CN104662359A - 虚拟太阳光照射装置及太阳能电池模块的评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种虚拟太阳光照射装置，能够虚拟地再现一天中的太阳的轨迹，并再现一天的日射量。本发明的虚拟太阳光照射装置(10)具有：光源(1)；光谱校正滤波器(2)，该光谱校正滤波器校正从所述光源射出的光的分光分布，以使其近似于太阳光的分光分布；以及载物台(3)，其保持试验体(5)，其特征在于，在所述载物台设有角度调整单元(6)，该角度调整单元能够改变照射于所述试验体的光的入射角。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟太阳光照射装置及太阳能电池模块的评价方法。
背景技术
利用虚拟太阳光照射装置(太阳模拟器)进行太阳能电池的性能测定和加速劣化试验等。虚拟太阳光照射装置是人工产生虚拟的太阳光的光源装置。
例如，专利文献1公开的虚拟太阳光照射装置能够在从主光源照射的虚拟太阳光上重叠特定波长的光线，并将其照射到试验体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平4－133017号公报
专利文献2：日本特开2010－123682号公报
发明概要
发明要解决的问题
但是，过去的虚拟太阳光照射装置只是假定向试验体垂直照射固定光量的光。例如，在专利文献2中记载了假定正午的太阳光为光源，并采用入射角度约为0度的并行光作为测定光源，测定再聚光效率(参照专利文献2的图8)。
但是，由于太阳对应于地球的自转而进行日周运动，因而若仅向试验体垂直照射光，不能适当评价要求在白天的所有时间中高效率发电的太阳能电池模块的性能。并且，在阴天日射量降低，来自太阳的直达光几乎到达不了，散射光占据了到达的太阳光的大半部分，但是若仅从正上方照射固定光量的光，不能适当评价在阴天也要求高效率发电的太阳能电池模块的性能。
发明内容
本发明正是为了解决这些问题而提出的，其目的在于，提供一种虚拟太阳光照射装置，能够虚拟地再现一天中的太阳的轨迹，并再现一天的日射量。本发明还提供能够虚拟地再现阴天下的太阳光线的虚拟太阳光照射装置。
用于解决问题的手段
本发明的第一虚拟太阳光照射装置具有：光源；光谱校正滤波器，该光谱校正滤波器校正从所述光源射出的光的分光分布，以使其近似于太阳光的分光分布；以及载物台，其保持试验体，其特征在于，在所述载物台设有角度调整单元，该角度调整单元能够改变照射于所述试验体的光的入射角。
根据上述的结构，通过调整载物台的角度，能够任意设定向被保持在载物台上的试验体入射的光的入射角，因而能够虚拟地再现来自进行日周运动的太阳的光。例如，也能够再现来自日出时的太阳的光的入射角和来自即将日落的太阳的光的入射角。
角度调整单元能够在0～90°、优选-90～90°的范围内改变光相对于被保持在载物台上的试验体的入射角。
另外，在本发明中，入射角是指如图7所示从光源1射出的光的光轴、与在被保持在载物台3上的试验体5的平面和光轴的交点通过的垂线之间的角度α。
本发明的第二虚拟太阳光照射装置具有：光源；光谱校正滤波器，该光谱校正滤波器校正从所述光源射出的光的分光分布，以使其近似于太阳光的分光分布；光源座，所述光源和所述光谱校正滤波器设置于该光源座上；以及载物台，其保持试验体，其特征在于，在所述光源座上设有位置调整单元，该位置调整单元调整所述光源座的位置，以便能够改变照射于所述试验体的光的入射角。
根据上述的结构，通过调整光源座的位置，能够任意设定向被保持在载物台上的试验体入射的光的入射角，因而能够虚拟地再现来自进行日周运动的太阳的光。例如，也能够再现来自日出时的太阳的光的入射角和来自即将日落的太阳的光的入射角。
位置调整单元能够在0～90°、优选-90～90°的范围内改变光相对于被保持在载物台上的试验体的入射角。
