JP2005317870A - 擬似太陽光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池に対する測定精度を安定し、また向上できるようにした環境を得る。
【解決手段】太陽電池を固定支持する太陽電池固定台５０と、太陽電池に対して離間して対向して配置される灯具２５と、太陽光のスペクトルに近いスペクトルを照射するランプ２６と、ランプを点灯させるための点灯装置３１と、太陽電池に接続される負荷装置６０と、太陽電池の特性を測定するための測定装置７０とを有する。制御装置８０は、負荷を複数のポイントに順次変化させるとともに、インターバールを置きながら前記ランプをフラッシュ点灯させ、各ポイントにおける太陽電池の出力を測定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽電池に対して擬似太陽光を照射し、太陽電池の性能、特性などを測定するのに有効な擬似太陽光照射装置に関する。

従来、太陽電池の性能や特性を測定する場合、擬似太陽光照射装置が利用される。この擬似太陽光照射装置には、自然太陽光の光と同様な照射特性が求められる。つまり、照射範囲に対して照射光が高い面均一精度を保つことが要求される。また、擬似太陽光照射装置は、太陽電池を検査するために利用されるものであり、工業的な生産性（利用効率）が優れていること、長寿命であり経済面で有利であること、また検査精度が優れていることなどが求められる。
特開平９−９９１０６ 特開２００２−４８７０４

従来の擬似太陽光照射装置においては以下のような問題がある。被測定物（または被照射物）である太陽電池と、照射光を得る光源との配置関係が上下関係にある。つまり、光源が太陽電池に対して上側（又は下側）に配置された装置である。このために太陽電池の交換や、測定位置を変更するための位置移動の際に、保持手段との接触により、太陽電池に傷をつけたり、また落下物が衝突して傷を付ける危険性が大きい。

このため擬似太陽光照射装置には、次のような要望がある。擬似太陽光照射装置は、太陽光に近づけるために、照射面に対して出来るだけ精度の高い面均一な照射光を得ることが要求される。また太陽電池の特性を測定した場合、その特性が正常に測定されているのかどうかを確認する必要がある。また、連続して安定した正確な検査が実行されることが要求される。また擬似太陽光装置は、大型であり、使用しないときはコンパクトに収納できることが要望される。

そこでこの発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、被測定物に対する測定精度を安定して、かつ向上できるようにした環境を得る擬似太陽光装置を提供することを目的とするものである。

この発明の一面では、太陽電池の光を受ける平面を垂直方向にした姿勢で、該太陽電池を固定支持する太陽電池固定台（５０）と、前記太陽電池に１．５ｍ以上離間して、対向して配置される灯具（２５）と、前記灯具に納められ太陽光のスペクトルに近いスペクトルを照射するランプ（２６）と、前記ランプを点灯させるための点灯装置（３１）と、
前記太陽電池に接続される負荷装置（６０）と、前記太陽電池の特性を測定するための測定装置（７０）と、前記負荷装置、前記点灯装置、及び前記測定装置を制御し、負荷を複数のポイントに順次変化させるとともに、インターバールを置きながら前記ランプをフラッシュ点灯させ、各ポイントにおける太陽電池の出力を測定するための制御装置（８０）とを備える。

上記の手段によると、灯具と太陽電池固定台が間隔をおいて互いに垂直に起立した、対面式であり、従来のような落下物などの心配もない。また灯具と太陽電池固定台の間の距離が十分であり、光の拡散が十分に得られ、太陽電池固定台側で面均一な照射光を得ることができる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１はこの発明の一実施の形態である。擬似太陽光照射装置は、暗室を有するハウジング１０内で構築される。ハウジング１０の床１１上には、灯具支持台２０が配置されている。灯具支持台２０は、必ずしも必要ではないが、例えば前後移動できるように車輪２１，２２を有する。灯具支持台２０の頭部には、灯具２５が載置されており、この灯具２５には、光源としてのランプ（例えばキセノンフラッシュランプ）２６が収納されている。灯具２５内のランプ２６は、点灯装置３１により点灯、消灯制御される。灯具２５の前面には、拡散板２７が配置され、ランプ２６からの光が均一になるように拡散される。この点灯装置３１にも、必ずしも必要ではないが、設置場所を移動できるように車輪３２，３３が設けられている。点灯装置３１は、灯具支持台２０に搭載されていてもよい。

