KR20110030454A - 태양 전지 출력 특성 평가 장치 및 태양 전지 출력 특성 평가 방법 - Google Patents

태양 전지 출력 특성 평가 장치 및 태양 전지 출력 특성 평가 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 고비용화의 요인이 되는 대전류를 토출(吐出; discharge)하는 바이폴러 전원을 필요로 하지 않고, 최소한의 소비 전력으로 순(順)바이어스 전류를 인가함으로써 개방 전압 Voc를 정확하게 측정할 수 있는 태양 전지 출력 특성 평가 장치 및 그 방법을 제공한다. 태양 전지의 출력 특성을 측정하는 태양 전지 출력 특성 평가 장치로서, 태양 전지와, 상기 태양 전지의 전압을 측정하는 전압계와, 상기 태양 전지에 흐르는 전류값을 측정하는 전류계와, 상기 태양 전지와 접속되는 가변 저항부와, 상기 태양 전지와 접속되는 순바이어스 회로와, 상기 태양 전지와 접속되는 역(逆)바이어스 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양 전지 출력 특성 평가 장치가 제공된다.

Description

태양 전지 출력 특성 평가 장치 및 태양 전지 출력 특성 평가 방법{APPARATUS FOR EVALUATING THE OUTPUT CHARACTERISTIC OF A SOLAR BATTERY AND METHOD FOR EVALUATING THE OUTPUT CHARACTERISTIC OF A SOLAR BATTERY}
본 발명은, 태양 전지 출력 특성 측정용의 전자 부하 장치에 공급하는 순(順)바이어스 전원을 구비한 태양 전지 출력 특성 평가 장치 및 태양 전지 출력 특성 평가 방법에 관한 것이다.
최근, 태양 전지는, 대형화·대용량화가 실현되고, 출력 전류가 10A 이상이며 출력 전압이 200V 이상인 태양 전지가 제조되고 있다. 태양광을 수광(受光)했을 때의 태양 전지의 성능은, 그 태양 전지의 I-V 특성에 의해 평가된다.
태양 전지의 I-V 특성을 평가하는 측정 장치 및 방법으로서는, 가변 저항을 사용하는 것이 일반적이고, 가변 저항으로서 컨덴서 부하, 바이어스 전원, 전자 부하를 이용하는 것이 알려져 있다(비특허 문헌 1 참조).
그러나, 상기 각각의 태양 전지의 I-V 특성 평가 방법에 있어서는, 접속 배선 저항 등에 의해, 단락(短絡) 전류 Isc를 정확하게는 측정할 수 없다고 하는 문제나, 상기 전자 부하를 사용하는 방식에 있어서는, 트랜지스터의 차단 전류 등의 영향에 의해 개방 전압 Voc를 정확하게 측정할 수 없는 문제가 있다.
그래서, 본 발명자들은 특허 문헌 1에 있어서, 태양 전지의 출력과는 역극성의 전위를 인가하는 역바이어스 회로를 설치한 컨덴서 부하 방식 태양 전지 I·V 커브 트레이서(curve tracer)를 고안했다.
일본공개특허 1990-159588호 공보
태양 전지 측정 시스템(일본 에코 세이키 가부시키가이샤 홈 페이지)
그러나, 상기 특허 문헌 1에 기재된 컨덴서 부하 방식 태양 전지 I·V 커브 트레이서를 사용하여, 태양 전지의 I-V 특성 평가를 행하는 경우, 역바이어스 회로가 설치되어 있는 것에 의해 단락 전류 Isc에 대해서는 정확하게 측정하는 것이 가능하지만, 순바이어스 기능이 없기 때문에 개방 전압 Voc에 대해서는 정확하게 측정할 수 없는 문제가 있었다.
또한, 상기 바이어스 전원 방식에 의한 태양 전지의 I-V 특성 평가에 있어서는, 바이폴러 전원이라고 통칭되는 전원이 사용되고, 전류·전압과 함께 양(兩) 극성의 인가가 가능하다. 그러나, 태양 전지의 I-V 특성 평가에 사용되는 전원에는, 피측정 태양 전지의 전력을 감당하는 공급 및 수급 전력 용량이 필요하게 되어 대전류를 토출(吐出; discharge))하는 대용량의 바이폴러 전원에서는, 대형화에 의한 고비용화가 문제로 되어 있었다.
그래서, 상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은, 고비용화의 요인이 되는 대전류를 토출(discharging)/흡입(absorbing)하는 바이폴러 전원을 필요로 하지 않고, 최소한의 소비 전력으로 순바이어스 전류를 인가함으로써 개방 전압 Voc를 정확하게 측정할 수 있는 태양 전지 출력 특성 평가 장치 및 그 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의하면, 태양 전지의 출력 특성을 측정하는 태양 전지 출력 특성 평가 장치로서, 태양 전지와, 상기 태양 전지의 전압을 측정하는 전압계와, 상기 태양 전지에 흐르는 전류값을 측정하는 전류계와, 상기 태양 전지와 접속되는 가변 저항부와, 상기 태양 전지와 접속되는 순바이어스 회로와, 상기 태양 전지와 접속되는 역바이어스 회로를 구비하는, 태양 전지 출력 특성 평가 장치가 제공된다.
