JP2005317871A - 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、ランプとを有する。ランプは、太陽光のスペクトルに近いスペクトルを照射し、その形状が円形の大半の部分に沿った部分を有するキセノンランプである。また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し、特に光源に関する改善を行った装置である。

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。

また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、ランプの光を効率よく利用し、照射光を面均一とし、ひいてはランプの長寿命化を得る。

太陽光にできるだけ近い、スペクトルの光を出力することができ、測定結果に信頼性を得られること。

また、製作された部品の性能が、悪影響しないように対策可能であり、太陽光にできるだけ近い、スペクトルの光を出力することができ、測定結果に信頼性を得られること。

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、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でき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と、前記太陽電池固定台に対向して配置された灯具と、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し、かつその形状が円形の大半の部分に沿った部分を有するキセノンランプと、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有する。

上記の手段によると、ランプ自体がその一部に曲率を有するか、またターンしていることで、照射範囲を略均一にすることが可能となる。これにより、測定精度の向上、信頼性の向上に寄与する。

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の光源は、太陽光のスペクトルに近く、任意の四角或は丸エリアの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。そこで、そこでこの発明は、キセノンランプを用いて、照射範囲に出来るだけ近い曲率を持つ形状のランプを使用するのである。

図２（Ａ），（Ｂ）には、この発明の装置で用いられるキセノンランプの例を示している。図２（Ａ）のキセノンランプ２６１は、大半部分が円形の曲率であり、一部が開放している。図２（Ｂ）のキセノンランプ２６２は、１ターンした円形形状のキセノンランプである。このキセノンランプ２６１、又は２６２は、円筒状の灯具に配置される。ランプ自体がその一部に曲率を有するか、またターンしていることで、照射範囲を略均一にすることが可能となる。これにより、測定精度の向上、信頼性の向上に寄与する。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。つまりキセノンランプとしてΩ形状又は一巻き形状が用いられる。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）には、この発明の他の実施の形態が示されている。図３（Ａ）は灯具２５の前面から見た場合であり、灯具２５は四角形であり、また照射面も四角が要求されているような場合の例である。ここでは、四角の開口を有する反射板２５ａ１〜２５a３が、光軸と直交して、かつ相互の反射板が平行となるように配置されている。そして四角の開口は、ランプ２６側の反射板２５ａ３から順次、反射板２５ａ１に向って、大きくなっている。

図３（Ｂ）は、灯具２５の前面から見た場合であり、灯具２５は円形であり、また照射面も円形が要求されているような場合の例である。ここでは、円形の開口を有する反射板２５b１〜２５b３が、光軸と直交して、かつ相互の反射板が平行となるように配置されている。そして四角の開口は、ランプ２６側の反射板２５b３から順次、反射板２５b１に向って、大きくなっている。このような反射板を設けることにより、ランプの光の利用効率がよくなる。結果、ランプの小形化、省電力化が得られるし、ランプの長寿命化が得られる。図３（Ｃ）は、上記の反射板２５ａ１〜２５ａ３又は２５b１〜２５b３が灯具２５の内部に収容された状態を側面から示している。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。

光源となるランプには、ばらつきや、時間経過により特性変化がある。したがって、ランプ単独で常に所望の波長のみを必要量出力することは困難な場合がある。また不要な波長のスペクトルも出力されることがある。

図４（Ａ）〜図４（Ｄ）はこのような問題を改善するために改良された実施の形態である。即ち、図４（Ａ）は灯具２５の側部に矩形状の開口２５Ｃが形成されている。この開口２５Ｃから、フィルタ２５Ｄ（図４（Ｂ））を挿脱することができる。このフィルタ２５Ｄの特性を種々選択することにより、ランプ２６からの光のスペクトルやバラツキを調整することが可能である。この例は、灯具２５の側部に矩形状の開口２５Ｃを形成し、ここからフィルタ２５Ｄを挿入できるようにしたが、灯具２５の前面開口部に着脱できるようにしてもよい。図４（Ｃ）と図４（Ｄ）は、灯具２５の前面開口部にフィルタ２５Ｅを着脱できるようにした例である。着脱手段としては、各種の例が可能であり、磁石による固定、係止手段などがある。

このように分光特性を可変するフィルタ及びフィルタ取り付け手段を有することにより、不必要なスペクトルのカット、ばらつきの調整などを行うことができる。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。

擬似太陽光照射装置による被測定物（太陽電池）の特性測定時には、ランプはフラッシュ点灯される。このためスペクトルを測定する際には、瞬間分光分布測定となる。このような短時間では、全波長域に渡るスペクトル分布の測定は、誤差を多く含むと同時に、困難を要する。

そこでこの実施の形態では、特に太陽電池が、短波長側のスペクトルに反応しているのかどうかを判断する、或は短波長側のスペクトルに反応して効果的な出力を得る太陽電池の測定に有効な光源を得るのである。そのためにこの発明では、図５に示すように、ランプより発せられる擬似太陽光の短波長側におけるスペクトル強度が、基準太陽光よりも大きく、かつ太陽光の＋２５％以下になるように該スペクトル強度を設定するのである。

