JP2015021910A - 太陽電池特性測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池が比較的大きな容量成分を有している場合でも装置破壊を防止することができ、小型化、軽量化も可能な太陽電池特性測定装置を提供する。【解決手段】正極側入力端子１及び負極側入力端子２は、測定対象の太陽電池１１０の正極側出力端子１１１及び負極側出力端子１１２にそれぞれ接続される。第１のスイッチ素子８は、正極側入力端子１と負極側入力端子２との間を短絡する第１の電路６を開閉する。可変負荷４は、正極側入力端子１と負極側入力端子２との間で、第１のスイッチ素子８と並列に接続される。第２のスイッチ素子８は、正極側入力端子１、負極側入力端子２及び可変負荷４を含む第２の電路を開閉する。立ち上がり遅延回路１０は、第１のスイッチ素子８をオン状態にするために第１のスイッチ素子８の制御端子に入力される制御信号の立ち上がり時間を遅延させる。【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池特性測定装置に関し、特に、大きな容量成分を有する太陽電池の測定に好適な太陽電池特性測定装置に関する。

近年、地球環境問題や省エネルギーの観点から太陽光発電が注目され、一般家庭においても広く使用されている。太陽電池セル、太陽電池セルをモジュール化した太陽電池モジュール、複数の太陽電池モジュールを接続した太陽電池アレイ等（以下、太陽電池という。）の性能を評価する指標として最大電力点Ｐｍａｘ、最適動作電圧Ｖｐｍ、最適動作電流Ｉｐｍ等が使用されている。これらの指標を取得するために、太陽電池に太陽光や疑似太陽光等の光を照射した状態で電流電圧出力特性（Ｉ−Ｖ特性、以下、出力特性という。）が取得される。出力特性は、太陽電池に接続した負荷を開放状態と短絡状態との間で変動させた状態での電流値及び電圧値として取得される。

以上のような太陽電池は、太陽電池セル自体のＰＮ接合容量の他、構造的な要因による寄生容量成分を有している。このような容量成分は出力特性の測定時に問題を生じることが知られており、この対策として種々の技術が提案されている。

例えば、後掲の特許文献１、２は、容量成分に起因して出力特定の測定値に誤差が発生するという課題を解決するため、改善した出力特性測定方法を採用した太陽電池特性評価装置を開示している。この構成により、大きな容量成分を有する太陽電池に対しても、容量成分に起因する測定誤差の小さい出力特性を取得できるとしている。

また、後掲の特許文献３は、容量成分に起因する突入電流により電子負荷が破壊されるという課題を解決するため、可変負荷をＰＣＴサーミスタにより構成した電流電圧特性測定装置を開示している。この構成により、可変負荷の破損を抑制できるとともに、制御回路及び冷却構造の削減に起因する小型化を実現できるとしている。

国際公開第２０１０／０７０９５２号 特開２０１１−０５４８８７号公報 特開２０１０−０２７９８５号公報

出力特性測定に使用される可変負荷として、コンデンサ負荷や電子負荷がある。電子負荷は、電界効果トランジスタ等の能動素子により構成される制御素子と、当該制御素子を駆動する制御回路とにより構成される。電子負荷を採用する太陽電池特性測定装置では、太陽電池の出力端子間に電子負荷を介在させ、電子負荷の抵抗値を変化させることで出力端子間の負荷を変動させる。そして、負荷が変動する過程において、太陽電池の各動作点における電流値及び電圧値が取得される。

一方、コンデンサ負荷は、電解コンデンサ等のコンデンサと、当該コンデンサを太陽電池の出力端子間に適宜接続するためのスイッチとにより構成される。また、上述のような、太陽電池の容量成分に蓄積された電荷を開放するため、太陽電池の出力端子間を短絡する電路と、当該短絡電路を開閉するスイッチを備えている。このようなコンデンサ負荷方
式は、制御回路を設ける必要がないため、電子負荷方式に比べて小型化や低コスト化が比較的容易であるという特徴を有している。

コンデンサ負荷を採用する太陽電池特性測定装置では、太陽電池の出力端子間にコンデンサ負荷を接続する。出力特性測定に際し、短絡電路に介在されたスイッチをオン状態にすると太陽電池の容量成分に蓄積した電荷が放電される。その後、コンデンサ負荷を太陽電池の出力端子間に接続し、短絡電路に介在されたスイッチをオフ状態にすると、太陽電池から出力される電流はコンデンサ負荷を充電する。当該充電に伴い出力端子間の負荷が短絡状態と開放状態との間で変動する。そして、負荷が変動する過程において、太陽電池の各動作点における電流値及び電圧値が取得される。