상기 가변 저항부는, 전자 부하 제어 회로와, 부하용 전력 반도체에 의해 구성해도 된다.
상기 순바이어스 회로는, 순바이어스용 저항과, 순바이어스 전원과, 순바이어스 기생(寄生) 전류 보상 회로에 의해 구성해도 된다.
상기 가변 저항부 및 상기 역바이어스 회로는 역바이어스를 가지는 전환(電換; power conversion) 회로에 포함되어 상기 역바이어스를 가지는 전환 회로는, 스위칭 트랜스와 역류 방지 다이오드와 역바이어스 안정용 컨덴서와, 부하용 회로에 의해 구성해도 된다.
또한, 다른 관점으로부터의 본 발명에 의하면, 태양 전지에 전압계 및 전류계 및 가변 저항인 전자 부하를 접속하고, 전자 부하를 변화시킴으로써 태양 전지의 전류-전압 특성을 얻는 태양 전지의 출력 특성 평가 방법에 있어서, 상기 태양 전지의 출력과는 반대로 역바이어스 전압을 인가하고, 상기 태양 전지에 순바이어스 전압을 인가하고, 상기 태양 전지의 단락 전류 및 개방 전압을 측정하는, 태양 전지의 출력 특성 평가 방법이 제공된다.
상기 순바이어스 전압의 인가에 있어서, 순바이어스 전원에 최대 출력 전압을 제한하는 기능을 설치해도 된다.
상기 가변 저항으로서 스위칭 방식을 이용한 대용량 전자 부하 장치를 사용해도 된다.
기지(旣知)의 특성을 이용하여, 상기 태양 전지로부터 얻어진 출력 전압, 출력 전류, 모니터 셀의 실측값으로부터 노이즈 성분을 제거하는 것이어도 된다.
본 발명에 의하면, 고비용화의 요인이 되는 대전류를 토출/흡입하는 바이폴러 전원을 필요로 하지 않고, 최소한의 소비 전력으로 순바이어스 전류를 인가함으로써 개방 전압 Voc를 정확하게 측정할 수 있는 태양 전지 출력 특성 평가 장치 및 방법이 제공된다.
도 1은 종래의 태양 전지 I-V 커브 트레이서(100)의 설명도이다.
도 2는 태양 전지(1)가 어떤 일정한 방사(放射) 조도(照度)인 경우의 태양 전지 I-V 커브 트레이서(100)의 측정 결과인 I-V 특성의 그래프이다.
도 3은 태양 전지 출력 특성 평가 장치(50)의 설명도이다.
도 4는 태양 전지 출력 특성 평가 장치(50)를 사용하여 I-V 특성 측정을 행할 때의, 단락 전류 Isc를 구하는 공정이다.
도 5는 태양 전지 출력 특성 평가 장치(50)를 사용하여 I-V 특성 측정을 행할 때의, 개방 전압 Voc를 구하는 공정에 대한 설명도이다.
도 6은 순바이어스 동작 시의 전류가 흐르는 것을 나타낸 도면이다.
도 7은 스위칭 방식을 이용한 대용량 전자 부하 장치(90)의 설명도이다.
이하, 본 발명의 실시예를, 도면을 참조하여 설명한다. 그리고, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 가지는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.
먼저, 이하에 종래의 태양 전지 I-V 커브 트레이서에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명자들이 고안한 종래의 태양 전지 I-V 커브 트레이서(100)의 설명도이다. 태양 전지(1)에는, 그 출력 전압을 측정하는 전압계(2)와 출력 전류를 측정하는 전류계(3)가 접속되어 있다. 또한, 전류계(3)의 상류에는 역(逆)바이어스 전원(20), 역류 방지 다이오드(22), 역바이어스 안정용 컨덴서(24)의 병렬 배치에 의해 구성되는 역바이어스 회로(10)가 설치되어 있다. 또한, 태양 전지(1)의 가변 저항부(30)가 태양 전지(1)의 하류[역바이어스 회로(10)의 상류]에 설치되어 있다. 전압계(2) 및 전류계(3)에는 태양 전지 출력 측정을 행하는 고속 컨버터(5) 및 데이터 처리 가변 저항제어 장치(7)가 접속된다.
또한, 도 2는 태양 전지(1)가 어떤 일정한 방사 조도인 경우의 태양 전지 I-V 커브 트레이서(100)의 측정 결과인 I-V 특성의 그래프이다. I-V 특성의 측정에 있어서는, 가변 저항부의 부하 저항값을 0 ~ ∞의 범위에서 동작시키고, 그 때의 I-V 특성을 측정하여 그래프화함으로써 특성 평가를 행한다. 그리고, 부하 저항값이 작은 상태, 즉 태양 전지(1)의 출력 전압을 0V로 했을 때의 출력 전류는 단락 전류 Isc로 되고, 가장 부하 저항값이 큰 상태, 즉 태양 전지(1)의 출력 전류를 0A로 했을 때의 출력 전압은 개방 전압 Voc로 된다.
