JP5814775B2 - Solar cell characteristic calculation method - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池の特性演算方法に関する。より具体的には、特に太陽電池において、太陽電池モジュールの検査シートに記載されている短絡電流、開放電圧、動作電流、動作電圧のみの値から太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルの逆方向飽和電流、ダイオード性能指数を求め、太陽電池個々の特性に対して、高精度なモデリング演算を行う太陽電池の特性演算方法に関する。 The present invention relates to a method for calculating characteristics of a solar cell . More specifically, particularly in a solar battery, reverse saturation of solar cells constituting the solar battery module from values of only a short circuit current, an open circuit voltage, an operating current, and an operating voltage described in the inspection sheet of the solar battery module The present invention relates to a method for calculating the characteristics of a solar cell, which obtains current and diode performance indexes and performs highly accurate modeling calculations on the characteristics of each solar cell .

全量買取り制導入へ向けて、太陽光発電システムの発電量を高精度に把握する必要性が増している。太陽光発電システムを構成する太陽電池モジュールは、太陽電池モジュール毎に異なった特性を持ち、さらに日射量や温度によって特性が変動するため、まず、基礎技術として太陽電池モジュールの特性を精度よく把握することが重要である。   There is an increasing need to grasp the power generation amount of the photovoltaic power generation system with high accuracy in order to introduce the total purchase system. The solar cell modules that make up the solar power generation system have different characteristics for each solar cell module, and the characteristics fluctuate depending on the amount of solar radiation and temperature. This is very important.

図1(a)は、太陽電池モジュールの電流-電圧特性を示しており、電圧 0Vにおける電流を短絡電流Isc、電流が0Aになる電圧を開放電圧Vocと呼ぶ。また、図1(b)は電力-電圧特性を示しており、電力が最大となる点を動作点として、その動作点に対する動作電圧を最大動作電圧Vop、動作電流を最大動作電流Iopと呼ぶ。   FIG. 1 (a) shows the current-voltage characteristics of the solar cell module. A current at a voltage of 0V is called a short-circuit current Isc, and a voltage at which the current becomes 0A is called an open circuit voltage Voc. FIG. 1 (b) shows power-voltage characteristics, where the point at which power is maximized is the operating point, the operating voltage for that operating point is called the maximum operating voltage Vop, and the operating current is called the maximum operating current Iop.

ある発電サイトにおける太陽光発電システムを構築する時、図2に示すような太陽電池モジュールの検査シートが納入される。この検査シートには、日射強度1 kW/m2、常温 298Kにおける各太陽電池モジュールの短絡電流Isc、開放電圧Voc、動作電圧Vop、動作電流Iopが記載されている。したがって、発電サイトにおける太陽電池モジュール毎の特性を高精度に把握するためには、この短絡電流Isc、開放電圧Voc、動作電圧Vop、動作電流Iopの情報のみから、高精度に太陽電池モジュールの特性を再現する手法の開発が重要である。 When constructing a solar power generation system at a power generation site, an inspection sheet for a solar cell module as shown in Fig. 2 is delivered. This inspection sheet describes the short-circuit current Isc, the open-circuit voltage Voc, the operating voltage Vop, and the operating current Iop of each solar cell module at a solar radiation intensity of 1 kW / m 2 and a room temperature of 298K. Therefore, in order to grasp the characteristics of each solar cell module at the power generation site with high accuracy, the characteristics of the solar cell module with high accuracy are obtained only from the information of the short circuit current Isc, the open circuit voltage Voc, the operating voltage Vop, and the operating current Iop. It is important to develop a method to reproduce

太陽電池は、I:出力電流[A]、Is1:逆方向飽和電流[A]、V:出力電圧 [V]、Isc:短絡電流[A]、T:太陽電池素子絶対温度[K]、k:ボルツマン定数[J/K]、Rs:直流抵抗[Ω]、q:電子の電荷量[C]、Rsh:シャント抵抗[Ω]、n1:接合定数、p:日射強度[kW/m2]のパラメータを用い、式(1)によって特性を表すことができる。
I=Isc・p-Is1・{exp(q(V+Rs・I)/(n1・k・T))}―(V+Rs・I)/Rsh…(1)
日射強度Ea(1kW/m2)、常温(Ta=298K)におけるIa:出力電流[A]、Va:出力電圧 [V]、Isca:短絡電流[A]、Rsa:直流抵抗[Ω]と短絡電流の温度係数α[A/℃]、開放電圧の温度係数β[V/℃]、曲線補正因子Kを用いて、日射強度Eb、温度TbにおけるIb:出力電流[A]とVb:出力電圧[V]は、式(2)、式(3)を用いて算出することができる。
Ib=Ia+Isca・(Eb/Ea-1)+α・(Tb-Ta)…(2)
Vb=Va+β・(Tb-Ta)-Rsa・(Ib-Ia)-K・Ib・(Tb-Ta)…(3)
特許文献1では、日射エネルギーが1kW/m2のときの各温度における発電量を求める場合、まず、日射エネルギーを1kW/m2とし、太陽電池温度を25℃として電流‐電圧特性を求め、次に、発電量補正部において、温度により上記発電電流を補正する補正式である式(2)と式(3)を用いて、25℃の電流‐電圧特性における発電電流と電圧を、温度に対応して補正している。
For solar cells, I: output current [A], Is1: reverse saturation current [A], V: output voltage [V], Isc: short-circuit current [A], T: solar cell element absolute temperature [K], k : Boltzmann constant [J / K], Rs: DC resistance [Ω], q: Electron charge [C], Rsh: Shunt resistance [Ω], n1: Junction constant, p: Solar radiation intensity [kW / m 2 ] The characteristic can be expressed by the equation (1) using the following parameters.
I = Isc ・ p-Is1 ・ {exp (q (V + Rs ・ I) / (n1 ・ k ・ T))} ― (V + Rs ・ I) / Rsh… (1)
Solar radiation intensity Ea (1kW / m 2 ), normal temperature (Ta = 298K) Ia: Output current [A], Va: Output voltage [V], Isca: Short-circuit current [A], Rsa: Short-circuit with DC resistance [Ω] Using current temperature coefficient α [A / ℃], open circuit temperature coefficient β [V / ℃], curve correction factor K, solar radiation intensity Eb, temperature Tb, Ib: output current [A] and Vb: output voltage [V] can be calculated using Equation (2) and Equation (3).
Ib = Ia + Isca ・ (Eb / Ea-1) + α ・ (Tb-Ta)… (2)
Vb = Va + β ・ (Tb-Ta) -Rsa ・ (Ib-Ia) -K ・ Ib ・ (Tb-Ta) ... (3)
In Patent Document 1, when the solar energy determine the power generation amount at each temperature when the 1 kW / m 2, firstly, the solar energy and 1 kW / m 2, current solar cell temperature of 25 ° C. - determined voltage characteristics, following In addition, the power generation amount correction unit uses the correction formulas (2) and (3), which are correction formulas to correct the generated current according to the temperature, and the generated current and voltage in the current-voltage characteristic at 25 ° C correspond to the temperature. To correct it.

