TW201014470A - Device for generating simulated solar light for solar battery characteristic measurement, and method of generating simulated solar light - Google Patents

Description

201014470 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明乃關於太陽能電池特性測定用擬似太陽光生成 裝置及擬似太陽光生成方法。 .【先前技術】 從以往在太陽能電池之I-V特性測定中，採取照射擬 ^ 似太陽光，測定此時之太陽能電池之I-V特性的方法。 圖1乃顯示以往所使用之直流點燈放電燈點燈裝置 1 〇〇的說明圖（參照非專利文獻1 )。如圖1所示，直流 點燈放電燈點燈裝置1 00乃由燈，和使燈啓動（絕緣破壞 )，進行對於電弧放電之轉移的點火器，和爲了進行電弧 放電之維持而控制燈電流之點燈裝置加以構成》 又，圖2乃顯示時間經過與燈電流及燈電壓之關係圖 表。在圖2，至燈電流及燈電壓爲安定爲止之時間乃對於 0 電弧放電之轉移，兩者爲安定之時間乃成爲電弧放電之維 持。 太陽能電池之I-V特性測定係爲了燈在進行電弧放電 之維持時而加以執行，維持其電弧放電的時間係較長爲佳 〇 .然而，作爲控制燈電流之點燈裝置，係採用可高速回 應之降壓電阻方式，而可期待小型、輕量之開關方式係從 回應特性並非充分的點，和大電力化困難之情況，並不常 被採用。 201014470 [非專利文獻1]光技術資訊雜誌「Light Edge」No. 15特 集 放電燈（1 998年1 1月發行） 【發明內容】 [發明欲解決之課題] 但，在近年開發進展之大型太陽能電池之I-V特性測 定，將商用電源，以變壓器而作爲特定的電壓，再以二極 體進行整流，由平滑電容器作爲直流而使用之情況，爲了 對應於瞬時之電電力，而電路規模成爲大規模。 另外，近年來，發明、開發有對於測定要求加上如數 百毫米之ι·ν特性測定性能之高效率的太陽能電池。作爲 對應於其高效率的太陽能電池之I-V特性測定的太陽光生 成裝置，再使用以往之快閃放電燈者中，有著電容器之容 量小，維持電弧放電之時間非常短之問題。因此，亦思考 有經由增加積蓄電力之電容器的容量之時，加長維持電弧 放電之時間情況，但點燈裝置之電路規模變大，現實上並 不適合。 又，在快閃放電燈中，因放射照度的時間變化大之故 ，對於I-V特性測定必要的放射照度未成爲一定，而有無 法正確測定高效率之太陽能電池的問題點。 有鑑於上述問題點，本發明之目的係提供在採用開關 電源方式上，可大電力化，可進行高效率之太陽能電池的 正確之I-V特性測定，可加長維持燈的電弧放電時間之擬 似太陽光生成裝置及擬似太陽光生成方法者。 -6- 201014470 [爲解決課題之手段] 如根據本發明，提供屬於太陽能電池特性測定用擬似 太陽光生成裝置，其中，具備快閃燈，和開關方式升壓電 源電路，和發光光亮檢測感應器，和充電電源，和控制充 放電·電壓•電流及光量之控制電路，和電流檢測器，和 D級放大電路，和放大輸出控制電路，和電性雙層蓄電器 及電路控制電路之太擬似太陽光生成裝置。 A 前述發光光亮檢測感應器係亦可爲將測定對象之太陽 讎 能電池與分光感應度作爲同等之分光感應度感應器。 對於前述快閃燈，係亦可具備反射鏡，和集光器，和 連接於前述集光器之光纖。 