JP2003028916A - 太陽電池特性の測定装置 - Google Patents

太陽電池特性の測定装置

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JP2003028916A JP2001215273A JP2001215273A JP2003028916A JP 2003028916 A JP2003028916 A JP 2003028916A JP 2001215273 A JP2001215273 A JP 2001215273A JP 2001215273 A JP2001215273 A JP 2001215273A JP 2003028916 A JP2003028916 A JP 2003028916A
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弘雄 安田
Tomomi Sato
友美 佐藤
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HIRANO SANGYO KK
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
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    • H02S50/10—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンデンサの充放電時定数に影響されず、測
定精度の向上および測定作業の能率向上、製造コスト安
価な太陽電池特性の測定装置を得る。 【解決手段】 電流測定回路１９に、電界効果型トラン
ジスタ２０および該電界効果型トランジスタに直列に接
続した基準抵抗素子２１と、この電界効果型トランジス
タ２０に電圧を印加して駆動させる駆動用の増幅器２３
と、前記基準抵抗素子２１に並列に接続した前記電流測
定用の増幅器２２とを設け、前記駆動用の増幅器２３に
制御電圧を印加するとき、印加電圧に応じて前記電界効
果型トランジスタ２０に発生した制御電流を、前記基準
抵抗素子２１と、前記電流測定用の増幅器２２とに流れ
るように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池セルやモ
ジュールの出力特性を測定する太陽電池特性の測定装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】地球環境エネルギーの有効活用の見知か
ら、太陽光を効率よく電気エネルギーに変換できる太陽
電池の開発が行われている。この太陽電池は工場出荷時
点においてはハロゲンランプ等の疑似太陽光を用いて太
陽電池の特性を測定装置で検査して所定の基準をクリア
したものだけが出荷される。しかし、太陽電池の設置現
場において太陽電池の取り違え等により太陽電池モジュ
ールの出力特性が所定の規格を満足するかどうかを検査
する必要が生じる場合があり、このようなとき、例えば
屋外で測定するときには時々刻々変化する気象の変化に
対応して測定する関係上、測定精度の正確性を期するこ
とはもちろんのこと、測定作業の能率性、迅速性等の向
上が要請される。
【０００３】従来の太陽電池特性の測定装置は図１に示
す回路構成からなる。すなわち、この回路構成は、電圧
測定回路１と、電流測定回路２と、ＡＤ変換器３と、Ｃ
ＰＵ４を具備する。電圧測定回路１は、太陽電池５の出
力端６から分岐して設けた抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２、これら
二つの抵抗Ｒ２に並列接続され、太陽電池５の出力電圧
を測定してＡＤ変換器３に出力する電圧測定用の増幅器
７を有する。電流測定回路２は、太陽電池５の出力端６
に直列接続したコンデンサ８、スイッチ素子としてのサ
イリスタ９、および基準抵抗素子１０と、この基準抵抗
素子１０に並列に接続され、太陽電池５の出力電流に相
当する電流を信号としてＡＤ変換器３に出力する電流測
定用の増幅器１１を有する。
【０００４】こうして、増幅器７，増幅器１１のバイア
ス電流を微少にすることにより、太陽電池５の発電電流
Ｉを基準抵抗素子１０に流れる電流Ｉｏに等しくするこ
とができる。従って、この電流値Ｉｏを基準抵抗素子１
０で電圧に変換することで、太陽電池５の出力電流を計
ることができる。一方、太陽電池５の出力電圧は、太陽
電池の出力端より分岐して増幅器７に導き、太陽電池５
の出力電圧を測定する。
【０００５】この測定装置における回路の動作を説明す
る。通常、サイリスタ９，スイッチ１２はＯＦＦとなっ
ている。この状態において測定が開始されると、まず最
初にスイッチ１２がＯＮとなり、コンデンサ１７に充電
されていた電荷を放電する。放電が終わった後にスイッ