短波長側スペクトルを高く、長波長側スペクトルを低くする方法としては、例えば全波長域に渡って太陽光よりスペクトル強度の高い設計とし、短波長側スペクトルをより通過させ、長波長側スペクトルを減衰させるフィルタを用いることにより、長波長側になるにつれ、スペクトル強度が下がるようにすればよい。このようなスペクトル強度の元で太陽電池を測定したとしても、太陽電池の根づけ（照射光を照射した場合の発電量）を明確にしておけば、短波長が正確の出力されていることが確認できる。

なおこの装置は、通常の太陽電池（短波長側のスペクトルに対して特別に大きな反応はしない太陽電池）のための測定に利用しても、精度は若干落ちるが、短波長側のスペクトルに対して出力が正確に出力されているかどうかを判別するのに利用可能である。

なお図５では、長波長側のスペクトル強度が太陽光の基準値以下になっているが、基準値と略同じであってもよい。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。

この実施の形態では、特に太陽電池が、長波長側のスペクトルに反応しているのかどうかを判断する、或は長波長側のスペクトルに反応して効果的な出力を得る太陽電池の測定に有効な光源を得るのである。そのためにこの発明では、図６に示すように、ランプより発せられる擬似太陽光の長波長側におけるスペクトル強度が、基準太陽光よりも大きく、かつ太陽光の＋２５％以下になるように該スペクトル強度を設定するのである。

長波長側スペクトルを高く、短波長側スペクトルを低くする方法としては、例えば全波長域に渡って太陽光よりスペクトル強度の高い設計とし、長波長側スペクトルをより通過させ、短波長側スペクトルを減衰させるフィルタを用いることにより、短波長側になるにつれ、スペクトル強度が下がるようにすればよい。このようなスペクトル強度の元で太陽電池を測定したとしても、太陽電池の根づけ（照射光を照射した場合の発電量）を明確にしておけば、長波長が正確の出力されていることが確認できる。

なおこの装置は、通常の太陽電池（長波長側のスペクトルに対して特別に大きな反応はしない太陽電池）のための測定に利用しても、精度は若干落ちるが、長波長側のスペクトルに対して出力が正確に出力されているかどうかを判別するのに利用可能である。

なお図６では、短波長側のスペクトル強度が太陽光の基準値以下になっているが、基準値と略同じであってもよい。

擬似太陽光照射装置の製品規格としては、４００ｎｍ〜１１００ｎｍ範囲にて各波長毎のエネルギー分布が定義されている。例えば４００ｎｍ〜１１００ｎｍのエネルギーを１００％として、４００〜５００ｎｍ＝１８．５％，５００ｎｍ〜６００ｎｍ＝２０．１％
…というように定義されている。上記の説明は、このエネルギー分布に対して＋２５％と言う意味である。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。

キセノンランプ２６を製造した場合、必ずしも希望どうりの性能、特性が得られるとはかぎらない。光源から照射された光のスペクトルが、短波長側のスペクトルが少ない場合もあるし、或は長波長側のスペクトルが多い場合もある。また時間経過とともに特性が変化することもある。

そこでこの実施の形態では、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示すように、短波長側のスペクトルが少ない場合は、短波長側のスペクトルを反射する白ベース板２６ａを用いて、この白ベース板２６ａにランプ２６を取り付けるようにしている。白ベース板２６ａとしては、白或は白黒みかげ石、大理石などがある。これにより短波長側のスペクトルの反射効率が向上する。

また図７（Ｃ）、図７（Ｄ）の実施形態では、長波長側のスペクトルが多い場合の対応であり、長波長側のスペクトルを吸収（抑制）する黒ベース板２６ｂを用いて、この黒ベース板２６ｂにランプ２６を取り付けるようにしている。上記の手段により、測定結果の信頼性を得ることができる。

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。 本発明の一実施の形態におけるランプ形状の例を示す説明図。 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、照射光のスペクトルの設定例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、照射光のスペクトルの設定例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、ランプを取り付けるベース板の例を示した説明図。

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 (6)

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、
   前記太陽電池固定台に対向して配置された灯具と、
   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し、かつその形状が円形の大半の部分に沿った部分を有するキセノンランプと、
   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. 前記キセノンランプは、Ω形状若しくは一巻き形状であ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. 前記灯具に納められ、この灯具の前面開口と同じ開口を有して灯具に同軸的に収納されており、前記前面開口から、前記ランプに向って、開口が次第に小さくなった、複数の反射板を有す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. 前記前記灯具は、その前面の光照射開口付近に、スペクトル分布を調整するためのフィルタを装着でき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. 前記灯具から出射される光のスペクトル強度では、短波長側又は長波長側におけるスペクトル強度が、基準太陽光よりも大きく、かつ基準太陽光の＋２５％以下になるように該スペクトル強度が設定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。
6. 前記灯具では、前記ランプが取り付けられているベース板が、白色又は黒色であ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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