KR101369435B1 - 태양 전지의 특성 평가 장치 - Google Patents

태양 전지의 특성 평가 장치 Download PDF

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에코 세이키 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 태양 전지의 고장 진단을 보다 상세히 행하는 것을 목적으로 한다. 태양 전지의 특성 평가 장치는 태양 전지의 전류-전압 특성을 계측하는 계측부(30, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50)와, 상기 계측부에 의해 계측된 상기 전류-전압 특성을 소정의 기준 상태로 환산하는 환산부(30)와, 복수의 기준 특성을 기억하는 메모리(52)와, 상기 기준 상태로 환산된 상기 전류-전압 특성과 상기 기억부로부터 읽어 낸 상기 기준 특성의 각각을 비교하여, 상기 I-V 특성이 상기 기준 특성 중 어느 것에 가장 근사한지를 판정하는 판정부(30)를 구비한다.
Figure R1020087019547
태양 전지, 전류-전압 특성, 기준 특성

Description

태양 전지의 특성 평가 장치 {APPARATUS FOR EVALUATING CHARACTERISTICS OF SOLAR CELL}
본 발명은 태양 전지의 특성을 평가하기 위한 기술에 관한 것이다.
근년에, 지구환경 문제가 주목되고 있는 가운데, 무진장하고 깨끗한 에너지인 태양 에너지를 이용한 태양광 발전 시스템의 보급이 진행되고 있다. 일본은 세계의 태양광 발전 시스템 시장에서 제1위의 시장 점유율을 가지고 있으며, 일본 국내에서는 지구 온난화 대책의 일환으로서 2010년에 482만kW의 발전량에 상당하는 태양광 시스템의 도입을 목표로 하고 있다.
태양광 발전 시스템이 일반 가정으로 보급됨에 따라, 시스템의 보수 및 관리 기술이 중요하게 되었다. 예를 들어, 시스템을 구성하는 개개의 태양 전지 중에는 시공시의 배선 실수, 인근의 수목이나 구조물 등에 의한 영향, 또는 경시(經時) 열화 등 다양한 요인에 의해, 당초 계획되어 있던 규정 출력이 얻어지지 않는 경우가 있다. 하지만, 일반적으로 태양광 발전 시스템의 설치 장소는 옥상이기 때문에, 시스템 구입자는 시스템 설치 후에 생기는 발전 전력의 저하를 알아차릴 수 없는 경우가 많다. 또, 태양 전지의 출력은 태양 전지의 설치 상태(경사각 등), 계절(태양 고도), 시각(태양 방위각), 온도 등 다양한 요인에 의해 변동하기 때문에, 태양 전지의 발전 출력이 정상인지 아닌지를 판단하기가 어렵다. 이 때문에, 시공하고 나서 잠시 후에 이상으로 느끼는 경우가 많다. 이로 인해, 태양광 발전 시스템의 출력 저하를 발견하고, 그 장소를 특정하는 방법이 필요하게 되었다.
지금까지 태양 전지 모듈의 출력 저하에 관한 보고가 있었지만, 시스템화된 태양 전지 어레이의 출력 저하의 장소를 특정하는 방법을 검토한 보고는 적다(비특허 문헌 1 참조). 예를 들어, 주택용 태양광 발전 시스템의 시공공사 때, 테스터에 의해 개방전압을 확인하는 것이 있으나(비특허 문헌 2 참조), 이 경우 태양광 발전 시스템의 개방전압이 정상이었다 하더라도 출력이 저하되는 경우가 있다. 따라서, 테스터를 이용한 방법으로는 태양광 발전 시스템의 이상을 정확하게 진단하는 것이 어렵다.
비특허 문헌 1: 다카시마 외, 「태양 전지 어레이의 고장 진단 방법의 기초적 검토」, 태양/풍력 발전 에너지 강연 논문집, 105, pp.425-428(2003).
비특허 문헌 2: 니시자와 외, 「태양광 발전의 초보와 주택에의 응용」, 이공도서주식회사, p.159(1998).