도 1에 나타낸 태양 전지 I-V 커브 트레이서(100)에 있어서, 역바이어스 회로(10)가 없는 상태에서 I-V 특성을 측정하는 경우에, 태양 전지(1)의 출력 전압을 0V로 하려고 해도, 실제로는 접속 배선 저항 등에 의해 태양 전지(1)의 출력 전압은 0V로 되지 않아, 어느 일정한 전압(도 2에서의 점 b)까지 밖에 내릴 수 없으므로, 단락 전류 Isc를 정확하게 측정할 수 없다.
그래서, 도 1에 나타낸 역바이어스 회로(10)를 설치하고, 태양 전지(1)의 출력 전압과 반대의 전압을 인가함으로써 출력 전압을 0V 이하(예를 들면, 도 2에서의 점 a)까지 내리는 것이 가능해진다. 그 결과, 단락 전류 Isc의 측정이 정확하게 행해지게 된다.
한편, 도 1에 나타낸 태양 전지 I-V 커브 트레이서(100)를 사용하는 경우에 있어서, 태양 전지(1)의 출력 전류를 0A로 하려고 해도, 가변 저항부(30)의 특성에 의해 태양 전지(1)의 출력 전류가 0A가 되지 않아, 어느 일정한 전류(도 2에 있어서의 점 c)까지 밖에 내릴 수 없으므로, 개방 전압 Voc를 정확하게 측정할 수 없다.
그래서, 이하에 설명하는 본 발명의 실시예에 관한 태양 전지 출력 특성 평가 장치(50)가 제안된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 관한 태양 전지 출력 특성 평가 장치(50)의 설명도이다. 태양 전지(1)에는 그 출력 전압을 측정하는 전압계(2)와 출력 전류를 측정하는 전류계(3)가 접속되어 있다. 또한, 전류계(3)의 하류에는, 상기 태양 전지 I-V 커브 트레이서(100)와 마찬가지로, 가변 저항부(30) 및 역바이어스 회로(10)가 접속되어 있다. 여기서, 가변 저항부(30)는, 예를 들면, HFET(Hetero structure Field Effect Transistor)인 부하용 전력 반도체(33)와 전자 부하 제어 회로(35)에 의해 구성된다. 또한, 전류계(3)의 하류에는, 태양 전지(1)에 대하여 가변 저항부(30) 및 역바이어스 회로(10)와 병렬로 되도록 순바이어스 회로(60)가 접속되어 있다. 여기서, 역바이어스 회로(10)의 구성에 대해서는 상기 I-V 커브 트레이서와 같다. 순바이어스 회로(60)의 구성은, 회로 상류로부터 순바이어스용 저항(62), 순바이어스 전원(64), 순바이어스 기생 전류 보상 회로(66)가 접속되는 구성으로 되어 있고, 순바이어스 회로(60)의 하류는, 역바이어스 회로(10)와 접속되고, 또한 순바이어스 회로(60) 내의 순바이어스 전원(64) - 순바이어스 기생 전류 보상 회로(66) 사이와, 가변 저항(30) - 역바이어스 회로(10) 간은 접속되어 있다.
이하에, 도 3과 같이 구성되는 제1 실시예에 관한 태양 전지 출력 특성 평가 장치(50)를 사용하여, I-V 특성을 측정하는 공정에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
도 4는 태양 전지 출력 특성 평가 장치(50)를 사용하여 I-V 특성 측정을 행할 때의, 단락 전류 Isc를 구하는 공정에 대한 설명도이다.
도 4에서의 각 부의 구성에 대해서는 상기한 바와 마찬가지이므로 생략한다. 또한, 태양 전지(1)로부터 출력되는 전류를 실선 화살표(72), 순바이어스 전원(64)으로부터 출력되는 순바이어스 전류를 실선 화살표(74)로 도 4 중에 나타낸다.
I-V 특성 측정이 행해지기 직전에는, 도 4의 파선(70)으로 나타낸 바와 같이, 역바이어스 회로(10)에서는, 역바이어스 전원(20)에 의해 역바이어스 안정용 컨덴서(24)에 태양 전지(1)의 출력과는 반대의 극성으로 충전이 행해진다.
그리고, I-V 특성 측정이 개시되면, 역바이어스 안정용 컨덴서(24)에 충전된 전하 전압에 의해, 태양 전지(1)에 역바이어스 전압이 걸린다. 이 때, 전압계(2)에서는, 도 2에서의 점 a의 값이 관측된다. 그리고, 이 때의 태양 전지 출력 전류(72)는, 부하용 전력 반도체(33) 및 역바이어스 안정용 컨덴서(24)를 경유하여 흐른다.