太陽電池の出力特性は、太陽電池の基本性能を把握する目的では、工場等の屋内で測定される。一方、実使用状態における性能を把握する目的では、太陽電池の出力特性は、地上や建物の屋根等に設置された状態で測定されることも多い。実使用状態の太陽電池を測定する場合、太陽電池モジュールを測定したり、複数の太陽電池モジュールが直列接続されたストリングを測定したり、複数のストリングを並列接続した太陽電池アレイ等、種々の状態の太陽電池を測定することが想定される。測定対象の太陽電池が多くの太陽電池モジュールを含む場合、測定対象の太陽電池が有する容量成分は必然的に大きくなる。また、各ストリングの太陽電池モジュールの接続数が異なる場合は、各ストリングの出力電圧を合わせるためにストリングコンバータが配置されていることもある。このようなストリングコンバータは大きな容量成分を有している。

このように測定対象の太陽電池が大きな容量成分を有している場合、出力端子に特性測定装置を接続して電路を閉じたときに、容量成分に蓄積していた電荷が特性測定装置にインラッシュ電流として流入してしまう。コンデンサ負荷方式を採用する太陽電池特性測定装置では、特性測定装置に流入する電荷の量（インラッシュ電流の大きさ）を制御することはできず、例えば、短絡電路に配置されたスイッチをオン状態にしたときに、短絡電路に大きなインラッシュ電流が流れてしまう。そして、容量成分が大きい場合には、短絡電路に配置されたスイッチが瞬時に焼損する事態が発生するという問題があった。

電子負荷方式を採用する太陽電池特性測定装置では、電子負荷の大きさを調整することにより、特性測定装置に流入するインラッシュ電流の大きさを制御して、容量成分に蓄積していた電荷を放電させることも可能である。しかしながら、電子負荷方式の太陽電池特性測定装置では設置状態の太陽電池の測定に特に好適な、小型化、軽量化が困難である。

例えば、コンデンサ負荷方式の太陽電池特性測定装置の定格として大きな容量成分を有する太陽電池の測定には使用できないとすることも考えられる。しかしながら、太陽電池の容量成分は、同一の出力であっても種類によって大きく異なり、また、ストリングコンバータの有無によっても大きく異なるため、有効な対策とはいえない。

本発明は、このような従来技術の課題を鑑みてなされたものであって、太陽電池が比較的大きな容量成分を有している場合でも装置破壊を防止することができ、小型化、軽量化も可能な太陽電池特性測定装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明は以下の技術的手段を採用している。まず、本発明は、太陽電池に接続され、当該太陽電池の出力特性を測定する太陽電池特性測定装置を前提としている。そして、本発明に係る太陽電池特性測定装置は、正極側入力端子、負極側入力端子、第１のスイッチ素子、可変負荷、第２のスイッチ素子及び立ち上がり遅延回路を備える。

正極側入力端子は、測定対象の太陽電池の正極側出力端子と接続される。負極側入力端子は、測定対象の太陽電池の負極側出力端子と接続される。第１のスイッチ素子は、正極側入力端子と負極側入力端子との間を短絡する第１の電路を開閉する。可変負荷は、正極側入力端子と負極側入力端子との間で、第１のスイッチ素子と並列に接続される。第２のスイッチ素子は、正極側入力端子、負極側入力端子及び可変負荷を含む第２の電路を開閉する。立ち上がり遅延回路は、第１のスイッチ素子をオン状態にするために第１のスイッチ素子の制御端子に入力される制御信号の立ち上がり時間を遅延させる。

この太陽電池特性測定装置では、第１のスイッチ素子をオン状態にするために第１のスイッチ素子の制御端子に入力される制御信号の立ち上がり時間が遅延される。そのため、第１のスイッチ素子は、遅延された立ち上がり時間に応じて緩やかにオフ状態からオン状態に変化することになる。したがって、測定対象の太陽電池が有する容量成分に起因して特性測定装置にインラッシュ電流が流入する場合であっても、瞬時に過大なインラッシュ電流が第１のスイッチ素子に流入することがなく、第１のスイッチ素子の破損を防止することができる。