그러므로, 본 발명은 태양 전지의 고정 진단을 보다 상세하게 행할 수 있도록 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 의한 태양 전지의 특성 평가 장치는 태양 전지의 전류-전압 특성을 계측하는 계측부와, 상기 계측부에 의해 계측된 상기 전류-전압 특성을 소정의 기준 상태로 환산하는 환산부와, 복수의 기준 특성을 기억하는 메모리(기억부)와, 상기 기준 상태로 환산된 상기 전류-전압 특성과 상기 메모리로부터 읽어 낸 상기 기준 특성의 각각을 비교하여, 상기 전류-전압 특성이 상기 기준 특성 중 어느 것에 가장 근사한지(즉, 어느 기준 특성과의 차이가 적은가)를 판정하는 판정부를 구비한다. 또한, 특성 평가 장치가 상기 판정부에 의한 상기 판정의 내용을 표시하는 표시부를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 구성에서는, 예컨대 몇 가지의 전형적인 고장에 대응하는 전류-전압 특성의 기준 특성을 미리 준비하여 두고, 그 기준 특성들과 실제로 태양 전지를 계측하여 얻은 전류-전압 특성을 비교함으로써, 고장의 내용이 추정된다. 따라서, 태양 전지의 고장 진단을 보다 상세하게 행하는 것이 가능하게 된다.
상술한 환산부는 상기 전류-전압 특성을 1kW/m2, 25℃의 기준 상태로 환산하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 고장의 추정을 보다 고정밀도로 행할 수가 있다.
상술한 환산부는 상기 태양 전지의 이면 온도와 일사 강도를 취득하여, 이들에 의거하여 상기 기준 상태로의 환산을 행하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 태양 전지의 설치 환경에 의한 오차를 가미하여 기준 상태로의 환산을 행하는 것이 가능하므로, 고장의 추정을 보다 고정밀도로 행할 수가 있다.
상술한 환산부는 상기 전류-전압 특성을 정규화하는 처리를 더 행하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 고장의 추정을 보다 고정밀도로 행할 수가 있다.
상술한 판정부는 예컨대 최소자승법(least square method)에 의해 상기 전류-전압 특성과 상기 기준 특성의 각각을 비교할 수도 있다. 또한, 다른 곡선회귀법(curve regression method)을 채택해도 좋다.
이러한 방법을 채택할 경우, 간편하고도 신뢰성 높은 비교 결과를 얻을 수 있다.
상술한 계측부는 상기 태양 전지의 전류의 계측을 행하기 이전에 개방전압의 계측을 행하고, 상기 개방전압이 이상치를 나타내는 경우에는 상기 전류의 계측을 이행하지 않는 것이 바람직하다.
이에 의해, 전류 계측에 앞서 태양 전지의 역접속 등의 이상을 검지하여, 특성 평가 장치의 파손을 방지할 수가 있다.
상술한 계측부는 상기 태양 전지의 개방전압을 계측하여 전압 범위를 설정하고, 이어서 상기 태양 전지에 부하를 접속했을 때의 전류를 최대 범위로 계측하고, 그 값에 의거하여 전류 범위를 설정하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 전류와 전압을 자동 범위로 계측하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 의하면, 시공 실수, 수목이나 건조물 등의 주변 환경, 경시 열화 등에 의한 태양 전지의 출력 저하를 개별적으로 추정하여 검출할 수가 있다. 따라서, 태양 전지 및 이를 이용한 시스템의 고장 진단을 보다 상세하게 행하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 일 실시형태의 태양 전지 모듈의 특성 평가 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 태양 전지 모듈의 회로 구성례에 관하여 설명하는 도면이다.
도 3은 특성 평가 장치의 기능에 관하여 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 4는 전류-전압 특성(I-V 특성)에 관하여 상세히 설명하는 도면이다.
도 5는 태양 전지의 등가 회로를 나타내는 도면이다.
도 6은 특성 평가 장치의 상세 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 기준 특성 데이터에 관하여 설명하는 개념도이다.
도 8은 특성 평가 장치의 동작 순서를 설명하는 흐름도이다.