灯具２５のランプ２６からの光が照射される方向には、灯具２５に対向、対面して、パネル状の太陽電池４０を配置することができる。この太陽電池４０は、太陽電池固定台５０に固定することができる。太陽電池固定台５０は、垂直に起立した支持板５１と、この支持板５１を搭載している太陽電池側支持台５２を有する。この太陽電池側支持台５２にも、必ずしも必要ではないが、設置場所を移動できるように車輪５３，５４が設けられている。

太陽電池４０の中心位置と、灯具２５からのランプ２６の照射中心位置とが一致するように位置決めされる。

構造的には、灯具２５と太陽電池固定台５０が間隔をおいて互いに垂直に起立した、対面式であり、従来のような落下物などの心配もない。また灯具と太陽電池固定台５０の間の距離が十分であり、光の拡散が十分に得られ、太陽電池固定台５０側で面均一な照射光を得ることができる。

太陽電池４０に対しては、負荷装置６０が接続されている。さらにまた、負荷装置６０を介して、太陽電池４０の出力を監視し、太陽電池４０の諸特性を測定するための測定装置７０が負荷装置６０に接続されている。さらにまた制御装置８０が設けられている。この制御装置８０は、点灯装置３１、負荷装置６０、及び測定装置７０を制御する。即ち、負荷装置６０を制御して負荷を変化させ、点灯装置３１を制御してランプ２６をフラッシュ点灯させ、太陽電池４０の出力を測定装置７０で測定させる。

ここで、太陽電池４０の出力を測定する場合、負荷装置６０を制御して負荷を例えば０〜∞まで変化させる。この０〜∞までの間の任意の数十ポイントを測定点とし、各ポイントでランプをフラッシュ点灯（１ｍｓｅｃ程度）させる。そして、フラッシュ点灯時、測定装置６０で太陽電池４０の出力電圧、出力電流などを測定するのである。

上記の擬似太陽光照射装置は、灯具２６側の灯具支持台２０と太陽電池側支持台５２との配置関係は極めて重要である。両者の対面する関係が平行な状態からずれると、照射面に対して精度の高い面均一な照射光を得ることが出来なくなる。

そこで、図２に示す実施の形態では、前記灯具２５は灯具側支持台２０に搭載されており、太陽電池固定台５０は太陽電池側支持台５２を有する。そして、灯具支持台２０と、太陽電池側支持台５２とは、それぞれ下部にローラを有するとともに、近づく方向及び離間する方向へ同一のフレーム２０１に保持されてガイドされ、少なくとも一方が移動自在にガイドされるのである。この例では、矩形状の枠の１つの短辺が開放した、フレーム２０１が利用されている。そして、フレーム２０１の開放側から、フレーム２０１の他方の辺側へ、太陽電池側支持台５２が水平にガイドされて挿入されている。そしてフレーム２０１の開放側に、灯具側支持台２０が水平にガイドされている。なお図では現われていないが、太陽電池側支持台５２の縁とフレーム内側面とは、溝とローラとの組み合せ機構により、図示の矢印方向へスムーズに、太陽電池側支持台５２が移動できるようになっている。そして、所望の位置でロック機構が設けられておりロックできるようになっている。灯具側支持台２０の縁とフレーム内側面との関係も同様である。

この構造であると、使用しないとき、或は搬送するときは、灯具側支持台２０を太陽電池側支持台５２に近接させてロックし、コンパクトにまとまった形態にすることができる。また当然、同一のフレームに灯具２５及び太陽電池固定台５０が位置規制されるので、双方の位置関係が精密で安定している。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）には、この発明のさらに他の実施の形態を示している。この実施の形態では、さらに灯具２５と太陽電池固定台５０の太陽電池４０との位置関係をさらに精度良く設定する手段が設けられている。即ち、灯具２５には、太陽電池固定台５０に固定されている太陽電池４０の周囲の円周上に例えばレーザ光を出力し、ビームスポットを形成するためのビーム出力ポインタ２１１ａ、２１２ｂが設けられている。このビーム出力ポインタ２１１ａ，２１１ｂは、ランプ２６の後方の基板２１２に精度良く取り付けられている。一方、ビーム出力ポインタ２１１ａ，２１１ｂから出力された、ビームスポット２１３ａ，２１３ｂは、太陽電池固定台５０の面に描かれた円２１４上に到達することが理想であるものとして設計されている。

