JP2009141088A

JP2009141088A - 太陽電池モジュールの温度制御システム

Info

Publication number: JP2009141088A
Application number: JP2007315385A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Igari; 真一猪狩; Fumio Ogura; 文雄小椋
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2009-06-25
Anticipated expiration: 2027-12-06
Also published as: JP5158774B2

Abstract

【課題】従来の空冷システムを用いる場合に要した熟練技術者の長時間の温度調整作業を必要とせず、非熟練技術者でも容易に太陽電池モジュール面内各点の温度制御が可能な太陽電池モジュールの温度制御システムを提供すること。
【解決手段】性能測定用照射光により熱せられる太陽電池モジュールの温度制御システムにおいて、太陽電池モジュール１の配置面の背後に前記配置面と略平行な面に複数配置された太陽電池モジュール１を冷却するための変速ファン５と、変速ファン５の回転速度および／または変速ファン５に導入される空気の温度を制御する制御手段３，６，７，８，９とから成ることを特徴とする太陽電池モジュールの温度制御システムである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ソーラシミュレータを用いる太陽電池モジュールの標準測定に適用される太陽電池モジュールの温度制御システムに関する。

ソーラシミュレータを用いる太陽電池セルまたはモジュールの標準測定法においては、測定試料の面内温度の規定値がＪＩＳにより２５±２℃の範囲内と決められている。実際の測定に際しては、試料が大強度の光により熱せられるので、その面内温度を制御して、上記範囲内に収める必要がある。もし、太陽電池セルまたはモジュールの面内温度が上記範囲から逸脱した場合は、測定で得られた性能データを温度補正しなければならず、このためには各性能データの温度係数を事前に知っておくことが必要となる。一方、面内温度が上記範囲内に収まっていれば、このような温度係数もこれを用いた補正計算も必要でなくなり、標準測定の手順を大幅に簡略化できる。

初期の太陽電池標準測定法においては、対象となる太陽電池の寸法が数ｃｍ角以内と小さく、また背面に電極の突起等も存在しなかったため、試料背面に密着する一定形状の水冷システムを用いて、太陽電池の温度を規定値内に制御することは容易であった。しかし、近年の太陽電池モジュールは寸法が大きい上にその寸法規格が一定せず、さらに背面に存在する電極用の突起が色々な形状を有しているため、上記のような試料背面に密着した水冷システムを用いた太陽電池モジュールの温度制御は実用的ではない。そのため、従来は太陽電池モジュールの温度制御は、主として空冷システムにより行われてきた。この場合、測定室の室温とモジュール温度の双方を制御する必要があった。

図６は、従来技術に係る太陽電池モジュールの温度制御システムを示す図である。
同図に示すように、測定される太陽電池モジュール１０１は、照射装置１０３から発する大強度光により熱せられるため、太陽電池モジュール１０１の温度が標準測定の規定値を超えないように制御する必要がある。太陽電池モジュール１０１の温度は、モジュールの裏面に取り付けられた表面温度センサー１０２を用いて測定される。従来この表面温度センサー１０２の数は、モジュール当たり１〜３個程度であった。

太陽電池モジュールを所定の温度範囲に制御するためには、まず、天井取付エアコン１０４等を用いて測定室の室温をＪＩＳの試料温度規定値の２５℃以下に制御する。なお、このような測定室の室温制御は、本発明においても同様に採用される。次に、このようにしてほぼ一定に保たれた室温中で、太陽電池モジュール１０１を所定の温度範囲に制御するために、太陽電池モジュール１０１の背後に扇風機１０５を配置し、扇風機１０５によって適温の風を太陽電池モジュールに送る空冷システムによって冷却していた。この時の扇風機１０５の数は、１個または２個程度であった。
特開平０６−３４３６６４号公報特開２００２−１５６１２６号公報特表２００５−５０１２１３号公報特開２００５−１８３５２号公報