上記太陽電池特性測定装置は、制御部、電流検知用素子及び電路遮断部をさらに備えてもよい。制御部は、第１のスイッチ素子のオン状態とオフ状態とを切り替えるために第１のスイッチ素子の制御端子に入力される制御信号を出力する。電流検知用素子は、第１の電路に配置され、第１の電路を流れる電流の検知に使用される。電路遮断部は、第１のスイッチ素子に入力される制御信号を搬送する信号線に接続され、電流検知用素子を流れる電流が予め指定された電流条件を満足するときに、信号線の電位を第１のスイッチ素子がオフ状態になる電位に変更する。例えば、電路遮断部は、第３のスイッチ素子及びオペアンプを備える構成を採用することができる。ここで、第３のスイッチ素子は、信号線と、当該信号線に第１のスイッチ素子がオフ状態になる電位を供給する電位供給源との間を接続する電路を開閉する。オペアンプは、電流検知用素子を流れる電流が予め指定された電流条件を満足するときに、第３のスイッチ素子をオン状態にする制御信号を第３のスイッチ素子の制御端子に入力する。

この構成によれば、例えば、第１のスイッチ素子の温度依存性等により、第１の電路を流れるインラッシュ電流が大きくなった場合でも、第１のスイッチ素子を強制的にオフ状態にすることができる。そのため、過大なインラッシュ電流が第１のスイッチ素子に流入することがなく、第１のスイッチ素子の破損を防止することができる。

なお、上記制御部は、電流検知用素子を流れる電流が予め指定された電流条件を満足すると、第１のスイッチ素子をオフ状態にする制御信号を出力する構成とすることが好ましい。この場合、電路遮断部が自身に指定された電流条件を満足するとの判定に要する時間を、制御部が自身に指定された電流条件を満足するとの判定に要する時間よりも短い構成を採用することができる。

この構成により、第１のスイッチ素子において、オフ状態とオン状態との切り替えが無制限に繰り返されることを防止できる。また、制御部の応答速度が低速である場合でも、電路遮断部により第１のスイッチ素子への過大なインラッシュ電流の流入が防止されるため、制御部を安価に構成することができる。

以上の太陽電池特性測定装置において、立ち上がり遅延回路は、例えば、第１のスイッチ素子の制御端子に直列接続された定電流ダイオードと、制御端子に並列接続されたコンデンサとにより構成することができる。

本発明によれば、太陽電池が比較的大きな容量成分を有している場合でも装置破壊を防止することができる。また、コンデンサ負荷方式を採用した場合には、小型化、軽量化も可能である。

コンデンサ負荷方式を採用する太陽電池特性測定装置による、出力特性の測定方法を示す概略図 本発明の一実施形態における太陽電池特性測定装置の構成の一例を示す概略構成図 本発明の一実施形態における太陽電池特性測定装置の構成の要部を示す概略構成図 本発明の一実施形態におけるスイッチ素子の電流特性の一例を示す図 本発明の一実施形態における立ち上がり遅延回路による信号遅延を示す模式図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながらより詳細に説明する。以下では、可変負荷としてコンデンサを採用した太陽電池特性測定装置の事例により本発明を具体化している。

まず、コンデンサ負荷方式を採用する太陽電池特性測定装置による、出力特性の測定方法について簡単に説明する。

図１は、コンデンサ負荷方式を採用する太陽電池特性測定装置による、出力特性の測定方法を示す概略図である。図１に示すように、太陽電池特性測定装置１２０は、太陽電池１１０の正極側出力端子１１１に接続される正極側入力端子１２１と、太陽電池１１０の負極側出力端子１１２に接続される負極側入力端子１２２を備える。正極側入力端子１２１と負極側入力端子１２２の間には、トランジスタやサイリスタ等からなる測定用スイッチ素子１２３と、電解コンデンサ等からなるコンデンサ１２４と、電流検出部１２５とが直列に接続されている。また、短絡電路１２６及び電圧検出部１２７が、正極側入力端子１２１と負極側入力端子１２２との間で、測定用スイッチ素子１２３及びコンデンサ１２４と並列に接続されている。また、短絡電路１２６は、正極側入力端子１２１と負極側入力端子１２２との間を短絡する電路であり、当該短絡電路１２６にはトランジスタやサイリスタ等からなる短絡用スイッチ素子１２８が介設されている。測定用スイッチ素子１２３及び短絡用スイッチ素子１２８は、制御部１２９が出力する制御信号によりオフ状態（非導通状態）とオン状態（導通状態）とが切り替わる。

太陽電池１１０の出力特性を測定する場合、太陽電池１１０の正極側出力端子１１１及び負極側出力端子１１２に、太陽電池特性測定装置１２０の正極側入力端子１２１及び負極側入力端子１２２がそれぞれ接続される。このとき、測定用スイッチ素子１２３及び短絡用スイッチ素子１２８はともにオフ状態である。

