JP6743380B2

JP6743380B2 - 太陽電池モジュール評価装置

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Publication number: JP6743380B2
Application number: JP2015237963A
Authority: JP
Inventors: 和也橋口; 年男片貝; 三好　達也; 達也三好; 大典佐藤; 勝利中津
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2020-08-19
Anticipated expiration: 2035-12-04
Also published as: JP2017103992A

Description

本発明は、太陽電池モジュール評価装置に関する。

従来、複数の太陽電池セル（以下、単に「セル」という。）が電気的に接続された太陽電池モジュールに疑似太陽光を照射して、太陽電池モジュールの電流電圧特性を測定する評価装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−０８９９３５号公報

ところで、例えば、太陽電池モジュールを車両に設置する場合、車両がビルや電柱などの影のある場所を通過するときなど、走行状況によっては、太陽電池モジュールの各セルに照射される光量が変化する場合がある。このように、各セルに照射される光量が変化すると、太陽電池モジュールの特性が変動することで電磁波ノイズが発生し、例えば、ラジオ放送の受信が妨害される場合がある。

しかしながら、従来の評価装置では、車両が影のある場所を通過する場合など、影の影響を再現して、太陽電池モジュールの特性を評価することは困難であった。これは、従来の装置では、１個の光源を用いて太陽電池モジュールの特性を評価するため、影の分布に対応させて各セルに照射する光量を調整することが難しいからである。

そこで、上記課題に鑑み、影の影響を再現して、太陽電池モジュールの特性を評価することが可能な太陽電池モジュール評価装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る太陽電池モジュール評価装置は、
車両に設置される太陽電池モジュールであり、複数のセルが電気的に接続された太陽電池モジュールの特性を評価する装置であって、
前記複数のセルの各々に対応して設けられた複数の光源を含む照射部と、
前記複数の光源の各々の照射光量を独立して制御する照射制御部と、
を備え、
前記照射制御部は、再現したい市場環境想定シーンに対応して定められた条件テーブルに基づいて、前記複数の光源の各々の照射光量を制御し、
前記条件テーブルは、再現したい市場環境想定シーンを車両が通過している場合における前記車両に設置される太陽電池モジュールの複数のセルの各々の発電量と同じ発電量となるように、前記複数の光源の各々の照射光量を制御したときの前記複数の光源の各々に供給される電力によって定められる、又は再現したい市場環境想定シーンを車両が通過している場合における前記車両に設置される太陽電池モジュールから発生する電磁波ノイズの波形と同じ波形となるように、前記複数の光源の各々の照射光量を制御したときの前記複数の光源の各々に供給される電力によって定められることを特徴とする。

開示の太陽電池モジュール評価装置によれば、複数のセルの各々に対応して設けられた複数の光源の各々の照射光量を独立して制御するので、影の影響を再現して、太陽電池モジュールの特性を評価することができる。

本実施形態の太陽電池モジュール評価装置の概略図影分布とセルの出力分布の一例を示す図影分布とセルの出力分布の他の例を示す図影分布とセルの出力分布の更に他の例を示す図セルに対する光の当たり方とセルの発電量との関係を示す図第１実施形態における条件テーブルを例示する図条件テーブルに基づいて光を照射したときの各セルの出力分布を示す図条件テーブルに基づいて光を照射したときの太陽電池モジュールから発生する電磁波ノイズを示す図第２実施形態における条件テーブルを例示する図

以下、発明を実施するための形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省略する。

本実施形態の太陽電池モジュール評価装置は、太陽電池モジュール（ソーラーパネル）に照射される光量（照射光量）が変化することにより変動する太陽電池モジュールの特性を評価する装置である。

以下では、一例として、車両が影のある場所を通過する場合における影の影響を再現して、車両のルーフ上に設置された太陽電池モジュールの特性を評価する装置について説明するが、これに限定されない。本実施形態の太陽電池モジュール評価装置は、住宅用の太陽電池モジュール等、各種の太陽電池モジュールの特性を評価する際に利用することができる。