このようなビーム出力ポインタ２１１ａ、２１２ｂを設けることにより、そのビームスポット２１３ａ，２１３ｂが、太陽電池固定台５０の面に描かれた円２１４上に到達するように、灯具２５と太陽電池固定台５０との位置関係を調整すれば、高精度で両者の位置関係が決まる。これは、照射光を均一化させる上で重要である。

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）には、この発明のさらに他の実施の形態を示している。この実施の形態では、灯具２５と太陽電池固定台５０の太陽電池４０との位置関係をさらに精度良く設定する手段が設けられている。

この例では、灯具２５のランプ２２１は、チューブが少なくとも円形状の一部を成した形状であり、この円形状の中心位置にビーム出力ポインタ２２２のビームが通過するように構成されている。２２３は、台座として用いられ、ランプ２２１及びビーム出力ポインタ２２２を配置して固定するための基板である。勿論、さきの図３の構成にこのビーム出力ポインタ２２２が追加された形であってもよいし、図４の構成単独でもよい。ここで、ビーム出力ポインタ２２２のビームは、被検査物である太陽電池４０の中心にそのビームスポットが照射されるように設定されている。このような設定で、太陽電池４０に対して面均一な照射光が照射されるのである。

図５（Ａ）、図５（Ｂ）にはさらにこの発明の他の実施の形態を示している。太陽電池固定台５０は、太陽電池４０を中心に支持して、上下左右に移動するＸ―Ｙテーブル５１１を有し、制御装置８０は、Ｘ−Ｙテーブル５１１を移動制御するためのテーブル制御手段を含む。このテーブル制御手段は、図６に示すように、測定装置５２１、最適位置判定ロジック部５２２、テーブル制御部５２３、テーブル駆動部５２４を含む。

ここで、テーブル５１１には、予め複数の領域に参照用の太陽電池５３０−５３４が取り付けられている。実際の検査が開始される前に、測定装置５２１は、例えば参照用の太陽電池５３０−５３４から照射光の状態を検出する。この場合、照射光が面均一であるかどうかを検出する。このとき、Ｘ−Ｙテーブル５１１を移動制御し、例えば、ある範囲（図に一点鎖線で示すような領域）で移動させて照射光が面均一であるかどうかを検出する。

今、太陽電池５３２の近辺が最も照射光が面均一であることが判明したとすると、テーブル５１１の中心、即ち、被測定対象である太陽電池４０の位置が、先の太陽電池５３２が位置した個所に移動される。これにより、被測定太陽電池４０は、照射光が面均一な環境で検査されることになる。

なおＸ−Ｙテーブル５１１を駆動するための手段は各種の実施態様が可能である。図５は一例を示すもので、例えばＹ方向へテーブルを移動するための、ネジ機構５４１ａ、５４１ｂとモータ５４１ｃ，５４１ｄを示している。またＸ方向へテーブルを移動するためのネジ機構５５１ａ、５５１ｂとモータ５５１ｃ，５５１ｄを示している。この発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。

図７（Ａ），図７（Ｂ）にはこの発明の更に他の実施の形態を示している。被測定物である太陽電池４０の他に、比較用太陽電池４１１を太陽電池固定台５０に設けるのである。そして、太陽電池４０の出力特性（電圧・電流値）を測定すると同時に比較用太陽電池４１１の出力特性も測定し、両出力特性を比較するのである。そして、比較用太陽電池４１１が理想的なものと仮定し、被測定物である太陽電池４０の状態（特性のずれや、特性の一致）を判断する。比較用太陽電池４１１としては、先の太陽電池５３０−５３４が用いられてもよい。

ここで、さらに本発明では、通常はシャッター４１３で覆われている基準用太陽電池４１２を太陽電池固定台５０に設けている。この基準用太陽電池４１２は、さきの比較用太陽電池４１１が正常に動作しているかどうかを試験するときに使用される。この試験が行われるときは、シャッター４１３が開放される。そして、基準用愛用電池４１２及び比較用太陽電池４１１に光源からの光が照射され、両者の出力特性が比較される。この時は基準用太陽電池４１２の出力特性が基準となる。この基準特性に対して、比較用太陽電池の特性がずれているときは、補正データを生成して保存するか、又は比較用太陽電池の交換が行われる。上記の手法により、被測定物である太陽電池４０の測定データが正確となる。比較用太陽電池４１１、基準用太陽電池４１２の配置位置は図面に示すような配置に限定されるものではない。例えば図７（Ｂ）に示すように、左右に配置されてもよい。シャッター４１３としては機械的なものでもよいし、また液晶パネルを用いてもよい。