他の先行技術として非特許文献1がある。非特許文献1では、日射エネルギーが1kW/m2、太陽電池温度25℃の基準状態における電流‐電圧特性を決定するパラメータ値の算出に関して、ばらつきを持つパラメータの感度を求め、
感度の高い順に従ってフィッティングを行うことでパラメータの値を確定する。
There exists nonpatent literature 1 as other prior art. In Non-Patent Document 1, regarding the calculation of the parameter value that determines the current-voltage characteristics in the reference state where the solar radiation energy is 1 kW / m 2 and the solar cell temperature is 25 ° C., the sensitivity of the parameter with variation is obtained.
The parameter value is determined by performing fitting in the order of higher sensitivity.

特開2003―5849号JP 2003-5849 A

26th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition p.3364− 336826th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition p. 3364-3368

上記に挙げた特許文献1における方法では、常温 298KにおけるIsc、Voc、Vop、Iop と Rs、α、β、Kもしくは、常温 298Kと他の温度例えばTbにおけるIsc、Voc、Vop、Iopの値が必要となる。   In the method in Patent Document 1 listed above, Isc, Voc, Vop, Iop and Rs at room temperature 298K, α, β, K, or other temperatures such as room temperature 298K and other temperatures such as Isc, Voc, Vop, Iop at Tb Necessary.

数万枚の太陽電池モジュールを必要とするメガソーラーや産業用発電サイトにおいては、太陽電池モジュールの検査シートの日射強度1 kW/m2、常温 298Kにおける短絡電流Isc、開放電圧Voc、動作電圧Vop、動作電流Iopのみが与えられる。数万枚もの太陽電池モジュールに関して、他の温度におけるIsc、Voc、Vop、Iopの測定やRsの測定、α、β、Kの測定を行うことはコスト上においても困難であり、情報量として、常温以外のIsc、Voc、Vop、IopやRs、α、β、Kの値を設定することは現実的ではない。 In mega solar and industrial power generation sites that require tens of thousands of solar cell modules, the solar module inspection sheet has a solar radiation intensity of 1 kW / m 2 , a short-circuit current Isc at room temperature of 298K, an open-circuit voltage Voc, and an operating voltage Vop. Only the operating current Iop is given. For tens of thousands of solar cell modules, it is difficult to measure Isc, Voc, Vop, Iop, Rs, and α, β, K at other temperatures. It is not realistic to set values of Isc, Voc, Vop, Iop, Rs, α, β, and K other than room temperature.

α、β、Kの値に関しては、太陽電池モジュールメーカーから入手できる温度特性から見積もることが可能であるが、入手可能なデータは、TYP値(規格)に位置する太陽電池モジュールに関する温度特性であり、各太陽電池モジュールのα、β、Kのばらつきをモデルに反映することができず、発電量を推定する際の精度が低下するという欠点がある。   The values of α, β, and K can be estimated from the temperature characteristics available from the solar cell module manufacturer, but the available data are the temperature characteristics related to the solar cell module located at the TYP value (standard). However, the variation of α, β, K of each solar cell module cannot be reflected in the model, and there is a drawback that the accuracy in estimating the power generation amount is lowered.

非特許文献1における方法では、日射強度1 kW/m2、常温 298Kにおける短絡電流 Isc、開放電圧Voc、動作電圧Vop、動作電流Iopのみを用いて、デバイスばらつきや日射量や温度による特性変動に対しても精度の高い太陽電池モジュールの特性を把握するモデリングの演算手法を開発することが可能である。非特許文献1に記載の方法は、太陽電池モジュール特性の分布が正規分布であることを利用した感度演算を行っているため、結晶欠陥が混じることによって正規分布を成さないような分布を示す太陽電池モジュールに関しては、モデリング精度が低下するという欠点がある。 The method in Non-Patent Document 1 uses only the short-circuit current Isc, the open-circuit voltage Voc, the operating voltage Vop, and the operating current Iop at a solar radiation intensity of 1 kW / m 2 and room temperature of 298K, and can be used for device variations and variations in characteristics due to solar radiation and temperature On the other hand, it is possible to develop a modeling calculation method for grasping the characteristics of a solar cell module with high accuracy. The method described in Non-Patent Document 1 performs a sensitivity calculation using the fact that the distribution of solar cell module characteristics is a normal distribution, and thus shows a distribution that does not form a normal distribution due to a mixture of crystal defects. The solar cell module has a drawback that the modeling accuracy is lowered.

したがって、低コストで製造され、結晶欠陥の混じったシリコン結晶系太陽電池や製造上結晶欠陥を含むCIGS(Copper Indium Gallium Selenide)太陽電池においても日射強度1 kW/m2、常温 298Kにおける短絡電流 Isc、開放電圧Voc、動作電圧Vop、動作電流Iopのみを用いて、デバイス性能を示すパラメータを算出し、日射量や温度による特性変動に対しても精度の高い太陽電池モジュールの特性を把握するモデリングの演算手法を開発することが課題である。 Therefore, the short-circuit current Isc at a solar radiation intensity of 1 kW / m 2 and room temperature of 298 K is also produced in low-cost silicon crystal solar cells with mixed crystal defects and CIGS (Copper Indium Gallium Selenide) solar cells that contain crystal defects in production. Modeling to calculate the parameters indicating the device performance using only the open-circuit voltage Voc, the operating voltage Vop, and the operating current Iop, and to grasp the characteristics of the solar cell module with high accuracy against characteristics fluctuations due to solar radiation and temperature. The challenge is to develop an arithmetic technique.

本願による課題を解決するための手段のうち、代表的なものを例示すれば、太陽電池であって、温度と日射量が基準状態における太陽電池の短絡電流、開放電圧のデータを用いて、所定の逆方向飽和電流値および前記所定の逆方向飽和電流の式を構成するパラメータ値を基準として、前記太陽電池の性能を示す接合定数と前記太陽電池のキャリアの不純物濃度を算出することを特徴とする。   Among the means for solving the problems according to the present application, a representative example is a solar cell, and the temperature and the amount of solar radiation are predetermined using data on the short-circuit current and open-circuit voltage of the solar cell in the reference state. And calculating a junction constant indicating the performance of the solar cell and an impurity concentration of the carrier of the solar cell on the basis of a parameter value constituting a formula of the reverse saturation current value and the predetermined reverse saturation current To do.

本願によれば、低コストで製造され、結晶欠陥の混じったシリコン結晶系太陽電池や製造上結晶欠陥を含むCIGS(Copper Indium Gallium Selenide)太陽電池においても日射強度1 kW/m2、常温 298Kにおける短絡電流 Isc、開放電圧Voc、動作電圧Vop、動作電流Iopのみを用いて、デバイス性能を示すパラメータを算出し、日射量や温度による特性変動に対しても精度の高い太陽電池モジュールの特性を把握するモデリングの演算手法を提供しうる。 According to the present application, even in a silicon crystal solar cell manufactured at a low cost and mixed with crystal defects and a CIGS (Copper Indium Gallium Selenide) solar cell including crystal defects in manufacturing, the solar radiation intensity is 1 kW / m 2 and the room temperature is 298 K. Using only the short-circuit current Isc, the open-circuit voltage Voc, the operating voltage Vop, and the operating current Iop, the device performance parameters are calculated to understand the characteristics of the solar cell module with high accuracy even when the characteristics change due to solar radiation and temperature. Modeling calculation techniques can be provided.