チ１２をＯＦＦ、サイリスタ９をＯＮにすると、太陽電
池５からコンデンサ８，サイリスタ９を介して、基準抵
抗素子１０に電流Ｉｏが流れ込む。電流Ｉｏはコンデン
サ８を介して流れるため、徐々に減少し、一定時間後に
０Ａ（アンペア）になる。このときの電流の変化、電圧
の変化を増幅器７および増幅器１１を介して高速ＡＤ変
換器３で測定する。測定された電圧、電流の関係を縦軸
に電流、横軸に電圧でプロットすると図５のような曲線
（「ＩＶ曲線」という）を得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来装置では次のよう
な問題があった。すなわち第１の問題点として、通常測
定対象である太陽電池５は、生産メーカー、太陽電池の
材質、大きさや形状、太陽電池の接続の仕方、太陽光線
の強弱等により、その出力インピーダンスが変化するも
のであり、この変化する出力インピーダンスによりコン
デンサ８の充電時定数が変化する。そのためにＡＤ変換
器３に取り込む測定データ数が異なったり、ＡＤ変換器
３での電圧を測定するタイミングと、電流を測定するタ
イミングとが異なることにより、測定精度が異なってし
まうという問題があった。第２の問題点は、コンデンサ
８の充電時定数の範囲でデータを３０回以上測定する必
要があるため、高速のＡＤ変換器３を必要とし、そのた
めＡＤ変換器３のコストが高くなることであった。第３
の問題点としては、開放電圧Ｖｏｃの電圧値は、コンデ
ンサ８に流入する電流が飽和して０Ａになったときの電
圧であり、この電圧を測定する時間は、ＣＲの時定数の
数倍かかっている。第４の問題点は、コンデンサ８の放
電回路を必要とし、またそれによるコンデンサの放電時
間が必要となるために、連続的に測定することができな
いという問題があった。このように、従来装置では、コ
ンデンサ８の充放電時の充電電流、充電電圧を充放電の
時定数の時間内に高速のＡＤ変換器３で測定しているも
のの、コンデンサ８の充放電時定数が異なると当然測定
の精度に影響が生じ、太陽電池５を一個一個計測してい
くと時間がかかり、結果として全体の測定結果を得るに
はかなりの時間を要して非能率となり、早く測定できな
いばかりか、電圧値を計測するタイミングと電流値を計
測できるタイミングとの間に時間的なずれを生ずること
が回避できないことにより、リアルタイムでの計測結果
が得られず、それだけ計測に誤差を生ずるという問題が
あった。
【０００７】本発明は、ＣＲの時定数によらない回路を
提供し、かかる問題点を解決したものである。すなわ
ち、測定対象の太陽電池に一定電流でコントロール可能
な負荷装置を接続し、電流値変化させたときの電圧を測
定することにより、ＩＶ曲線を求めることを目的とする
ものである。
【０００８】本発明は、上記目的を達成するために、次
の構成を有する。すなわち、請求項１記載の発明に係る
太陽電池特性の測定装置は、太陽電池の出力端より分岐
して設けられ、前記太陽電池の出力電圧を測定する電圧
測定用の増幅器を有する電圧測定回路、および前記太陽
電池の出力端に設けられ、前記太陽電池の出力電流を測
定する電流測定用の増幅器を有する電流測定回路を具備
した太陽電池特性の測定装置において、前記電流測定回
路に、電界効果型トランジスタおよび該電界効果型トラ
ンジスタに直列に接続した基準抵抗素子と、前記電界効
果型トランジスタに電圧を印加して駆動させる駆動用の
増幅器と、前記基準抵抗素子に並列に接続した前記電流
測定用の増幅器とを設け、前記駆動用の増幅器に制御電
圧を印加するとき、印加電圧に応じて前記電界効果型ト
ランジスタに発生した制御電流を、前記基準抵抗素子
と、前記電流測定用の増幅器とに流れるように構成した
ことを特徴とする。
【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の太
陽電池特性の測定装置に係り、前記駆動用の増幅器は、
その反転入力端子に前記基準抵抗素子の入力端を接続
し、その非反転入力端子に前記制御電圧を印加するよう
に形成したことを特徴とする。
【００１０】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明に係り、前記電圧測定回路は、前記太陽電池の出力電
圧を、太陽電池の出力端より分岐して、２個の分圧抵抗
器で分圧するように形成したことを特徴とする。
【００１１】請求項４記載の発明は、請求項２または３
記載の発明に係り、前記電流測定回路を、複数個設ける
と共に、これらすべての電流測定回路を互いに並列に接
続したことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図１に図示した第
１実施の形態に基づいて詳述する。図１は、実施の形態
における太陽電池特性の測定装置の回路図である。符号