接続が完了すると、まず、制御部１２９は短絡用スイッチ素子１２８をオン状態にした後、測定用スイッチ素子１２３をオン状態にする。次いで、制御部１２９は短絡用スイッチ素子１２８をオフ状態にする。これにより、太陽電池１１０からコンデンサ１２４に電荷が流入し、コンデンサ１２４が充電される。その充電の過程で、コンデンサ１２４からなる負荷は短絡状態から開放状態に変動することになる。この負荷変動の過程で、電流検出部１２５及び電圧検出部１２７により太陽電池１１０の出力電流Ｉ及び出力電圧Ｖを測定することで出力特性が取得される。なお、当該測定は、太陽電池１１０に光を入射させた状態で行われる。

以上のような出力特性測定において、太陽電池１１０が容量成分を有していると、太陽電池１１０と特性測定装置１２０とを接続して短絡用スイッチ素子１２８をオン状態にしたときに、容量成分に蓄積されていた電荷が瞬時に短絡電路１２６に流入する。太陽電池１１０の容量成分が大きい場合には、短絡電路１２６に流入するインラッシュ電流は大きなものとなり、短絡用スイッチ素子１２８を瞬時に焼損してしまう。

このような焼損を回避するため、本実施形態の太陽電池特性測定装置１００は、以下の構成を採用している。図２は、本実施形態における太陽電池特性測定装置１００の全体構成の一例を示す概略構成図である。

図２に示すように、本実施形態の太陽電池特性測定装置１００は、太陽電池１１０の正極側出力端子１１１に接続される正極側入力端子１と、太陽電池１１０の負極側出力端子１１２に接続される負極側入力端子２を備える。正極側入力端子１と負極側入力端子２の間には、測定用スイッチ素子（第２のスイッチ素子）３と、コンデンサ（可変負荷）４と、電流検知用素子５とが直列に接続されている。測定用スイッチ素子３は、正極側入力端子１、負極側入力端子２及びコンデンサ４を含む負荷電路（第２の電路）１４を開閉する。

測定用スイッチ素子３は、例えば、トランジスタやサイリスタ等により構成することができる。特に限定されないが、本実施形態では、測定用スイッチ素子３は、エンハンスメント型のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）により構成されている。また、コンデンサ４は電解コンデンサ等により構成される。電流検知用素子５は、特に限定されないが、電流検知抵抗を使用することができる。なお、電流検知用素子５には電流検知用素子５を流れる電流を計測する電流検出部１５が接続されている。

また、短絡電路（第１の電路）６及び電圧検出部７が、正極側入力端子１と負極側入力端子２との間で、測定用スイッチ素子３及びコンデンサ４と並列に接続されている。短絡電路６は、正極側入力端子１と負極側入力端子２との間を短絡する電路であり、短絡電路６には、短絡用スイッチ素子（第１のスイッチ素子）８が介設されている。短絡用スイッチ素子８は、例えば、トランジスタ等により構成することができる。特に限定されないが、本実施形態では、短絡用スイッチ素子８は、エンハンスメント型のＮチャネルＭＯＳＦＥＴにより構成されている。

さて、本実施形態の太陽電池特性測定装置１００では、短絡用スイッチ素子８のオン状態とオフ状態とを切り替えるための制御信号を出力する制御部（ＣＰＵ）９と、短絡用スイッチ素子８の制御端子（ここでは、ゲート端子）とを接続する信号線１６に、立ち上がり遅延回路１０が設けられている。立ち上がり遅延回路１０は、短絡用スイッチ素子８の制御端子に入力される制御信号の立ち上がり時間を遅延させる。

図３は、本実施形態の太陽電池特性測定装置１００の要部を示す概略構成図である。図３では、測定用スイッチ素子３、コンデンサ４、電圧検出部７及び電流検出部１５の記載を省略している。図３に示すように、本実施形態では、立ち上がり遅延回路１０は、短絡用スイッチ素子８の制御端子８１に直列接続された定電流ダイオード１１と、制御端子８１に並列接続された（ここでは、定電流ダイオード１１のカソードと、短絡用スイッチ素子８のソースとの間に接続された）遅延用コンデンサ１２とにより構成されている。なお、一般的なＭＯＳＦＥＴスイッチ回路と同様に、立ち上がり遅延回路１０と制御端子８１との間に抵抗３１が接続され、短絡用スイッチ素子８のゲート・ソース間に抵抗３２が接続されている。