另外，如根據從其他的觀點之本發明，提供屬於太陽 能電池特性測定用擬似太陽光生成方法，其中，對於電性 雙層蓄電器，經由充電電源而進行充電，經由來自電性雙 層蓄電器之放電而使快閃燈點燈，經由控制充放電•電壓 φ •電流及光量之控制電路而定電流控制在電流檢測器之電 流，經由前述控制電路而將快閃燈的光量控制爲目的的量 ，於特定時間的經過後，停止來自電性雙層蓄電器之放電 ，使快閃燈的點燈結束之擬似太陽光生成方法。 [發明之效果] 如根據本發明，提供在採用開關電源方式上，可大電 力化，可進行高效率之太陽能電池的正確之I-V特性測定 ，可加長維持燈的電弧放電時間之擬似太陽光生成裝置。 201014470 也就是，對於爲了擬似太陽光生成之點燈裝置，經由 使用大容量之電性雙層蓄電器之時，可將電源作爲小型化 者。另外，經由使用蓄電容量大之電性雙層蓄電器，可將 以往爲短之點燈裝置的點燈時間，延長爲充分必要之時間 者。 又，由將點燈時之照度，導入以連續點燈所採用之負 反饋控制及D級放大方式者，平順地進行負回饋控制， 謀求放射照度之安定化。 【實施方式】 以下，將本發明之實施形態，參照圖面加以說明。然 而，在本說明書及圖面，對於實質上具有同一機能構成的 構成要素，係經由附加同一符號者而省略重複說明。 圖3乃有關本發明之實施型態的太陽能電池輸出特性 測定用擬似太陽光生成裝置1之說明圖。 如圖3所示，擬似太陽光生成裝置1係由商用電源 Λ 11，充電電源12，電性雙層蓄電器及電力控制電路20， 開關方式升壓電源電路30，D級放大電路40，放大輸出 控制電路4 5，快閃燈5 0，電流檢測器6 0，控制電路7 0， 發光光亮檢測感應器80加以構成。 在此，開關方式升壓電源電路30係由升壓用感應器 32，逆流防止二極體34，開關用元件36，負荷用平滑電 容器3 8加以構成。另外，控制電路70係控制充放電.電 壓·電流及光量之電路。 -8 - 201014470 以下，對於擬似太陽光生成裝置1之構成加以說明。 商用電源11係連接於充電電源12，另外，充電電源 12係連接於電性雙層蓄電器及電力控制電路20。對於電 性雙層蓄電器及電力控制電路2 0係連接有快閃燈5 0，經 由流動電流之時而進行點燈。在此，對於爲了使快閃燈 50點燈之電性電路上，係設置有開關方式升壓電源電路 ’ D級放大電路40 ’電流檢測器60。然而，D級放大 電路40係設置於快閃燈50之上流部（亦可爲下流部）， Ο 電流檢測器60係設置於快閃燈50之下流部（亦可爲上流 部）’開關方式升壓電源電路30係呈連接於電性雙層蓄 電器及電力控制電路20而加以設置。 另外，如以圖3點線箭頭所示地，控制電路7〇係控 制充電電源1 2之充電控制，電性雙層蓄電器及電力控制 電路20之放電控制，開關方式升壓電源電路3〇。另一方 面，放大輸出控制電路45係成爲經由從電性雙層蓄電器 φ 及電力控制電路20所輸出之電壓値，從開關方式升壓電 源電路30所輸出之電壓値，快閃燈50之電壓値，從發光 光亮檢測感應器80所輸出之光量資訊，控制D級放大電 路40之構成。然而，本發明係因有關於快閃燈50之點燈 時，也就是快閃燈50在進行電弧放電的維持之情況，關 於進行對於電弧放電之移轉的點火器（快閃燈點燈用觸發 電路）係未圖示。 在如以上所構成之擬似太陽光生成裝置1，如以下說 明，生成擬似太陽光。 -9- 201014470 首先’經由控制電路70之充電控制，從連接於商用 電源11之充電電源12，供給電力於電性雙層蓄電器及電 力控制電路20，進行充電。