도 9는 I-V 특성의 기준 상태로의 환산에 관하여 설명하는 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 태양 전지의 특성 평가 장치 12: 컴퓨터
14: 온도계 16: 일사계(日射計)
18: 레퍼런스 셀(reference cell) 20: 온도계
22: 무선 센서 변환기 32: A/D 변환기
34: 액정 표시부 36: 용량 소자
38: 저항 소자 40: 트랜지스터
42: 트랜지스터 44: 연산증폭기(OP Amp)
46: 연산증폭기 48: A/D 변환기
50: A/D 변환기 52: 메모리
100: 태양 전지의 특성 평가 시스템
200: 태양 전지 모듈
이하, 본 발명의 실시형태에 관하여 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은 일 실시형태의 태양 전지 모듈의 특성 평가 시스템의 구성을 설명하는 도면이다. 도 1에 나타난 특성 평가 시스템(100)은 태양 전지 모듈(200)의 특성 평가를 행하기 위한 것으로, 특성 평가 장치(10), 컴퓨터(12), 온도계(14, 20), 일사계(16), 레퍼런스 셀(18)을 포함하여 구성된다.
특성 평가 장치(10)는 배선을 개재하여 태양 전지 모듈(200)과 접속되어 있으며, 태양 전지 모듈의 특성을 평가하여 그 결과를 표시한다. 이 특성 평가 장치(10)는, 예컨대 USB(Universal Serial Bus) 등의 유선 또는 무선의 통신수단을 이용하여 컴퓨터(12)와 접속되어 있으며, 계측한 특성치나 평가 결과 등을 컴퓨터(12)에 전송할 수가 있다. 본 실시형태의 특성 평가 장치(10)는 손에 들 수 있는 정도의 크기로, 전지를 장전함으로써 외부로부터의 전원 공급을 받지 않고도 동작이 가능하다. 또한, 특성 평가 장치(10)는 표시부를 구비하고 있어, 컴퓨터(12) 등 의 외부 장치에 의한 동작 제어를 받지 않고 단독으로 태양 전지 모듈(200)의 특성치의 계측, 평가 및 표시를 행할 수가 있다. 특성 평가 장치(10)의 구성이나 동작의 상세에 관하여는 다시 후술한다.
컴퓨터(12)는 범용적인 퍼스널 컴퓨터(PC)이며, 특성 평가 장치(10)로부터 취득한 데이터의 집계, 분석, 표시 등의 정보 처리를 행한다. 또한, 컴퓨터(12)를 이용하여 특성 평가 장치(10)의 동작을 제어해도 좋다. 또한, 컴퓨터(12)에 구비된 표시부를 이용하여 특성 평가 장치(10)에 의한 특성 평가 결과의 내용을 표시해도 좋다.
온도계(14)는 태양 전지 모듈(200)의 이면측에 배치되어, 그 이면측의 온도를 검출하기 위해 사용된다. 여기서 「이면측」이란, 태양 전지 모듈(200)의 수광면(태양광을 받게 되는 면)과 반대측의 면이다. 온도계(14)로서는, 예컨대 열전쌍(thermocouple)이 이용될 수 있다. 온도계(14)는, 예컨대 태양 전지 모듈(200)의 이면 중앙 부근에 설치된다. 온도계(14)에 의한 검출 신호(온도 검출 결과)는 배선을 통해 특성 평가 장치(10)에 입력된다.
일사계(16)는 태양광의 입사 상태가 태양 전지 모듈(200)과 동일 조건이 되도록, 예컨대 태양 전지 모듈(200)에 근접한 위치에 설치된다. 일사계(16)로서는, 예컨대 전천일사계(pyranometer)가 이용될 수 있다. 일사계(16)에 의한 검출 신호(일사 검출 결과)는 배선을 통해 특성 평가 장치(10)에 입력된다.
레퍼런스 셀(18)은 일사계(16)와 같은 형태로 설치되어 이용된다. 레퍼런스 셀(18)에 의한 검출 신호는 배선을 통해 특성 평가 장치(10)에 입력된다. 레퍼런스 셀(18)로서는 특히 피측정 태양 전지와 유사한 특성을 갖는 것을 사용함으로써, 보다 정확한 기준 상태로의 환산을 행할 수가 있다.
온도계(20)는 태양 전지 모듈(200)에 근접한 위치에 설치되어, 외기 온도의 검출에 이용된다. 온도계(20)로서는, 예컨대 방사온도계(radiation thermometer)가 이용될 수 있다. 온도계(20)에 의한 검출 신호(온도 검출 결과)는 배선을 통해 특성 평가 장치(10)에 입력된다.