図４は、短絡用スイッチ素子８に使用したＭＯＳＦＥＴのゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ−ドレイン電流Ｉｄ特性を示す図である。図４において、横軸はゲート・ソース間電圧Ｖｇｓに対応し、縦軸はドレイン電流Ｉｄに対応する。図４に示すように、この短絡用スイッチ素子８では、デバイス温度が２５℃、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓが２０Ｖである場合、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが６Ｖのときにドレイン電流Ｉｄが２０Ａ程度流れる。また、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが５．７Ｖのときにドレイン電流Ｉｄが１０Ａ程度流れる。すなわち、この領域では、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが０．３Ｖ変化すると、ドレイン電流Ｉｄが１０Ａ変化することになる。また、デバイス温度が１５０℃、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓが２０Ｖである場合、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが６Ｖであってもドレイン電流Ｉｄが５０Ａ程度流れることになる。

図５は、制御部９が出力する制御信号と、立ち上がり遅延回路１０により立ち上がり時間が遅延された制御信号とを示す図である。図５において、横軸は時間に対応し、縦軸は信号レベル（電圧）に対応する。

本実施形態の立ち上がり遅延回路１０では、定電流ダイオード１１を採用しているため、例えば、図５（ａ）に示すように、制御部９が、Ｌｏｗレベル（０Ｖ）からＨｉｇｈレベル（１２Ｖ）にステップ状に変化する制御信号を制御端子８１へ出力した場合、遅延用コンデンサ１２は定電流ダイオード１１により制限された一定の電流で充電される。そのため、抵抗とコンデンサとにより構成した遅延回路とは異なり、図５（ｂ）に示すように、当該制御信号は一定の電圧上昇率となる状態で立ち上がり時間が遅延される。

上述のように、短絡用スイッチ素子８は、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓのわずかな変化でドレイン電流Ｉｄが大きく増加する。また、同一のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓを印加した場合でも、デバイス温度の上昇によりドレイン電流Ｉｄが増加する。例えば、抵抗とコンデンサにより遅延回路を構成した場合、ステップ状の制御信号の立ち上がり部は、指数関数にしたがう状態で遅延される。すなわち、立ち上がり部には、急峻に立ち上がる領域（コンデンサ充電開始付近）と、緩やかに立ち上がる領域（コンデンサ充電完了付近）が生じることになる。そのため、制御信号が急峻に立ち上がる領域と、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓのわずかな変化でドレイン電流Ｉｄが大きく増加する領域とが重なることも想定される。この場合、ドレイン電流Ｉｄは極めて急峻に増加することになる。これに対し、立ち上がり遅延回路１０のように、制御信号の立ち上がりを一定の電圧上昇率とする構成では、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓを常に一定の電圧上昇率で変化させることができるため、このようなドレイン電流Ｉｄの急峻な増加を避けることができる。

なお、特に限定されないが、本実施形態では、制御部９が出力した制御信号は、立ち上がり遅延回路１０によって、１ｍｓあたり５Ｖの電圧上昇率となる状態に、立ち上がり遅延回路１０の時定数が設定されている。このような時定数は、例えば、ピンチオフ電流が１ｍＡの定電流ダイオード１１と容量が０．２μＦのコンデンサにより実現することができる。なお、電圧上昇率を小さくし過ぎると、短絡用スイッチ素子８において消費される電力（発生する熱）が増大し、デバイス温度上昇による電流増大、更なる消費電力の増大のポジティブフィードバック（いわゆる、熱暴走）が発生するため、短絡用スイッチ素子８が破壊する可能性がある。立ち上がり遅延回路１０の時定数は、この点も勘案して定める必要がある。

この構成によれば、短絡用スイッチ素子８をオン状態にするために短絡用スイッチ素子８の制御端子８１に入力される制御信号の立ち上がり時間が遅延される。そのため、短絡用スイッチ素子８は、遅延された立ち上がり時間に応じて緩やかにオフ状態からオン状態に切り替わることになる。したがって、測定対象の太陽電池が有する容量成分に起因して
太陽電池特性測定装置１００にインラッシュ電流が流入する場合であっても、短絡用スイッチ素子８のゲート電位が緩やかに上昇するため、短絡電路６を流れるインラッシュ電流の大きさが制限される。すなわち、瞬時に過大なインラッシュ電流が短絡用スイッチ素子８に流入することがなく、短絡用スイッチ素子８の破損を防止することができる。