太陽電池モジュールの電流‐電圧特性と電力‐電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the current-voltage characteristic and power-voltage characteristic of a solar cell module. 発電サイトに納入される太陽電池の検査シートを示す図である。It is a figure which shows the inspection sheet | seat of the solar cell delivered to a power generation site. 本発明の実施例1に係る全体のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the whole flowchart concerning Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係るフローの中で、太陽電池の性能を示す接合定数とキャリアの不純物濃度を算出する演算の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of the calculation which calculates the junction constant which shows the performance of a solar cell, and the impurity concentration of a carrier in the flow which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係るフローの中で、暴露条件下におけるフィッティング演算の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of the fitting calculation in exposure conditions in the flow which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例2に係る太陽光発電システムであり、本モデリング手法をMPPT(Maximum Power Point Tracking)制御の監視に用いた図である。It is a photovoltaic power generation system which concerns on Example 2 of this invention, and is the figure which used this modeling method for monitoring of MPPT (Maximum Power Point Tracking) control. 本発明の実施例3に係る太陽光発電システムであり、本モデリング手法をMPPT制御の監視に用いた図である。It is a photovoltaic power generation system which concerns on Example 3 of this invention, and is the figure which used this modeling method for monitoring of MPPT control. 本発明の実施例3に係る太陽光発電システムであり、MPPT制御の監視方法についての詳細を示す図である。It is a photovoltaic power generation system which concerns on Example 3 of this invention, and is a figure which shows the detail about the monitoring method of MPPT control. 本発明の実施例4に係る太陽光発電システムであり、太陽電池を温度計と日射計として適用した図である。It is a solar power generation system which concerns on Example 4 of this invention, and is the figure which applied the solar cell as a thermometer and a pyranometer. 本発明の実施例4に係る太陽光発電システムであり、太陽電池から温度と日射を算出する詳細を示した図である。It is a solar power generation system which concerns on Example 4 of this invention, and is the figure which showed the detail which calculates temperature and solar radiation from a solar cell. 本発明の実施例5に係る太陽光発電システムであり、CIS太陽電池のモデリング結果を示した図である。It is a solar power generation system which concerns on Example 5 of this invention, and is the figure which showed the modeling result of the CIS solar cell.

図3は、本発明の実施例1に係るモデリング手法のフローチャートである。式(1)を構成する逆方向飽和電流をIs1とすると、Is1は、K1:不純物濃度、Ego1:バンドギャップ[eV]、T:太陽電池素子絶対温度[K]、k:ボルツマン定数[J/K]、n1:接合定数のパラメータを用い、式(4)によって表すことができる。
Is1=K1・T3・exp{−(Ego1/(n1・k・T))}…(4)
モデリングしたい太陽電池モジュールの日射強度Ea(1kW/m2)、常温(Ta = 298K)における短絡電流Isc、開放電圧Voc、動作電圧Vop、動作電流Iopを入力し、演算S400において、Is1、K1、n1の算出S401とフィッティングS402a、シャント抵抗の算出S402bを行う。これにより、基準状態における太陽電池モジュールのパラメータが確定する。
FIG. 3 is a flowchart of the modeling technique according to the first embodiment of the present invention. Assuming that the reverse saturation current constituting the equation (1) is Is1, Is1 is K1: impurity concentration, Ego1: band gap [eV], T: solar cell element absolute temperature [K], k: Boltzmann constant [J / K], n1: The parameters of the junction constant can be used and can be expressed by equation (4).
Is1 = K1 ・ T 3・ exp {− (Ego1 / (n1 ・ k ・ T))}… (4)
Input the solar radiation intensity Ea (1kW / m 2 ), short-circuit current Isc at normal temperature (Ta = 298K), open-circuit voltage Voc, operating voltage Vop, operating current Iop of the solar cell module you want to model, and in calculation S400, Is1, K1, n1 calculation S401, fitting S402a, and shunt resistance calculation S402b are performed. Thereby, the parameter of the solar cell module in the reference state is determined.

次に、温度特性に注目する。温度特性の計算S500は、S501において、温度係数の大きい各太陽電池モジュールの開放電圧Vocの温度特性と逆方向飽和電流Is1の温度特性を求めることによって高精度な温度依存性のモデリングを行うことが可能となる。   Next, focus on temperature characteristics. Calculation of temperature characteristics S500 can perform highly accurate temperature dependence modeling in S501 by obtaining the temperature characteristics of the open circuit voltage Voc and the reverse saturation current Is1 of each solar cell module having a large temperature coefficient. It becomes possible.

求めた開放電圧Vocの温度特性と逆方向飽和電流Is1の温度特性を用い、S502aにおいて暴露条件である温度Tbにおける開放電圧Voc[Tb] と逆方向飽和電流Is1[Tb]を計算する。その後、S502bにおいて、短絡電流Isc、動作電圧Vop、動作電流Iopの暴露サイトにおける値、Isc[Tb]、Vop[Tb]、Iop[Tb]を算出する。   Using the obtained temperature characteristic of the open-circuit voltage Voc and the temperature characteristic of the reverse saturation current Is1, the open-circuit voltage Voc [Tb] and the reverse saturation current Is1 [Tb] at the temperature Tb that is the exposure condition are calculated in S502a. Thereafter, in S502b, the values of the short-circuit current Isc, the operating voltage Vop, and the operating current Iop at the exposure site, Isc [Tb], Vop [Tb], and Iop [Tb] are calculated.

最後に、半導体デバイスに沿った演算が不可能である直列抵抗Rsの値をS503aにおいてフィッティングし、求まった直列抵抗Rsを用いて、S503bを用いてシャント抵抗Rshを算出することにより、暴露条件での太陽電池の特性を示すパラメータが確定し、電流‐電圧特性と電力‐電圧特性といった太陽電池の特性を示すカーブを求めることが可能となる。   Finally, fitting the series resistance Rs value that cannot be calculated along the semiconductor device in S503a, and using the obtained series resistance Rs, the shunt resistance Rsh is calculated using S503b. The parameters indicating the characteristics of the solar cell are determined, and a curve indicating the characteristics of the solar cell such as the current-voltage characteristic and the power-voltage characteristic can be obtained.

図4に基準状態演算S400の詳細なフローチャートを示す。上述に示したように
式(4)を用いS401において、Is1、K1、n1の算出を行う。リファレンスとなる正常な(結晶シリコンの)逆方向飽和電流:Is0を構成する各パラメータの値を基準値とし、求めたいモジュールの逆方向飽和電流:Is1を算出する。リファレンスとなる正常な(結晶シリコンの)逆方向飽和電流:Is0をK0:不純物濃度、Ego:バンドギャップ[eV]、T:太陽電池素子絶対温度[K]、k:ボルツマン定数[J/K]、n0:接合定数のパラメータを用い、式(5)のように表す。
Is0=K0・T3・exp{−(Ego/(n0・k・Ta))}…(5)
式(4)と式(5)からIs1を算出すると、
Is1=(K1/K0)・Is0・exp{Ego1/(n1・k・Ta)}/exp{Ego/(n0・k・Ta)}…(6)
ここで、リファレンスとして、Is0:1.68×10−5[A]、K0:0.1、Ego:1.205[eV]、n0:1.8と定める。また、Ta=298Kであり、k:1.3806503×10-23である。Ego1は、モデリングの対象がシリコン結晶系の場合、1.205[eV] を用い、CISの場合、1.15〜1.20[eV] を用いる。
FIG. 4 shows a detailed flowchart of the reference state calculation S400. As described above, Is1, K1, and n1 are calculated in S401 using the equation (4). Using the values of the parameters constituting the normal (crystalline silicon) reverse saturation current: Is0 as a reference as reference values, calculate the reverse saturation current: Is1 of the module to be obtained. Normal reverse saturation current (of crystalline silicon): Is0, K0: Impurity concentration, Ego: Band gap [eV], T: Solar cell element absolute temperature [K], k: Boltzmann constant [J / K] , N0: The parameter of the junction constant is used and expressed as in equation (5).
Is0 = K0 ・ T 3・ exp {− (Ego / (n0 ・ k ・ Ta))}… (5)
When calculating Is1 from Equation (4) and Equation (5),
Is1 = (K1 / K0) ・ Is0 ・ exp {Ego1 / (n1 ・ k ・ Ta)} / exp {Ego / (n0 ・ k ・ Ta)}… (6)
Here, as references, Is0: 1.68 × 10 −5 [A], K0: 0.1, Ego: 1.205 [eV], and n0: 1.8 are determined. Further, Ta = 298K and k: 1.3806503 × 10 −23 . Ego1 uses 1.205 [eV] when the modeling target is a silicon crystal system, and 1.15 to 1.20 [eV] when CIS is used.

