WO2009145144A2 - 太陽電池出力特性評価装置および太陽電池出力特性評価方法 - Google Patents

太陽電池出力特性評価装置および太陽電池出力特性評価方法 Download PDF

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佳正 十川
伊藤　智章
裕治 中西
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株式会社エヌ・ピー・シー
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell output characteristic evaluation apparatus and a solar cell output characteristic evaluation method provided with a forward bias power supply for supplying to an electronic load device for measuring solar cell output characteristics.
  • variable resistors non-patent
  • the inventors of the present invention invented a capacitor load type solar cell I / V curve tracer provided with a reverse bias circuit that applies a potential having a polarity opposite to that of the output of the solar cell.
  • an object of the present invention is to provide a forward bias current by applying a forward bias current with a minimum power consumption without requiring a bipolar power source for discharging / sinking a large current that causes a high cost.
  • An object of the present invention is to provide a solar cell output characteristic evaluation apparatus and method capable of accurately measuring Voc.
  • a solar cell output characteristic evaluation apparatus that measures the output characteristics of a solar cell, the solar cell, a voltmeter that measures the voltage of the solar cell, and a value of a current flowing through the solar cell.
  • a solar cell output characteristic evaluation device comprising an ammeter, a variable resistance unit connected to the solar cell, a forward bias circuit connected to the solar cell, and a reverse bias circuit connected to the solar cell. Is done.
  • the variable resistance unit may be configured by an electronic load control circuit and a load power semiconductor.
  • the forward bias circuit may include a forward bias resistor, a forward bias power supply, and a forward bias parasitic current compensation circuit.
  • variable resistor section and the reverse bias circuit are included in a reverse bias conversion circuit, and the reverse bias conversion circuit includes a switching transformer, a reverse current prevention diode, a reverse bias stabilization capacitor, and a load circuit. May be.
  • a solar cell is obtained by connecting a solar cell with a voltmeter, an ammeter, and an electronic load that is a variable resistance, and obtaining the current-voltage characteristics of the solar cell by changing the electronic load.
  • a reverse bias voltage is applied opposite to the output of the solar cell, a forward bias voltage is applied to the solar cell, and a short-circuit current and an open-circuit voltage of the solar cell are measured.
  • a characterization method is provided.
  • the forward bias power supply may be provided with a function for limiting the maximum output voltage.
  • a large-capacity electronic load device using a switching method may be used as the variable resistor.
  • the noise component may be removed from the output voltage, output current, and measured value of the monitor cell obtained from the solar cell using known characteristics.
  • a solar cell output characteristic evaluation apparatus and method are provided.
  • FIG. It is explanatory drawing of the conventional solar cell IV curve tracer 100.
  • FIG. It is a graph of the IV characteristic which is a measurement result of the solar cell IV curve tracer 100 when the solar cell 1 has a certain irradiance. It is explanatory drawing of the solar cell output characteristic evaluation apparatus 50.
  • FIG. This is a step of obtaining a short-circuit current Isc when performing IV characteristic measurement using the solar cell output characteristic evaluation device 50. It is explanatory drawing about the process of calculating
  • FIG. It is a flowchart of an electric current at the time of forward bias operation. It is explanatory drawing of the high capacity
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of a conventional solar cell IV curve tracer 100 created by the present inventors.
  • the solar cell 1 is connected to a voltmeter 2 that measures the output voltage and an ammeter 3 that measures the output current. Further, upstream of the ammeter 3, a reverse bias circuit 10 configured by a parallel arrangement of a reverse bias power supply 20, a backflow prevention diode 22, and a reverse bias stabilization capacitor 24 is provided. Further, the variable resistance portion 30 of the solar cell 1 is provided downstream of the solar cell 1 (upstream of the reverse bias circuit 10).
  • a high-speed converter 5 Connected to the voltmeter 2 and the ammeter 3 are a high-speed converter 5 and a data processing variable resistance control device 7 for measuring solar cell output.
  • FIG. 2 is a graph of IV characteristics, which are measurement results of the solar cell IV curve tracer 100 when the solar cell 1 has a certain irradiance.
  • the load resistance value of the variable resistance section is operated in the range of 0 to ⁇ , and the IV characteristics at that time are measured and graphed to evaluate the characteristics.
  • the output current when the load resistance value is small that is, when the output voltage of the solar cell 1 is 0 V
  • Isc short-circuit current
  • the state where the load resistance value is largest that is, the output current of the solar cell 1 is 0 A.
  • the output voltage at that time is the open circuit voltage Voc.
  • the connection wiring is actually connected.
  • the output voltage of the solar cell 1 does not become 0 V due to resistance or the like, and can only be lowered to a certain voltage (point b in FIG. 2), and the short-circuit current Isc cannot be measured accurately. Therefore, by providing the reverse bias circuit 10 shown in FIG. 1 and applying a voltage opposite to the output voltage of the solar cell 1, the output voltage can be lowered to 0 V or less (for example, to point a in FIG. 2). Thus, the short-circuit current Isc can be accurately measured.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the solar cell output characteristic evaluation device 50 according to the embodiment of the present invention.
  • the solar cell 1 is connected with a voltmeter 2 for measuring the output voltage and an ammeter 3 for measuring the output current.
  • the variable resistance unit 30 and the reverse bias circuit 10 are connected downstream of the ammeter 3.