１３は、太陽電池、１４は電圧測定回路であって、太陽
電池１３の出力端１５から分岐して設けられ、太陽電池
１３の出力電圧が印加されて電圧を測定する電圧測定用
の増幅器１６、およびこの増幅器１６の出力信号をＡＤ
変換してＣＰＵ１７に入力するＡＤ変換器１８からな
る。１９は電流測定回路で、太陽電池１３の出力端１５
に設けた電界効果型トランジスタ２０（以下「トランジ
スタ」という）、このトランジスタ２０に直列に接続し
た基準抵抗素子２１、この基準抵抗素子２１に並列に接
続した電流を測定する機能を有する電流測定用の増幅器
２２、この増幅器２２の出力信号をＡＤ変換してＣＰＵ
１７に入力するＡＤ変換器１８、およびトランジスタ２
０に電圧を印加して駆動させる駆動用の増幅器２３から
なる電流測定回路である。駆動用の増幅器２３の反転入
力端子は、基準抵抗素子２１の入力端に接続される。す
なわち、トランジスタ２０のドレイン端子は帰還回路２
４で反転入力端子に接続される。また、増幅器２３の非
反転入力端子はＣＰＵ１７に接続される。
【００１３】本実施の形態に係る太陽電池特性の測定装
置は、太陽電池１３の出力特性を測定する場合、ＣＰＵ
１７からの測定開始信号により測定を開始するが、それ
に応じてまずＣＰＵ１７から駆動用の増幅器２３の非反
転入力端子に電圧が印加される。印加される電圧がトラ
ンジスタ２０のゲートに作用してトランジスタ２０を駆
動する。これにより、ゲート電圧の大きさに応じた電流
がソース側からドレイン側を経由して基準抵抗素子２１
に流れる。こうして、駆動用増幅器２３の反転入力端子
と非反転入力端子との間の電圧がゼロとなるようにトラ
ンジスタ２０が制御される。また、この制御に応じた電
流が基準抵抗素子２１に流れる。このとき、基準抵抗素
子２１に作用する電圧は、電流測定用増幅器１６に印加
され、ＣＰＵ１７においてこの電圧を基準抵抗素子２１
の抵抗値で除した値が測定対象の電流として演算されて
計測される。すなわち、電圧測定用増幅器１６で演算さ
れて計測される太陽電池１３の出力電圧と、出力電流と
が瞬時にして測定される。このようにして、順次駆動用
増幅器２３に作用させる電圧を変化させていき、それら
各変化させた電圧ごとに基準抵抗素子２１を流れる電流
値を計測していくことで、太陽電池の出力特性を短時間
に測定でき、図５に示すようなＩＶ曲線を得ることがで
きる。
【００１４】このように、本実施の形態によれば、測定
対象である太陽電池１３に一定電流で制御できる負荷装
置、すなわち電流測定回路１９を接続したので、トラン
ジスタ２０で電流値を変化させたときの基準抵抗素子２
１に作用する電圧を測定することで、ＩＶ曲線を求める
ことができる。つまり、電流測定回路１９は、従来装置
のようにコンデンサを必要としないため、ＣＲの時定数
によらない回路を得ることができる。したがって、上記
した第１の問題点に対しては、測定しようとする太陽電
池の出力電流値の分解能を設計段階で指定することによ
って決定できる。このため、測定対象の太陽電池の出力
インピーダンスによってデータ数が変わることはなく、
またＡＤ変換器１８による電圧を測定するタイミング
と、電流を測定するタイミングとが異なり、ひいては測
定精度が異なるといった事態が生じることを回避でき
る。
【００１５】また、上記第２の問題点もコンデンサを使
用しないため、充電時定数の制約から開放されるので、
用いるＡＤ変換器１８は高速のＡＤ変換器である必要は
なく、したがって製造コストの安価な太陽電池特性の測
定装置を得ることができる。
【００１６】さらに、上記第３の問題点に対しては、開
放電圧Ｖｏｃの電圧値の計測するのに基準抵抗素子２１
に流れる電流値を０Ａに設定することで、そのときの電
圧値を容易に得ることができ、従来装置のようにコンデ
ンサが十分充電しきるまでの時間を待って測定を行う必
要がなく、したがって、測定時間の短縮化を図れ、測定
作業を向上できる。また、上記電界効果型トランジスタ
２０としては、光ＭＯＳの態様のものであってもよく、
さらにホトカプラ式のものであってもよい。
【００１７】また、上記した第４の問題点に関しては、
コンデンサを有しないために、コンデンサの放電回路を
設ける必要がなく、また放電による測定の中断もない。
【００１８】以上、本実施の形態を具体的に詳述してき
たが、具体的な構成はこの形態に限られるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっ
ても本発明に含まれる。例えば、上記実施の形態では、
電圧測定回路１４に抵抗素子を設けないで太陽電池１５
の出力電圧をそのまま増幅器１６に印加する構成にした
が、この代わりに図２に示す変形例のように太陽電池１
５から分岐して第１抵抗素子２５と第２抵抗素子２６と
からなる分圧抵抗器を設け、第１抵抗素子２５の出力端