무선 센서 변환기(22)는 각 온도계(14, 20), 일사계(16), 레퍼런스 셀(18) 각각의 검출 신호를 무선 통신용 신호로 변환하여, 특성 평가 장치(10)로 송신한다. 이 무선 센서 변환기(22)는 옵션으로서 준비되는 것으로 생략되어도 좋다. 무선 통신을 이용함으로써 각 온도계(14, 20), 일사계(16), 레퍼런스 셀(18) 각각과 특성 평가 장치(10)와의 사이에 배선이 불필요하게 되어, 한층 더 특성 평가가 용이하게 되는 이점이 있다.
도 2는 태양 전지 모듈(200)의 회로 구성례에 관하여 설명하는 도면이다. 각 태양 전지 패널(201)은 하나 또는 복수의 태양 전지를 포함하여 구성된다. 각 패널군(202a, 202b)은 각각 복수의 태양 전지 패널(201)을 직렬로 접속하여 구성된다. 이들 패널군(202a, 202b)을 병렬로 접속하여 구성된다. 본 실시형태의 태양 전지 모듈(200)은 상술한 바와 같이 두 개의 패널군(202a, 202b)을 병렬로 접속하여 구성한 모듈을 하나 또는 복수 개 포함하여 구성된다. 특성 평가 장치(10)는 이 모듈의 양단에 접속되어 전압, 전류를 계측한다. 또한, 태양 전지 모듈(200)의 회로 구성은 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 특성 평가 장치(10)에 관하여 더욱 상세히 설명한다.
도 3은 특성 평가 장치(10)의 기능에 관하여 개략적으로 설명하는 도면이다. 도 3에서는 특성 평가 장치(10)의 표시부에 있어서의 표시 화면례가 도시되어 있다. 본 실시형태의 특성 평가 장치(10)는 태양 전지 모듈(200)에 관하여 (1) 전류-전압 특성(I-V 특성)을 계측하는 기능, (2) 전력-전압 특성(P-V 특성)을 계측하는 기능, (3) 전류-시간 특성(I-T 특성)을 계측하는 기능, (4) 전압-시간 특성(V-T 특성)을 계측하는 기능을 구비하고 있다. 그리고, 도 3(A)는 I-V 특성의 표시예, 도 3(B)는 P-V 특성의 표시예, 도 3(C)는 I-T 특성의 표시예, 도 3(D)는 V-T 특성의 표시예, 도 3(E)는 수치 데이터의 표시예를 각각 나타내고 있다.
도 4는 전류-전압 특성(I-V 특성)에 관하여 상세히 설명하는 도면이다. 태양 전지의 특성 평가 기준의 하나인 I-V 특성이란, 태양 전지에 빛을 조사하여 부하의 전압을 변화시켰을 때 태양 전지의 출력단으로부터 얻어지는 전류와 전압의 특성을 말한다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 태양 전지의 성능을 평가하는 중요한 변수(parameter)로는 단락 전류(Isc), 개방 전압(Voc), 최대출력 전력(Pmax) 등이 있다. 단락 전류(Isc)란, 태양 전지의 출력단을 단락시켰을 때에 흐르는 전류를 말한다. 이 단락 전류(Isc)의 값에 의거하여 그 태양 전지가 어느 정도 전류를 흘러보내는 능력이 있는지를 평가할 수 있다. 개방 전압(Voc)이란, 태양 전지의 출력단에 부하를 접속하지 않은 상태(무부하 상태)로 하였을 때의 전압을 말한다. 이 개방 전압(Voc)의 값에 의거하여 그 태양 전지가 어느 정도 전압을 발생시키는 능력이 있는지를 평가할 수 있다. 최대출력 전력(Pmax)은 I-V 특성의 곡선상에서 전류와 전압의 곱인 전력(P)을 연산하여, 전력이 최대로 되는 점의 출력값을 말한다. 여기서, 태양 전지의 등가 회로를 도 5에 나타내었다. 도 5에 도시된 태양 전지 패널(201)에 관하여, 부하(Z)를 변화시켜 가면서 부하 양단의 전압(v)과 전류(i)를 계측함으로써 I-V 특성이 얻어진다. 전압과 전류의 곱셈값이 전력이므로, 이 전력값이 최대로 되는 곳(도 4의 점선 참조)에서 태양 전지를 동작시키면 효율이 좋은 사용법이 된다. 본 실시형태의 특성 평가 장치(10)는 이 I-V 특성을 계측하여, 그 데이터로부터 P-V 특성을 산출함으로써 최대출력 전력(Pmax)을 산출한다.