本发明的第三虚拟太阳光照射装置具有：光源；光谱校正滤波器，该光谱校正滤波器校正从所述光源射出的光的分光分布，以使其近似于太阳光的分光分布；以及载物台，其保持试验体，其特征在于，在所述光谱校正滤波器和所述载物台之间设有光散射单元。
根据上述的结构，通过设有光散射单元，能够虚拟地再现阴天时的太阳光线。在阴天时日射量降低。并且，太阳能电池接受的太阳光能够分为直达光和散射光这两部分，但是直达光几乎到达不了阴天时的太阳能电池，散射光占据了到达的光的大半部分。因此，在过去的虚拟太阳光照射装置中，不能适当评价阴天时的太阳能电池的性能。本发明的第三虚拟太阳光照射装置能够容易再现较低的日射量，也能够再现散射光。
光散射单元优选雾度标准板，以便能够高精度地再现散射光。雾度标准板的表面也可以是平滑的。
优选本发明的第一～第三虚拟太阳光照射装置具有两个光源，该虚拟太阳光照射装置具有：第1光源，其照射具有规定的分光分布的第1光；第1光谱校正滤波器，其与第1光源对置配置；第2光源，其照射具有与第1光不同的分光分布的第2光；第2光谱校正滤波器，其与第2光源对置配置；以及波长混合滤波器，第1光和第2光入射到该波长混合滤波器，该波长混合滤波器将从所入射的第1光和第2光中选择的光混合。
根据上述的结构，能够使用两种光源，并利用具有幅度较宽的分光分布的光线，因而能够容易再现具有近似于太阳光线的分光特性的光线。
上述的虚拟太阳光照射装置能够具有控制部，该控制部控制光源的开和关，根据所述载物台的角度或者所述光源座的位置的变更，使光源隔开固定的时间间隔依次射出光，在任意的时间从任意的角度依次向被保持在载物台上的试验体照射光。
上述的虚拟太阳光照射装置通过具有控制部，能够自动再现与太阳的日周运动对应的光的入射角，能够测定各入射角的太阳能电池模块的输出特性。
本发明的第一评价方法的特征在于，包括以下步骤：从光源向太阳能电池模块以入射角α1照射光，并检测输出电流；改变光源的位置或者太阳能电池模块的角度，以入射角α2(α2与α1不同)照射光，并检测输出电流；将以下步骤反复任意次数，即，改变光源的位置或者太阳能电池模块的角度，以入射角αx(αx与α1及α2不同，x为3以上的整数)照射光，并检测输出电流。
根据上述的结构，能够在评价条件中反映一天的太阳的轨迹和一天的日射量，因而能够评价与实际设置的太阳能电池模块的发电条件接近的条件下的太阳能电池模块的输出特性。
在上述评价方法中，能够将入射角α1、α2及αx设定为0～90°、优选-90～90°之间的角度。
本发明的第二评价方法的特征在于，包括以下步骤：利用光散射单元使从光源射出的光散射，以再现来自太阳的直达光和散射光；从光源向太阳能电池模块照射散射光，并检测输出电流。
根据上述的结构，能够将阴天的太阳光线反映在评价条件中，因而能够评价与实际设置的阴天时的太阳能电池模块的发电条件接近的条件下的太阳能电池模块的输出特性。
发明效果
本发明的第一及第二虚拟太阳光照射装置能够虚拟地再现一天的太阳的轨迹，能够再现一天的日射量。并且，本发明的第三虚拟太阳光照射装置能够虚拟地再现阴天时的太阳光线。
本发明的第一评价方法能够准确评价接受到来自进行日周运动的太阳的光时的太阳能电池模块的输出特性。并且，本发明的第二评价方法能够准确评价阴天时的太阳能电池模块的输出特性。
附图说明
图1是表示本发明的第一虚拟太阳光照射装置的一实施方式的图。
图2是表示本发明的第一虚拟太阳光照射装置的一实施方式的图。
图3是表示本发明的第二虚拟太阳光照射装置的一实施方式的图。
图4是用于说明具有控制部和检测部的虚拟太阳光照射装置的图。
图5是表示本发明的第三虚拟太阳光照射装置的一实施方式的图。
图6是表示具有两个光源的虚拟太阳光照射装置的一实施方式的图。
图7是用于说明入射角的图。
具体实施方式
下面，具体说明本发明。
