JP3207085U - ソーラシミュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】ソーラシミュレータにおいて、光源ランプへのランプ電圧を削減することができ、光源ランプの本数削減及び光源ランプの電源装置の小型化を実現したソーラシミュレータを提供する。【解決手段】光源ランプ２を点灯させその発光光を、光学フィルタ１を透過させて被測定物（太陽電池Ａ）に照射し、被測定物の出力特性を測定するソーラシミュレータにおいて、前記ソーラシミュレータの光源ランプ２及び光学フィルタ１をその内部に含むフレームＦ、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５の内壁部の全部又は一部に高反射率を有するフィルム状シートＳを貼付け又は取付けた。【選択図】図２

Description

本考案は太陽電池などの光電変換素子やそのパネル体の電流電圧特性（以下、単に特性ともいう）を測定するためのソーラシミュレータの光源ランプの電圧を低くしても測定箇所の照度を十分確保できるソーラシミュレータに関する。

太陽電池はクリーンなエネルギ源として増々その重要性が認められて需要が高まり、また、大型機器類のパワーエネルギ源から精密な電子機器分野での小型電源まで、様々な分野での需要も高まっている。

太陽電池が様々な分野で広く利用されるには、当該電池の特性、とりわけ出力特性が正確に測定されていないと、太陽電池を使用する側においても様々な不都合が予測される。このため従来から太陽電池の出力特性を測定するための擬似太陽光照射装置（以下、ソーラシミュレータという）が提案され実用にも供されている。

このようなソーラシミュレータにより太陽電池の出力特性を測定する場合、例えばサイズ（有効照射面の大きさ）が１ｍ×１ｍ角以上の大型の太陽電池の出力特性を測定する場合、ランプの光量は太陽電池の中央部は多く、太陽電池の周辺部は少ないような照度分布になるので、太陽電池の出力測定を行うソーラシミュレータの有効照射面における必要な照度を確保するためには、従来はランプを複数個配置することが必要となる。また大型の太陽電池の形状（外形）は様々であり横長の形状のものもある。例えば、サイズが１ｍ×４ｍ角程度の大型太陽電池に対しては、ランプ長さ２０００ｍｍ程度のものを２本程度配置したソーラシミュレータが使用される。

ところで、キセノンランプを光源とする従来のソーラシミュレータ用発光回路では、複数個のキセノンランプを発光させる場合には、その発光回路は各ランプ毎に配備していたのでソーラシミュレータ内において電源装置の占めるスペ−スが大きくなり装置全体が大型化してしまう問題があった。

また、１台のソーラシミュレータ内に複数個のキセノンランプを使用し各ランプ毎に個別に発光回路が設けられていると、各ランプによる照射光量には時間的変化（差異）があるので、大型太陽電池に対する有効照射面における照度を均一化することは極めて難しいのが現状である。

さらに、単一の発光回路で単一のランプを発光させるソーラシミュレータにおいて発光回路の電源として用いるコンデンサの選定には、相応の耐圧性能を有することが必須条件であるが、このような耐圧条件を満たす市販のコンデンサは数μＦ〜数十μＦ程度のものが一般的であるため、そのような市販品を使用した場合、約１ｍ秒程度の時間しか発光を維持できない。また、コンデンサが放電する場合、そのコンデンサの放電カーブに伴う電圧変動に依存してキセノンランプの発光光量が変化するため、安定的な光量が得られない。このため、太陽電池の出力特性を測定する際には、測定対象である１つの太陽電池に対
して数１０回〜１３０回程度の発光を行うことで出力特性の測定を行っているのが現状である。従って、このような状況で大型の太陽電池を、複数ランプを発光させて出力特性を測定する場合、照度の均一化がさらに困難になるという問題があり、現実的には不可能という場合もある。

また、応答性の遅い太陽電池の出力測定を行う場合は、ランプの発光時間を数１００ｍ秒〜数秒とする必要がある。この長時間発光を行う発光回路では、長時間発光のために、主放電の電圧供給源を大型，大容量の電源として構成している。しかし乍ら、光源ランプが、例えば、放電電極間の距離が１０００ｍｍ程度のキセノンランプであると、２０００Ｖ〜３０００Ｖ程度の電位を必要とし、なおかつ主放電には３０Ａ程度の電流が流れるので、このような高電位，大電流の仕様を満たす電源には６０ＫＷ〜９０ＫＷ程度の大型電源となる。このような従来の発光回路では、複数ランプを発光させる必要のある大型の太陽電池の出力特性を測定する場合、電源装置が巨大化することになる。この結果、ソーラシミュレータの大型化を招来して装置コストの増大を招くという問題がある。