도 6은 특성 평가 장치(10)의 상세 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 도 6에 도시된 특성 평가 장치(10)는 CPU(Central Processing Unit)(30), A/D 변환기(32, 48, 50), 액정 표시부(LCD)(34), 용량 소자(콘덴서)(36), 저항 소자(38), 트랜지스터(40, 42), 연산증폭기(44, 46) 및 메모리(52)를 포함하여 구성되어 있다.
CPU(30)는 특성 평가 장치(10) 전체의 동작을 제어한다. CPU(30)의 상세에 관하여는 다시 후술한다.
A/D 변환기(32)는 온도계(14)의 출력 신호(태양 전지 이면 온도), 일사계(16)의 출력 신호, 온도계(20)의 출력 신호(외기 온도), 레퍼런스 셀(18)의 출력 신호의 각각을 디지털 신호로 변환한다. 디지털 신호는 CPU(30)에 입력된다.
액정 표시부(34)는 CPU(30)로부터 화상 신호가 공급되어, 해당 화상 신호에 대응하는 화상을 표시한다. 표시 내용의 구체예는 상술한 바와 같다(도 3 참조). 또한, 액정 이외의 표시 장치(예를 들어, 전기발광(EL) 장치, 전기영 동(electrophoretic) 장치 등)를 이용하여 표시부가 구성되어도 좋다.
용량 소자(36)와 저항 소자(38)로는, 도시한 바와 같이 직렬로 접속되어 태양 전지 모듈(200)의 출력단(＋,－) 사이에 접속되어 있다. 본 실시형태의 특성 평가 장치(10)는 용량 소자(36)를 부하로서 이용하고, 이 용량 소자(36)의 충전/방전을 이용하여 태양 전지 패널의 I-V 특성 등의 각종 특성을 계측한다.
트랜지스터(40)는 게이트가 CPU(30)와 접속되고, 소스, 드레인이 용량 소자(36)의 양단에 각각 접속되어 있다. 이 트랜지스터(40)는 CPU(30)로부터 게이트에 공급되는 제어 신호를 받아 온(on) 상태와 오프(off) 상태로 스위칭된다.
트랜지스터(42)는 게이트가 CPU(30)와 접속되고, 소스-드레인 경로가 용량 소자(36)와 저항 소자(38) 사이에 직렬로 접속되어 있다. 이 트랜지스터(42)는 CPU(30)로부터 게이트에 공급되는 제어 신호를 받아 온(on) 상태와 오프(off) 상태로 스위칭됨으로써, 용량 소자(36)와 저항 소자(38)로 된 전류 경로를 개폐하는 스위치로서 기능한다.
연산증폭기(44)는 특성 평가 장치(10)의 한쪽 입력단(＋)에 표시되는 전압을 증폭한다. 증폭된 전압 신호는 A/D 변환기(48)에 의해 디지털 신호로 변환되어 CPU(30)에 유입된다.
연산증폭기(46)는 저항 소자(38)의 한쪽 단(특성 평가 장치의 다른 쪽 입력단과 접속되어 있지 않은 쪽의 단자)에 표시되는 전압을 증폭한다. 증폭된 전압 신호는 A/D 변환기(50)에 의해 디지털 신호로 변환되어 CPU(30)에 유입된다.
메모리(52)는 CPU(30)가 태양 전지 모듈(200)의 특성 평가를 행하기 위해 필 요한 각종 데이터를 저장한다. 이 메모리(52)로는, 예컨대 ROM(Read Only Memory)나, 데이터 유지 및 덮어쓰기가 가능한 불휘발성 RAM, 혹은 하드디스크 장치 등을 들 수 있다. 여기서, 본 실시형태의 특성 평가 장치(10)는 미리 메모리(52)에 저장해 놓은 기준 특성 데이터와, 태양 전지 모듈(200)로부터 취득한 I-V 특성 데이터를 피팅(fitting)함으로써 특성 평가를 행한다. 또한, 메모리(52)에는 상기한 기준 특성 데이터 외에도 계측된 I-V 특성 데이터도 저장된다. 메모리(52)는, 예컨대 I-V 특성 데이터를 300 세트 정도 저장할 수 있다.