  • the variable resistance unit 30 is configured by a load power semiconductor 33 and an electronic load control circuit 35 which are, for example, an HFET (Hetero structure Field Effect Transistor).
  • HFET Hetero structure Field Effect Transistor
  • a forward bias circuit 60 is connected downstream of the ammeter 3 so as to be in parallel with the variable resistance unit 30 and the reverse bias circuit 10 with respect to the solar cell 1.
  • the configuration of the reverse bias circuit 10 is the same as that of the IV curve tracer.
  • the forward bias circuit 60 is configured such that a forward bias resistor 62, a forward bias power supply 64, and a forward bias parasitic current compensation circuit 66 are connected from the upstream side of the circuit, and the downstream side of the forward bias circuit 60 is a reverse bias circuit. 10, and the forward bias power source 64 and the forward bias parasitic current compensation circuit 66 in the forward bias circuit 60 and the variable resistor 30 and the reverse bias circuit 10 are connected.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for the process of obtaining the short-circuit current Isc when performing the IV characteristic measurement using the solar cell output characteristic evaluation device 50.
  • the configuration of each part in FIG. Further, FIG. 4 shows the current output from the solar cell 1 as 72 (solid arrow 72) and the forward bias current output from the forward bias power supply 64 as 74 (solid arrow 74).
  • the reverse bias power source 20 causes the reverse bias stabilization capacitor 24 to have a polarity opposite to that of the output of the solar cell 1. Is charged.
  • a reverse bias voltage is applied to the solar cell 1 by the charge voltage charged in the reverse bias stabilization capacitor 24.
  • the value of the point a in FIG. Note that the solar cell output current 72 at this time flows via the load power semiconductor 33 and the reverse bias stabilization capacitor 24.
  • the load power semiconductor 33 controlled by the electronic load control circuit 35 performs control such that the load resistance value of the solar cell 1 is increased, and the voltage charged in the reverse bias stabilization capacitor 24 is rapidly discharged. Will be.
  • a reverse voltage is applied to the reverse bias stabilization capacitor 24, but is clamped to the forward voltage of the diode 22 by the effect of the reverse current prevention diode 22, and the reverse bias stabilization capacitor 24 has a reverse direction. No voltage is applied to the.
  • the value of the voltmeter 2 changes from point a to point b.
  • the forward bias current 74 from the forward bias circuit 60 does not flow toward the solar cell 1 but flows toward the load power semiconductor 33 because the resistance value of the load resistor 30 is small. .
  • the forward bias current 74 returns to the forward bias power supply 64 via the load power semiconductor 33.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for the process of obtaining the open circuit voltage Voc when performing IV characteristic measurement using the solar cell output characteristic evaluation apparatus 50.
  • the configuration of each part in FIG. 5 shows the current output from the solar cell 1 as 72 (solid arrow 72) and the forward bias current output from the forward bias power supply 64 as 74 (solid arrow 74).
  • the load power semiconductor 33 controlled by the electronic load control circuit 35 performs control such that the load resistance value of the solar cell 1 is increased, and no current flows toward the load power semiconductor 33.
  • the current measured by the ammeter 3 changes from the point c to the point d in FIG.
  • the open circuit voltage Voc when the output current of the solar cell 1 is set to 0 A can be accurately obtained.
  • the forward bias current 74 returns to the forward bias power supply 64 when the load resistance value of the solar cell 1 approaches the point d in FIG.
  • FIG. 6 is a current flow diagram during forward bias operation.
  • the forward bias current 74 is shown in FIG. As shown, it flows into the solar cell 1 and is stored in the reverse bias stabilization capacitor 24. Therefore, a forward bias parasitic current compensation circuit 66 is provided so that the forward bias current 74 passes through the forward bias parasitic current compensation circuit 66 as indicated by an arrow 75 in FIG. This is because, in the absence of the forward bias parasitic current compensation circuit 66, the forward bias current 74 is supplied and charged to the reverse bias stabilization capacitor 24, and as a result, the charge exceeds the withstand voltage of the reverse bias stabilization capacitor 24. This is because there is a risk of being done and destroyed.
  • the short-circuit current Isc and the open-circuit voltage Voc are accurately measured by the process of measuring the IV characteristic, whereby the IV characteristic of the solar cell 1 is more accurate. Evaluation can be performed.
  • the maximum output voltage of the forward bias power source 64 in the forward bias circuit 60 in order to use the same solar cell output characteristic evaluation apparatus for various solar cells. While solar cells are becoming larger and larger in capacity, on the other hand, smaller and smaller ones are also being manufactured. In such a small solar cell, when the IV characteristic measurement is performed by the solar cell output evaluation apparatus 50 described in the above embodiment, an overvoltage is applied to the solar cell 1 due to the voltage from the forward bias power source 64 in the forward bias circuit 60. As a result, the solar cell 1 may be broken. Therefore, it is conceivable that the maximum output voltage can be controlled so that the output voltage from the forward bias power supply 64 becomes an appropriate voltage suitable for a small solar cell or the like.
  • the voltmeter 2 and the ammeter 3 may be damaged. Connected. Therefore, in the electronic load control circuit 35, the observed values of the voltmeter 2 and the ammeter 3 are monitored, and the observed values are compared with the rated values of the voltmeter 2 and the ammeter 3, and the observed values are rated in the comparison. When the value exceeds the value, it is conceivable to control the load power semiconductor 33 so that the observed values of the voltmeter 2 and the ammeter 3 do not exceed the rated value.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of a large-capacity electronic load device 90 using the switching method according to the present invention.