（太陽電池モジュール評価装置）
本実施形態の太陽電池モジュール評価装置について、図１に基づき説明する。図１は、本実施形態の太陽電池モジュール評価装置の概略図である。

図１に示すように、太陽電池モジュール評価装置は、太陽電池モジュール１１の特性を評価する装置であり、照射部１と、照射制御部６とを備える。太陽電池モジュール１１は、複数のセル１２が電気的に接続されたモジュールであり、例えば、複数の結晶シリコン太陽電池セルが電気的に接続された結晶シリコン太陽電池モジュールである。図１では、一例として、１２個のセル１２が電気的に接続された太陽電池モジュール１１を示している。

照射部１は、太陽電池モジュール１１の複数のセル１２の各々に対応して設けられた複数の光源２を含む。図１では、１２個のセル１２の各々に対応して１２個の光源２が設けられている。照射部１は、太陽電池モジュール１１の受光面（表面）側に、太陽電池モジュール１１の表面からの距離が２５ｃｍ以上離れた位置に配置されることが好ましい。これにより、照射部１から照射される光によって太陽電池モジュール１１の温度が上昇することを抑制できるため、略一定の温度環境下で太陽電池モジュール１１の特性を評価できる。その結果、太陽電池モジュール１１の特性を精度良く評価できる。

各光源２から出射される光は、各光源２に対応する１個のセル１２に照射され、対応する１個のセル１２に隣接するセルなど、その他のセル１２には照射されない指向性を有することが好ましい。これにより、各光源２から太陽電池モジュール１１に対して照射される光が互いに干渉することを抑制できる。なお、その他のセル１２に光を照射しない指向性とは、その他のセル１２に全く光を照射しない指向性に限定されず、その他のセル１２にほとんど光を照射しない指向性、例えば、その他のセル１２の発電量に影響を与えない程度の指向性を含む。各光源２から出射する光は、例えば、リフレクタ、集光レンズ、コリメータレンズ等の光学系を通過することにより、対応する１個のセル１２以外のセル１２に照射されない指向性を有するように調整される。

各光源２は、例えば、太陽光と略同様の分光分布を有する疑似太陽光を照射することが可能な光源であることが好ましい。また、各光源２は、例えば、放射照度が０Ｗ／ｍ^２から１０００Ｗ／ｍ^２の範囲の光を出射可能な光源であることが好ましい。放射照度は、例えば、照射制御部６により、各光源２に供給される電力が制御されることで調整される。

各光源２は、電磁波ノイズを発生しない又はほとんど発生しないものであることが好ましく、例えば、キセノンランプ、ハロゲンランプ、赤外線レーザであることが好ましい。また、各光源２の周囲に電磁波ノイズを遮蔽する遮蔽部を設けてもよい。これにより、照射部１から電磁波ノイズが放出された場合であっても、電磁波ノイズが周囲に漏洩することを抑制できる。

照射制御部６は、各光源２の照射光量を独立して制御する。これにより、各光源２から複数のセル１２の各々に対して放射照度の異なる光が照射される。照射制御部６は、光源用電力装置７と、回路８と、制御用装置９とを有する。

光源用電力装置７は、回路８を介して照射部１に所定の電力を供給する装置である。

回路８は、各光源２に供給する電力を制御して各光源２を調光する調光回路と、各光源２への通電のオン・オフを制御して各光源２を点滅（オン・オフ）させる点滅回路とを含む。

制御用装置９は、調光回路により各光源２の照射光量を独立して制御し、点滅回路により各光源２のオン・オフを独立して制御する。なお、制御用装置９は、点滅回路により各光源２のオン・オフを一括して制御してもよい。制御用装置９は記憶部を有し、記憶部には、後述する条件テーブル等が記憶されている。