도 7은 메모리(52)에 저장되는 기준 특성 데이터에 관하여 설명하는 개념도이다. 도 7(A)는 태양 전지가 본래적으로 갖는 I-V 특성(정상적인 특성)을 나타내는 그래프이다. 이 특성 곡선은 상기 도 4와 대응하는 것이다. 도 7(B)는 태양 전지 모듈, 패널 혹은 패널을 구성하는 개개의 태양 전지 셀에 단선이나 단락이 발생하고 있는 경우의 전형적인 I-V 특성을 나타내는 그래프이다. 이 특성 곡선은 개방 전압(Voc) 부근에서 특이한 변화점(꺾인 선)이 발생하는 것에 특징이 있다(일점 쇄선부 참조). 도 7(C)는 태양 전지 모듈의 일부에 어떠한 외인(예컨대, 장해물 등)에 의한 영향이 발생하여, 그 일부에서의 발전량이 저하된 경우의 전형적인 I-V 특성을 나타내는 그래프이다. 이 특성 곡선은 I-V 특성이 어느 특이한 변화점에 있어 떨어짐으로써 곡선이 2단으로 나누어지는 것에 특징이 있다(일점 쇄선부 참조). 도 7(D)는 태양 전지 모듈에 경시 열화에 의한 출력 저하가 발생하고 있는 경우의 전형적인 I-V 특성을 나타내는 그래프이다. 본래, 실선으로 나타낸 I-V 특성이던 것이 점선으로 나타낸 바와 같이 발전량이 전체적으로 저하된 I-V 특성으로 되어 있는 점에 특징이 있다. 또한, 출력 특성은 기후 등에 의해 좌우되므로, 실제 측정시에 있어서의 경시 열화의 판단은 어렵지만, JIS 규격으로 기재되어 있는 기준 상태 환산식을 이용하면, 태양 전지 모듈의 설치시의 특성과 현재의 특성을 비교할 수 있으므로 열화 상황을 파악할 수가 있다.
또한, 상술한 CPU(30), 용량 소자(36), 저항 소자(38), 트랜지스터(40, 42), 연산증폭기(44, 46) 및 A/D 변환기(48, 50)가 「계측부」에 대응하고, CPU(30)가 「환산부」 및 「판정부」에 대응하며, 액정 표시부(34)가 「표시부」에 대응한다.
본 실시형태의 태양 전지 모듈의 특성 평가 시스템은 상술한 바와 같은 구성을 가지고 있으며, 다음으로 특성 평가 장치(10)의 동작에 관하여 흐름도를 이용하여 설명한다. 도 8은 특성 평가 장치(10)의 동작 순서를 설명하는 흐름도이다.
먼저, CPU(30)는 접속되어 있는 태양 전지 모듈(200)의 개방 전압을 측정한다(단계 S100). 구체적으로 CPU(30)는 제어 신호를 공급함으로써 트랜지스터(42)를 오프 상태(소스-드레인 간이 비도통인 상태)로 한다. 이 상태를 유지하면서, CPU(30)는 A/D 변환기(48)로부터 출력되는 디지털 신호를 받아들인다. 이 디지털 신호는 특성 평가 장치의 한쪽 입력단(＋)에 나타난 전압, 즉 개방 전압을 나타낸다.
다음으로, CPU(30)는 취득한 개방 전압의 값에 의거하여 태양 전지 모듈(200)이 역접속되어 있는지 여부를 판정한다(단계 S101). 구체적으로는 태양 전지 모듈(200)이 역접속되어 있는 경우에는 개방 전압의 값이 거의 0이거나 아니면 음(－)의 값으로 되므로, CPU(30)는 예컨대 개방 전압이 양(＋)의 값인지 여부를 판단한다. 일정한 임계치(양의 값으로, 예컨대 수 볼트 정도)를 설정하고, 개방 전압이 이 임계치 이상인 경우에 역접속되어 있지 않다고 판단해도 좋다.
태양 전지 모듈(200)이 역접속되어 있는 경우에(단계 S101: 예), CPU(30)는 액정 표시부(34)에 소정의 경고 화면을 표시한다(단계 S102). 이와 같이, 태양 전지 모듈(200)이 역접속되어 있는 경우에는 경고 표시를 행하고, 이후의 전류 계측 등을 행하지 않음으로써 특성 평가 장치(10)의 고장을 방지할 수 있다.
