定中，由于降低了光源灯以及光源灯发光用的电源装置的负荷，可消除不必要的灯停止时间(Lamp downtime)，从而可以实现测定时间的缩短。

并且，利用上述结构，光源灯的设置数量可以减少到1个，从而能够简化装置的结构。并且，和设置有多个光源灯的以往的装置相比较，由于光源灯减少到一个后，可以简化被测定物的照度的均匀化的组装时的调整作业，同时可以简化装置的控制方式，从而可以大幅降低装置的成本。

9、10是设置在框体内部的光学滤光器1的上部的内壁的反射板，图式中用双点划线表示。通常，使用的是铝板等，但也可以黏贴或安装该片材S，从而能显著实现本发明的效果。

<2>高反射率的薄膜状片材

如同图式所示，在本发明中，框体F的内壁部以及反射板3、4、5、6、7、9、10上黏贴或安装了片材S。所述片材S是厚度约1mm左右的树脂制的薄片，该片材S的表面的全反射率为80％～99％。在该片材S的全反射率小于80％的情况，会出现无法降低太阳光模拟器的灯电压的效果的疑虑。另一方面，使此片材S的全反射率超过99％是很难实现的。并且，本发明中的片材S可以是树脂片材或具有柔软性的片状材料，也可以是不具柔软性的片状材料。

并且，所述片材S为：反射率中的大部分是通过将进入片材S内的光线进行反射的扩散反射。因此，和现今所使用的直接反射部件即铝材相比，由于铝材对光线进行局部反射，很难确保作为被测定物的太阳能电池A的光均匀性(照度的均匀性)。另一方面，本发明中，片材S主要是扩散反射，因此，可以容易地在一边保持太阳能电池A的光均匀性(照度的均匀性)的同时，一边增加光量。因此，在调整本发明的太阳光模拟器时，如果在太阳能电池A上出现局部的照度低的部分的情况，可以通过使用直接反射部件即铝材，从而实现照度的均匀性。

<3>本发明的太阳光模拟器的使用方法

以下，对具有上述结构的本发明的一个例子的太阳光模拟器的使用方法进行说明。

1)首先，在丙烯酸板8上配置作为测定对象的太阳能电池A，将从太阳能电池的端子盒T引出的端子和太阳光模拟器的测定探针(端子和测定探针均未图示)进行连接。

2)通过操作未图示的控制装置而开始测定，点亮光源灯2，为了使各灯在测定面获得必要照度，使用照度测定基准单元11进行监测，且控制来自于灯的电源装置所供给的电力。

3)通过上述操作获得必要照度的时点，控制装置测定来自于太阳能电池A的输出电流及输出电压，且将资料(Data)保存在个人电脑等的电脑内部中。

4)用电脑对必要的资料进行处理后，在显示器(Display)上显示太阳能电池A的输出特性、即I-V曲线图。

<4>本发明的太阳光模拟器的调整方法

并且，本发明的太阳光模拟器的调整方法，如下所述。

1)亦即，在制作阶段，为了使本发明的太阳光模拟器得到照度的均匀性，而安装光源灯2或在框体F内部黏贴或安装有片材S的反射板3～7，再者，由于作为测定对象的太阳能电池A对斜射光线及散射光线具有大致相同的感度，因此，不特别限制于平行光线，而成为能够测定。

2)将作为基准的小型的太阳能电池AR(太阳能电池单元)在照射面的各区域进行顺次移动的同时，测定光源灯在各区域用同一照度照射时的从太阳能电池A产生的电力，确定每个区域的明暗度，在光学滤光器1的上面适当配置遮光部件(光量调整部件)，将和作为被测定物的太阳能电池A相当的部分的照度调节均匀。

3)更换光源灯2时，使光源灯点亮，通过基准单元11测定此时的照度，将该测定的资料和预先保存在电脑内的作为基准的资料进行比较，而检测出灯的特性，且计算出在测定时需要提供给各灯的电力值。

并且，在本发明实施方式的说明中，如图1至图5所示，光源灯设置在太阳光模拟器的框体内的下方，光源灯发出的光透过在其上方的光学滤光器后，照射到配置在框体上部的丙烯酸板上的被测定物、即太阳能电池，而对太阳能电池的输出特性进行测定，对于此实施方式的装置进行了说明。但是，本发明并不局限于此，在作为被测定物的太阳能电池的上方设置光源灯，进而在作为被测定物的太阳能电池和光源灯之间设置光学滤光器而构成的装置，同样适合本发明。

Claims (3)

1.一种太阳光模拟器，通过点亮光源灯、使所述光源灯发光的光透过光学滤光器后照射到被测定物，而测定所述被测定物的输出特性，所述太阳光模拟器的特征在于：

所述太阳光模拟器的所述光源灯以及所述光学滤光器设置在框体的内部，

在所述框体的内壁部的全部或一部分，黏贴或安装了具有高反射率的薄膜状片材。

2.一种太阳光模拟器，通过点亮光源灯、使所述光源灯发光的光透过光学滤光器后照射到被测定物，而测定所述被测定物的输出特性，所述太阳光模拟器的特征在于：

所述太阳光模拟器的光源灯以及所述光学滤光器设置在框体的内部，

在所述框体的内壁部的全部或一部分、以及所述框体的内部的反射板，黏贴或安装了具有高反射率的薄膜状片材。

3.如权利要求1或2所述的太阳光模拟器，其特征在于：

设置在所述框体的内部的所述光源灯是单个的。