上述のような従来技術は、特許文献１などによりいずれも公知であるが、いずれも問題点があることは、上記に述べた通りである。

またキセノンランプが発光した光は、ソーラシミュレータの内壁部や内部の部材に吸収され、有効に被測定物である太陽電池に照射されないという問題もある。このような問題により大型化した太陽電池の出力特性を測定するソーラシミュレーラの電源装置の巨大化を招来する。

特公平６−１０５２８０号公報

本考案は、上述のような従来技術に鑑み、ソーラシミュレータにおいて光源ランプからの発光光が被測定物である太陽電池に有効に照射し、光源ランプへのランプ電圧を削減することができ、光源ランプの本数削減及び光源ランプの電源装置の小型化を実現したソーラシミュレータを提供することを、その課題とするものである。

上記課題を解決する第１考案のソーラシミュレータは、光源ランプを点灯させその発光光を、光学フィルタを透過させて被測定物に照射し、被測定物の出力特性を測定するソーラシミュレータにおいて、前記ソーラシミュレータの光源ランプ及び光学フィルタをその内部に含むフレームの内壁部の全部又は一部に高反射率を有するフィルム状シートを貼付け又は取付けしたことを特徴とする。以下本考案では高反射率を有するフィルム状シートとは、柔軟性を有するシート状のものだけでなく柔軟性を有しないシート状のものも含まれる。

第１考案のソーラシミュレータによれば、ソーラシミュレータのフレーム内部の内壁の全部または一部に高い反射率のフィルム状シートを貼付け又は取付けしているので、光源ランプからの発光光はソーラシミュレータの内壁部を照射しても高反射率のフィルム状シートに吸収されることが無く反射し、ソーラシミュレータの被測定物である太陽電池に有効に照射される。したがって光源ランプに印加する電圧値を従来の構成のソーラシミュレータに比較して約２０％から３０％分削減することができる。これにより光源ランプの電源装置の消費電力が削減され、電源装置を小型化することができる。また光源ランプの設置数量（本数）を削減することができる。これらによりソーラシミュレータの制御装置を簡素化することができコストも削減することができる。

第２考案のソーラシミュレータは、光源ランプを点灯させその発光光を、光学フィルタを透過させて被測定物に照射し、被測定物の出力特性を測定するソーラシミュレータにおいて、前記ソーラシミュレータの光源ランプ及び光学フィルタをその内部に含むフレームの内壁部の全部又は一部及び前記フレームの内部の反射板に高反射率を有するフィルム状シートを貼付け又は取付けしたことを特徴とする。

第２考案のソーラシミュレータによれば、ソーラシミュレータのフレーム内部の内壁の全部または一部及び反射板に高い反射率のフィルム状シートを貼付けしているので、第１考案の効果を更に顕著に発現することができる。

第３考案のソーラシミュレータは、第１考案または第２考案において、フレーム内に、前記光源ランプを１本設置したことを特徴とする。

第３考案のソーラシミュレータによれば、光源ランプからの発光光は、有効に被測定物に照射されるので、光源ランプの設置本数を削減し１本化することができ、装置の構成を簡単化することができる。また光源ランプを１本化しているのでランプを複数本設置した従来の装置に比較して被測定物の照度の均一化の組立時の調整作業が簡略化され、装置の制御方式も簡略化される。これにより装置のコストを大幅に削減することができる。

本考案のソーラシミュレータの一例の平面図。 図１のＸ方向の正面から見た断面図。 図２の左側断面図。 図２の右側断面図。 図１のＹ方向の正面から見た断面図。

次に、本考案の実施の形態例を図により説明する。図１は本考案のソーラシミュレータの一例の平面図、図２は図１のＸ方向の正面から見た断面図、図３は図２の左側断面図、図４は図２の右側断面図、図５は図１のＹ方向の正面から見た断面図である。

＜１＞本考案のソーラシミュレータの構成
図において、Ｆは概ね箱状をなすフレーム、１は光学フィルタである。２は光源ランプ（キセノンランプ等）でありランプ取付用ブラケット２ａを立設してフレームＦ内の光学フィルタ１の下部に設置されている。本実施形態の説明では、光源ランプ２は１本設置されている。光源ランプは、本考案のソーラシミュレータであれば、被測定物である太陽電池の大きさが２ｍ×３ｍ程度の大きさのものを測定するソーラシミュレータで１本設置すれば良い。