まず、n1とK1の暫定値を定め、式(6)を用いて、Is1を求める。次に、太陽電池モジュールの日射強度Ea(1 kW/m2)、常温(Ta = 298K)における短絡電流Isc、開放電圧Vocと算出したIs1を式(7)に代入して、n1を求める。
n1=q−(Voc/Ncell)/(k・Ta)・{1/ln(Isc/Is1)}…(7)
式(7)により求まったn1をさらに式(6)に代入しIs1を求める。ここで算出されたn1とIs1を式(8)に代入して開放電圧Voc1を求める。
Voc1=((n1・k・Ta)/q)・ln(Isc/Is1)…(8)
S401の最後に、算出した開放電圧:Voc1と検査シートのVocを比較し、Voc1>Vocであれば、K1=K1+0.0001とし、それ以外であれば、K1=K1−0.0001として、キャリアの不純物濃度を調整する。
First, provisional values of n1 and K1 are determined, and Is1 is obtained using Equation (6). Next, the solar radiation intensity Ea (1 kW / m 2 ) of the solar cell module, the short-circuit current Isc at normal temperature (Ta = 298K), the open-circuit voltage Voc and the calculated Is1 are substituted into Equation (7) to obtain n1.
n1 = q− (Voc / Ncell) / (k ・ Ta) ・ {1 / ln (Isc / Is1)}… (7)
N1 obtained by the equation (7) is further substituted into the equation (6) to obtain Is1. The calculated open voltage Voc1 is obtained by substituting n1 and Is1 calculated here into equation (8).
Voc1 = ((n1 ・ k ・ Ta) / q) ・ ln (Isc / Is1)… (8)
At the end of S401, the calculated open-circuit voltage: Voc1 is compared with Voc of the inspection sheet. If Voc1> Voc, K1 = K1 + 0.0001, otherwise K1 = K1-0.0001 and the carrier impurity Adjust the density.

以上の式(6)の計算からキャリアの不純物濃度を調整に至る動作を各パラメータ値が収束するまで繰り返し演算を行う。図4においては、1例として、繰り返し1000回とした。   The operations from the calculation of the above equation (6) to the adjustment of the impurity concentration of the carrier are repeated until each parameter value converges. In FIG. 4, as an example, it was repeated 1000 times.

Rs:直流抵抗[Ω]に対しては、S402aに示すように、検査シートから算出されるフィルファクタ:FF=(Iop*Vop)/(Isc*Voc)と式(1)によって計算されるIop’を用いたフィルファクタ:FF’を比較しながら、各パラメータの値をずらしていき、合わせこみを行っていく。   For Rs: DC resistance [Ω], as shown in S402a, fill factor calculated from the inspection sheet: FF = (Iop * Vop) / (Isc * Voc) and Iop calculated by equation (1) While comparing the fill factor using 'FF', shift the value of each parameter and adjust.

Rsが求まったら、不明なパラメータはRshのみとなるので、式(1)を用いて算出する(S402b)。   Once Rs is obtained, the unknown parameter is only Rsh, and is calculated using equation (1) (S402b).

以上の計算により求まったパラメータを用い、式(1)から得られる日射強度:1kW/m2、常温(298K)条件下での太陽電池モジュールの電流‐電圧特性は、実測で得られる電流‐電圧特性と高い相関性を持つ。 Using the parameters obtained from the above calculations, the solar radiation intensity obtained from Equation (1) under the conditions of 1 kW / m 2 and room temperature (298 K) is the current-voltage characteristics obtained by measurement. High correlation with characteristics.

図5に温度特性演算部S500の詳細なフローチャートを示す。温度特性に注目する。温度特性は、S501において、各太陽電池モジュールのVocの温度特性と逆方向飽和電流Isの温度特性を算出することによって高精度なモデリングをすることが可能となる。開放電圧Vocの温度特性は式(8)を温度で微分することにより、式(9)のように表される。
∂Voc/∂T=((n1・k)/q)・ln(Isc/Is1)−((k・T)/(q・Is1))・(∂Is1)/(∂T)
=Voc/T−((k・T)/(q・Is1))・(∂Is1)/(∂T)…(9)
ここで、式(4)を変形して、
∂Is1/∂T=3・K1・T2・exp(−(Ego1/k・T))+((K1・T・Ego1)/k)exp(−(Ego1/k・T))=(3/T+Ego1/(k・T2))・Is1…(10)
より、Is1:逆方向飽和電流の温度特性が求まる。式(10)を式(9)に代入すると、式(11)に示すような開放電圧の温度特性が求まる。
∂Voc/∂T=(Voc/T)−(1/T)・((3・n1・k・T)/q+(Ego1/q))…(11)
以上より、デバイス毎の開放電圧の温度係数β[V/℃]を求めることができる。この温度係数を用いることで、S502において、暴露条件である温度TbにおけるVoc[Tb] 、Is[Tb]、Isc[Tb]、Vop[Tb]、Iop[Tb]を算出する。
FIG. 5 shows a detailed flowchart of the temperature characteristic calculation unit S500. Pay attention to temperature characteristics. The temperature characteristics can be modeled with high accuracy by calculating the temperature characteristics of the Voc and the reverse saturation current Is of each solar cell module in S501. The temperature characteristic of the open-circuit voltage Voc is expressed as in equation (9) by differentiating equation (8) with temperature.
∂Voc / ∂T = ((n1 ・ k) / q) ・ ln (Isc / Is1) − ((k ・ T) / (q ・ Is1)) ・ (∂Is1) / (∂T)
= Voc / T − ((k ・ T) / (q ・ Is1)) ・ (∂Is1) / (∂T) ... (9)
Here, equation (4) is transformed and
∂Is1 / ∂T = 3 ・ K1 ・ T 2・ exp (− (Ego1 / k ・ T)) + ((K1 ・ T ・ Ego1) / k) exp (− (Ego1 / k ・ T)) = (3 / T + Ego1 / (k ・ T 2 )) ・ Is1… (10)
Thus, the temperature characteristic of Is1: reverse saturation current is obtained. By substituting equation (10) into equation (9), the open-circuit voltage temperature characteristic as shown in equation (11) is obtained.
∂Voc / ∂T = (Voc / T) − (1 / T) ・ ((3 ・ n1 ・ k ・ T) / q + (Ego1 / q)) ... (11)
From the above, the temperature coefficient β [V / ° C.] of the open circuit voltage for each device can be obtained. By using this temperature coefficient, Voc [Tb], Is [Tb], Isc [Tb], Vop [Tb], and Iop [Tb] at the temperature Tb that is the exposure condition are calculated in S502.