並且，電性雙層蓄電器及電 力控制電路20之充電結束之後，經由控制電路70而控制 開關方式升壓電源電路30，使特定的電壓積蓄於負荷用 平滑電容器3 8，快閃燈5 0之點燈準備則完成。 並且，當啓動快閃燈5 0的點燈時，快閃燈5 0之狀態 係從對於經由未圖示之點火器之電弧放電的轉移變換爲電 弧放電之維持。在此，對於電弧放電之維持的變換係經由 控制電路70之控制，由從電性雙層蓄電器及電力控制電 路20所放電之電流所進行。又，爲了持續電弧放電之維 持，隨時測定測定供給於快閃燈5 0之電流値的電流檢測 器60之測定値，而對於控制電路70所接受之其電流測定 値下降之情況，係由經由控制電路70而控制開關用元件 36者，使流動於快閃燈50之電流上升，呈成爲定電流地 進行控制。然而，在本實施型態中，係爲了對應於過度回 應，將D級放大電路40作爲設置於開關方式升壓電源電 路30與快閃燈50之間者。 另外，控制電路70係從發光光亮檢測感應器80接受 光量資訊，對於在其光量資訊，判斷快閃燈50之光量爲 少之情況，由控制開關用元件36者，快閃燈50之光量呈 成爲一定地進行控制。 在此，在經由控制電路7〇之上述定電流控制之定電 流的値乃在光量控制，快閃燈50之光量呈成爲特定的光 -10- 201014470 量地加以訂定。 在以上所述之工程中，在持續電弧放電之維持之間， 快閃燈5 0係進行特定時間的點燈，對於其特定時間之經 過後’來自電性雙層蓄電器及電力控制電路20的電力供 給係經由控制電路70加以停止，快閃燈50之點燈則結束 。對於快閃燈50之點燈，係進行太陽能電池特性測定。 之後’由再次反覆上述之工程者，再次進行太陽能電池特 性測定。 以下’以下對於D級放大電路40，參照圖面加以說 明。設置於快閃燈50之上流（開關方式升壓電源電路30 之下流）的D級放大電路40係作爲對於開關方式電源之 過渡回應爲慢之對策而加以設置者。 一般，開關方式電源係使用於過渡特性並不成爲問題 之用途。因此，在本實施型態中，不論將大電力動作作爲 必要，而未設置D級放大電路40之情況，經由開關方式 ^ 電源之過渡回應爲慢之時，開關方式升壓電源電路30之 負荷用平滑電容器38的電荷乃流入於快閃燈50 (負荷） ，而有過大電流流動之虞。對於定電流動作時，負荷電壓 乃從低的狀態成爲高的狀態（負荷抗阻上升），電壓的上 升則變慢。另外，對於定電壓動作時，負荷電流急遽減少 時係產生過大電壓。又，在過渡時之大能量則有使負荷破 壊、劣化之虞，或成爲不安定之虞。 因此，如圖3所示，在本實施型態中，係將D級放 大電路40設置於開關方式升壓電源電路30與快閃燈50 •11 - 201014470 (負荷）之間，作爲對應於過渡回應者。另外，伴隨於設 置D級放大電路40者，設置有控制D級放大電路40之 輸出的放大輸出控制電路45。 圖4乃說明D級放大電路40之構成的說明圖。如圖 4所示，D級放大電路 40係經由 GATE — DRIVE AMPLIFIER42 與二個 MOSFET43 加以構成。 D級放大電路40係爲了消解上述之問題，輸入從開 關方式升壓電源電路30所輸出之電壓，隨著來自放大輸 出控制電路45之控制，控制對於快閃燈50之電壓。 在此，放大輸出控制電路45係呈未加上過大電流， 過大電壓於快閃燈50 (負荷）地，控制D級放大電路40 之輸出的電路，亦可由如一般廣爲所知之數位信號處理器 的微處理器加以構成者。作爲具體的控制，係成爲從電性 雙層蓄電器及電力控制電路20所輸出之電壓値，從開關 方式升壓電源電路3 0所輸出之電壓値，快閃燈5 0之電壓 値，從發光光亮檢測感應器80所輸出之光量資訊，預測 過渡回應，控制D級放大電路40之輸出者。 