专利名称：太阳电池输出特性评价装置及太阳电池输出特性评价方法
技术领域：
本发明涉及具备向太阳电池输出特性测定用的电子负载装置供给的正偏压电源 的太阳电池输出特性评价装置及太阳电池输出特性评价方法。
背景技术：
近年来，太阳电池实现大型化/大容量化，制造出了输出电流为IOA以上、输出电 压为200V以上的太阳电池。接收太阳光时的太阳电池的性能根据该太阳电池的I-V特性 进行评价。作为评价太阳电池的I-V特性的测定装置及方法，通常使用可变电阻，已知作为 可变电阻使用电容器负载、偏压电源、电子负载的测定装置和方法(参照非专利文献1)。可是，在上述各太阳电池的I-V特性评价方法中，由于连接布线电阻等，存在短路 电流Isc无法正确地进行测定的问题，在上述使用电子负载的方式中，由于晶体管的断路 电流等的影响，存在开路电压Voc无法正确地进行测定的问题。因此，本发明者们在专利文献1中提出了一种设置有反偏压电路的电容器负载方 式太阳电池I/V波形记录器，所述反偏压电路施加和太阳电池的输出相反极性的电位。非专利文献1 太陽電池測定HU (英弘精機株式会社* 一 A《一 ”、’ 专利文献1 日本特开平2-159588号公报。
发明内容
发明要解决的课题
可是，在使用上述专利文献1中记载的电容器负载方式太阳电池ΙΛ波形记录器进行 太阳电池的I-V特性评价的情况下，通过设置反偏压电路能够对短路电流Isc正确地进行 测定，但由于没有正偏压功能，所以存在对开路电压Voc无法正确地进行测定的问题。此外，在利用上述偏压电源方式的太阳电池的I-V特性评价中，使用被通称为双 极性电源的电源，电流/电压均能够进行双极性的施加。但是，对于在太阳电池的I-V特性 评价中使用的电源，需要承受被测定太阳电池的功率的供给接受功率容量，在放出大电流 的大容量的双极性电源中，大型化导致的高成本化成为问题。因此，鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种不需要成为高成本化的主要原 因的放出(discharging)/吸收(absorbing)的大电流的双极性电源，通过以最小限度的功 率消耗施加正偏压电流，能够正确地测定开路电压Voc的太阳电池输出特性评价装置及其 方法。用于解决课题的方案
根据本发明，提供了一种太阳电池输出特性评价装置，测定太阳电池的输出特性，其特 征在于，具备电压计，测定所述太阳电池的电压；电流计，测定流到所述太阳电池的电流 值；可变电阻部，与所述太阳电池连接；正偏压电路，与所述太阳电池连接；以及反偏压电 路，与所述太阳电池连接。
所述可变电阻部由电子负载控制电路和负载用功率半导体构成也可。所述正偏压电路由正偏压用电阻、正偏压电源、和正偏压寄生电流补偿电路构成 也可。所述可变电阻部及所述反偏压电路被包含在带有反偏压的功率转换电路中，所述 带有反偏压的功率转换电路由开关变压器、防逆流二极管、反偏压稳定用电容器、和负载用 电路构成也可。此外，根据从另外的观点出发的本发明，提供了一种太阳电池的输出特性评价方 法，在太阳电池连接电压计及电流计及作为可变电阻的电子负载，通过使电子负载变化，获 得太阳电池的电流-电压特性，其特征在于，与所述太阳电池的输出相反地施加反偏压电 压；对所述太阳电池施加正偏压电压；测定所述太阳电池的短路电流及开路电压。在所述正偏压电压的施加中设置对正偏压电源限制最大输出电压的功能也可。使用利用了开关方式的大容量电子负载装置作为所述可变电阻也可。使用已知特性，从由所述太阳电池获得的输出电压、输出电流、监视电池的实测值 除去噪声成分也可。发明的效果
根据本发明，提供一种太阳电池输出特性评价装置及方法，不需要成为高成本化的主 要原因的放出/吸收大电流的双极性电源，能够通过以最小限度的功率消耗施加正偏压电 流正确地测定开路电压Voc。
图1是现有的太阳电池I-V波形记录器100的说明图。图2是在太阳电池1为某固定的辐照度的情况下的、作为太阳电池I-V波形记录 器100的测定结果的I-V特性的图表。图3是太阳电池输出特性评价装置50的说明图。图4是在使用太阳电池输出特性评价装置50进行I-V特性测定时的、求取短路电 流Isc的工序。图5是对在使用太阳电池输出特性评价装置50进行I-V特性测定时的、求取开路 电压Voc的工序的说明图。图6是正偏压工作时的电流的流向图。图7是使用开关方式的大容量电子负载装置90的说明图。符号的说明
1太阳电池；2电压计；3电流计；10反偏压电路；20反偏压电源；30可变电阻部；50太阳电池输出特性评价装置60正偏压电路；80 带有反偏压的功率转换电路；
90 大容量电子负载装置；
100 带有反偏压的太阳电池I-V波形记录器原理图。
具体实施例方式以下，参照