图1是表示本发明的第一虚拟太阳光照射装置的一实施方式的图。本发明的第一虚拟太阳光照射装置由光源1、光谱校正滤波器2和载物台3构成。在图1所示的虚拟太阳光照射装置10中，从光源1射出的光在椭圆镜4反射并会聚后通过光谱校正滤波器2，在只选择具有与太阳光的分光分布近似的分光分布的光后，照射于被保持在载物台3上的试验体5。光源1能够使用氙气光源或者卤素光源。
载物台3具有角度调整单元6。图1所示的角度调整单元6具有主体7、支撑部8和卡合螺钉9，支撑部8能够以规定的角度相对于主体7的垂线倾斜，卡合螺钉9将支撑部8转动自如地卡合在主体7上，载物台3被固定在支撑部8上。
如图2所示，支撑部8能够以使载物台3的平面的垂线相对于光轴成为-90～90°的方式移动，由此能够向被保持在载物台3上的试验体5从-90～90°的角度照射虚拟太阳光。
在图2中，使载物台3以在载物台3的平面中通过的某个特定的方向为轴、并且使该轴相对于该平面的垂线成90°的方式旋转。在这样旋转的情况下，如果使载物台3的平面的垂线和光轴一致，能够再现太阳位于试验体5的刚好正上方时的太阳光。
另外，在将载物台3设置成使载物台3的平面的垂线与光轴形成角度的状态下，通过以在包括该垂线和该光轴的平面中通过的某个特定的方向为轴进行旋转，能够再现在地球上的纬度较高的位置的太阳的轨迹。
图3是表示本发明的第二虚拟太阳光照射装置的一实施方式的图。在图3所示的虚拟太阳光照射装置30中，光源1和光谱校正滤波器2被设置在光源座31上，在利用设于光源座31的位置调整单元(未图示)将载物台3固定的状态下，能够使光源座31以载物台3为轴进行旋转。
如图3所示，光源座31能够以使载物台3的平面的垂线相对于光轴成为-90～90°的方式移动，由此能够向被保持在载物台3上的试验体5从-90～90°的角度照射虚拟太阳光。
图5是表示本发明的第三虚拟太阳光照射装置的一实施方式的图。图5所示的虚拟太阳光照射装置50由光源1、光谱校正滤波器2和载物台3构成，在光谱校正滤波器2和载物台3之间设有光散射单元51。光散射单元51可以如图3所示设于光谱校正滤波器2和载物台3之间，也可以设于光源1和光谱校正滤波器2之间。从光源1射出的光在椭圆镜4反射并会聚后通过光谱校正滤波器2，在只选择具有与太阳光的分光分布近似的分光分布的光后，通过光散射单元51被散射，并照射于被保持在载物台3上的试验体5。光源1能够使用氙气光源或者卤素光源。
在图5所示的虚拟太阳光照射装置50中，与本发明的第一及第二虚拟太阳光照射装置同样设有角度调整单元6，根据这种结构，能够准确评价在阴天条件下接受到来自进行日周运动的太阳的光的太阳能电池模块的输出特性。
优选光散射单元是雾度标准板，以便能够高精度地再现散射光。雾度标准板的表面也可以是平滑的。也能够组合使用两张以上的雾度标准板。在组合使用两张以上的雾度标准板时，能够容易再现期望的散射光。两张以上的雾度标准板也可以是具有彼此相同的雾度值的雾度标准板，还可以是具有彼此不同的雾度值的雾度标准板。
在组合具有彼此不同的雾度值的雾度标准板的情况下，能够组合雾度值较大(30％以上)的雾度标准板和雾度值较小(小于30％)的雾度标准板。
所述雾度值能够按照“ISO 14782 Plastics-Determination of haze for transparentmaterials”、基于此的翻译标准“JIS K 7136塑料透明材料的雾度的求得方法”进行测定。雾度值(H)被定义为扩散光透射率(Td)与全部光线透射率(Tt)之比。
H＝Td/Tt×100
光散射单元51优选设置成使光轴与光散射单元51的平面垂直相交，以便能够高精度地再现阴天的太阳光。
如图6所示，本发明的第一～第三虚拟太阳光照射装置也可以具有两个光源。在图6所示的虚拟太阳光照射装置60中设有光源61和光源63，并设置有与光源61对置的光谱校正滤波器62，还设置有与光源63对置的光谱校正滤波器64，分别选择具有期望的分光分布的光，使到达波长混合滤波器67。在波长混合滤波器67中使具有不同的两种分光分布的光重叠来形成虚拟太阳光。通过合成而形成的虚拟太阳光通过反射镜68被反射，并被调整成期望的角度，然后通过准直透镜69照射于试验体5。