（太陽電池モジュール評価装置の動作）
本実施形態の太陽電池モジュール評価装置の動作の一例について説明する。

図２は、影分布とセルの出力分布の一例を示す図である。具体的には、図２（ａ）は、車両がトンネル内の吹き抜けを通過しているシーンを示している。図２（ｂ）は、図２（ａ）の破線で囲まれた位置に車両が存在する場合における太陽電池モジュール１１上の影分布を示している。図２（ｃ）は、図２（ｂ）の影分布のときのセル１２の出力分布を示している。図２（ｄ）は、図２（ｂ）の影分布のときの太陽電池モジュール１１から発生する電磁波ノイズの波形を示している。なお、図２（ｂ）及び（ｃ）において、車両の進行方向を矢印で示している。また、図２（ｃ）では、各セル１２の出力を、１０００Ｗ／ｍ^２の光が照射されたときの出力に対する相対値（％）として示している。また、図２（ｄ）における横軸は周波数（ｋＨｚ）、縦軸はノイズレベル（ｄＢｍ）を示している。

図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、車両がトンネル内の吹き抜けを通過し、車両の前側のセル１２の大部分に影が分布している場合、各セル１２の出力（発電量）は、図２（ｃ）に示すように、車両の前側のセル１２で小さく、車両の後側のセル１２で大きくなる。また、太陽電池モジュール１１から発生する電磁波ノイズは、図２（ｄ）に示す特性を有する。

図３は、影分布とセルの出力分布の他の例を示す図である。具体的には、図３（ａ）は、車両が木漏れ日のある木陰を通過しているシーンを示している。図３（ｂ）は、図３（ａ）の破線で囲まれた位置に車両が存在する場合における太陽電池モジュール１１上の影分布を示している。図３（ｃ）は、図３（ｂ）の影分布のときのセル１２の出力分布を示している。図３（ｄ）は、図３（ｂ）の影分布のときの太陽電池モジュール１１から発生する電磁波ノイズの波形を示している。なお、図３（ｂ）及び（ｃ）では、車両の進行方向を矢印で示している。また、図３（ｃ）では、各セル１２の出力を、１０００Ｗ／ｍ^２の光が照射されたときの出力に対する相対値（％）として示している。また、図３（ｄ）における横軸は周波数（ｋＨｚ）、縦軸はノイズレベル（ｄＢｍ）を示している。

図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、車両が木漏れ日のある木陰を通過し、車両の右側のセル１２の大部分に影が分布している場合、各セル１２の出力は、図３（ｃ）に示すように、車両の右側のセル１２で小さく、車両の左側のセル１２で大きくなる。また、太陽電池モジュール１１から発生する電磁波ノイズは、図２（ｄ）と異なり、図３（ｄ）に示す特性を有する。

このように、太陽電池モジュール１１を車両に設置する場合、車両が影のある場所を通過するときなど、走行状況によっては、太陽電池モジュール１１の各セル１２に照射される光量が変化する。各セル１２に照射される光量が変化すると、太陽電池モジュール１１の特性が変動することで、太陽電池モジュール１１から発生する電磁波ノイズの波形が変化する。その結果、電磁波ノイズにより、例えば、ラジオ放送の受信が妨害される場合がある。

これは、影により太陽電池モジュール１１における電流経路が変化し、太陽電池モジュールの近傍に設置されるアンテナ（例えば、車両のルーフ上に設置されるルーフアンテナ）と電流経路との間の距離が変化するためである。具体的には、アンテナと電流経路との間の距離が近い場合、アンテナと電流経路との間の距離が遠い場合と比較して、電磁波ノイズがアンテナへ混入しやすくなる。

図４は、影分布とセルの出力分布の更に他の例を示す図である。具体的には、図４（ａ）は、車両が特定の影を通過しているシーンを示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）の破線矢印Ｙに沿って車両が移動したときのセル１２ａの出力（電圧）の変化を示している。図４（ｃ）は、図４（ａ）の破線矢印Ｙに沿って車両が移動したときのセル１２ｂの出力の変化を示している。

図４に示すように、特定の影を車両が通過する場合、セル１２ａ及びセル１２ｂの出力が短時間で大きく変化する場合がある。短時間でセル１２ａ及びセル１２ｂの出力が短時間で大きく変化すると、太陽電池モジュール１１から電磁波ノイズが発生し、例えば、太陽電池モジュール１１の近傍に設置されるアンテナなどに影響を与える場合がある。