しかしながら、測定対象となる太陽電池モジュール１０１の熱伝導特性・熱放射特性等は、モジュールの面積・厚さ・材質等によって異なる値を持ち、また、測定室の室温も、室内に設置する装置の位置と発熱量によって、また季節によって、異なる値を持つ。即ち、太陽電池モジュール面内の表面温度を左右するパラメータは多岐にわたっている。そのため、上記のような単純な空冷システムを用いたのでは、太陽電池モジュール面内の温度を標準測定の規定温度範囲内に収めるための制御が難しく、熟練技術者が測定前に多くの時間をかけて準備する必要があった。また、太陽電池モジュール１０１のように面積が一定値を超えた場合には、１〜２個程度の扇風機１０５では、モジュール面内各点の温度を一定範囲内に収めることが困難であった。

本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑みて、従来の空冷システムを用いる場合に要した熟練技術者の長時間の温度調整作業を必要とせず、非熟練技術者でも容易に太陽電池モジュール面内各点の温度制御が可能な太陽電池モジュールの温度制御システムを提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、性能測定用照射光により熱せられる太陽電池モジュールの温度制御システムにおいて、太陽電池モジュールの配置面の背後に前記配置面と略平行な面に複数配置された前記太陽電池モジュールを冷却するための変速ファンと、該変速ファンの回転速度および／または前記変速ファンに導入される空気の温度を制御する制御手段とから成ることを特徴とする太陽電池モジュールの温度制御システムである。
第２の手段は、第１の手段において、前記制御手段は、前記配置面の背面に配置された複数の表面温度センサーを備え、前記表面温度センサーによって測定された測定温度に基づいて、前記変速ファンの回転速度を制御することを特徴とする太陽電池モジュールの温度制御システムである。
第３の手段は、第１の手段において、前記制御手段は、前記配置面の背面に配置された複数の表面温度センサーと、前記変速ファンの背後に配置された冷却パイプと、該冷却パイプ内に冷却媒体を循環させる循環恒温槽とを備え、前記表面温度センサーによって測定された測定温度に基づいて、前記循環恒温槽内の冷却媒体の温度を制御することを特徴とする太陽電池モジュールの温度制御システムである。
第４の手段は、第３の手段において、前記冷却パイプは冷却フィンを備え、前記冷却パイプは前記変速ファンの配置面と略平行な面において任意に移動配置可能であると共に、前記冷却フィンの方向を任意の方向に設定可能であることを特徴とする太陽電池モジュールの温度制御システムである。

本発明によれば、太陽電池モジュールの標準測定に必要な太陽電池モジュールを所定の温度範囲に容易に設定することができ、従来必要とされていた熟練技術者による長時間の温度調整作業を必要とせず、非熟練技術者でも容易に太陽電池モジュール面内各点の温度制御を容易に行うことができる。

本発明の一実施形態を図１ないし図５を用いて説明する。
図１は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの温度制御システムの概要を示す図である。
同図において、１は平面状に配置された太陽電池モジュール、２は各表面温度センサー３を収納し変速ファン５からの冷却風の直接の影響を受けないようにするための断熱ブロック、３は太陽電池モジュール１が配置された配置面の裏面側に沿って複数個配置される表面温度センサー、４はパルス光からなる性能測定用照射光を太陽電池モジュール１に照射する照射装置、５は架台１０上に太陽電池モジュール１の配置面と略平行な面に配置された複数個の変速ファン、６は複数個の変速ファン５の背後に配置された水等の冷却媒体を流通させる冷却パイプ、７は冷却パイプ６との間で冷却媒体を循環させる循環恒温槽、８は当該太陽電池モジュールの温度制御システムが設置される室内の室内温度を測定する室温測定装置、９は複数個の表面温度センサー３からの表面温度信号と当該太陽電池モジュールの温度制御システムが設置される室内の室温信号を受信して、複数個の各変速ファン５の回転速度を制御するための回転速度制御信号を各変速ファン５に送信、および／または循環恒温槽７の冷却媒体の温度を制御するための温度制御信号を循環恒温槽７に送信するコンピュータ、８は当該太陽電池モジュールの温度制御システムが設置される室内の室温を測定する室温測定装置、１０は変速ファン５および冷却パイプ６が装着されキャスター等の移動手段を備える架台である。