３，４、５，６、７はフレーム内部の光学フィルタ１の下部に設置した反射板である。３，４は、図２に示すとおりフレームの下部に傾斜しフレームＦ３、Ｆ４の幅方向に設置した反射板であり、５はフレーム内部の底面（フレームＦ５に相当する部分）に設置した反射板であり、６、７はフレーム内部の内側側面（フレームＦ１、Ｆ２に相当する部分）に設置した反射板である。８はフレームＦの上部に、天板状にして取付けたアクリル板である。Ａはアクリル板８の上部に配置された被測定対象である太陽電池である。また光学フィルタ１上には、マスキング部材（光量調整部材）１２が適宜の場所に設けられている（図面には番号は付していない）。このマスキング部材１２により太陽電池Ａに照射される照度の場所ムラを調整し照度を均一にすることができる。なお、１１はフレームＦの上部において内側の周縁に取付けた照度測定用リファレンスセルであり、ソーラシミュレータの調整用に使用する。尚本考案のソーラシミュレータには、光源ランプの照度や点灯周期などを制御する制御装置や電源装置が設けられているが、図示は省略している。

本考案においては後述する高反射のフィルム状シート（以下シート材Ｓと略称する）をフレームＦの内部の光学フィルタの下部のフレームＦの内壁部と反射板３，４、５，６、７に貼付け又は取付けしている。この高反射率のシート材Ｓを貼付け又は取付けしている箇所には図面中に記号Ｓ又は（Ｓ）を付している。シート材Ｓの貼付け又は取付けは、このシート材Ｓの反射部分と反対側の面に接着剤や両面シートなどにより貼付け、またはボルト等により取付けすることができる。この高反射率のシート材Sを貼付け又は取付けすることにより光源ランプからの発光光がフレームＦの内壁部や反射板に照射さても吸収されずほぼ全てが反射し最終的には光学フィルタ１とアクリル板８を透過し被測定物である太陽電池Ａに照射される。本実施形態では、光源ランプへのランプ電圧を従来の３０００Ｖから２６００Ｖ程度に削減することができる。

以上の構成とすることにより、従来のソーラシミュレータに比べて光源ランプからの発熱が低減するので光源ランプ、フィルタ等の光学部品の寿命が向上するという効果を発現することができる。更にソーラシミュレータに設ける吸引ファン等による冷却装置を簡素化することできる。また測定中の光源ランプ及び光源ランプ発光用の電源装置の負荷が低減され不要なランプ休止時間を無くすことができ測定時間の短縮を実現することもできる。

また以上の構成とすることにより、光源ランプの設置本数を削減し１本化することができ、装置の構成を簡単化することができる。また光源ランプを１本化しているのでランプを複数本設置した従来の装置に比較して被測定物の照度の均一化の組立時の調整作業が簡略化され、装置の制御方式も簡略化される。これにより装置のコストを大幅に削減することができる。

９，１０はフレーム内部の光学フィルタ１の上部の内壁に設置した反射板であり、図面においては２点鎖線で表示している。通常は，アルミ板等を使用しているが、シート材Ｓを貼り付け又は取付けした構成としても良い。これにより本考案の効果を顕著に発現させることができる。

＜２＞高反射率フィルム状シート
本考案では、図示するようにフレームＦの内壁部と反射板３，４、５，６、７、９、１０にシート材Ｓを貼付け又は取付けしている。このシート材Ｓは、厚さが約１ｍｍ程度の樹脂製のシートであり、その表面の全反射率は、８０％から９９％である。このシート材Ｓの全反射率が８０％未満の場合は、ソーラシミュレータのランプ電圧を低減させる効果が発現しなくなる虞がある。一方このシート材Ｓの全反射率が９９％を超えたものは実現性が困難である。また本考案ではシート材Ｓとは、樹脂性シートや柔軟性を有するシート状のものとしても良いし、柔軟性を有しないシート状のものとしても良い。

またこのシート材Sは、反射率のうちの大部分は、シート材Ｓ内に光が進入し反射する拡散反射である。従って今まで使用している直接反射部材であるアルミ材と比較すると、アルミ材は局所的に反射されるので、被測定物である太陽電池Ａにおける光均一性（照度の均一性）を確保することが難しい。一方本シート材Ｓの場合は拡散反射が主であり、太陽電池Ａにおける光均一性（照度の均一性）を保ちながら光量を増加させることが容易にできる。従って本考案のソーラシミュレータの調整時に太陽電池Ａにおいて局所的に照度の低い部分が発生した場合は、直接反射部材であるアルミ材を使用し照度の均一性を実現することができる。