可以将光源61和光源63中的一方设为氙气光源，将另一方设为卤素光源。从氙气光源能够射出许多模拟太阳光所需要的短波长的光，从卤素光源能够射出许多模拟太阳光所需要的长波长的光。
波长混合滤波器67能够使用半透半反镜。
准直透镜69具有使虚拟太阳光会聚的作用，能够调整虚拟太阳光的广度和强度。
优选本发明的第一～第三虚拟太阳光照射装置具有控制部，该控制部控制光源的开和关，使光源隔开固定的时间间隔依次射出光，在任意的时间从任意的角度依次向被保持在载物台上的试验体照射光。
并且，优选本发明的第一～第三虚拟太阳光照射装置也具有检测单元，能够适合使用太阳能电池模块作为试验体，该检测单元检测来自太阳能电池模块的输出电流。
如图4所示，能够利用来自控制部41的信号控制光源1的开和关，利用检测单元42检测来自从光源1接受到光的试验体5的输出电流。控制部41也可以向角度调整单元输出用于调整载物台3的角度的信号。根据这种结构，能够按照所述载物台的角度或者所述光源座的位置的变更，使光源隔开固定的时间间隔依次射出光，在任意的时间从任意的角度依次向被保持在载物台上的试验体照射光，自动再现与太阳的日周运动对应的光的入射角，得到各入射角的太阳能电池模块的输出特性。
下面，说明使用了本发明的第一及第二虚拟太阳光照射装置的太阳能电池模块的第一评价方法。在从光源向作为试验体5的太阳能电池模块以入射角α1照射光时，从太阳能电池模块输出电流。利用检测单元42检测输出电流，将检测值记录在记录介质等(未图示)中。入射角α1能够设定为-90～90°的任意角度。
然后，变更光源1的位置或者将太阳能电池模块5的角度变更为入射角α2。虽然入射角α2能够设定为任意的角度，但是设定成大于α1或者小于α1，在继续反复的步骤中，设定成使αx大于α1及α2、或者小于α1及α2，在反复各步骤时，能够减少时间上的功夫和处理数据的功夫。各入射角之差例如设为5°。
在变更光源1的位置或者太阳能电池模块5的角度后，从光源向作为试验体5的太阳能电池模块以入射角α2照射光，同样利用检测单元42检测来自入射角α2的太阳能电池模块的输出电流，并进行记录。
然后，变更光源1的位置或者将太阳能电池模块5的角度变更为入射角αx(x为3以上的整数)，从光源向作为试验体5的太阳能电池模块以入射角αx照射光，同样利用检测单元42检测来自入射角αx的太阳能电池模块的输出电流，并进行记录。将以上的步骤反复任意次数，测定各入射角α的输出电流。
通过将以上的步骤反复任意次数，太阳能电池模块的输出特性的评价结束。反复的次数越多，越能够准确评价接受到来自进行日周运动的太阳的光时的太阳能电池模块的输出特性。例如，通过在-90～90°范围内以每5°反复测定，能够适当评价反映了太阳一天的日周运动的太阳能电池模块的输出特性。关于x的上限、即步骤的反复次数没有特殊限定，在值越大时，能够获取越详细的数据，但是时间上的负担等增加，因而可以比较衡量两者适当设定。例如，在设入射角α1为-90°、以每5°照射光一直到+90°来检测输出电流的情况下，x的上限为37。
下面，说明使用了本发明的第三虚拟太阳光照射装置的太阳能电池模块的第二评价方法。使从光源1射出的光通过光散射单元51而散射来再现来自太阳的散射光，在向作为试验体5的太阳能电池模块照射散射光时，从太阳能电池模块输出电流。利用检测单元42检测输出电流，并记录在记录介质等(未图示)中。这样，能够准确评价阴天下的太阳能电池模块的输出特性。
在第二评价方法中，能够将入射角α设定为-90～90°的任意角度，但为了得到准确的评价，优选以1°进行测定。并且，通过测定-90～90°范围内的任意入射角的多个输出电流，能够准确评价在阴天下从进行日周运动的太阳接受到光时的太阳能电池模块的输出特性。
标号说明