なお、本実施形態に係る太陽電池モジュール１の温度制御システムは、変速ファン５の回転速度および／または変速ファン５に導入される空気の温度を制御する制御手段を有しており、具体的には、制御手段は、太陽電池モジュール１の配置面の背面に配置された複数の表面温度センサー３、変速ファン５の背後に配置された冷却パイプ６、冷却パイプ６内に冷却媒体を循環させる循環恒温槽７、コンピュータ９、室温測定装置８等から構成され、表面温度センサー３によって測定された測定温度に基づいて変速ファン５の回転速度を制御し、および／または表面温度センサー３によって測定された測定温度に基づいて循環恒温槽７内の冷却媒体の温度を制御する機能を有する。

図１において、照射装置４から放射された性能測定用照射光は、測定中の太陽電池モジュール１の発熱を抑え温度上昇をできるだけ少なくして測定するためにパルス光が用いられ、パルス光は、例えば、定常光をシャッターで開閉して生成される。また、太陽電池モジュール１の背面に設けられる表面温度センサー３および架台９に設けられる変速ファン５の数は、例えば、各々１５個であり、表面温度センサー３と変速ファン５は正対するように３行５列に配置される。また、表面温度センサー３としては、例えば、１００Ωの白金抵抗体を用いる。また、変速ファン５としては、例えば、１２０ｍｍ角・羽根径４５ｍｍのものを用いる。なお、現在市販されている太陽電池モジュール１の最大寸法は、横１９００ｍｍ、縦１１００ｍｍである。変速ファン５および冷却パイプ６が装着された架台１０は、太陽電池モジュール１から１〜２ｍ離して配置される。

図２は、太陽電池モジュール１が配置された配置面の裏面に表面温度センサー３を収納し、表面温度センサー３に直接あたる冷却風の影響を遮断する断熱ブロック２の配置例を示す図である。
また、図３は架台１０に装着された変速ファン５および冷却パイプ６の一部拡大図であり、冷却パイプ６には、同図に示すように、冷却パイプ６からの放熱を効率良く行うためにフィンの方向を任意に設定可能な冷却フィン１１が設けられている。
また、図４は架台１０に装着された変速ファン５と冷却パイプ６の配置例を示す図であり、循環恒温槽７によって冷却パイプ６に冷却媒体が循環される様子を示している。同図においては、配置を解りやすくするために、変速ファン５が３個だけ描かれ、また冷却フィン１１は省略されており、冷却パイプ６が３行に配置されているのは、図２の１５個の表面温度センサー３の行列位置に正対させるためである。
なお、変速ファン５と冷却パイプ６の位置は、対応する表面温度センサー３の位置に合わせて架台１０上の変速ファン５と冷却パイプ６の配置面と略平行に縦・横方向に移動可能に設けられる。

本実施形態に係る太陽電池モジュール１における温度制御の手順を主として図１を用いて説明する。
太陽電池モジュール１の性能を測定するために、照射装置４から太陽電池モジュール１にパルス光からなる性能測定用照射光を照射する。その結果、太陽電池モジュール１の温度が上昇する。そのために、太陽電池モジュール１の背面に設けられた複数個の表面温度センサー３によって太陽電池モジュール１の温度が検出され、検出された温度信号はコンピュータ９に入力される。コンピュータ９は温度信号と室温測定装置８から得られた室温信号に基づいて、複数個の各変速ファン５に対して回転速度制御信号を送信して、各変速ファン５の回転速度を制御する。また、変速ファン５の回転速度の制御と同時にまたは独立して、コンピュータ９は循環恒温槽７に対して温度制御信号を送信して、循環恒温槽７内の冷却媒体の温度を制御する。その結果、各変速ファン５から太陽電池モジュール１への送風が制御される。また、循環恒温槽７内の冷却媒体の温度が制御されると、冷却パイプ６内に温度制御された冷却媒体が流入し、冷却フィン１１から放熱され、変速ファン５から太陽電池モジュール１への送風温度が制御される。よって、太陽電池モジュール１の標準測定に必要な太陽電池モジュール１の面内温度を所定の範囲に容易に設定することができる。