式(10)と式(11)により、温度Tbが可変したときのIs1[Tb]、Voc[Tb]が求まり、式(12)に代入することによって、温度Tbにおける短絡電流Isc[Tb]が求まる。Isc[Tb]≒Is1[Tb]・exp((q/(n1・k・Tb))・Voc[Tb])…(12)
ここで、常温におけるIscとIsc[Tb]との比率を求めることによって、デバイス毎の短絡電流の温度係数α[A/℃]を求めることができる。
From Equation (10) and Equation (11), Is1 [Tb] and Voc [Tb] when the temperature Tb is variable are obtained. By substituting into Equation (12), the short-circuit current Isc [Tb] at the temperature Tb is I want. Isc [Tb] ≒ Is1 [Tb] ・ exp ((q / (n1 ・ k ・ Tb)) ・ Voc [Tb]) ... (12)
Here, the temperature coefficient α [A / ° C.] of the short-circuit current for each device can be determined by determining the ratio between Isc and Isc [Tb] at room temperature.

さらに、Vopに注目すると、
Vop=((n1・k・T)/q)・ln((Isc-Iop)/Is1)…(13)
式(8)と式(13)よりIs1を消去すると、
(Vop−Voc)/T=((n1・k)/q)・ln((Isc-Iop)/Isc)…(14)
Tbに関しても同様に求めて、
(Vop[Tb]‐Voc[Tb]) / Tb = ((n1・k) / q) ・ln ((Isc[Tb]-Iop[Tb])/Isc[Tb])…(15)
ここで非特許文献“Comparison of Photovoltaic Array Maximum Power Point Tracking Techniques” Esram Trishan、 IEEE Transactions on Energy Conversion Vol.11、 No2、 pp.439-449、 2007の中において、日射量や温度といった環境が変動した場合においても、Iop≒j・Isc(j:定数)の関係が成り立つと記載されているので、
((n1・k) / q) ・ln ((Isc-Iop)/Isc) =((n1・k) / q)・ln ((Isc[Tb]-Iop[Tb])/Isc[Tb])…(16)
が成り立ち、Vopの温度変化の式が以下の通り算出されることとなる。
Vop[Tb]=((Vop−Voc)/(T))・Tb+Voc[b])…(17)
つまり、S502における演算は、Isc[Tb]の算出には式(12)を、Vop[Tb]の算出には式(17)を、Iop[Tb]の算出には、Iop≒j・Iscで求まる定数jをIsc[Tb]にかけることを行う。
Furthermore, paying attention to Vop,
Vop = ((n1 ・ k ・ T) / q) ・ ln ((Isc-Iop) / Is1) ... (13)
If Is1 is eliminated from Equation (8) and Equation (13),
(Vop−Voc) / T = ((n1 ・ k) / q) ・ ln ((Isc-Iop) / Isc) (14)
Similarly for Tb,
(Vop [Tb] −Voc [Tb]) / Tb = ((n1 ・ k) / q) ・ ln ((Isc [Tb] -Iop [Tb]) / Isc [Tb])… (15)
Here, in non-patent literature “Comparison of Photovoltaic Array Maximum Power Point Tracking Techniques” Esram Trishan, IEEE Transactions on Energy Conversion Vol.11, No2, pp.439-449, 2007, environment such as solar radiation and temperature changed Even in this case, it is described that the relationship of Iop≈j · Isc (j: constant) holds,
((n1 ・ k) / q) ・ ln ((Isc-Iop) / Isc) = ((n1 ・ k) / q) ・ ln ((Isc [Tb] -Iop [Tb]) / Isc [Tb]) … (16)
Therefore, the equation for Vop temperature change is calculated as follows.
Vop [Tb] = ((Vop−Voc) / (T)) ・ Tb + Voc [b])… (17)
In other words, the calculation in S502 is performed using Equation (12) for calculating Isc [Tb], Equation (17) for calculating Vop [Tb], and Iop≈j · Isc for calculating Iop [Tb]. The obtained constant j is multiplied by Isc [Tb].

直列抵抗:Rsは、半導体のデバイス特性を用いた演算が不可能なため、直列抵抗:Rsのフィッティング演算をS503において行う。フィッティングの方法は、図4のS402aと同様に、検査シートから算出されるフィルファクタ:FF=(Iop*Vop)/(Isc*Voc)と式(1)によって計算されるIop’を用いたフィルファクタ:FF’を比較しながら、各パラメータの値をずらしていき、合わせこみを行っていく。   Since the series resistance: Rs cannot be calculated using the semiconductor device characteristics, the fitting of the series resistance: Rs is performed in S503. As with S402a in FIG. 4, the fitting method is a fill factor calculated from the inspection sheet: FF = (Iop * Vop) / (Isc * Voc) and fill using Iop ′ calculated by Expression (1) While comparing the factors: FF ', the values of each parameter are shifted and adjusted.

最後に、S402bと同様に、S503において、式(1)を用いてRshを算出する。以上のS500の演算によって得られたパラメータを用いて式(1)を用いて得られる太陽電池モジュールの電流‐電圧特性は、暴露サイトの実測にて得られる電流‐電圧特性を高精度に再現することが可能となる。   Finally, similarly to S402b, in S503, Rsh is calculated using Equation (1). The current-voltage characteristics of the solar cell module obtained using Equation (1) using the parameters obtained by the above S500 calculation reproduce the current-voltage characteristics obtained by actual measurement at the exposure site with high accuracy. It becomes possible.

図6は、本発明の実施例2に係るMPPT制御の監視機能を搭載した太陽光発電システムのブロック図である。太陽光発電システム1は、電圧検出部3、電流検出部4、負荷変動部5、電気的負荷6によって構成される。   FIG. 6 is a block diagram of a photovoltaic power generation system equipped with an MPPT control monitoring function according to Embodiment 2 of the present invention. The solar power generation system 1 includes a voltage detection unit 3, a current detection unit 4, a load change unit 5, and an electrical load 6.

負荷変動部5は、昇圧チョッパ等によって実現され、スイッチング素子のスイッチング動作におけるオンとオフ比である通流率を可変することによって、負荷を可変し、太陽電池の出力を制御する。ある通流率を持った制御信号は、MPPT部と記載した制御部において生成され、PWM化された後、アイソレーションアンプ7などを介してレベル変換され、負荷変動部5内のスイッチング素子を駆動する。   The load changing unit 5 is realized by a step-up chopper or the like, and varies the load by varying the conduction ratio that is the on / off ratio in the switching operation of the switching element, thereby controlling the output of the solar cell. A control signal having a certain conduction rate is generated in a control unit described as an MPPT unit, converted into PWM, and then subjected to level conversion via an isolation amplifier 7 to drive a switching element in the load fluctuation unit 5. To do.

太陽電池の出力電圧を検出する電圧検出部3、太陽電池の出力電流を検出する電流検出部4において検出された電圧情報と電流情報は、AD変換器ADC8とADC9よってデジタル値に変換された後、MPPT部に送信される。これにより、太陽電池パネルの出力をフィードバックしながら、通流率を制御することできる。   The voltage information and current information detected by the voltage detector 3 for detecting the output voltage of the solar cell and the current detector 4 for detecting the output current of the solar cell are converted into digital values by the AD converters ADC8 and ADC9. , Transmitted to the MPPT section. Thereby, a flow rate can be controlled, feeding back the output of a solar cell panel.