1光源；2光谱校正滤波器；3载物台；4椭圆镜；5试验体；6角度调整单元；7主体；8支撑部；9卡合螺钉；10、30、50、60虚拟太阳光照射装置；31光源座；41控制部；42检测单元；51光散射单元；61、63光源；62、64光谱校正滤波器；65、66椭圆镜；67波长混合滤波器；68反射镜；69准直透镜。
Claims (11)
1.一种虚拟太阳光照射装置，该虚拟太阳光照射装置具有：光源；光谱校正滤波器，该光谱校正滤波器校正从所述光源射出的光的分光分布，以使其近似于太阳光的分光分布；以及载物台，其保持试验体，
所述虚拟太阳光照射装置的特征在于，
在所述载物台设有角度调整单元，该角度调整单元能够改变照射于所述试验体的光的入射角。
2.根据权利要求1所述的虚拟太阳光照射装置，其特征在于，
角度调整单元能够在-90°～90°的范围内改变光相对于被保持在载物台上的试验体的入射角。
3.一种虚拟太阳光照射装置，该虚拟太阳光照射装置具有：光源；光谱校正滤波器，该光谱校正滤波器校正从所述光源射出的光的分光分布，以使其近似于太阳光的分光分布；光源座，所述光源和所述光谱校正滤波器设置于该光源座；以及载物台，其保持试验体，
所述虚拟太阳光照射装置的特征在于，
在所述光源座上设有位置调整单元，该位置调整单元调整所述光源座的位置，以便能够改变照射于所述试验体的光的入射角。
4.根据权利要求3所述的虚拟太阳光照射装置，其特征在于，
位置调整单元能够在-90°～90°的范围内改变光相对于被保持在载物台上的试验体的入射角。
5.一种虚拟太阳光照射装置，该虚拟太阳光照射装置具有：光源；光谱校正滤波器，该光谱校正滤波器校正从所述光源射出的光的分光分布，以使其近似于太阳光的分光分布；以及载物台，其保持试验体，
所述虚拟太阳光照射装置的特征在于，
在所述光谱校正滤波器和所述载物台之间设有光散射单元。
6.根据权利要求5所述的虚拟太阳光照射装置，其特征在于，
光散射单元是雾度标准板。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的虚拟太阳光照射装置，其特征在于，
所述虚拟太阳光照射装置具有两个光源，
所述虚拟太阳光照射装置具有：
第1光源，其照射具有规定的分光分布的第1光；
第1光谱校正滤波器，其与第1光源对置配置；
第2光源，其照射具有与第1光不同的分光分布的第2光；
第2光谱校正滤波器，其与第2光源对置配置；以及
波长混合滤波器，第1光和第2光入射到该波长混合滤波器，该波长混合滤波器用于将从所入射的第1光和第2光中选择的光混合。
8.根据权利要求1～7中任意一项所述的虚拟太阳光照射装置，其特征在于，
所述虚拟太阳光照射装置具有控制部，该控制部控制光源的开和关，使光源隔开固定的时间间隔依次射出光，在任意的时间从任意的角度依次向被保持在载物台上的试验体照射光。
9.一种太阳能电池模块的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
从光源向太阳能电池模块以入射角α1照射光，并检测输出电流；
改变光源的位置或者太阳能电池模块的角度，以入射角α2照射光，并检测输出电流，其中，α2与α1不同；以及
将以下步骤反复任意次数，即，改变光源的位置或者太阳能电池模块的角度，以入射角αx照射光，并检测输出电流，其中，αx与α1及α2不同，x为3以上的整数。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池模块的评价方法，其特征在于，
将入射角α1、α2及αx设定为-90°～90°之间的角度。
11.一种太阳能电池模块的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用光散射单元使从光源射出的光散射，以再现来自太阳的直达光和散射光；
从光源向太阳能电池模块照射散射光，并检测输出电流。
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