그 후, 전자 부하 제어 회로(35)에 의해 제어되는 부하용 전력 반도체(33)에 의해, 태양 전지(1)의 부하 저항값이 커지도록 한 제어가 행해지고, 역바이어스 안정용 컨덴서(24)에 충전된 전압은 급속히 방전되게 된다. 그 때, 역바이어스 안정용 컨덴서(24)에는 역방향의 전압이 걸리게 되지만, 역류 방지 다이오드(22)의 효과에 의해 상기 다이오드(22)의 순방향 전압으로 클램핑되어, 역바이어스 안정용 컨덴서(24)에는 역방향으로 전압이 걸리는 경우는 없다.
전술한 과정에 있어서, 전압계(2)의 값은, 점 a로부터 점 b로 변화하게 된다. 이 전압계(2)의 값의 변화에 따른 전류계(3)의 값의 변화를 계측함으로써, 태양 전지(1)의 전압을 0V로 했을 때의 전류계(3)의 값인 단락 전류 Isc를 정확하게 구할 수 있다. 그리고, 이 때, 순바이어스 회로(60)로부터의 순바이어스 전류(74)는, 부하 저항(30)의 저항값이 작으므로, 태양 전지(1)를 향해 흘러들어가지 않고, 부하용 전력 반도체(33)를 향해 흐르게 된다. 그리고, 순바이어스 전류(74)는, 부하용 전력 반도체(33)를 경유하여 순바이어스 전원(64)으로 돌아온다.
또한, 도 5는 태양 전지 출력 특성 평가 장치(50)를 사용하여 I-V 특성 측정을 행할 때의, 개방 전압 Voc를 구하는 공정에 대한 설명도이다.
도 5에서의 각 부의 구성에 대해서는 상기한 바와 마찬가지이므로 생략한다. 또한, 태양 전지(1)로부터 출력되는 전류를 실선 화살표(72), 순바이어스 전원(64)으로부터 출력되는 순바이어스 전류를 실선 화살표(74)로서 도 5 중에 나타낸다.
전자 부하 제어 회로(35)에 의해 제어되는 부하용 전력 반도체(33)에 의해 태양 전지(1)의 부하 저항값이 커지도록 한 제어가 행해지고, 부하용 전력 반도체(33)를 향해 전류가 흐르지 않게 된다. 이 때, 태양 전지(1)의 부하 저항값이 커짐에 따라 전류계(3)에 의해 계측되는 전류는, 도 2에서의 점 c로부터 점 d로 변화한다. 이 과정에서의 전압계(2)의 값을 계측함으로써, 태양 전지(1)의 출력 전류를 0A로 했을 때의 개방 전압 Voc를 정확하게 구할 수 있다. 그리고, 개방 전압 Voc를 넘어, 도 2의 점 d에 가까와지도록 한 태양 전지(1)의 부하 저항값으로 되면, 순바이어스 전류(74)는, 순바이어스 전원(64)으로 돌아온다.
또한, 도 6은 순바이어스 동작 시의 전류의 흐름도이다.
여기서, I-V 특성 측정이 행해지기 전, 태양 전지(1)에 광이 공급되어 있지 않는 상태에 있어서 부하용 전력 반도체(33)의 부하 저항값이 최대가 되는 경우에, 순바이어스 전류(74)는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 태양 전지(1)에 흘러들어, 역바이어스 안정용 컨덴서(24)에 축전(蓄電)된다. 그래서, 순바이어스 기생 전류 보상 회로(66)를 설치하여, 순바이어스 전류(74)를 도 6 중의 화살표(75)로 나타낸 바와 같이 순바이어스 기생 전류 보상 회로(66)에 경유시키도록 했다. 이것은, 순바이어스 기생 전류 보상 회로(66)가 없는 경우, 순바이어스 전류(74)는 역바이어스 안정용 컨덴서(24)에 공급, 충전되게 되고, 그 결과 역바이어스 안정용 컨덴서(24)의 내전압(耐電壓)을 넘어 충전이 행해져, 파괴되어 버릴 위험성이 있기 때문이다.
전술한 태양 전지 출력 특성 평가 장치(50)를 사용하여, I-V 특성을 측정하는 공정에 의해 단락 전류 Isc 및 개방 전압 Voc를 정확하게 측정함으로써, 태양 전지(1)의 I-V 특성에 대하여 보다 정확한 평가를 행하는 것이 가능해진다.
이상, 본 발명의 실시예의 일례를 설명하였으나, 본 발명은 도시한 형태에 한정되지 않는다. 당업자이면, 특허 청구의 범위에 기재된 사상의 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 이를 수 있는 것은 명백하고, 이들에 대해서도 당연하게 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
예를 들면, 다양한 태양 전지를 동일한 태양 전지 출력 특성 평가 장치로 평가하기 위해, 순바이어스 회로(60)에 있어서의 순바이어스 전원(64)의 최대 출력 전압을 제한할 수 있도록 한 제한 기능을 가지게 하는 것이 바람직하다.