この発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。

図８（Ａ），図８（Ｂ）にはさらにこの発明の他の実施の形態を示している。太陽電池の測定では、負荷装置６０において、負荷を種々の変化させて、各負荷状態での測定データを得ている。この場合、光源からの照射光を測定毎にフラッシュ点灯させている。このために、照射の繰り返しが連続すると、被照射物自体が温度上昇するし、また太陽電池固定台５０も温度上昇する。すると、温度上昇のために測定データに狂いが生じたり、正確な測定が得られないという問題が発生する。通常は、１回のフラッシュ点灯ごとに、インターバールを置いて、被照射物の十分な冷却が得られて、次の測定を行うが、これでは、多大の時間が必要となる。

そこでこの実施の形態では、更に冷却装置５６Ａ、５６Ｂを例えば太陽電池固定台５０に設けている。冷却装置５６Ａは、送風ヘッド５６１、及び送風ヘッド５６１を支持したアーム５６２、及びこのアーム５６２を前後駆動する駆動部５６３で構成されている。これにより、送風ヘッド５６１は、太陽電池４０を冷却するときは、太陽電池固定台５０の前方斜め上から冷風を送る。これにより、先に述べたインターバール期間を短縮できる。冷却装置５６Ａについて説明したが、冷却装置５６Ｂも同様な構成であり、送風ヘッド５６１ｂ、及び送風ヘッド５６１ｂを支持したアーム５６２ｂ、及びこのアーム５６２ｂを前後駆動する駆動部５６３ｂで構成されている。太陽電池固定台５０の下側には、開口が形成されており、この開口を通じて、送風ヘッド５６１ｂ及びアーム５６２ｂが太陽電池固定台５０の前面側、及び後方側に移動することができる。図８（Ｂ）は、送風ヘッド５６１、５６１ｂが太陽電池固定台５０の後方に移動した状態を示している。この発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。

図９はこの発明の更に他の実施の形態であり、上述した各実施の形態と組み合せて構成されてもよい。この実施の形態では、灯具支持台２０が回転式であり、複数の灯具２５Ａ、２５Ｂが用意されている。また、太陽電池固定台５０とこれに対向するランプとの間は例えば４ｍとなるように設計されている。そして、複数の灯具２５Ａ、２５Ｂは、灯具支持台２０上の回転面上で例えば１８０°間隔で配置されて、起立した支持具２７Ａ，２７Ｂの先端に支持されている。この構成であると、一方の灯具２５Ａのランプが照射された後、灯具支持台２０が回転され、他方の灯具２５Ｂのランプが照射される。このように灯具２５Ａと２５Ｂの各ランプが交互にフラッシュ点灯されることで、一方のランプには休止期間、冷却期間を確保することができる。これにより、ランプの照射特性として安定した照射を得ることができ、結果的には太陽電池特性の測定精度を向上できることになる。また、ランプ１つで行う方式に比べて、照射から次の照射までのインターバールを短くすることができ、作業効率も向上する。

ここで、太陽電池固定台５０に対して、照射光が照射されるエリア内には、ランプからの照度差を検出する照度検出素子４０１が設けられており、この差分信号が、太陽電池測定データに反映されるようになっている。つまり、同じ太陽電池に対して、異なるランプを用いて照射し、測定データを得た場合、当然、ランプの照度差がその測定データに誤差として現われることになる。そこで、この誤差を無くすために、初度検出素子４０１を設けて、ランプ間の照度誤差を計測し、この誤差によりいずれか一方のランプを用いたときの測定データを補正するのである。この発明は上記の実施の形態に限定されない。