太陽電池アレイからの出力はDCであるため、DC/ACインバータ回路を介して、商用の系統電源に接続する。太陽電池システムの中において、インバータ回路と商用の系統電源は、電気的負荷の役割を担っているとみなすことができる。   Since the output from the solar cell array is DC, it is connected to a commercial power supply via a DC / AC inverter circuit. In the solar cell system, the inverter circuit and the commercial system power supply can be regarded as playing an electrical load role.

太陽光発電システムから高効率な電力を得るために一般的に用いられている山登り法と呼ばれる最大電力点追従制御法が用いられている。この最大電力点追従制のことをMPPT制御(Maximum Power Point Tracking)と呼ぶ。   A maximum power point tracking control method called a hill-climbing method that is generally used to obtain highly efficient power from a solar power generation system is used. This maximum power point tracking system is called MPPT control (Maximum Power Point Tracking).

このMPPT制御によって太陽電池の最大電力が得られているか否かモデリング手法を用いることで判別することが可能である。実施例1で示したように、基準状態演算S400、温度特性演算S502を行い、太陽電池毎のパラメータを算出する。その後、アレイ演算を行うことにより、太陽電池アレイとしての最大電力点を算出する。   It is possible to determine whether or not the maximum power of the solar cell is obtained by this MPPT control by using a modeling technique. As shown in Example 1, reference state calculation S400 and temperature characteristic calculation S502 are performed to calculate parameters for each solar cell. Then, the maximum power point as a solar cell array is calculated by performing array calculation.

太陽電池アレイ2は、太陽電池モジュールを複数枚直列に並べたストリングと呼ばれる単位が並列に並べられることによって構成される。また各太陽電池モジュールには、逆バイアスが掛かった時、逆方向電流が流れるのを防止するため、バイパスダイオードが取り付けられている。   The solar cell array 2 is configured by arranging units called strings in which a plurality of solar cell modules are arranged in series in parallel. Each solar cell module is provided with a bypass diode in order to prevent a reverse current from flowing when a reverse bias is applied.

アレイ演算は、ストリング解析とアレイ解析の組み合わせを行う。ストリング解析を行うときは、複数のモジュールに流れる電流 は共通であるので、ある電流が流れている場合における各太陽電池のモジュール電圧を式(1)から求め、その和を求める。式(1)から電圧を計算する場合、逆関数となるが、ニュートン法などの繰り返し演算を適用することで簡単に求めることが可能である。モジュールに陰が掛かるなどの影響により、モジュール電圧が負になる場合は、バイパスダイオードが機能するため、モジュール電圧≒0として考える。アレイ解析を行うときは、複数のストリングに係る電圧 は共通であるので、ある電圧が掛かっている場合における各ストリングから取り出される電流 を式(1)から求め、その和を求めればよい。   The array operation is a combination of string analysis and array analysis. When performing string analysis, since the currents flowing through the plurality of modules are common, the module voltage of each solar cell when a certain current flows is obtained from Equation (1), and the sum is obtained. When the voltage is calculated from Equation (1), an inverse function is obtained, but it can be easily obtained by applying an iterative operation such as Newton's method. When the module voltage becomes negative due to the influence of the shade on the module, the bypass diode functions, so the module voltage is considered as 0. When performing an array analysis, since the voltages related to a plurality of strings are common, the current extracted from each string when a certain voltage is applied is obtained from Equation (1) and the sum thereof is obtained.

以上により算出されるアレイ特性から得られる最大電力と電圧検出部3、電流検出部4で得られるMPPT制御による電力の比較を行うことで、MPPT制御が正確に行われているかを監視することが可能となる。   By comparing the maximum power obtained from the array characteristics calculated as described above with the power obtained by the MPPT control obtained by the voltage detection unit 3 and the current detection unit 4, it is possible to monitor whether the MPPT control is accurately performed. It becomes possible.

図7、図8は、本発明の実施例3に係るMPPT制御の監視機能を搭載した太陽光発電システムのブロック図である。図7の比較部13bについての算出フローを図8に示す。   7 and 8 are block diagrams of a photovoltaic power generation system equipped with a monitoring function for MPPT control according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 8 shows a calculation flow for the comparison unit 13b of FIG.

まず、温度計15により検出されたTbと式(11)を用いて、Is1(Tb)を求める。次に、あるタイミングで日射計16、電流検出部4によって検出された日射量をEb[N]、MPPにおける電流値をIop[N]とし、次に検出された日射量をEb[N+1]、MPPにおける電流値をIop[N+1]とすると、式(13)は、式(18)、式(19)のように書き換えられ、理想的な電圧比は、式(20)で表すことが出来る。
Vop_N=((n1・k・Tb)/q)・ln((Isc・Eb[N]−Iop[N])/Is1(Tb))…(18)
Vop_N+1=((n1・k・Tb)/q)・ln((Isc・Eb[N+1]−Iop[N+1])/Is1(Tb))…(19)
(Vop_N+1/Vop_N)={ln(Isc・Eb[N+1]−Iop[N+1])−ln(Is1(Tb))}/{ln(Isc・Eb[N]−Iop[N]) -ln( Is1(Tb))} (20)
ここで、電圧検出部3によって検出されたVop[N+1]とVop[N]の比と式(20)を比較することによって、MPPT制御がきちんと行われているか監視することが可能となる。
First, Is1 (Tb) is obtained using Tb detected by the thermometer 15 and Equation (11). Next, the solar radiation amount detected by the solar radiation meter 16 and the current detector 4 at a certain timing is Eb [N], the current value at the MPP is Iop [N], and the solar radiation amount detected next is Eb [N + 1 ], Assuming that the current value in MPP is Iop [N + 1], Equation (13) can be rewritten as Equation (18) and Equation (19), and the ideal voltage ratio is expressed by Equation (20). I can do it.
Vop_N = ((n1 ・ k ・ Tb) / q) ・ ln ((Isc ・ Eb [N] −Iop [N]) / Is1 (Tb)) ... (18)
Vop_N + 1 = ((n1 ・ k ・ Tb) / q) ・ ln ((Isc ・ Eb [N + 1] −Iop [N + 1]) / Is1 (Tb)) (19)
(Vop_N + 1 / Vop_N) = {ln (Isc · Eb [N + 1] −Iop [N + 1]) − ln (Is1 (Tb))} / {ln (Isc · Eb [N] −Iop [N ]) -ln (Is1 (Tb))} (20)
Here, by comparing the ratio of Vop [N + 1] and Vop [N] detected by the voltage detection unit 3 with Expression (20), it is possible to monitor whether the MPPT control is properly performed. .

図9、図10は、本発明の実施例4に係る太陽電池を日射計と温度計として利用可能な太陽光発電システムのブロック図であり、図9の環境算出部17についての算出フローを図10に示す。   FIGS. 9 and 10 are block diagrams of a solar power generation system that can use the solar cell according to the fourth embodiment of the present invention as a solar radiation meter and a thermometer, and a calculation flow for the environment calculation unit 17 in FIG. 9 is illustrated. 10 shows.