このように、影により太陽電池モジュール１１における電流経路が変化したり、影によりセル１２の出力が短時間で大きく変化したりすると、太陽電池モジュール１１から電磁波ノイズが発生し、アンテナ等の他の機器に影響を与える場合がある。このため、影の影響を再現して、太陽電池モジュール１１の特性を評価することが可能な太陽電池モジュール評価装置が求められている。しかしながら、１個の光源を用いて太陽電池モジュール１１の特性を評価する従来の装置では、太陽電池モジュール１１上の影分布を再現して、太陽電池モジュール１１の特性を評価することが困難である。

そこで、以下では、影の影響を再現して、太陽電池モジュール１１の特性を評価することが可能な、第１実施形態及び第２実施形態の太陽電池モジュール評価装置の動作について説明する。

〔第１実施形態〕
本実施形態の太陽電池モジュール評価装置は、照射制御部６が複数のセル１２の各々に対応して設けられた複数の光源２の各々の照射光量を独立して制御するので、影の影響を再現して、太陽電池モジュール１１の特性を評価することができる。以下、図５から図８を参照しながら具体的に説明する。

本実施形態の太陽電池モジュール評価装置では、照射制御部６は、再現したい市場環境を想定した状況（以下「市場環境想定シーン」という。）に対応して定められた条件テーブルに基づいて、各光源２が各セル１２に対して照射する光量を制御する。条件テーブルには、市場環境想定シーンごとに各光源２の照射光量が定められている。

条件テーブルは、例えば、再現したい市場環境想定シーンを車両が通過している場合における各セル１２の発電量と同じ発電量となるように、各光源２の照射光量を制御したときの各光源２に供給される電力によって定められる。これにより、再現したい市場環境想定シーンにおいて各セル１２に照射される光と同様の環境を作り出すことができる。これは、セル１２に照射される光の位置、面積、単位面積当たりの光量が異なる場合であっても、セル１２全体に照射される光量（面積×単位面積当たりの光量）が同じであれば、セル１２の発電量が同一となるからである。

図５は、セルに対する光の当たり方（照射される光の位置、面積及び単位面積当たりの光量）とセルの発電量との関係を示す図である。図５の上段左側には、セルの右上部分（面積Ｓ）に光量の大きい光（光量Ｌ）が照射された場合を示している。図５の上段中央には、セルの左中央部分（面積Ｓ）に光量の大きい光（光量Ｌ）が照射された場合を示している。図５の上段右側には、セルの下側部分（面積Ｓ×２）に光量の小さい光（光量Ｌ×１／２）が照射された場合を示している。これらの場合、少なくとも照射される位置、面積、単位面積当たりの光量のいずれかが異なるが、いずれもセル１２全体に照射される光量が同じ（光量Ｓ×Ｌ）であるので、セル１２の発電量は同一となる。図５では、セル１２の発電量はいずれも６０％である。

図６は、第１実施形態における条件テーブルを例示する図である。図７は、条件テーブルに基づいて光を照射したときの各セルの出力分布を示す図である。図７（ａ）は条件テーブルＡに基づいて光を照射したときの各セルの出力分布を示し、図７（ｂ）は条件テーブルＢに基づいて光を照射したときの各セルの出力分布を示している。

各条件テーブルは、記憶部に記憶されており、例えば、図６に示すように、各条件テーブルには、光源２ごとの光照射条件（例えば、光源２に供給する電力）が定められている。図６では、一例として、２つの条件テーブル（条件テーブルＡ及び条件テーブルＢ）を示している。条件テーブルＡ及び条件テーブルＢには、光源ＩＤごとに光源２に供給する電力（％）が定められている。光源２に供給する電力（％）は、例えば、光源２の定格電力を１００％としたときの割合として定められる。