以上の構成において、立ち上がり遅延回路１０の作用により短絡用スイッチ素子８のゲート電圧が緩やかに上昇する状況下において短絡用スイッチ素子８にインラッシュ電流が流れると、短時間での熱暴走が発生することのない時定数の設定であっても短絡用スイッチ素子８において熱が発生し、短絡用スイッチ素子８の温度が上昇する。そして、当該温度上昇に伴って、同一のゲート電圧であっても短絡用スイッチ素子８を流れるインラッシュ電流が大きくなる。この場合、短絡用スイッチ素子８の温度はさらに上昇することになる。

以上のようなポジティブフードバックの対策として、本実施形態の太陽電池特性測定装置１００は、図２に示すように、電路遮断部２０をさらに備える。電路遮断部２０は、短絡用スイッチ素子８に入力される制御信号を搬送する信号線１６に接続され、電流検知用素子５を流れる電流が予め指定された電流条件を満足するときに、信号線１６の電位を短絡用スイッチ素子８がオフ状態になる電位（ここでは、０Ｖ）に変更する。これにより、短絡用スイッチ素子８はオフ状態になる。

特に限定されないが、電路遮断部２０は、図３に示すように、オフ信号印加用スイッチ素子２１（第３のスイッチ素子）と過電流検知回路２２とにより構成することがきる。オフ信号印加用スイッチ素子２１は、例えば、トランジスタやサイリスタ等により構成することができ、過電流検知回路２２は、例えば、オペアンプにより構成することができる。

図３の例では、オフ信号印加用スイッチ素子２１は接合型ＦＥＴにより構成され、当該接合型ＦＥＴのドレインが定電流ダイオード１１のカソード（信号線１６）と接続されている。また、接合型ＦＥＴのソースが短絡用スイッチ素子８であるＭＯＳＦＥＴのソース（オフ電位供給源）と接続されている。この構成では、オフ信号印加用スイッチ素子２１がオン状態になると短絡用スイッチ素子８がオフ状態になる。

過電流検知回路２２であるオペアンプの出力は、オフ信号印加用スイッチ素子２１である接合型ＦＥＴのゲートに入力される。この例では、オペアンプの一方の入力端子に基準電位が入力され、他方の入力端子に電流検知用素子５の両端の電位差が入力される。基準電位は、例えば、電流検知用素子５を流れる電流が３０Ａである場合の電流検知用素子５の両端の電位差に対応する値が入力される。ここでは、オペアンプは、電流検知用素子５の両端の電位差と基準電位とを比較し、電流検知用素子５の両端の電位差が基準電位よりも大きい場合にＨｉｇｈレベル信号（オフ信号印加用スイッチ素子２１がオン状態になる信号）を出力する。また、電流検知用素子５の両端の電位差が基準電位以下である場合にオペアンプはＬｏｗレベル信号（オフ信号印加用スイッチ素子２１がオフ状態になる信号）を出力する。この場合、電流検知用素子５を流れる電流が３０Ａよりも大きいときは、オペアンプの出力はＨｉｇｈレベルになり、オフ信号印加用スイッチ素子２１がオン状態になる。その結果、短絡用スイッチ素子８はオフ状態となり短絡電路６が遮断される。

この構成によれば、立ち上がり遅延回路１０の作用により短絡用スイッチ素子８のゲート電圧が緩やかに上昇する状況下であっても、例えば、短絡用スイッチ素子８の温度依存性等に起因して、短絡電路６を流れるインラッシュ電流が大きくなる場合には、短絡用スイッチ素子８が強制的にオフ状態になる。すなわち、立ち上がり遅延回路１０との相乗効果により、より確実に、短絡用スイッチ素子８に過大なインラッシュ電流が流入することを回避でき、短絡用スイッチ素子８の破損を防止することができる。

上述のように、本実施形態の太陽電池特性測定装置１００では、電路遮断部２０の作用により、短絡電路６に流入する電流が予め指定された電流条件を満足する場合、短絡用スイッチ素子８が強制的にオフ状態になる。このとき、電流検知用素子５を流れる電流はゼロになるため、電路遮断部２０のオフ信号印加用スイッチ素子２１がオフ状態になる。その結果、信号線１６の電位は、制御部９の出力電圧まで上昇することになる。この場合も、上述のように、立ち上がり遅延回路１０の作用により、制御信号の立ち上がり時間が遅延される。そして、短絡電路６に流入する電流が予め指定された電流条件を満足する場合、短絡用スイッチ素子８が強制的にオフ状態になる。したがって、短絡用スイッチ素子８では、オフ状態とオン状態との切り替えが繰り返されることになる。