を増幅器１６の非反転入力端子に接続するように形成し
てもよい。また、図３に示す別の変形例のように、上記
変形例における電流測定回路１９と同じ回路構成を有す
る回路を複数個（この別の変形例では３個）設け、各電
流測定回路を互いに並列に接続して形成した電流測定回
路２７に構成することもできる。すなわち、各電流測定
回路には、駆動用の増幅器としてそれぞれ符号２３Ａ、
２３Ｂ、２３Ｃに示す増幅器が、トランジスタとして２
０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが、さらに基準抵抗素子として２
１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃが、また電流測定用の増幅器とし
て２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃがそれぞれ設けられるもので
ある。係る構成にすることで、太陽電池の出力電流の測
定範囲を拡大することができる。なお、電流測定用回路
１９を設ける数は、３個以上であってもよいことは勿論
である。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る太陽
電池特性の測定装置によれば、従来装置のようにコンデ
ンサを使用することなく、電流制御により太陽電池の出
力電流を計測する構成としたため、電圧値を測定するタ
イミングと電流値を測定するタイミングとを略一致させ
た状態のＩＶ曲線を得ることができ、これにより測定対
象である太陽電池の出力インピーダンスのばらつきによ
る充電時定数の変化から生じていた測定精度の低下を回
避でき、そればかりか測定作業の迅速化、装置全体とし
ての軽量化、コンパクト化、製造コストの低減化等を図
れ、さらには携帯性の向上を図れる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る太陽電池特性の測
定装置における回路構成図である。
【図２】 実施の形態の変形例における回路構成図であ
る。
【図３】 さらに別の変形例における回路構成図であ
る。
【図４】 従来装置における回路構成図である。
【図５】 太陽電池の出力特性を示すＩＶ曲線である。
【符号の説明】
１３…太陽電池 １４…電流測定回路 １５…太陽電池の出力端 １６…電圧測定用の増幅器 １８…ＡＤ変換器 １９、２７…電流測定回路 ２０…電界効果型トランジスタ ２１…基準抵抗素子 ２２…電流測定用の増幅器 ２３…駆動用の増幅器 ２５…第１抵抗素子 ２６…第２抵抗素子
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G003 AA06 AB01 AE01 AH01 AH04 AH05 5F051 BA14 KA09

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 太陽電池の出力端より分岐して設けら
    れ、前記太陽電池の出力電圧を測定する電圧測定用の増
    幅器を有する電圧測定回路、および前記太陽電池の出力
    端に設けられ、前記太陽電池の出力電流を測定する電流
    測定用の増幅器を有する電流測定回路を具備した太陽電
    池特性の測定装置において、前記電流測定回路に、電界
    効果型トランジスタおよび該電界効果型トランジスタに
    直列に接続した基準抵抗素子と、前記電界効果型トラン
    ジスタに電圧を印加して駆動させる駆動用の増幅器と、
    前記基準抵抗素子に並列に接続した前記電流測定用の増
    幅器とを設け、前記駆動用の増幅器に制御電圧を印加す
    るとき、印加電圧に応じて前記電界効果型トランジスタ
    に発生した制御電流を、前記基準抵抗素子と、前記電流
    測定用の増幅器とに流れるように構成したことを特徴と
    する太陽電池特性の測定装置。
  2. 【請求項２】 前記駆動用の増幅器は、その反転入力端
    子に前記基準抵抗素子の入力端を接続し、その非反転入
    力端子に前記制御電圧を印加するように形成したことを
    特徴とする請求項１記載の太陽電池特性の測定装置。
  3. 【請求項３】 前記電圧測定回路は、前記太陽電池の出
    力電圧を、太陽電池の出力端より分岐して、２個の分圧
    抵抗器で分圧するように形成したことを特徴とする請求
    項２記載の太陽電池特性の測定装置。
  4. 【請求項４】 前記電流測定回路を、複数個設けると共
    に、これらすべての電流測定回路を互いに並列に接続し
    たことを特徴とする請求項２または３に記載の太陽電池
    特性の測定装置。
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