放大輸出控制電路45乃由部分掌管開關方式電源之 過渡回應者，可將D級放大電路40之電力消耗作爲最小 限，將開關方式電源，作爲過渡特性並不那麼有問題而使 用者。 由經由此而具有吐出與吸入於D級放大電路40之定 電流特性者，負荷用平滑電容器38之電荷乃可防止對於 負荷之沖灌電流，另外因有電流之吸入性之故，可控制過 -12- 201014470 衝者。將負荷用平滑電容器38作爲爲目的之最大電壓’ 由D級放大電路40，進行以有吸入之1、2、3象限型定 電壓定電流特性安定之控制。 負荷變動與其回應係非線型，在類比控制方式中，因 無法達成作爲目的之特性之故，由使用DSP等’以數位 預測性地控制過渡回應者，可適當地控制回應特性。 以上，說明過本發明之實施型態的一例，但本發明並 _ 不限定於圖示之形態。如爲該業者，在記載於專利申請之 響 範圍的範疇內，可思考對於各種變更例或修正例，對於此 等，當然亦屬於本發明之技術範圍者。 例如，在上述之本實施型態中，作爲經由供給於快閃 燈50之電流及快閃燈50之光量的値，控制開關方式升壓 電源電路30，將快閃燈50的光量控制爲一定者。 但，快閃燈50的光的放射照度係未在照射全域作爲 比例。此係因發光光亮檢測感應器80只檢測出快閃燈50 φ 之照射光的一部分。因此，在上述本發明之實施型態中， 以對於快閃燈5 0之照射全域的光量作爲比例之信號而控 制光量全體，更提昇放射照度之安定性者爲更佳。 圖5乃說明在上述實施型態，設置低反射率反射鏡 92及集光透鏡94情況之說明圖。此時，低反射率反射鏡 92係例如爲表面反射鏡。 如圖5所示，低反射率反射鏡92係設置於快閃燈5 0 與太陽能電池90之間，另外，對於低反射率反射鏡92與 發光光亮檢測感應器80之間係設置有集光透鏡94。 -13- 201014470 從快閃燈5 0所照射之照射全域的光係經由低反射率 反射鏡92加以反射’在集光透鏡94加以集光，在發光光 亮檢測感應器80，檢測光量。所檢測的光量資訊係傳送 至控制電路70，依據光亮資訊，快閃燈50之光量係控制 爲一定。 然而，特別是使用積分透鏡，將全體作爲均一化之太 陽光模擬器之情況，有局部小的變動，將光量檢測，從照 射全域的光進行之效果爲大。 另外，快閃燈50之光譜分布係時間性地產生變動。 此變動係在全範圍負反饋亦無法使其安定者。因此，有對 於太陽能電池輸出產生變動之虞。因此，經由將光量檢測 時之分光感應度，和測定對象物（在此係太陽能電池90 )之分光感應度作爲略同等，加上負反饋之時，將光譜變 動之影響作爲最小限度者爲佳。 作爲具體的方法，係考量在上述實施型態，取代發光 光亮檢測感應器80，使用具有與太陽能電池90類似之分 光感應度之分光感應度感應器者。此情況，兩者之光譜分 布係成爲略相同之故，可將光譜變動的影響控制爲最小限 度者。 另外，亦考量有令爲了將在發光光亮檢測感應器80 檢測的光之光譜分布作爲與太陽能電池90之光譜分布相 同之濾光片，設至於發光光亮檢測感應器80之檢測部者 。此情況，發光光亮檢測感應器80係藉由該濾光片，只 在與太陽能電池90之光譜分布相同之光譜的範圍’檢測 -14- 201014470 光量之故，可將光譜變動之影響控制爲最小限度者。 另一方面，從快閃燈50所放射的光係利用反射折射 而光學性地引導至照射範圍。因此，引導至照射域情況爲 困難之光束乃成爲浪費。在此，由將成爲浪費的光束，集 光於光纖而改變光路者，導入照射域者爲佳。參照以下圖 面加以說明。 圖6乃採用光纖之光量檢測方法之說明圖。