そのため、本実施形態では、制御部９は、電流検知用素子５を流れる電流が予め指定された電流条件を満足すると、短絡用スイッチ素子８をオフ状態にする制御信号を出力する構成になっている。これにより、短絡用スイッチ素子８において、オフ状態とオン状態との切り替えが限りなく繰り返されることを防止できる。

また、本実施形態の構成では、電路遮断部２０が存在するため、制御部９が自身に指定された電流条件を満足するとの判定に要する時間（電流検知に要する時間）が、電路遮断部２０が自身に指定された電流条件を満足するとの判定に要する時間よりも長い場合でも、短絡用スイッチ素子８への過大なインラッシュ電流の流入することがない。したがって、応答速度が低速である制御部９の使用が可能であり、制御部９を安価に構成することができる。

なお、制御部９が電流検知に要する時間が、電路遮断部２０が電流検知に要する時間よりも長い場合、短絡用スイッチ素子８において、オフ状態とオン状態との切り替えが繰り返し発生することになる。この場合、上述のように熱が発生し、短絡用スイッチ素子８の温度が上昇する。そのため、電路遮断部２０が短絡用スイッチ素子８をオフ状態にするまでの時間は、オフ状態とオン状態との切り替えの繰り返しに伴って次第に短くなる。したがって、このような繰り返し回数は、当該繰り返しにより発生する熱によりドレイン電流が増大した場合であっても、当該増大したドレイン電流が短絡用スイッチ素子８であるＭＯＳＦＥＴの安全動作領域内になるようにする必要がある。

本実施形態の太陽電池特性測定装置１００を使用して太陽電池１１０の出力特性を測定する場合、太陽電池１１０の正極側出力端子１１１及び負極側出力端子１１２に、太陽電池特性測定装置１００の正極側入力端子１及び負極側入力端子２がそれぞれ接続される。このとき、測定用スイッチ素子３及び短絡用スイッチ素子８はともにオフ状態である。

接続が完了すると、まず、制御部９は短絡用スイッチ素子８がオン状態にされた後、測定用スイッチ素子３がオン状態にされる。これにより、太陽電池１１０の容量成分に蓄積した電荷が放電される。太陽電池特性測定装置１００では、このとき、短絡用スイッチ素子８が緩やかにオフ状態からオン状態に切り替わるため、短絡用スイッチ素子８に過大なインラッシュ電流が流れることがない。なお、短絡用スイッチ素子８をオン状態にしたときに制御部９が短絡用スイッチ素子８をオフ状態にしてしまう場合は、太陽電池１１０の容量成分に蓄積した電荷が十分に放電されない。この場合は、以上の手順を繰り返すことや、太陽電池１１０の容量成分に蓄積した電荷を他の手法（例えば、１ＭΩ程度の抵抗を介して接地する等）により除去した後で、太陽電池特性測定装置１００を太陽電池１１０に接続し、短絡用スイッチ素子８をオン状態にすればよい。

以上の手順に次いで、制御部９は短絡用スイッチ素子８をオフ状態にする。これにより、太陽電池１１０からコンデンサ４に電荷が流入し、コンデンサ４が充電される。その充
電の過程で、コンデンサ４からなる負荷は短絡状態から開放状態に変動することになる。この負荷変動の過程で、電流検出部１５及び電圧検出部７により太陽電池１１０の出力電流Ｉ及び出力電圧Ｖを測定することで出力特性が取得される。上述のように、当該測定は、太陽電池１１０に光を入射させた状態で行われる。

以上説明したように、太陽電池特性測定装置１００では、太陽電池が比較的大きな容量成分を有している場合でも装置破壊を防止することができる。また、コンデンサ負荷方式であるため、小型化、軽量化が可能である。

なお、上述した実施形態は本発明の技術的範囲を制限するものではなく、既に記載したもの以外でも、本発明の範囲内で種々の変形や応用が可能である。例えば、上記実施形態では、特に好ましい形態として、立ち上がり遅延回路、電路遮断部及び制御部が協働する構成としたが、少なくとも立ち上がり遅延回路を備える構成であれば、太陽電池が比較的大きな容量成分を有している場合でも装置破壊を防止することが可能である。また、立ち上がり遅延回路と制御部のみが協働する構成であっても同様の効果を得ることができる。なお、電路遮断部のみを備える構成は、インラッシュ電流に過敏に反応しすぎるため好ましくない。