再現したい市場環境想定シーンが「トンネル内吹き抜け」の場合、照射制御部６は、「トンネル内吹き抜け」に対応する条件テーブル（例えば、条件テーブルＡ）を参照し、各光源２に供給する電力が条件テーブルＡに定められた電力となるように回路８を制御する。これにより、各光源２の照射光量が調整される。このとき、図７（ａ）に示すように、「トンネル内吹き抜け」を車両が通過している場合の影分布のときのセル１２の出力分布（図２（ｃ）参照）と同様の出力分布を得ることができる。すなわち、「トンネル内吹き抜け」を車両が通過している場合における影の影響を再現して、太陽電池モジュール１１の特性を評価することができる。

再現したい市場環境想定シーンが「木陰の木漏れ日」の場合、照射制御部６は、「木陰の木漏れ日」に対応する条件テーブル（例えば、条件テーブルＢ）を参照し、各光源２に供給する電力が条件テーブルＢに定められた電力となるように回路８を制御する。これにより、各光源２の照射光量が調整される。このとき、図７（ｂ）に示すように、「木陰の木漏れ日」を車両が通過している場合の影分布のときのセル１２の出力分布（図３（ｃ）参照）と同様の出力分布を得ることができる。すなわち、「木陰の木漏れ日」を車両が通過している場合における影の影響を再現して、太陽電池モジュール１１の特性を評価することができる。

また、本実施形態の太陽電池モジュール評価装置は、外来電波及び電波反響のない電波暗室に設置して使用することができる。これにより、車両が影のある場所を通過する場合における影の影響を再現して、太陽電池モジュール１１から発生する電磁波ノイズを測定することができ、例えば、ラジオ放送の受信が妨害されていないかを確認することができる。

図８は、条件テーブルに基づいて光を照射したときの太陽電池モジュールから発生する電磁波ノイズを示す図である。図８（ａ）は条件テーブルＡに基づいて光を照射したときの太陽電池モジュールから発生する電磁波ノイズを示し、図８（ｂ）は条件テーブルＢに基づいて光を照射したときの太陽電池モジュールから発生する電磁波ノイズを示している。

再現したい市場環境想定シーンが「トンネル内吹き抜け」の場合、照射制御部６は、「トンネル内吹き抜け」に対応する条件テーブル（例えば、条件テーブルＡ）を参照し、各光源２に供給する電力が条件テーブルに定められた電力となるように回路８を制御する。これにより、各光源２の照射光量が調整される。このとき、図８に示すように、「トンネル内吹き抜け」を車両が通過している場合の影分布のときの太陽電池モジュール１１から発生する電磁波ノイズの波形（図３（ｃ）参照）と同様の波形を得ることができる。すなわち、「トンネル内吹き抜け」を車両が通過している場合における影の影響を再現して、太陽電池モジュール１１の特性を評価することができる。

再現したい市場環境想定シーンが「木陰の木漏れ日」の場合、照射制御部６は、「木陰の木漏れ日」に対応する条件テーブル（例えば、条件テーブルＢ）を参照し、各光源２に供給する電力が条件テーブルに定められた電力となるように回路８を制御する。これにより、各光源２の照射光量が調整される。このとき、図８（ｂ）に示すように、「木陰の木漏れ日」を車両が通過している場合の影分布のときの太陽電池モジュール１１から発生する電磁波ノイズの波形（図３（ｄ）参照）と同様の波形を得ることができる。すなわち、「木陰の木漏れ日」を車両が通過している場合における影の影響を再現して、太陽電池モジュール１１の特性を評価することができる。

なお、本実施形態では、再現したい市場環境想定シーンを車両が通過している場合における各セル１２の発電量と同じ発電量となるように各光源２の照射光量を制御したときの各光源２に供給される電力が条件テーブルに定められている形態について説明した。しかしながら、本実施形態はこれに限定されず、条件テーブルは、他の方法により定められていてもよい。具体的には、再現したい市場環境想定シーンを車両が通過している場合における太陽電池モジュール１１から発生する電磁波ノイズの波形と同じ波形となるように、各光源２の照射光量を制御したときの各光源２に供給される電力によって定められてもよい。