태양 전지 모듈(200)이 역접속되어 있지 않은 경우에(단계 S101: 아니오), CPU(30)는 전압 범위의 설정을 행한다(단계 S103). 전압 범위의 설정에서는 CPU(30)의 지령에 의해 연산증폭기(44)의 이득이 설정된다. 연산증폭기(44)의 이득은, 예컨대 1배, 1/10배, 1/100배 중 어느 하나로 선택된다.
다음으로, CPU(30)는 전류를 최대 범위로 계측하여, 이 값에 의거하여 전류 범위를 최적으로 설정한다(단계 S104). 구체적으로, CPU(30)는 제어 신호를 공급함으로써 각 트랜지스터(40, 42)를 각각 온 상태(소스-드레인 간이 도통인 상태)로 한다. 트랜지스터(40)를 온 상태로 함으로써, 태양 전지 모듈(200)로부터 출력되는 전류가 용량 소자(36)를 통하지 않고(즉, 용량 소자(36)에 전하가 충전되지 않고) 흐른다. 이 상태를 유지하면서, CPU(30)는 A/D 변환기(50)로부터 출력되는 디지털 신호를 받아들인다. 이 디지털 신호는 저항 소자(38)의 한쪽 단에 나타난 전위를 나타내며, 해당 전위를 계측함으로써 간접적으로 전류값이 계측된다. 여기서, 전류 범위의 설정에서는 CPU(30)의 지령에 의해 연산증폭기(46)의 이득이 설정된다. 연산증폭기(46)의 이득은, 예컨대 1배, 10배, 100배 중 어느 하나로 선택된다.
다음으로, CPU(30)는 I-V 특성을 계측한다(단계 S105). 구체적으로, CPU(30)는 제어 신호를 공급함으로써 트랜지스터(40)를 오프 상태(소스-드레인 간이 비도통인 상태)로 함과 동시에 제어 신호를 공급함으로써 트랜지스터(42)를 온 상태(소스-드레인 간이 도통인 상태)로 한다. 이 상태를 유지하면서, CPU(30)는 A/D 변환기(48, 50) 각각으로부터 출력되는 디지털 신호를 받아들인다. 이 때, 태양 전지 모듈(200)로부터의 전하가 용량 소자(36)에 충전되어, 점차적으로 개방 전압에 근접한다. 이 전압의 변화가 연산증폭기(44), A/D 변환기(48)를 경유하여 CPU(30)에 순차적으로 유입된다. 또한, 용량 소자(36)에의 충전에 수반하여, 저항 소자(38)를 흐르는 전류는 점차적으로 저하되어 간다. 이 전류의 변화가 연산증폭기(46), A/D 변환기(50)를 경유하여 CPU(30)에 순차적으로 유입된다. 이 전류의 값이 극도로 작아진 시점(예컨대, 단락 전류(Isc)의 1/100~1/1000배 정도)에서, CPU(30)는 트랜지스터(42)를 오프 상태로 제어하여, I-V 특성의 계측을 종료한다. CPU(30)는 계측한 I-V 특성의 데이터를 메모리(52)에 저장한다.
다음으로, CPU(30)는 계측한 I-V 특성을 1kW/m2, 25℃의 기준 상태로 환산한다(단계 S106). 이 환산에는 A/D 변환기(32)를 통해 취득한 태양 전지 모듈(200)의 이면 온도, 일사 강도(일사계(16) 및 레퍼런스 셀(18)에 의거하여 얻어진다) 및 외기 온도가 이용된다. 환산 방법은 JIS-C8913에 의거한다. 구체적으로 I-V 특성은 이하와 같이 환산된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 기준 상태에서의 전압을 Vd(stc), 전류를 Id(stc), 일사 강도를 Er(stc), 태양 전지 온도를 T(stc), 측정된 전압을 Vd, 전 류를 Id, 일사 강도를 Er, 태양 전지 온도를 T, 단락 전류를 Isc라 할 때, 이하의 환산식을 이용함으로써, 측정 결과를 기준 전압(Vd(stc)), 기준 전류(Id(stc)) 각각으로 환산할 수가 있다.