  • the components other than the reverse bias circuit 10 and the variable resistance unit 30 have the same configuration as that of the above-described embodiment, and thus the description thereof is omitted.
  • a reverse biased conversion circuit 80 is provided downstream of the ammeter 3 in the large-capacity electronic load device 90.
  • the reverse biased conversion circuit 80 includes a load switching circuit 85, a switching transformer 82, a backflow prevention diode 89, and a reverse bias stabilization capacitor 87.
  • the switching method is to control the power to the load by efficiently changing the ON / OFF ratio of the electronic switch.
  • the load switching circuit 85 using this switching method is a load when viewed from the power supply side, and this switching power load can be regarded as an electronic load, and the load of the solar cell 1 can be reduced from infinity in a pseudo manner.
  • the load switching circuit 85 using the switching method is used, the extremely low resistance value of the solar cell 1 cannot be realized, and the short-circuit current Isc cannot be measured accurately.
  • the reverse bias stabilization capacitor 87 is not charged.
  • the load switching circuit 85 is controlled by the electronic load control circuit 35 so that the load resistance value of the solar cell 1 is minimized from infinity.
  • the solar cell output current 72 flows.
  • a voltage is applied to the switching transformer 82 by the solar cell output current 72, and the reverse bias stabilization capacitor 87 is charged with a polarity opposite to that of the output of the solar cell 1.
  • the load resistance value of the solar cell 1 approaches the minimum, the output voltage of the solar cell 1 approaches 0V, and the reverse bias is applied to the solar cell 1 by the charge voltage charged by the reverse bias stabilization capacitor 87. .
  • the value of the point b in FIG. since the voltages of the reverse bias power supply 89 and the reverse bias stabilization capacitor 87 are applied to the switching transformer 82 and the load switching circuit 85, the operation of the switching circuit is continued.
  • the voltmeter 2 observes the value of point a in FIG. In the above process, the value of the voltmeter 2 changes from point b to point a in FIG. By observing the value of the ammeter 3 at this time, the short-circuit current Isc when the output voltage of the solar cell 1 is 0 V can be accurately obtained.
  • the forward bias circuit 60 having the same configuration as that of the above embodiment is used for the open circuit voltage Voc when the output current of the solar cell 1 is set to 0A. It is required accurately. Since this process is the same as that in the above embodiment, a description thereof will be omitted.
  • noise data is included in the measurement data of the IV characteristic measurement of the solar cell depending on the measurement environment. Therefore, it is conceivable to apply a method for removing a noise component from the obtained measurement data to the present invention to perform more accurate measurement of the IV characteristics of the solar cell.
  • a characteristic function representing the characteristic is known, and a result to be obtained can be predicted.
  • a noise component can be removed from each measurement data based on the predicted information. The removal of noise components will be described below.
  • the solar cell IV characteristic measurement data measured by the electronic load device includes an output voltage of the solar cell, an output current of the solar cell, an actual measurement value of the monitor cell, and the like.
  • the monitor cell is a cell in which the conversion coefficient is accurately measured in advance and the relationship between the output current and the light quantity is clarified. Parameters are determined so that each measurement data is closest to a known function.
  • the known function has theoretical / principal validity, and parameter determination can be performed by polynomial approximation, neurocomputer learning result, table search, or the like.
  • Isc, Voc, Pmax, Vpm, Ipm, FF, EFF, etc. can be obtained from the obtained coefficients by calculation.
  • Vpm the average value of the obtained coefficients
  • Ipm the average value of the obtained coefficients
  • the correction is performed so that the irradiance is measured at 1000 ⁇ 50 W / m 2 .
  • a time zone in which an appropriate light amount is output by the output current of the monitor cell is set.
  • the IV characteristics of the solar cell are measured.
  • the measurement is performed a plurality of times while shifting the timing of starting the IV characteristic measurement, and the data measured when the appropriate amount of light is output is sequentially The measurement voltage is increased from the short state to the open circuit voltage Voc.
  • the light amount of the output current of the solar cell is corrected.
  • the value of the light amount is ⁇ 5% or less
  • the light amount correction of the output current of the solar cell may be performed using proportional correction.
  • a solar cell IV characteristic is created.
  • the solar cell IV characteristic created here is referred to as a reference curve.
  • a solar cell IV characteristic measurement is performed on a new solar cell having the same characteristics in a light amount range of ⁇ 20%.
  • the measurement is performed once, and the noise removal described above is performed on the measured data.
  • amendment of the output current of a solar cell is performed using the obtained data.
  • the output current of the solar cell is expressed by the following formula, but this formula is non-linear and it is difficult to perform analytical light quantity correction. Therefore, the light amount correction of the output current of the solar cell is performed based on the following formula. That is, the output current value in of the solar cell is obtained using the immediately preceding current value in-1.
  • a table in which appropriate values can be set for the diode factor n b , the series resistance r s of the solar cell, and the parallel resistance r sh of the solar cell is prepared in advance. Then, the IV characteristics of the solar cell are obtained based on the values set in the table.
  • which parameter is suitable is determined by determining in advance the most consistent solar cell IV characteristic that can be consistent with the above-described solar cell IV characteristic called a reference curve. Become. Thereafter, calculation may be performed by applying the above-described parameters to the measurement result.