〔第２実施形態〕
第１実施形態では、所定の市場環境想定シーンの特定の位置に車両が存在する場合における影の影響を再現して、太陽電池モジュール１１の特性を評価する形態について説明した。第２実施形態では、所定の市場環境想定シーンを車両が通過する間に変化する影の影響を再現して、太陽電池モジュール１１の特性を評価する形態について説明する。

本実施形態の太陽電池モジュール評価装置は、照射制御部６が複数のセル１２の各々に対応して設けられた複数の光源２の各々の照射光量を独立して制御するので、影の影響を再現して、太陽電池モジュール１１の特性を評価することができる。以下、図９を参照しながら具体的に説明する。図９は、第２実施形態における条件テーブルを例示する図である。

本実施形態の太陽電池モジュール評価装置では、照射制御部６は、再現したい市場環境想定シーンに対応して定められた条件テーブルに基づいて、各光源２が各セル１２に対して照射する光量を制御する。条件テーブルには、市場環境想定シーンごとに各光源２の照射光量が定められている。

条件テーブルは、例えば、再現したい市場環境想定シーンを車両が通過している場合における各セル１２の出力（電圧）と同じ出力（電圧）となるように、各光源２の照射光量を制御したときの各光源２に供給される電力によって定められる。

図９に示すように、条件テーブルには、光源２ごとの光照射条件（例えば、光源２に供給する電力）が時間軸と共に定められている。図９では、一例として、１つの条件テーブル（条件テーブルａ）を示している。条件テーブルａには、光源ＩＤごとに光源２に供給する電力（％）が時間軸と共に定められている。光源２に供給する電力（％）は、例えば、光源２の定格電力を１００％としたときの割合として定められる。

図４に示すように、車両が特定の影を通過する場合、照射制御部６は、特定の影を車両が通過する場合に対応する条件テーブル（条件テーブルａ）を参照し、条件テーブルａに定められた電力となるように回路８を制御する。これにより、各光源２の照射光量が調整される。このとき、特定の影を車両が通過している場合の影分布のときのセル１２の出力分布と同様の出力分布を得ることができる。また、特定の影を車両が通過している場合の影分布のときの太陽電池モジュール１１から発生する電磁波ノイズの波形と同様の波形を得ることができる。すなわち、特定の影を車両が通過する間に変化する影の影響を再現して、太陽電池モジュール１１の特性を評価することができる。

なお、本実施形態では、車両が特定の影を通過する場合における各セル１２の発電量と同じ発電量となるように、各光源２の照射光量を制御したときの各光源２に供給される電力によって条件テーブルが定められる形態について説明した。しかしながら、条件テーブルは、他の方法により定められていてもよい。具体的には、車両が特定の影を通過する場合における太陽電池モジュール１１から発生する電磁波ノイズの波形と同じ波形となるように、各光源２の照射光量を制御したときの各光源２に供給される電力によって定められてもよい。

以上、太陽電池モジュール評価装置を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

１照射部
２光源
６照射制御部
７光源用電力装置
８回路
９制御用装置
１１太陽電池モジュール
１２セル

Claims

車両に設置される太陽電池モジュールであり、複数のセルが電気的に接続された太陽電池モジュールの特性を評価する装置であって、
前記複数のセルの各々に対応して設けられた複数の光源を含む照射部と、
前記複数の光源の各々の照射光量を独立して制御する照射制御部と、
を備え、
前記照射制御部は、再現したい市場環境想定シーンに対応して定められた条件テーブルに基づいて、前記複数の光源の各々の照射光量を制御し、
前記条件テーブルは、再現したい市場環境想定シーンを車両が通過している場合における前記車両に設置される太陽電池モジュールの複数のセルの各々の発電量と同じ発電量となるように、前記複数の光源の各々の照射光量を制御したときの前記複数の光源の各々に供給される電力によって定められる、又は再現したい市場環境想定シーンを車両が通過している場合における前記車両に設置される太陽電池モジュールから発生する電磁波ノイズの波形と同じ波形となるように、前記複数の光源の各々の照射光量を制御したときの前記複数の光源の各々に供給される電力によって定められることを特徴とする太陽電池モジュール評価装置。