この発明では精度良く測定データを取得できるように工夫されている。そのために太陽電池４０と負荷装置６０との間の電線１１００（図１）は、実際に流れる電流に対して２倍以上流すことが可能な電線太さが選択されている。また電線長さは１ｍ以下に制限され、太陽電池４０の口出し線と接続されている。またこの電線１１００としては、ツイストペア線が使用されている。または、電線１１００としては、同軸ケーブルあるいはフィーダ線などのインピーダンス管理されたケーブルが使用されてもよい。これにより、インダクタンスやインピーダンスなどの電線の特性が安定しており、太陽電池特性を安定して精度良く測定することが可能となる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の一実施の形態を示す全体構成説明図。 本発明の他の実施の形態を示す説明図。 本発明の灯具における特徴点を説明するために示した説明図。 本発明の灯具における他の特徴点を説明するために示した説明図。 本発明のさらに他の実施の形態であり、Ｘ−Ｙテーブルの制御装置を説明するために示した説明図。 図５のＸ−Ｙテーブルの制御装置のさらに具体的ブロック構成を説明するために示した図。 本発明のまた他の実施の形態であり、太陽電池固定台側の特徴点を説明するために示した説明図。 本発明のさらにまた他の実施の形態であり、太陽電池固定台側の特徴点を説明するために示した説明図。 本発明のまた他の実施の形態であり、灯具支持台側の特徴点を説明するために示した説明図。

符号の説明

１０…ハウジング、２０…灯具支持台、２５…灯具、２６…ランプ、３１…点灯装置、４０…太陽電池、５０…太陽電池固定台、６０…負荷装置、７０…測定装置、８０…制御装置。

Claims (10)

1. 太陽電池の光を受ける平面を垂直方向にした姿勢で、該太陽電池を固定支持する太陽電池固定台と、
   前記太陽電池に１．５ｍ以上離間して、対向して配置される灯具と、
   前記灯具に納められ太陽光のスペクトルに近いスペクトルを照射するランプと、
   前記ランプを点灯させるための点灯装置と、
   前記太陽電池に接続される負荷装置と、
   前記太陽電池の特性を測定するための測定装置と、
   前記負荷装置、前記点灯装置、及び前記測定装置を制御し、負荷を複数のポイントに順次変化させるとともに、インターバールを置きながら前記ランプをフラッシュ点灯させ、各ポイントにおける太陽電池の出力を測定するための制御装置と、
   を具備したことを特徴とする擬似太陽光照射装置。
2. 前記灯具の前面には、光拡散板が配置されていることを特徴とする請求項１記載の擬似太陽光照射装置。
3. 前記前記灯具は灯具側支持台に搭載されており、
   前記太陽電池固定台は太陽電池側支持台を有し、
   前記灯具支持台と、前記太陽電池側支持台とは、それぞれ下部にローラを有するとともに、近づく方向及び離間する方向へフレームに沿って少なくとも一方が移動自在にガイドされることを特徴とする請求項１記載の擬似太陽光照射装置。
4. 前記灯具には、前記太陽電池固定台に固定されている前記太陽電池周囲の円周上にビームスポットを形成するためのビーム出力ポインタが設けられていることを特徴とする請求項１記載の擬似太陽光照射装置。
5. 前記灯具には、前記太陽電池固定台に固定されている前記太陽電池の中心にビームスポットを形成するためのビーム出力ポインタが設けられていることを特徴とする請求項１記載の擬似太陽光照射装置。
6. 前記灯具のランプは、チューブが少なくとも円形状の一部を成した形状であり、この円形状の中心位置に前記ビーム出力ポインタのビームが通過するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の擬似太陽光照射装置。
7. 前記太陽電池固定台は、前記太陽電池を中心に支持して、上下左右に移動するＸ―Ｙテーブルを有し、前記制御装置は、前記Ｘ−Ｙテーブルを移動制御するためのテーブル制御手段を含むことを特徴とする請求項１記載の擬似太陽光照射装置。
8. 前記太陽電池固定台の前記灯具からの照射光が照射される面には、前記照射光の状態を点検するために用いられる基準太陽電池が取り付けられるとともに、さらに、通常はシャッターにより閉じられているが、前記第１基準太陽電池の正常状態を確認するときに前記シャッターが開放されて使用される第２基準太陽電池が取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の擬似太陽光照射装置。
9. 前記太陽電池固定台には、前記灯具からの照射光が照射される面を冷却するための送風冷却装置が取り付けられるとともに、この送風冷却装置を、照射光が照射されるときは、前記太陽電池固定台の後に退避させる冷却装置移動機構が設けられていることを特徴とする請求項１記載の擬似太陽光照射装置。
10. 前記灯具は複数であって、前記灯具側支持台に間隔を置いて、搭載されており、前記灯具支持台の回転又は移動により、複数の灯具が選択的に前記太陽電池固定台に対面されることを特徴とする請求項１記載の擬似太陽光照射装置。

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