태양 전지의 대형화·대용량화가 달성되고 있는 동안, 한쪽에서는 소형화·소용량의 것도 제조되고 있다. 이와 같은 소형 태양 전지에 있어서 상기 실시예에서 설명한 태양 전지 출력 평가 장치(50)에 의해 I-V 특성 측정을 행하는 경우, 순바이어스 회로(60) 내의 순바이어스 전원(64)로 부터의 전압에 의해 태양 전지(1)에 과전압이 걸려, 태양 전지(1)가 손상될 가능성이 있다. 그래서, 순바이어스 전원(64)로부터의 출력 전압을 소형 태양 전지 등에 적합한 적절한 전압으로 되도록 최대 출력 전압을 제어할 수 있도록 하는 것을 고려할 수 있다.
또한, 태양 전지(1)로부터 출력되는 출력 전압 및 출력 전류가 전압계(2) 및 전류계(3)의 정격 이상으로 출력된 경우에는, 전압계(2), 전류계(3) 및 부하용 전력 반도체(33)의 고장 등으로 연결된다. 그래서, 전자 부하 제어 회로(35)에 있어서, 전압계(2) 및 전류계(3)의 관측값을 감시하고, 각 관측값과 전압계(2) 및 전류계(3)의 정격값과의 비교를 행하고, 그 비교에 있어서 관측값이 정격값을 넘고 있는 경우에, 부하용 전력 반도체(33)를 제어함으로써 전압계(2) 및 전류계(3)의 관측값이 정격값을 넘지 않게 하는 것도 고려할 수 있다.
또한, 단락 전류 Isc를 정확하게 구하기 위한 상기 실시예에 있어서의 역바이어스 회로로서, 스위칭 방식을 이용한 대용량 전자 부하 장치를 사용하는 것도 고려할 수 있다.
그래서, 이하에 스위칭 방식을 이용한 대용량 전자 부하 장치(90)에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명에 관한 스위칭 방식을 이용한 대용량 전자 부하 장치(90)의 설명도이다. 대용량 전자 부하 장치(90)의 구성으로서는, 역바이어스 회로(10) 및 가변 저항부(30)를 제외한 각 부분에 대해서는, 상기 실시예와 마찬가지의 구성을 가지므로 설명은 생략한다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 대용량 전자 부하 장치(90)에 있어서 전류계(3)의 하류에는, 역바이어스를 가지는 전환 회로(80)가 설치되어 있다. 역바이어스를 가지는 전환 회로(80)는, 부하용 스위칭 회로(85), 스위칭 트랜스(82), 역류 방지 다이오드(89) 및 역바이어스 안정용 컨덴서(87)로 구성된다.
스위칭 방식이란 전자 스위치의 ON/OFF의 비율을 효율적으로 변경함으로써, 부하에 대한 전력을 제어하는 것이다. 이 스위칭 방식을 이용한 부하용 스위칭 회로(85)는 전원 공급 측으로부터 보면 부하이며, 이 스위칭 전원 부하를 전자 부하인 것으로 간주하여, 의사적(擬似的)으로 태양 전지(1)의 부하를 무한대로부터 내릴 수 있다. 그러나, 스위칭 방식을 이용한 부하용 스위칭 회로(85)만을 사용해도, 태양 전지(1)의 극히 낮은 저항값은 실현할 수 없어, 단락 전류 Isc는 정확하게 측정되지 않는다.
그래서, 스위칭 방식에 대응하는 역바이어스 회로를 설치하고, 단락 전류 Isc를 구한다. 이하에, 그 과정을 설명한다.
I-V 특성 측정이 행해지기 직전에는, 스위칭 트랜스(82)에 전류가 흐르고 있지 않으므로, 역바이어스 안정용 컨덴서(87)에는 충전은 되어 있지 않다.
그 후, I-V 특성 측정이 개시되면, 전자 부하 제어 회로(35)에 의해 부하용 스위칭 회로(85)는 태양 전지(1)의 부하 저항값이 무한대로부터 최소로 되도록 제어된다. 이 때, 태양 전지(1)의 부하 저항값은 무한대로부터 서서히 감소하여 가므로, 태양 전지 출력 전류(72)가 흐른다. 태양 전지 출력 전류(72)에 의해 스위칭 트랜스(82)에 전압이 걸리게 되어, 역바이어스 안정용 컨덴서(87)에 태양 전지(1)의 출력과 반대의 극성에서의 충전이 행해지게 된다.
그리고, 태양 전지(1)의 부하 저항값이 최소에 가까와지면, 태양 전지(1)의 출력 전압이 0V에 가까워져, 역바이어스 안정용 컨덴서(87)에 충전된 전하 전압에 의해, 태양 전지(1)에 역바이어스가 걸리게 된다. 이 때, 전압계(2)에서는, 도 2에서의 점 b의 값이 관측된다. 그리고, 이 때 스위칭 트랜스(82) 및 부하용 스위칭 회로(85)에는 역바이어스 전원(89) 및 역바이어스 안정용 컨덴서(87)의 전압이 인가되므로, 스위칭 회로 동작은 계속된다.