  • the present invention can be applied to a solar cell output characteristic evaluation apparatus and a solar cell output characteristic evaluation method provided with a forward bias power supply for supplying to an electronic load device for measuring solar cell output characteristics.

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Abstract

【課題】高コスト化の要因となる大電流を吐き出すバイポーラ電源を必要とせず、最小限の消費電力で順バイアス電流を印加することで開放電圧Ｖｏｃを正確に測定することができる太陽電池出力特性評価装置およびその方法を提供する。 【解決手段】太陽電池の出力特性を測定する太陽電池出力特性評価装置であって、太陽電池と、前記太陽電池の電圧を測定する電圧計と、前記太陽電池に流れる電流値を測定する電流計と、前記太陽電池に接続される可変抵抗部と、前記太陽電池に接続される順バイアス回路と、前記太陽電池に接続される逆バイアス回路とを備えることを特徴とする、太陽電池出力特性評価装置が提供される。

Description

太陽電池出力特性評価装置および太陽電池出力特性評価方法
　本発明は、太陽電池出力特性測定用の電子負荷装置に供給する順バイアス電源を備えた太陽電池出力特性評価装置および太陽電池出力特性評価方法に関する。
　近年、太陽電池は、大型化・大容量化が実現され、出力電流が１０Ａ以上であり出力電圧が２００Ｖ以上の太陽電池が製造されてきている。太陽光を受光した際の太陽電池の性能は、その太陽電池のＩ－Ｖ特性によって評価される。
　太陽電池のＩ－Ｖ特性を評価する測定装置および方法としては、可変抵抗を用いるものが一般的であり、可変抵抗としてコンデンサ負荷、バイアス電源、電子負荷を用いるものが知られている（非特許文献１参照）。
　しかし、上記各太陽電池のＩ－Ｖ特性評価方法においては、接続配線抵抗等によって、短絡電流Ｉｓｃが正確には測定できないといった問題や、上記電子負荷を用いる方式においては、トランジスタの遮断電流などの影響により開放電圧Ｖｏｃが正確に測定できないといった問題がある。
　そこで、本発明者らは特許文献１において、太陽電池の出力と逆極性の電位を印加する逆バイアス回路を設けたコンデンサ負荷方式太陽電池Ｉ・Ｖカーブトレーサーを創案した。
太陽電池測定システム（英弘精機株式会社ホームページ） 特開平２－１５９５８８号公報
　しかしながら、上記特許文献１に記載のコンデンサ負荷方式太陽電池Ｉ・Ｖカーブトレーサーを用いて、太陽電池のＩ－Ｖ特性評価を行う場合、逆バイアス回路が設けられていることにより短絡電流Ｉｓｃについては正確に測定することが可能であるが、順バイアス機能がないため開放電圧Ｖｏｃについては正確に測定することができないという問題があった。
また、上記バイアス電源方式による太陽電池のＩ－Ｖ特性評価においては、バイポーラ電源と通称される電源が用いられ、電流・電圧ともに両極性の印加が可能である。しかし、太陽電池のＩ－Ｖ特性評価で用いられる電源には、被測定太陽電池の電力に耐える供受給電力容量が必要とされ、大電流を吐き出す大容量のバイポーラ電源では、大型化による高コスト化が問題となっていた。
　そこで、上記問題点に鑑み、本発明の目的は、高コスト化の要因となる大電流を吐き出し／吸い込むバイポーラ電源を必要とせず、最小限の消費電力で順バイアス電流を印加することで開放電圧Ｖｏｃを正確に測定することができる太陽電池出力特性評価装置およびその方法を提供することにある。
　本発明によれば、太陽電池の出力特性を測定する太陽電池出力特性評価装置であって、太陽電池と、前記太陽電池の電圧を測定する電圧計と、前記太陽電池に流れる電流値を測定する電流計と、前記太陽電池に接続される可変抵抗部と、前記太陽電池に接続される順バイアス回路と、前記太陽電池に接続される逆バイアス回路とを備える、太陽電池出力特性評価装置が提供される。
前記可変抵抗部は、電子負荷制御回路と、負荷用電力半導体によって構成されてもよい。
　前記順バイアス回路は、順バイアス用抵抗と、順バイアス電源と、順バイアス寄生電流補償回路によって構成されてもよい。
　前記可変抵抗部および前記逆バイアス回路は逆バイアス付電換回路に包含され、前記逆バイアス付電換回路は、スイッチングトランスと、逆流防止ダイオードと、逆バイアス安定用コンデンサと、負荷用回路によって構成されてもよい。
　また、別の観点からの本発明によれば、太陽電池に電圧計および電流計および可変抵抗である電子負荷を接続し、電子負荷を変化させることによって太陽電池の電流－電圧特性を得る太陽電池の出力特性評価方法において、前記太陽電池の出力と逆に逆バイアス電圧を印加し、前記太陽電池に順バイアス電圧を印加し、前記太陽電池の短絡電流および開放電圧を測定する、太陽電池の出力特性評価方法が提供される。