對於快閃 # 燈50與太陽能電池90之間係設置有反射集光鏡110，另 外，對於與快閃燈5 0之反射集光鏡1 1 0相反側，係設置 有連接光纖120之集光器125。然而，反射集光鏡110之 中央部係成爲使快閃燈50的光透過之構造，另外，光纖 之前端輸出方向乃太陽能電池90之方向。 對於從快閃燈50朝向於太陽能電池90的光200 (在 圖6之點線箭頭）之照射，係與上述敘述之實施型態相同 。另一方面，引導在來自快閃燈50的照射域情況爲困難 φ 之光束202 (在圖6 —點鍊鎖線箭頭）係經由反射集光鏡 110而反射，其光束202係加以集光於光纖受光器125。 對於光纖受光器125係連接有光纖120,所集光的光係由 光纖120的前端加以輸出。從光纖120所輸出的光之方向 係可控制，其光係在太陽能電池90，朝向照射光量少的 部份加以照射。 隨之，可改善對於太陽能電池90而言之來自快閃燈 5 〇的光之照射照度場所不勻者。 -15- 201014470 [產業上之可利用性] 本發明乃可適用於太陽能電池特性測定用擬似太陽光 生成裝置及擬似太陽光生成方法。 【圖式簡單說明】 圖1乃顯示直流點燈放電燈點燈裝置100的說明圖。 圖2乃顯示時間經過與燈電流及燈電壓之關係圖表。 圖3乃擬似太陽光生成裝置1之說明圖。 圖4乃說明D級放大電路40之構成的說明圖。 圖5乃說明設置低反射率介電體反射鏡92及凸面反 射集光透鏡94情況之實施型態的說明圖。 圖6乃採用光纖之光量檢測方法之說明圖。 【主要元件符號說明】 I :擬似太陽光生成裝置 II :商用電源 _ ❹ 1 2 :充電電源 20:電性雙層蓄電器及電力控制電路 3〇:開關方式升壓電源電路 32 :升壓用感應器 34:逆流防止二極體 3 6 :開關用元件 38:負荷用平滑電容器 40: D級放大電路 -16- 201014470 45 :放大輸出控制電路 5 0 :快閃燈 6 〇 :電流檢測器 7 0 :控制電路 80:發光光亮檢測感應器 9 〇 :太陽能電池 1 〇〇 :直流點燈放電燈點燈裝置 1 1 〇 :反射集光鏡 1 2 0 :光纖 125 :光纖受光器 200 ：光 202 :光束

Claims (1)

1. 201014470 七、申請專利範圍： 1. 一種太陽能電池特性測定用擬似太陽光生成裝置， 其特徵乃具備： 快閃燈， 和開關方式升壓電源電路， 和發光光量檢測感應器， 和充電電源， 和控制充放電·電壓•電流及光量之控制電路， 和電流檢測器， ® 和D級放大電路， 和放大輸出控制電路， 和電性雙層蓄電器及電路控制電路。 2. 如申請專利範圍第1項記載之太陽能電池特性測定 用擬似太陽光生成裝置，其中，前述發光光量檢測感應器 係將測定對象之太陽能電池與分光感應度作爲同等之分光 感應度感應器。 A ❹ 3 .如申請專利範圍第1項記載之太陽能電池特性測定 用擬似太陽光生成裝置，其中，在前述快閃燈，係具備反 射鏡，和集光器，和連接於前述集光器之光纖。 4.一種太陽能電池特性測定用擬似太陽光生成方法， 其特徵乃 對於電性雙層蓄電器，經由充電電源而進行充電， 經由來自電性雙層蓄電器之放電而使快閃燈點燈， 經由控制充放電·電壓•電流及光量之控制電路而定+ -18- 201014470 電流控制在電流檢測器之電流， 經由前述控制電路而將快閃燈的光量控制爲目的的量 ， 於特定時間的經過後，停止來自電性雙層蓄電器之放 電，使快閃燈的點燈結束。

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