태양 전지(1)의 부하 저항값이 0로 되면, 역바이어스 안정용 컨덴서(87)에 충전된 전하 전압에 의해 태양 전지(1)에 역바이어스가 걸리는 것이다. 그러므로, 전압계(2)에서는, 도 2에서의 점 a의 값이 관측되게 된다.
이상의 과정에 있어서, 전압계(2)의 값은 도 2에서의 점 b로부터 점 a로 변화한다. 이 때의 전류계(3)의 값을 관측함으로써, 태양 전지(1)의 출력 전압을 0V로 했을 때의 단락 전류 Isc를 정확하게 구할 수 있다.
또한, 스위칭 방식을 이용한 대용량 전자 부하 장치(90)에 있어서, 태양 전지(1)의 출력 전류를 0A로 했을 때의 개방 전압 Voc에 대해서는, 상기 실시예와 마찬가지의 구성을 가지는 순바이어스 회로(60)를 이용함으로써 정확하게 구해진다. 그 과정에 대해서는 상기 실시예와 마찬가지이므로 생략한다.
한편, 태양 전지의 I-V 특성 측정의 측정 데이터에는, 측정 환경에 의해 노이즈 성분이 포함되어 있는 것은 일반적으로 알려져 있다. 그래서, 얻어진 측정 데이터로부터 노이즈 성분을 제거하는 방법을 본 발명에 적응시켜, 보다 정확한 태양 전지의 I-V 특성 측정을 행하는 것도 고려할 수 있다. 태양 전지에 있어서는, 그 특성을 나타내는 특성 함수가 기지(旣知)이며, 얻어지게 될 결과를 예상할 수 있다. 그 예상 정보를 기초로 각 측정 데이터로부터 노이즈 성분을 제거할 수 있다. 이하에 노이즈 성분의 제거에 대하여 설명한다.
전자 부하 장치에 의해 측정되는 태양 전지 I-V 특성 측정 데이터는, 태양 전지의 출력 전압, 태양 전지의 출력 전류, 모니터 셀의 실측값 등이다. 그리고, 모니터 셀이란, 미리 변환계수가 정확하게 계측되고, 출력 전류와 광량과의 관계가 밝혀지고 있는 셀이다.
각 측정 데이터에 대하여 기존 함수에 가장 근사(近似)하도록 파라미터를 결정한다. 여기서, 기존 함수는, 이론적·원리적으로 타당성이 있는 것으로, 파라미터의 결정은, 다항식 근사, 뉴로 컴퓨터의 학습 결과, 테이블 검색 등을 사용하는 것을 고려할 수 있다.
예를 들면, 기존 함수로서 2차식 근사가 적용할 수 있는 경우에는, y= ax2+bx+c에서의 계수 a, b, c를 측정 데이터로부터 구한다. 그리고, 구해지는 계수 a, b, c에 의해 정해지는 2차식을 이용하여 태양 전지 출력 전압, 태양 전지 출력 전류를 정확하게, 파라미터에 의해 구하는 것이 가능해진다.
이 방법에 의하면, 구해진 계수로부터, 계산에 의해 Isc, Voc, Pmax, Vpm, Ipm, FF, EFF 등은 구할 수 있다. 또한, 종래에는 측정 데이터의 재현을 위해, 다양한 경우의 I-V 특성에 대한 데이터를 보존하지 않으면 안되었지만, 얻어지는 파라미터만을 이 방법에 의해 보존하게 된다.
또한, 노이즈 성분이 제거된 태양 전지의 출력에 대하여, 보다 정확한 광량 보정이 행해지는 것이 바람직하다.
태양 전지의 특성 평가에 있어서는, 플래시 램프를 사용한 경우, 시간과 함께 광량이 감소한다. 그러므로, 태양 전지의 출력에는 광량 보정을 필요로 한다. 이하에 있어서는, 방사 조도가 1000±50W/m2로 계측된 것처럼 보정하는 것으로 하여 설명한다.
먼저, 광량 보정을 행하기 전에, 모니터 셀의 출력 전류에 의해 적절한 광량이 출력되고 있는 시간대에 측정을 행한다. 여기서는 방사 조도가 1000±50W/m2로 되는 시간대로 한다. 이 시간대에 있어서, 태양 전지의 I-V 특성 측정을 행한다. 이 경우, 정확하게 출력되고 있는 시간대가 짧으므로, I-V 특성 측정을 개시하는 타이밍을 늦추면서, 복수회 측정을 행하고, 적절한 광량이 출력되고 있을 때 계측된 데이터를, 순차적으로 쇼트 상태로부터 개방 전압 Voc에 이를 때까지 측정 전압을 증가시켜 간다.
다음에, 태양 전지의 출력 전류의 광량 보정을 행한다. 이 경우에는, 광량의 값이 ±5% 이하이므로, 비례 보정을 사용하여 태양 전지의 출력 전류의 광량 보정을 행하면 된다. 그리고, 상기 측정에 의해 얻어진 데이터에 따라 태양 전지 I-V 특성을 작성한다. 그리고, 여기서 작성되는 태양 전지 I-V 특성을 여기서는 기준 커브라고 한다.