　前記順バイアス電圧の印加において、順バイアス電源に最大出力電圧を制限する機能を設けてもよい。
　前記可変抵抗としてスイッチング方式を用いた大容量電子負荷装置を使用してもよい。
　既知特性を用いて、前記太陽電池から得られた出力電圧、出力電流、モニターセルの実測値からノイズ成分を除去することとしてもよい。
　本発明によれば、高コスト化の要因となる大電流を吐き出し／吸い込むバイポーラ電源を必要とせず、最小限の消費電力で順バイアス電流を印加することで開放電圧Ｖｏｃを正確に測定することができる太陽電池出力特性評価装置および方法が提供される。
従来の太陽電池Ｉ－Ｖカーブトレーサー１００の説明図である。 太陽電池１がある一定の放射照度である場合の太陽電池Ｉ－Ｖカーブトレーサー１００の測定結果であるＩ－Ｖ特性のグラフである。 太陽電池出力特性評価装置５０の説明図である。 太陽電池出力特性評価装置５０を用いてＩ－Ｖ特性測定を行う際の、短絡電流Ｉｓｃを求める工程である。 太陽電池出力特性評価装置５０を用いてＩ－Ｖ特性測定を行う際の、開放電圧Ｖｏｃを求める工程についての説明図である。 順バイアス動作時の電流の流れ図である。 スイッチング方式を用いた大容量電子負荷装置９０の説明図である。
　１…太陽電池
２…電圧計
３…電流計
１０…逆バイアス回路
２０…逆バイアス電源
３０…可変抵抗部
５０…太陽電池出力特性評価装置
６０…順バイアス回路
８０…逆バイアス付電換回路
９０…大容量電子負荷装置
１００…逆バイアス付き太陽電池Ｉ－Ｖカーブトレーサー原理図
　以下、本発明の実施の形態を、図面を参照にして説明する。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説明を省略する。
　まず、以下に従来の太陽電池Ｉ－Ｖカーブトレーサーについて説明する。
　図１は、本発明者らが創案した従来の太陽電池Ｉ－Ｖカーブトレーサー１００の説明図である。太陽電池１には、その出力電圧を測定する電圧計２と出力電流を測定する電流計３が接続されている。また、電流計３の上流には逆バイアス電源２０、逆流防止ダイオード２２、逆バイアス安定用コンデンサ２４の並列配置によって構成される逆バイアス回路１０が設けられている。また、太陽電池１の可変抵抗部３０が太陽電池１の下流（逆バイアス回路１０の上流）に設けられている。電圧計２および電流計３には太陽電池出力測定を行う高速コンバータ５およびデータ処理可変抵抗制御装置７が接続される。
　また、図２は太陽電池１がある一定の放射照度である場合の太陽電池Ｉ－Ｖカーブトレーサー１００の測定結果であるＩ－Ｖ特性のグラフである。Ｉ－Ｖ特性の測定においては、可変抵抗部の負荷抵抗値を０～∞の範囲で動作させ、そのときのＩ－Ｖ特性を測定しグラフ化することで特性評価を行う。なお、負荷抵抗値が小さい状態、すなわち太陽電池１の出力電圧を０Ｖにしたときの出力電流は短絡電流Ｉｓｃとされ、最も負荷抵抗値が大きい状態、すなわち太陽電池１の出力電流を０Ａにしたときの出力電圧は開放電圧Ｖｏｃとされる。
　図１に示す太陽電池Ｉ－Ｖカーブトレーサー１００において、逆バイアス回路１０のない状態でＩ－Ｖ特性を測定する場合に、太陽電池１の出力電圧を０Ｖにしようとしても、実際には接続配線抵抗等によって太陽電池１の出力電圧は０Ｖになることはなく、ある一定の電圧（図２における点bまでしか下げることができず、短絡電流Ｉｓｃを正確に測定することはできない。
　そこで、図１に示す逆バイアス回路１０を設け、太陽電池１の出力電圧と逆の電圧を印加することにより出力電圧を０Ｖ以下（例えば図２における点aまで下げることが可能となる。その結果、短絡電流Ｉｓｃの測定が正確に行えることとなる。
　一方、図１に示す太陽電池Ｉ－Ｖカーブトレーサー１００を用いる場合において、太陽電池１の出力電流を０Ａにしようとしても、可変抵抗部３０の特性によって太陽電池１の出力電流が０Ａになることはなく、ある一定の電流（図２における点cまでしか下げることができず、開放電圧Ｖｏｃを正確に測定することはできない。
そこで、以下に説明する本発明の実施の形態にかかる太陽電池出力特性評価装置５０が提案される。
　図３は本発明の実施の形態にかかる太陽電池出力特性評価装置５０の説明図である。太陽電池１にはその出力電圧を測定する電圧計２と出力電流を測定する電流計３が接続されている。また、電流計３の下流には、上記太陽電池Ｉ－Ｖカーブトレーサー１００同様に、可変抵抗部３０および逆バイアス回路１０が接続されている。ここで、可変抵抗部３０は、例えばＨＦＥＴ（Ｈｅｔｅｒｏ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である負荷用電力半導体３３と電子負荷制御回路３５によって構成される。さらに、電流計３の下流には、太陽電池１に対し可変抵抗部３０および逆バイアス回路１０と並列になるように順バイアス回路６０が接続されている。ここで、逆バイアス回路１０の構成については上記Ｉ－Ｖカーブトレーサーと同様である。順バイアス回路６０の構成は、回路上流から順バイアス用抵抗６２、順バイアス電源６４、順バイアス寄生電流補償回路６６が接続される構成となっており、順バイアス回路６０の下流は、逆バイアス回路１０に接続され、また、順バイアス回路６０内の順バイアス電源６４－順バイアス寄生電流補償回路６６間と、可変抵抗３０－逆バイアス回路１０間は接続されている。