＜３＞本考案のソーラシミュレータの使用方法
次に、上記のように構成される本考案の一例のソーラシミュレータの使用方法について説明する。
１）まず、アクリル板８上に被測定対象として太陽電池Ａを配置し、太陽電池の端子ボックスＴから引き出されている端子とソーラシミュレータの測定プローブ（共に図示せず）を接続する。
２）図示しない制御装置の操作により測定を開始すると、光源ランプ２が点灯し、各ランプは測定面での必要照度を得るために照度測定リファレンスセル１１によりモニタリングし、ランプの電源装置から供給する電力を制御する。
３）上記により必要な照度を得た時点で、制御装置は太陽電池Ａからの出力電流及び出力電圧を測定し、パソコン等のコンピュータ内部にデータを保存する。
４）コンピュータで必要なデータを処理し、太陽電池Ａの出力特性であるＩ−Ｖカーブをディスプレイ上に表示させる。

＜４＞本考案のソーラシミュレータの調整方法
また、本考案のソーラシミュレータの調整方法は次の通りである。
１）即ち、本考案のソーラシミュレータは、製作段階で、照度の均一性を得るために、光源ランプ２もしくはフレームＦ内にシート材Ｓを貼り付け又は取付けした反射板３から７を設け、また、測定対象である太陽電池Ａは斜めからの光や散乱光であっても略同じ感度を持っているので、特に平行光に拘ることなく、測定できるようにする。
２）基準となる小型の太陽電池ＡＲ（太陽電池セル）を、照射面の各領域を順番に移動させながら、各領域で同じランプ照度で照射した場合の、太陽電池Ａから発生される電力を測定し、領域毎の明暗を識別して、光学フィルタ１の上面にマスキング部材１２（光量調整部材）を適宜配置し、被測定物である太陽電池Ａに相当する部分の照度を均一に調節する。
３）光源ランプ２の交換時は、光源ランプを点灯し、そのときの照度をリファレンスセル１１により測定し、その値を予めコンピュータ内に保存している基準となるデータと比較して、ランプの特性を検知し、測定時に必要な個々のランプに供給する電力値を算出する。

尚本考案の実施形態の説明においては、図１から図５に示すようにソーラシミュレータのフレ−ム内の下部に光源ランプを設置し、その発光光をその上方にある光学フィルタを透過させてフレーム上部のアクリル板に配置した被測定物である太陽電池に照射しその出力特性を測定する形態の装置で説明を行った。しかし本考案は、それに限定されるものではなく、被測定物である太陽電池の上方に光源ランプを設置し、さらに被測定物である太陽電池と光源ランプの間に光学フィルタを設置した構成の装置にも適用可能である。

Ｆ フレーム（Ｆ１からＦ５）
Ａ 太陽電池
Ｓ 高反射率フィルム状シート（シート材Ｓ）
Ｔ 端子ボックス
１ 光学フィルタ
２ 光源ランプ（キセノンランプ）
３ 反射板
４ 反射板
５ 反射板
６ 反射板
７ 反射板
８ アクリル板
９ 反射板
１０ 反射板
１１ リファレンスセル
１２ マスキング部材（光量調整部材）

Claims (3)

1. 光源ランプを点灯させその発光光を、光学フィルタを透過させて被測定物に照射し、被測定物の出力特性を測定するソーラシミュレータにおいて、
   前記ソーラシミュレータの光源ランプ及び光学フィルタをその内部に含むフレームの内壁部の全部又は一部に高反射率を有するフィルム状シートを貼付け又は取付けしたことを特徴とするソーラシミュレータ。
2. 光源ランプを点灯させその発光光を、光学フィルタを透過させて被測定物に照射し、被測定物の出力特性を測定するソーラシミュレータにおいて、
   前記ソーラシミュレータの光源ランプ及び光学フィルタをその内部に含むフレームの内壁部の全部又は一部及び前記フレームの内部の反射板に高反射率を有するフィルム状シートを貼付け又は取付けしたことを特徴とするソーラシミュレータ。
3. フレーム内に、前記光源ランプを１本設置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のソーラシミュレータ。

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