그리고, 새로운 동일 특성의 태양 전지를, 광량이 ±20%의 범위에 있어서 태양 전지 I-V 특성 측정을 행한다. 여기서 측정은 1회로 하고, 측정된 데이터에 대하여 전술한 노이즈 제거를 행한다. 그리고, 얻어진 데이터를 사용하여 태양 전지의 출력 전류의 광량 보정을 행한다. 태양 전지의 출력 전류는 하기의 식에 의해 표시되지만, 이 식은 비선형이며, 해석적인 광량 보정은 곤란하다.
[수식 1]
Figure pct00001

i: 태양 전지의 출력 전류
iph: 태양 전지의 광 전류 rs: 태양 전지의 직렬 저항
io: 다이오드의 역방향 포화 전류 nb: 다이오드 인자(因子)
k: 볼츠만(Boltzmann) 상수(定數)
q: 소전하(素電荷) T: 태양 전지의 절대 온도
v: 태양 전지 출력 전압 rsh: 태양 전지의 병렬 저항
그래서, 태양 전지의 출력 전류의 광량 보정은, 하기의 식에 따라 행한다. 즉, 태양 전지의 출력 전류값 in은, 직전의 전류값 in -1을 사용하여 구한다.
[수식 2]
Figure pct00002
또한, 다이오드 인자 nb, 태양 전지의 직렬 저항 rs, 태양 전지의 병렬 저항 rsh에 대해서는 각각에 적당한 값이 설정할 수 있는 테이블을 미리 준비한다. 그리고, 그 테이블에 설정된 값에 따라 태양 전지의 I-V 특성을 구한다.
여기서, 어느 파라미터가 적합한지는, 전술한, 기준 커브라는 태양 전지 I-V 특성과 정합성(整合性)을 가지는, 가장 정합성이 있는 태양 전지 I-V 특성을 미리 결정하여 두는 것이 바람직하다. 이후에는, 측정 결과에 전술한 파라미터를 적응시켜 계산하면 된다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명은, 태양 전지 출력 특성 측정용의 전자 부하 장치에 공급하는 순바이어스 전원을 구비한 태양 전지 출력 특성 평가 장치 및 태양 전지 출력 특성 평가 방법에 적용할 수 있다.
1: 태양 전지
2: 전압계
3: 전류계
10: 역바이어스 회로
20: 역바이어스 전원
30: 가변 저항부
50: 태양 전지 출력 특성 평가 장치
60: 순바이어스 회로
80: 역바이어스를 가지는 전환 회로
90: 대용량 전자 부하 장치
100: 역바이어스를 가지는 태양 전지 I-V 커브 트레이서 원리도

Claims (8)

  1. 태양 전지의 출력 특성을 측정하는 태양 전지 출력 특성 평가 장치로서,
    상기 태양 전지와,
    상기 태양 전지의 전압을 측정하는 전압계와,
    상기 태양 전지에 흐르는 전류값을 측정하는 전류계와,
    상기 태양 전지와 접속되는 가변 저항부와,
    상기 태양 전지와 접속되는 순(順)바이어스 회로와,
    상기 태양 전지와 접속되는 역(逆)바이어스 회로
    를 포함하는, 태양 전지 출력 특성 평가 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가변 저항부는, 전자 부하 제어 회로와, 부하용 전력 반도체에 의해 구성되는, 태양 전지 출력 특성 평가 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 순바이어스 회로는, 순바이어스용 저항과, 순바이어스 전원과, 순바이어스 기생(寄生) 전류 보상 회로에 의해 구성되는, 태양 전지 출력 특성 평가 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가변 저항부 및 상기 역바이어스 회로는 역바이어스를 가지는 전환(電換; power conversion) 회로에 포함되고, 상기 역바이어스를 가지는 전환 회로는, 스위칭 트랜스와, 역류 방지 다이오드와, 역바이어스 안정용 컨덴서와, 부하용 회로에 의해 구성되는, 태양 전지 출력 특성 평가 장치.
  5. 태양 전지에 전압계 및 전류계 및 가변 저항인 전자 부하를 접속하고, 상기 전자 부하를 변화시킴으로써 상기 태양 전지의 전류-전압 특성을 얻는 태양 전지의 출력 특성 평가 방법에 있어서,
    상기 태양 전지의 출력과는 반대로 역바이어스 전압을 인가하고,
    상기 태양 전지에 순바이어스 전압을 인가하고,
    상기 태양 전지의 단락(短絡) 전류 및 개방 전압을 측정하는, 태양 전지의 출력 특성 평가 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 순바이어스 전압의 인가에 있어서, 상기 순바이어스 전원에 최대 출력 전압을 제한하는 기능을 설치하는, 태양 전지의 출력 특성 평가 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가변 저항으로서 스위칭 방식을 이용한 대용량 전자 부하 장치를 사용하는, 태양 전지의 출력 특성 평가 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    기지(旣知)의 특성을 이용하여, 상기 태양 전지로부터 얻어진 출력 전압, 출력 전류, 모니터 셀의 실측값으로부터 노이즈 성분을 제거하는, 태양 전지의 출력 특성 평가 방법.