　以下に図３のように構成される第１の実施の形態にかかる太陽電池出力特性評価装置５０を用いて、Ｉ－Ｖ特性を測定する工程について、図面を参照して説明する。
　図４は太陽電池出力特性評価装置５０を用いてＩ－Ｖ特性測定を行う際の、短絡電流Ｉｓｃを求める工程についての説明図である。
　図４における各部の構成については上記同様なので省略する。また、太陽電池１から出力される電流を７２（実線矢印７２）、順バイアス電源６４から出力される順バイアス電流を７４（実線矢印７４）として図４中に示す。
　Ｉ－Ｖ特性測定が行われる直前には、図４の破線７０に示されるように、逆バイアス回路１０では、逆バイアス電源２０により逆バイアス安定用コンデンサ２４に太陽電池１の出力と逆の極性で充電が行われる。
　そして、Ｉ－Ｖ特性測定が開始されると、逆バイアス安定用コンデンサ２４に充電された電荷電圧により、太陽電池１に逆バイアス電圧がかかる。このとき、電圧計２では、図２における点aの値が観測される。なお、このときの太陽電池出力電流７２は、負荷用電力半導体３３および逆バイアス安定用コンデンサ２４を経由して流れる。
　その後、電子負荷制御回路３５によって制御される負荷用電力半導体３３によって、太陽電池１の負荷抵抗値が大きくなるような制御が行われ、逆バイアス安定用コンデンサ２４に充電された電圧は急速に放電されることとなる。その際、逆バイアス安定用コンデンサ２４には逆方向の電圧がかかることになるが、逆流防止ダイオード２２の効果により該ダイオード２２の順方向電圧にクランプされ、逆バイアス安定用コンデンサ２４には逆方向に電圧がかかることはない。
　上述してきた過程において、電圧計２の値は、点aから点bに変化することとなる。この電圧計２の値の変化に伴う電流計３の値の変化を計測することにより、太陽電池１の電圧を０Ｖとしたときの電流計３の値である短絡電流Ｉｓｃを正確に求めることができる。なお、このとき、順バイアス回路６０からの順バイアス電流７４は、負荷抵抗３０の抵抗値が小さいため、太陽電池１に向かって流れ込むことはなく、負荷用電力半導体３３に向かって流れることとなる。そして、順バイアス電流７４は、負荷用電力半導体３３を経由して順バイアス電源６４へ戻る。
　また、図５は太陽電池出力特性評価装置５０を用いてＩ－Ｖ特性測定を行う際の、開放電圧Ｖｏｃを求める工程についての説明図である。
　図５における各部の構成については上記同様なので省略する。また、太陽電池１から出力される電流を７２（実線矢印７２）、順バイアス電源６４から出力される順バイアス電流を７４（実線矢印７４）として図５中に示す。
　電子負荷制御回路３５によって制御される負荷用電力半導体３３により太陽電池１の負荷抵抗値が大きくなるような制御が行われ、負荷用電力半導体３３に向かって電流が流れなくなる。このとき、太陽電池１の負荷抵抗値が大きくなるにつれ、電流計３で計測される電流は、図２における点cから点dへと変化する。この過程における電圧計２の値を計測することにより、太陽電池１の出力電流を０Ａにしたときの開放電圧Ｖｏｃを正確に求めることができる。なお、開放電圧Ｖｏｃをこえて、図２の点ｄに近づくような太陽電池１の負荷抵抗値になるとき、順バイアス電流７４は、順バイアス電源６４に戻る。
　また、図６は順バイアス動作時の電流の流れ図である。
　ここで、Ｉ－Ｖ特性測定が行われる前、太陽電池１に光が供給されていない状態において負荷用電力半導体３３の負荷抵抗値が最大となる場合に、順バイアス電流７４は、図６に示すように、太陽電池１に流れ込み、逆バイアス安定用コンデンサ２４に蓄電される。そこで、順バイアス寄生電流補償回路６６を設け、順バイアス電流７４を図６中の矢印７５に示すように順バイアス寄生電流補償回路６６に経由させるようにした。これは、順バイアス寄生電流補償回路６６がない場合、順バイアス電流７４は逆バイアス安定用コンデンサ２４に供給、充電されることとなり、その結果逆バイアス安定用コンデンサ２４の耐電圧を超えて充電が行われ、破壊してしまう危険性があるからである。
　以上述べた太陽電池出力特性評価装置５０を用いて、Ｉ－Ｖ特性を測定する工程によって短絡電流Ｉｓｃおよび開放電圧Ｖｏｃを正確に測定することにより、太陽電池１のＩ－Ｖ特性についてより正確な評価を行うことが可能となる。
　以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、様々な太陽電池を同一の太陽電池出力特性評価装置するために、順バイアス回路６０おける順バイアス電源６４の最大出力電圧を制限できるような制限機能をもたせることが好ましい。
太陽電池の大型化・大容量化が達成されつつある中、一方では小型化・小容量のものも製造されている。このような小型太陽電池において上記実施の形態に述べた太陽電池出力評価装置５０によってＩ－Ｖ特性測定を行う場合、順バイアス回路６０内の順バイアス電源６４からの電圧によって太陽電池１に過電圧がかかり、太陽電池１が壊れてしまう可能性がある。そこで、順バイアス電源６４からの出力電圧を小型太陽電池等に見合った適切な電圧になるように最大出力電圧を制御できるようにすることが考えられる。