まず、実施例2で示したアレイ演算までの手順を行うことによって、アレイとしての日射強度1.0kW/m2、常温298Kにおける短絡電流、開放電圧、動作電圧、動作電流を算出しておく。ここで、暴露サイトにて測定される動作電流I’opに定数jを掛けることにより、短絡電流I’scを算出し、アレイとしての日射強度1.0kW/m2、常温298Kにおける短絡電流で割ることにより、日射量の暫定値p’0を算出する。ここで算出された日射量は、温度の補正が入っていないため、あくまで暫定値である。 First, by performing the procedure up to the array calculation described in the second embodiment, the short-circuit current, the open voltage, the operating voltage, and the operating current at the solar radiation intensity of 1.0 kW / m 2 and the room temperature of 298 K as the array are calculated. Here, by multiplying the operating current I'op measured at the exposure site by a constant j, the short-circuit current I'sc is calculated and divided by the short-circuit current at a solar radiation intensity of 1.0 kW / m 2 and an ordinary temperature of 298K. Thus, the provisional value p′0 of the solar radiation amount is calculated. The amount of solar radiation calculated here is a provisional value because it does not include temperature correction.

次に、アレイとしての暫定の日射強度p’0kW/m2、常温298Kにおける、開放電圧Voc、動作電圧Vopを算出しておく。ここで、暴露サイトにて測定される動作電圧V’opと開放電圧Voc、動作電圧Vopを用いて、暴露サイトの温度T’を算出する。算出式は、式(11)と式(17)を変形した式(21)である。
Tz={V’op−Voc}・298−{((3・n・k・298)/q+(Ego/q))−Voc}・Ncell・298
T’=Tz/{(Vop−Voc}−{((3・n・k・298)/q+(Ego/q))−Voc}・Ncell…(21)
この演算により、暴露サイトの温度が判明するので、式(10)(11)と式(12)より、アレイとしての日射強度1.0kW/m2、温度T’における短絡電流が求まるので、この値で、短絡電流I’scを割ることによって、実際の日射量p’が求まる。
Next, the provisional solar radiation intensity p′0 kW / m 2 as an array and the open circuit voltage Voc and the operating voltage Vop at room temperature 298 K are calculated. Here, the exposure site temperature T ′ is calculated using the operating voltage V′op, the open circuit voltage Voc, and the operating voltage Vop measured at the exposure site. The calculation formula is Formula (21) obtained by modifying Formula (11) and Formula (17).
Tz = {V'op−Voc} ・ 298 − {((3 ・ n ・ k ・ 298) / q + (Ego / q)) − Voc} ・ Ncell ・ 298
T '= Tz / {(Vop−Voc} − {((3 · n · k · 298) / q + (Ego / q)) − Voc} · Ncell (21)
Since the temperature of the exposure site is determined by this calculation, the short-circuit current at the temperature T 'is obtained from the solar radiation intensity of 1.0 kW / m 2 as an array from Equations (10), (11), and (12). Thus, the actual solar radiation amount p ′ can be obtained by dividing the short-circuit current I′sc.

図11は、本発明の実施例5に係るCIS太陽電池のモデリング結果を示したものである。S900はモデリングによる電流-電圧特性を示しており、s901は暴露サイトで測定した電流-電圧特性を示している。出荷時に測定した電流-電圧特性は、s900と相関の高い電流-電圧特性を示すが、CISの光照射効果によりs902の差分が発生する。これは、本発明を用いることにより、暴露サイトにおいて光照射効果の影響も定量化できることを意味する。   FIG. 11 shows the modeling result of the CIS solar cell according to Example 5 of the present invention. S900 shows current-voltage characteristics by modeling, and s901 shows current-voltage characteristics measured at the exposure site. The current-voltage characteristic measured at the time of shipment shows a current-voltage characteristic highly correlated with s900, but a difference of s902 occurs due to the light irradiation effect of CIS. This means that by using the present invention, the influence of the light irradiation effect at the exposure site can also be quantified.

Is1:逆方向飽和電流、K1:不純物濃度、Ego1:バンドギャップ、T:太陽電池素子絶対温度、k:ボルツマン定数、n1:接合定数、Ea:日射強度、Isc, I’sc:短絡電流、Voc, Voc1:解放電圧、Vop:動作電圧、Iop, Iop’:動作電流、S400, S401, S402a, S402b, S500, S501, S502a, S502b, S503a, S503b:演算、Tb:温度、Rs:直列抵抗、Rsh:シャント抵抗、Is0:逆方向飽和電流、Is1:逆方向飽和電流、n0:接合定数、FF, FF’:フィルファクタ、Eb:日射量、p’0:暫定値、α, β:温度係数、1:太陽光発電システム、2:太陽電池アレイ、3:電圧検出部、4:電流検出部、5:負荷変動部、6:電気的負荷、7:アイソレーションアンプ、8:AD変換器、9:ADC、MPPT部:制御部、13b:比較部、15:温度計、16:日射計。   Is1: Reverse saturation current, K1: Impurity concentration, Ego1: Band gap, T: Solar cell element absolute temperature, k: Boltzmann constant, n1: Junction constant, Ea: Solar radiation intensity, Isc, I'sc: Short-circuit current, Voc , Voc1: Release voltage, Vop: Operating voltage, Iop, Iop ': Operating current, S400, S401, S402a, S402b, S500, S501, S502a, S502b, S503a, S503b: Calculation, Tb: Temperature, Rs: Series resistance, Rsh: Shunt resistance, Is0: Reverse saturation current, Is1: Reverse saturation current, n0: Junction constant, FF, FF ': Fill factor, Eb: Solar radiation, p'0: Provisional value, α, β: Temperature coefficient 1: solar power generation system, 2: solar cell array, 3: voltage detection unit, 4: current detection unit, 5: load fluctuation unit, 6: electrical load, 7: isolation amplifier, 8: AD converter, 9: ADC, MPPT part: control part, 13b: comparison part, 15: thermometer, 16: pyranometer.

Claims (12)