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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101254008B1 (ko) * 2011-07-13 2013-04-15 (주)온테스트 신재생 에너지 모듈을 위한 성능 검증 장치 및 그 방법

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8519729B2 (en) * 2010-02-10 2013-08-27 Sunpower Corporation Chucks for supporting solar cell in hot spot testing
TWI400459B (zh) * 2010-06-23 2013-07-01 Nat Univ Tsing Hua 一種太陽能電池參數之萃取方法
JP5618134B2 (ja) * 2010-06-29 2014-11-05 ソニー株式会社 制御装置および方法、並びに、太陽電池
TWI499886B (zh) * 2010-07-15 2015-09-11 Univ Nat Taiwan 估算電路的最大功率點功率的方法
US8471583B1 (en) * 2010-08-06 2013-06-25 The Boeing Company Switchable detector array
KR101151265B1 (ko) * 2011-01-24 2012-06-15 한국에너지기술연구원 태양전지모듈의 노화 및 성능 측정을 위한 제어장치 및 이의 제어방법
DE102011011602A1 (de) * 2011-02-17 2012-08-23 Texas Instruments Deutschland Gmbh Elektonische Vorrichtung zur Optimierung der Ausgangsleistung einer Solarzelle und Verfahren zum Betreiben der elektronischen Vorrichtung
KR101213059B1 (ko) 2011-02-23 2012-12-18 광운대학교 산학협력단 태양전지 측정시스템과 그 제어방법
TWI418829B (zh) * 2011-03-04 2013-12-11 Ritek Corp 太陽能電池片測試方法
JP5691816B2 (ja) * 2011-05-11 2015-04-01 日立金属株式会社 太陽電池パネルの異常検知装置
JP5015341B1 (ja) 2011-07-15 2012-08-29 株式会社エヌ・ピー・シー 太陽電池の欠陥検査装置及び検査方法
CN102749497B (zh) * 2012-07-13 2015-08-19 北京空间飞行器总体设计部 卫星太阳电池阵电流输出预测及故障诊断方法
CN102759696A (zh) * 2012-07-24 2012-10-31 江苏省无线电科学研究所有限公司 太阳能电池i-v特性调节和取样装置
CN102944828B (zh) * 2012-11-26 2015-02-18 河海大学常州校区 一种智能太阳能电池组件户外测试平台及其测试方法
US9271239B2 (en) * 2014-02-14 2016-02-23 Qualcomm Incorporated Current-efficient low noise amplifier (LNA)
JP6240634B2 (ja) * 2015-04-20 2017-11-29 日本カーネルシステム株式会社 バイパスダイオードの故障検査装置
CN105352597B (zh) * 2015-10-22 2018-06-05 河海大学常州校区 一种辐照传感器用太阳电池最优外接串联电阻的选择方法
CN108169702B (zh) * 2018-03-07 2024-02-13 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 水内冷发电机专用绝缘电阻表检定平台及检定方法
FR3088455B1 (fr) * 2018-11-14 2021-10-08 Commissariat Energie Atomique Procede de determination d'un modele electrique d'une chaine de modules photovoltaique, procede de diagnostic et dispositif associes
TWI723851B (zh) * 2020-04-21 2021-04-01 友達光電股份有限公司 太陽能電池檢測系統
CN114123969A (zh) * 2020-08-31 2022-03-01 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 多结叠层光伏电池子电池电流及匹配度的检测方法
CN113030581A (zh) * 2021-03-19 2021-06-25 陕西众森电能科技有限公司 一种太阳电池组件及组件外接电路阻抗的测试方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52135683A (en) * 1976-05-10 1977-11-12 Nec Corp Solar battery element characteristics measuring apparatus
JP2747542B2 (ja) * 1988-12-13 1998-05-06 工業技術院長 コンデンサー負荷方式太陽電池ｉ・ｖカーブトレーサー
JP3571860B2 (ja) * 1996-08-23 2004-09-29 キヤノン株式会社 非安定電源を電源とする電動機運転装置
JP2000243995A (ja) * 1998-12-25 2000-09-08 Canon Inc 太陽電池モジュールの検査方法及び製造方法
JP4012657B2 (ja) * 1999-12-15 2007-11-21 株式会社マキ製作所 太陽電池の特性測定装置
US6876187B2 (en) * 2000-07-04 2005-04-05 Canon Kabushiki Kaisha Method and apparatus for measuring photoelectric conversion characteristics
JP2004134748A (ja) * 2002-07-26 2004-04-30 Canon Inc 光電変換素子の測定方法および装置、光電変換素子の製造方法及び製造装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101254008B1 (ko) * 2011-07-13 2013-04-15 (주)온테스트 신재생 에너지 모듈을 위한 성능 검증 장치 및 그 방법

Also Published As

Publication number Publication date
TW201009371A (en) 2010-03-01
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JP2009283845A (ja) 2009-12-03
CN102105994A (zh) 2011-06-22

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