　また、太陽電池１から出力される出力電圧および出力電流が電圧計２および電流計３の定格以上に出力された場合には、電圧計２、電流計３および負荷用電力半導体３３の故障等につながる。そこで、電子負荷制御回路３５において、電圧計２および電流計３の観測値を監視し、各観測値と電圧計２および電流計３の定格値との比較を行い、その比較において観測値が定格値を越えている場合に、負荷用電力半導体３３を制御することで電圧計２および電流計３の観測値が定格値を越えないようにすることも考えられる。
　また、短絡電流Ｉｓｃを正確に求めるための上記実施の形態における逆バイアス回路として、スイッチング方式を用いた大容量電子負荷装置を用いることも考えられる。
　そこで、以下にスイッチング方式を用いた大容量電子負荷装置９０について図面を参照して説明する。
　図７は本発明にかかるスイッチング方式を用いた大容量電子負荷装置９０の説明図である。大容量電子負荷装置９０の構成としては、逆バイアス回路１０および可変抵抗部３０を除く各部分については、上記実施の形態と同様の構成をとるため説明は省略する。図７に示すように、大容量電子負荷装置９０において電流計３の下流には、逆バイアス付電換回路８０が設けられている。逆バイアス付電換回路８０は、負荷用スイッチング回路８５、スイッチングトランス８２、逆流防止ダイオード８９および逆バイアス安定用コンデンサ８７から構成される。
　スイッチング方式とは電子スイッチのＯＮ／ＯＦＦの比率を効率的に変えることで、負荷への電力を制御するものである。このスイッチング方式を用いた負荷用スイッチング回路８５は電源供給側から見ると負荷であり、このスイッチング電源負荷を電子負荷と見立て、擬似的に太陽電池１の負荷を無限大から下げることができる。しかし、スイッチング方式を用いた負荷用スイッチング回路８５のみを用いても、太陽電池１の極めて低い抵抗値は実現できず、短絡電流Ｉｓｃは正確に測定されない。
　そこで、スイッチング方式に対応する逆バイアス回路を設け、短絡電流Ｉｓｃを求める。以下にその過程を説明する。
　Ｉ－Ｖ特性測定が行われる直前には、スイッチングトランス８２に電流が流れていないため、逆バイアス安定用コンデンサ８７には充電はされていない。
　その後、Ｉ－Ｖ特性測定が開始されると、電子負荷制御回路３５により負荷用スイッチング回路８５は太陽電池１の負荷抵抗値が無限大から最小になるように制御される。このとき、太陽電池１の負荷抵抗値は無限大から徐々に減少していくので、太陽電池出力電流７２が流れる。太陽電池出力電流７２によってスイッチングトランス８２に電圧がかかることになり、逆バイアス安定用コンデンサ８７に太陽電池１の出力と逆の極性での充電がされることとなる。
　そして、太陽電池１の負荷抵抗値が最小に近づくと、太陽電池１の出力電圧が０Ｖに近づき、逆バイアス安定用コンデンサ８７充電された電荷電圧により、太陽電池１に逆バイアスがかかることになる。このとき、電圧計２では、図２における点bの値が観測される。なお、このときスイッチングトランス８２および負荷用スイッチング回路８５には逆バイアス電源８９および逆バイアス安定用コンデンサ８７の電圧が印加されるため、スイッチング回路動作は継続される。
　太陽電池１の負荷抵抗値が０になると、逆バイアス安定用コンデンサ８７に充電された電荷電圧により太陽電池１に逆バイアスがかかる。そのため、電圧計２では、図２における点aの値が観測されることとなる。
　以上の過程において、電圧計２の値は図２における点bから点aへ変化する。このときの電流計３の値を観測することにより、太陽電池１の出力電圧を０Ｖとしたときの短絡電流Ｉｓｃを正確に求めることができる。
　また、スイッチング方式を用いた大容量電子負荷装置９０において、太陽電池１の出力電流を０Ａにしたときの開放電圧Ｖｏｃについては、上記実施の形態と同様の構成をとる順バイアス回路６０を利用することで正確に求められる。その過程については上記実施の形態と同様であるため省略する。
　一方、太陽電池のＩ－Ｖ特性測定の測定データには、測定環境によりノイズ成分が含まれていることは一般的に知られている。そこで、得られた測定データからノイズ成分を除去する方法を本発明に適応させ、より正確な太陽電池のＩ－Ｖ特性測定を行うことも考えられる。太陽電池においては、その特性を表す特性関数が既知であり、得られるべき結果が予想できる。その予想情報をもとに各測定データからノイズ成分を除去することができる。以下にノイズ成分の除去について説明する。
　電子負荷装置により測定される太陽電池Ｉ－Ｖ特性測定データは、太陽電池の出力電圧、太陽電池の出力電流、モニターセルの実測値等である。なお、モニターセルとは、予め変換係数が正確に計測され、出力電流と光量との関係が明らかになっているセルである。
　各測定データについて既知関数に最近似するようにパラメータを決定する。ここで、既知関数は、理論的・原理的妥当性のあるもので、パラメータ決定は、多項式近似、ニューロコンピュータの学習結果、テーブル検索等が考えられる。
　例えば、既知関数として２次式近似が適用できる場合には、ｙ＝ａｘ２＋ｂｘ＋ｃにおける係数ａ、ｂ、ｃを測定データから求める。そして、求められる係数ａ、ｂ、ｃによって決まる２次式を用いて太陽電池出力電圧、太陽電池出力電流を正確に、パラメータにより求めることが可能となる。