温度と日射量が基準状態における太陽電池の短絡電流、開放電圧のデータを受けて、所定の逆方向飽和電流値および前記所定の逆方向飽和電流の式を構成するパラメータ値を基準として、前記太陽電池の性能を示す接合定数と前記太陽電池のキャリアの不純物濃度を算出することを特徴とする太陽電池の特性演算方法The solar cell receives data on short-circuit current and open-circuit voltage of the solar cell when the temperature and the amount of solar radiation are in a reference state, and the solar cell is based on a predetermined reverse saturation current value and a parameter value constituting the predetermined reverse saturation current formula. A method for calculating characteristics of a solar cell , comprising calculating a junction constant indicating the performance of the cell and an impurity concentration of a carrier of the solar cell. 前記接合定数を用いて算出される第2の逆方向飽和電流と、前記接合定数を第2の逆方向飽和電流を用いて算出される第2の開放電圧と前記開放電圧を比較し、前記キャリアの不純物濃度の値を確定することを特徴とする請求項1に記載の太陽電池の特性演算方法The second reverse saturation current calculated using the junction constant, the second open circuit voltage calculated using the second reverse saturation current and the open circuit voltage are compared with the open circuit voltage, and the carrier The method for calculating the characteristics of a solar cell according to claim 1, wherein the value of the impurity concentration is determined. 前記所定の逆方向飽和電流をIs0とし、前記所定の逆方向飽和電流の式を構成するパラメータ値をK0:不純物濃度、Ego:バンドギャップ [eV]、Ta:常温298[K]、k:ボルツマン定数[J/K]、n0:接合定数とし、前記太陽電池について、Is1:逆方向飽和電流、K1:不純物濃度、Ego1:バンドギャップ[eV]、n1:接合定数、Voc1:前記第2の開放電圧とし、前記太陽電池の検査仕様から得られる短絡電流をIsc [A]とした場合、Is1:逆方向飽和電流とn1:接合定数は、下記の式1および式2によって得られ、K1:不純物濃度は、前記太陽電池の検査仕様から得られるVoc:開放電圧と前記第2の開放電圧Voc1を比較しフィッティングを行うことを特徴とする請求項2に記載の太陽電池の特性演算方法
Is1=(K1/K0)・Is0・exp{Ego1/(n1・k・Ta)}/exp{Ego/(n0・k・Ta)} …(式1)
Voc1=((n1・k・Ta)/q)・ln(Isc/Is1) …(式2)
The predetermined reverse saturation current is Is0, and the parameter values constituting the predetermined reverse saturation current equation are K0: impurity concentration, Ego: band gap [eV], Ta: normal temperature 298 [K], k: Boltzmann Constant [J / K], n0: junction constant, and for the solar cell, Is1: reverse saturation current, K1: impurity concentration, Ego1: band gap [eV], n1: junction constant, Voc1: second open circuit In the case where the short-circuit current obtained from the test specification of the solar cell is Isc [A], Is1: reverse saturation current and n1: junction constant are obtained by the following equations 1 and 2 , and K1: impurity 3. The solar cell characteristic calculation method according to claim 2, wherein the concentration is fitted by comparing Voc obtained from an inspection specification of the solar cell: the open-circuit voltage and the second open-circuit voltage Voc1.
Is1 = (K1 / K0) · Is0 · exp {Ego1 / (n1 · k · Ta)} / exp {Ego / (n0 · k · Ta)} (Formula 1)
Voc1 = ((n1 ・ k ・ Ta) / q) ・ ln (Isc / Is1) (Formula 2)
所定の温度におけるIs1:逆方向飽和電流[A]、K1:不純物濃度、n1:接合定数の値を前記式1および前記式2に適用し、Rs:直流抵抗[Ω]のフィッティングを行うことを特徴とする請求項3に記載の太陽電池の特性演算方法Applying Is1: reverse saturation current [A] at a predetermined temperature, K1: impurity concentration, n1: junction constant value to the above formulas 1 and 2 , and fitting Rs: DC resistance [Ω] The method for calculating characteristics of a solar cell according to claim 3, wherein: 所定の温度におけるIs1:逆方向飽和電流[A]、K1:不純物濃度、n1:接合定数の値を前記式1および前記式2に適用し、Rs :直流抵抗[Ω]のフィッティングを行うことを特徴とする請求項3に記載の太陽電池の特性演算方法Applying Is1: reverse saturation current [A] at a predetermined temperature, K1: impurity concentration, n1: junction constant values to the above formulas 1 and 2 , and fitting Rs: DC resistance [Ω] The method for calculating characteristics of a solar cell according to claim 3, wherein: 前記算出されたK1:不純物濃度、n1:接合定数を用いて、開放電圧と逆方向飽和電流の温度係数を算出し、それらによって得られた値から所定の温度における短絡電流、開放電圧、最大電力動作点を算出することを特徴とする請求項1に記載の太陽電池の特性演算方法Using the calculated K1: impurity concentration and n1: junction constant, the temperature coefficient of the open circuit voltage and the reverse saturation current is calculated, and the short circuit current, the open circuit voltage, and the maximum power at a predetermined temperature are calculated from the obtained values. 2. The method for calculating characteristics of a solar cell according to claim 1, wherein an operating point is calculated. 前記算出されたK1:不純物濃度、n1:接合定数と、所定の温度におけるIs1:前記算出された短絡電流、開放電圧、最大電力動作点から所定の温度におけるRs :直流抵抗[Ω]、Rsh :シャント抵抗[Ω]を算出することによって得られる所定の温度、所定の日射強度における前記太陽電池の特性と計測により得られる特性の差分を求めることによって、前記太陽電池の光照射効果を定量化することを特徴とする請求項6に記載の太陽電池の特性演算方法The calculated K1: Impurity concentration, n1: Junction constant, Is1: At a predetermined temperature, Is1: The calculated short-circuit current, open-circuit voltage, Rs at a predetermined temperature from the maximum power operating point: DC resistance [Ω], Rsh: The light irradiation effect of the solar cell is quantified by obtaining the difference between the characteristic of the solar cell and the characteristic obtained by measurement at a predetermined temperature and a predetermined solar radiation intensity obtained by calculating the shunt resistance [Ω]. The solar cell characteristic calculation method according to claim 6. 演算に先立って、
複数の太陽電池モジュールを直列に接続した太陽電池ストリングを一つの単位として、複数の前記太陽電池ストリングを並列接続することによって構成された太陽電池アレイと、
前記太陽電池アレイの動作電圧を制御する電圧制御部と、
前記電圧制御部での制御情報として前記太陽電池アレイの出力電圧を検出する電圧検出部と、
前記太陽電池アレイの出力電流を検出する電流検出部とを有する太陽光発電システムを準備することを特徴とする請求項1に記載の太陽電池の特性演算方法
Prior to the calculation,
A solar cell array configured by connecting a plurality of solar cell strings in parallel, with a solar cell string in which a plurality of solar cell modules are connected in series as one unit,
A voltage controller for controlling the operating voltage of the solar cell array;
A voltage detector that detects an output voltage of the solar cell array as control information in the voltage controller;
The solar cell characteristic calculation method according to claim 1, wherein a solar power generation system including a current detection unit that detects an output current of the solar cell array is prepared .
前記電圧制御部の制御によって前記電圧検出部と前記電流検出部から得られる電力と請求項1に記載の通り算出される最大電力を比較する比較手段を特徴とする請求項8に記載の太陽電池の特性演算方法 Sun according to claim 8, wherein the comparison means for comparing the maximum power which is calculated as described in the power and claim 1 obtained from the current detector and the voltage detector under the control of the voltage control unit Battery characteristic calculation method . 前記比較手段の結果をもとに、前記電圧制御部によって制御する電圧の値を可変させることを特徴とする請求項9に記載の太陽電池の特性演算方法10. The method for calculating the characteristics of a solar cell according to claim 9, wherein the voltage value controlled by the voltage controller is varied based on the result of the comparing means. 前記電流検出部から得られる電流と所定の温度におけるIs1:逆方向飽和電流[A]から最大電力の電圧移動比を算出し、前記電圧検出部から得られる電圧比を比較する比較手段を特徴とする請求項8に記載の太陽電池の特性演算方法Comparing means for calculating a voltage transfer ratio of maximum power from the current obtained from the current detection unit and Is1 at a predetermined temperature: reverse saturation current [A] and comparing the voltage ratio obtained from the voltage detection unit The method for calculating characteristics of a solar cell according to claim 8. 前記請求項1に記載の通り算出される開放電圧と逆方向飽和電流の温度係数と前記電圧検出部と前記電流検出部から得られる動作電圧と動作電流の値から太陽電池の温度を算出することを特徴とする請求項8に記載の太陽電池の特性演算方法The temperature of the solar cell is calculated from the open circuit voltage and the temperature coefficient of the reverse saturation current calculated as in claim 1, the operating voltage obtained from the voltage detector and the current detector, and the value of the operating current. The solar cell characteristic calculation method according to claim 8.
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