図５（ａ）は、従来技術に係る太陽電池モジュールの温度制御システムにおける太陽電池モジュールのモジュール温度の変化を示す図、図５（ｂ）は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの温度制御システムにおける太陽電池モジュールのモジュール温度の変化を示す図である。縦軸は太陽電池モジュールの１５箇所の温度測定点におけるモジュール温度の平均値、横軸は太陽電池モジュールを照射する光パルスの回数である。なお、上記の両システムにおいて性能測定用照射光はパルス光を用い、室温は２４℃に設定し、規定温度は２５℃に設定した。

図５（ａ）に示すように、従来技術に係る太陽電池モジュールの温度制御システムによれば、５点ごとに鋸歯状の温度変化が見られ、５回ずつ連続のパルス光照射による温度上昇と休止中の温度下降特性となった。それに対して、図５（ｂ）に示すように、本実施形態に係る太陽電池モジュールの温度制御システムによれば、太陽電池モジュール温度の平均値は、光パルスによる加熱の影響をほとんど受けず、規定値の２５℃からの温度のバラツキが、大きく改善されている。
以上のごとく、本実施形態に係る太陽電池モジュールの温度制御システムによれば、中心設定温度：２４℃〜２６℃（０．１℃刻み）の全域で、温度測定点数：１５点の全てにおいて、温度設定精度：中心設定温度±０．３℃以内となり、標準測定時の温度設定基準を十分満足する性能が得られた。

本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの温度制御システムの概要を示す図である。太陽電池モジュール１が配置された配置面の裏面に表面温度センサー３を収納し、表面温度センサー３に直接あたる冷却風の影響を遮断する断熱ブロック２の配置例を示す図である。架台１０に装着された変速ファン５および冷却パイプ６の一部拡大図である。架台１０に装着された変速ファン５と冷却パイプ６の配置例を示す図である。従来技術および本発明に係る太陽電池モジュールの温度制御システムにおける太陽電池モジュールのモジュール温度の変化を示す図である。従来技術に係る太陽電池モジュールの温度制御システムを示す図である。

符号の説明

１太陽電池モジュール
２断熱ブロック
３表面温度センサー
４照射装置
５変速ファン
６冷却パイプ
７循環恒温槽
８室温測定装置
９コンピュータ
１０架台
１１冷却フィン

Claims

性能測定用照射光により熱せられる太陽電池モジュールの温度制御システムにおいて、太陽電池モジュールの配置面の背後に前記配置面と略平行な面に複数配置された前記太陽電池モジュールを冷却するための変速ファンと、該変速ファンの回転速度および／または前記変速ファンに導入される空気の温度を制御する制御手段とから成ることを特徴とする太陽電池モジュールの温度制御システム。
前記制御手段は、前記配置面の背面に配置された複数の表面温度センサーを備え、前記表面温度センサーによって測定された測定温度に基づいて、前記変速ファンの回転速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュールの温度制御システム。
前記制御手段は、前記配置面の背面に配置された複数の表面温度センサーと、前記変速ファンの背後に配置された冷却パイプと、該冷却パイプ内に冷却媒体を循環させる循環恒温槽とを備え、前記表面温度センサーによって測定された測定温度に基づいて、前記循環恒温槽内の冷却媒体の温度を制御することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュールの温度制御システム。
前記冷却パイプは冷却フィンを備え、前記冷却パイプは前記変速ファンの配置面と略平行な面において任意に移動配置可能であると共に、前記冷却フィンの方向を任意の方向に設定可能であることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュールの温度制御システム。