また、上記実施形態では、可変負荷としてコンデンサを採用した構成について説明したが、電子負荷等の他の方式の負荷を可変負荷の採用を排除するものではない。例えば、可変負荷として電子負荷を採用した場合、上述のように、本願発明の構成を採用しない場合であっても太陽電池との接続時に電子負荷に対する制御を採用することで破壊を回避することは不可能ではない。しかしながら、本願発明の構成を採用することで、太陽電池と接続する際の電子負荷に対する制御が不要になるとともに、電子負荷に作用する電気的負荷を軽減することが可能になる。

さらに、立ち上がり遅延回路及び電路遮断部の回路構成は、特に好適な態様の例示であって、他の構成の採用を排除するものではない。各種設計値は本発明の効果を奏する範囲において任意に変更可能であり、同様の作用を奏する他の回路構成を採用することも可能である。

加えて、本発明は、太陽電池を短絡する電路を有する任意の太陽電池特性測定装置に適用可能である。

本発明によれば、太陽電池が比較的大きな容量成分を有している場合でも装置破壊を防止することができるとともに、小型化及び軽量化も可能であり、太陽電池特性測定装置として有用である。

１ 正極側入力端子
２ 負極側入力端子
３ 測定用スイッチ素子（第２のスイッチ素子）
４ コンデンサ（可変負荷）
５ 電流検知用素子
６ 短絡電路（第１の電路）
８ 短絡用スイッチ素子（第１のスイッチ素子）
９ 制御部
１０ 立ち上がり遅延回路
１１ 定電流ダイオード
１２ 遅延用コンデンサ
１４ 負荷電路（第２の電路）
１６ 信号線
２０ 電路遮断部
２１ オフ信号印加用スイッチ素子（第３のスイッチ素子）
２２ 過電流検知回路（オペアンプ）
１００ 太陽電池特性測定装置
１１０ 太陽電池

Claims (5)

1. 太陽電池に接続され、当該太陽電池の出力特性を測定する太陽電池特性測定装置であって、
   前記太陽電池の正極側出力端子と接続される正極側入力端子と、
   前記太陽電池の負極側出力端子と接続される負極側入力端子と、
   前記正極側入力端子と前記負極側入力端子との間を短絡する第１の電路を開閉する第１のスイッチ素子と、
   前記正極側入力端子と前記負極側入力端子との間で、前記第１のスイッチ素子と並列に接続される可変負荷と、
   前記正極側入力端子、前記負極側入力端子及び前記可変負荷を含む第２の電路を開閉する第２のスイッチ素子と、
   前記第１のスイッチ素子をオン状態にするために前記第１のスイッチ素子の制御端子に入力される制御信号の立ち上がり時間を遅延させる立ち上がり遅延回路と、
   を備える、太陽電池特性測定装置。
2. 前記第１のスイッチ素子のオン状態とオフ状態とを切り替えるために前記第１のスイッチ素子の制御端子に入力される制御信号を出力する制御部と、
   前記第１の電路に配置され、前記第１の電路を流れる電流の検知に使用される電流検知用素子と、
   前記制御部から前記第１のスイッチ素子に入力される前記制御信号を搬送する信号線に接続され、前記電流検知用素子を流れる電流が予め指定された電流条件を満足するときに、前記信号線の電位を前記第１のスイッチ素子がオフ状態になる電位に変更する電路遮断部と、
   をさらに備える、請求項１に記載の太陽電池特性測定装置。
3. 前記電路遮断部が、
   前記信号線と、前記信号線に前記第１のスイッチ素子がオフ状態になる電位を供給する電位供給源との間を接続する電路を開閉する第３のスイッチ素子と、
   前記電流検知用素子を流れる電流が予め指定された電流条件を満足するときに、前記第３のスイッチ素子をオン状態にする制御信号を前記第３のスイッチ素子の制御端子に入力するオペアンプと、
   を備える、請求項２記載の太陽電池特性測定装置。
4. 前記制御部は、前記電流検知用素子を流れる電流が予め指定された電流条件を満足すると、前記第１のスイッチ素子をオフ状態にする制御信号を出力し、前記電路遮断部が自身に指定された電流条件を満足するとの判定に要する時間が、前記制御部が自身に指定された電流条件を満足するとの判定に要する時間よりも短い、請求項２又は３に記載の太陽電池特性測定装置。
5. 前記立ち上がり遅延回路が、
   前記第１のスイッチ素子の制御端子に直列接続された定電流ダイオードと、前記制御端子に並列接続されたコンデンサとにより構成される、請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池特性測定装置。

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