Id(stc)[A]=Id＋Isc((Er(stc)/Er)－1)＋α(T(stc)－T)
Vd(stc)[V]=Vd＋β(T(stc)－T)－Rs(Id(stc)－Id)－K·Id(stc)(T(stc)－T)
단, Rs: 직렬 저항[Ω]
K: 곡선 보정 인자
α: 전류 온도 계수[A/℃]
β: 전압 온도 계수[V/℃]
다음으로, CPU(30)는 기준 상태로 환산된 I-V 특성의 데이터를 단락 전류(Isc)와 개방 전압(Voc)(도 4 참조)이 각각 1이 되도록 정규화한다(단계 S107).
다음으로, CPU(30)는 메모리(52)에 저장된 기준 특성의 데이터(도 7 참조)를 읽어 내어, 이들 기준 특성과 단계 S107에서 정규화한 I-V 특성의 데이터를 비교하여, 가장 오차가 적은 기준 특성을 선택하는 처리(커브 피팅(curve fitting))을 행한다(단계 S108). 각 기준 특성 데이터와 정규화된 I-V 특성의 데이터 간의 오차의 평가는, 예컨대 최소자승법을 이용하여 행해진다. 이 결과, 예컨대 I-V 특성이 도 7(B)에 도시된 기준 특성에 가장 가까운(즉, 오차가 가장 적은) 경우에는, 평가 대상으로 되어 있는 태양 전지 모듈(200)에 포함되는 패널 혹은 태양 전지 셀에 단선이나 단락이 발생하고 있다고 판정된다. CPU(30)는 이 판정 결과를 액정 표시 부(34)에 표시한다(단계 S109). 이상으로, 일련의 특성 평가 처리가 종료된다.
이상과 같이 본 실시형태에 의하면, 시공 실수, 수목이나 건조물 등의 주변 환경, 경시 열화 등에 의한 태양 전지의 출력 저하를 개별적으로 추정하여 검출할 수가 있다. 따라서, 태양 전지 및 이를 이용한 시스템의 고장 진단을 보다 상세하게 행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지의 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상술한 실시형태의 특성 평가 장치(10)는 I-V 특성의 검출 방법으로서 콘덴서 부하 방식을 채용하고 있으나, 검출 방법은 이에 한정되는 것이 아니라, X-Y 리코더 방식, 바이어스 전원 방식, 전자 부하 방식 등 여러 종류의 방식을 채용할 수가 있다.

Claims (8)

  1. 태양 전지의 전류 전압 특성을 계측하는 계측부와;
    상기 계측부에 의해 계측된 상기 전류 전압 특성을 소정의 기준 상태로 환산하는 환산부와;
    태양 전지에 발생할 우려가 있는 개개의 고장에 대응한 전류 전압 특성에 의거한 복수의 기준 특성을 저장하는 메모리; 및
    상기 기준 상태로 환산된 상기 전류 전압 특성과 상기 메모리로부터 읽어 낸 상기 복수의 기준 특성을 비교하여, 상기 복수의 기준 특성 중에서 상기 전류 전압에 근사한 기준 특성을 선택하고, 선택된 기준 특성에 의거하여 상기 전류 전압 특성을 계측한 상기 태양 전지의 고장을 판정하는 판정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 특성 평가 장치.
  2. 청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 판정부에 의한 상기 판정의 내용을 표시하는 표시부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 특성 평가 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 환산부는 상기 전류 전압 특성을 1kW/m2, 25℃의 기준 상태로 환산하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 특성 평가 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 환산부는 상기 태양 전지의 이면 온도와 일사 강도를 취득하여, 이들에 의거하여 상기 기준 상태로의 환산을 행하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 특성 평가 장치.
  5. 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 환산부는 상기 전류 전압 특성을 정규화하는 처리를 더 행하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 특성 평가 장치.
  6. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 판정부는 최소자승법에 의해 상기 전류 전압 특성과 상기 기준 특성 각각의 비교를 행하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 특성 평가 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 계측부는 상기 태양 전지의 전류의 계측을 행하기 이전에 개방전압의 계측을 행하고, 상기 개방전압이 이상치를 나타내는 경우에는 상기 전류의 계측을 이행하지 않는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 특성 평가 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 계측부는 상기 태양 전지의 개방전압을 계측하여 전압 범위를 설정하고, 이어서 상기 태양 전지에 부하를 접속했을 때의 전류를 최대 범위로 계측하고, 그 값에 의거하여 전류 범위를 설정하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 특성 평가 장치.
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