　この方法によれば、求められた係数から、計算によってＩｓｃ、Ｖｏｃ、Ｐｍａｘ、Ｖｐｍ、Ｉｐｍ、ＦＦ、ＥＦＦ等は求めることができる。また、従来は測定データの再現のために、あらゆる場合のＩ－Ｖ特性についてのデータを保存しなくてはならなかったが、得られるパラメータのみを保存することで足りることとなる。
　また、ノイズ成分が除去された太陽電池の出力について、より正確な光量補正が行われることが望ましい。
　太陽電池の特性評価においては、フラッシュランプを用いた場合、時間と共に光量が減少する。そのため太陽電池の出力には光量補正が必要となる。以下においては、放射照度が１０００±５０Ｗ／ｍ２で計測されたように補正することとして説明する。
　まず、光量補正を行う前に、モニターセルの出力電流により適切な光量が出力されている時間帯に測定を行う。ここでは放射照度が１０００±５０Ｗ／ｍ２となる時間帯とする。この時間帯において、太陽電池のＩ－Ｖ特性測定を行う。この場合、正しく出力されている時間帯が短いため、Ｉ－Ｖ特性測定を開始するタイミングをずらしながら、複数回測定を行い、適切な光量が出力されているときに計測されたデータを、順次ショート状態から開放電圧Ｖｏｃに至るまで測定電圧を増やしていく。
　次に、太陽電池の出力電流の光量補正を行う。この場合には、光量の値が±５％以下なので、比例補正を使用して太陽電池の出力電流の光量補正を行えばよい。そして、上記測定により得られたデータに基き、太陽電池Ｉ－Ｖ特性を作成する。なお、ここで作成される太陽電池Ｉ－Ｖ特性をここでは基準カーブと呼ぶ。
　そして、新たな同一特性の太陽電池を、光量が±２０％の範囲において太陽電池Ｉ－Ｖ特性測定を行う。ここで測定は１回とし、測定されたデータについて前述したノイズ除去を行う。そして、得られたデータを用いて太陽電池の出力電流の光量補正を行う。太陽電池の出力電流は下記の式で表されるが、この式は非線型であり、解析的な光量補正は困難である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 そこで、太陽電池の出力電流の光量補正は、下記の式に基いて行う。すなわち、太陽電池の出力電流値ｉｎは、直前の電流値ｉｎ-１を使って求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　さらに、ダイオード因子nb、太陽電池の直列抵抗rs、太陽電池の並列抵抗rshについてはそれぞれに適当な値が設定できるテーブルを予め用意する。そして、そのテーブルに設定された値に基き、太陽電池のＩ－Ｖ特性を求める。
　ここで、どのパラメータが適しているかは、前述した、基準カーブと呼ばれる太陽電池Ｉ－Ｖ特性と整合性が取れる最も整合性のある太陽電池Ｉ－Ｖ特性を予め決定しておけばよいこととなる。以降は、測定結果に上述したパラメータを適応して計算すればよい。
　本発明は、太陽電池出力特性測定用の電子負荷装置に供給する順バイアス電源を備えた太陽電池出力特性評価装置および太陽電池出力特性評価方法に適用できる。

Claims (8)

  1. 太陽電池の出力特性を測定する太陽電池出力特性評価装置であって、
    太陽電池と、
    前記太陽電池の電圧を測定する電圧計と、
    前記太陽電池に流れる電流値を測定する電流計と、
    前記太陽電池に接続される可変抵抗部と、
    前記太陽電池に接続される順バイアス回路と、
    前記太陽電池に接続される逆バイアス回路とを備える、太陽電池出力特性評価装置。
  2. 前記可変抵抗部は、電子負荷制御回路と、負荷用電力半導体によって構成される、請求項１に記載の太陽電池出力特性評価装置。
  3. 前記順バイアス回路は、順バイアス用抵抗と、順バイアス電源と、順バイアス寄生電流補償回路によって構成される、請求項１に記載の太陽電池出力特性評価装置。
  4. 前記可変抵抗部および前記逆バイアス回路は逆バイアス付電換回路に包含され、前記逆バイアス付電換回路は、スイッチングトランスと、逆流防止ダイオードと、逆バイアス安定用コンデンサと、負荷用回路によって構成される、請求項１に記載の太陽電池出力特性評価装置。
  5. 太陽電池に電圧計および電流計および可変抵抗である電子負荷を接続し、電子負荷を変化させることによって太陽電池の電流－電圧特性を得る太陽電池の出力特性評価方法において、
    前記太陽電池の出力と逆に逆バイアス電圧を印加し、
    前記太陽電池に順バイアス電圧を印加し、
    前記太陽電池の短絡電流および開放電圧を測定する、太陽電池の出力特性評価方法。
  6. 前記順バイアス電圧の印加において、順バイアス電源に最大出力電圧を制限する機能を設ける、請求項５に記載の太陽電池の出力特性評価方法。
  7. 前記可変抵抗としてスイッチング方式を用いた大容量電子負荷装置を使用する、請求項６に記載の太陽電池の出力特性評価方法。
  8. 既知特性を用いて、前記太陽電池から得られた出力電圧、出力電流、モニターセルの実測値からノイズ成分を除去する、請求項５に記載の太陽電池の出力特性評価方法。
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