本发明的实施方式。再有，在本说明书及附图中，对于具有实 质上相同的功能结构的结构要素，通过附加同一符号而省略重复说明。首先，以下对在现有的太阳电池I-V波形记录器进行说明。图1是本发明者们提出的现有的太阳电池I-V波形记录器100的说明图。在太阳 电池1连接有测定其输出电压的电压计2和测定输出电流的电流计3。此外，在电流计3的 上游设置有通过反偏压电源20、防逆流二极管22、反偏压稳定用电容器M的并联配置而构 成的反偏压电路10。此外，太阳电池1的可变电阻部30设置在太阳电池1的下游(反偏压 电路10的上游)。在电压计2及电流计3连接有进行太阳电池输出测定的高速转换器5及 数据处理可变电阻控制装置7。此外，图2是在太阳电池1是某固定的辐照度的情况下的、作为太阳电池I-V波形 记录器100的测定结果的I-V特性的图表。在I-V特性的测定中，使可变电阻部的负载电 阻值在ο ⑴的范围进行工作，通过测定此时的I-V特性进行图表化来进行特性评价。再 有，在负载电阻值小的状态，即在将太阳电池1的输出电压设为OV时的输出电流被作为短 路电流ISC，在负载电阻值最大的状态、即在将太阳电池1的输出电流设为OA时的输出电压 被作为开路电压Voc。在图1中表示的太阳电池I-V波形记录器100中，在以没有反偏压电路10的状态 测定I-V特性的情况下，即使要将太阳电池1的输出电压设为0V，实际上由于连接布线电阻 等太阳电池1的输出电压也不会变为0V，只能下降到某固定的电压进图2中的b点)，因此 不能正确地测定短路电流Isc。因此，通过设置在图1中表示的反偏压电路10，施加和太阳电池1的输出电压反向 的电压，能够使输出电压下降到OV以下(例如在图2中的点a)。结果，能正确地进行短路电 流Isc的测定。另一方面，在使用图1中表示的太阳电池I-V波形记录器100的情况下，即使要将 太阳电池1的输出电流设为0A，由于可变电阻部30的特性太阳电池1的输出电流也不会变 为0A，只能下降到某固定的电流(在图2中的点c)，因此不能正确地测定开路电压Voc。因此，提出了在以下说明的本发明的实施方式的太阳电池输出特性评价装置50。图3是本发明的实施方式的太阳电池输出特性评价装置50的说明图。在太阳电 池1连接有测定其输出电压的电压计2和测定输出电流的电流计3。此外，在电流计3的下 游，与上述太阳电池I-V波形记录器100同样地，连接有可变电阻部30及反偏压电路10。 在此，可变电阻部30 由例如是由作为HFET (Hetero structure Field Effect Transistor, 异质结场效应晶体管)的负载用功率半导体33和电子负载控制电路35构成。进而，在电 流计3的下游，以相对于太阳电池1与可变电阻部30及反偏压电路10成为并联的方式连 接有正偏压电路60。在此，关于反偏压电路10的结构和上述I-V波形记录器相同。正偏 压电路60的结构是从电路上游起连接正偏压用电阻62、正偏压电源64、正偏压寄生电流补偿电路66的结构，正偏压电路60的下游与反偏压电路10连接，此外，正偏压电路60内的 正偏压电源64-正偏压寄生电流补偿电路66之间和可变电阻30-反偏压电路10之间被连接。以下，针对使用以图3的方式构成的第1实施方式的太阳电池输出特性评价装置 50测定I-V特性的工序，参照附图进行说明。图4是针对在使用太阳电池输出特性评价装置50进行I-V特性测定时的、求取短 路电流Isc的工序的说明图。关于图4的各部分的结构和上述相同，因此省略。此外，将从太阳电池1输出的电 流设为72 (实线箭头72)，将从正偏压电源64输出的正偏压电流设为74 (实线箭头74)并 在图4中表示。在进行I-V特性测定之前，如图4的虚线70所示，在反偏压电路10中，通过反偏 压电源20对反偏压稳定用电容器M以和太阳电池1的输出相反的极性进行充电。然后，当开始I-V特性测定时，通过在反偏压稳定用电容器M充电的电荷电压，对 太阳电池1施加反偏压电压。此时，在电压计2中，观测到图2中的点a的值。再有，此时 的太阳电池输出电流72，经由负载用功率半导体33及反偏压稳定用电容器M流过。之后，通过被电子负载控制电路35控制的负载用功率半导体33，以增大太阳电池 1的负载电阻值的方式进行控制，在反偏压稳定用电容器M充电了的电压被急速地放电。 此时，变为在反偏压稳定用电容器M施加反方向的电压，但是由于防逆流二极管22的效 果，上述反方向电压被箝位在该二极管22的正方向电压，不再对反偏压稳定用电容器M在 反方向施加电压。在上述的过程中，电压计2的值从点a变化到点b。通过对伴随着该电压计2的值 的变化的电流计3的值的变化进行计测，能够正确地求取作为将太阳电池1的电压设为OV 时的电流计3的值的短路电流Isc。再有，此时，来自正偏压电路60的正偏压电流74，由于 负载电阻30的电阻值�。虼瞬换嵯蛱舻绯�1流入，而是向负载用功率半导体33流过。 而且，正偏压电流74经由负载用功率半导体33返回正偏压电源64。此外，图5是对使用太阳电池输出特性评价装置50进行I-V特性测定时的、求取 开路电压Voc的工序的说明图。关于图5的各部分的结构和上述相同，因此省略。此外，将从太阳电池1输出的电 流设为72 (实线箭头72)，从正偏压电源64输出的正偏压电流设为74 (实线箭头74)并在 图5中表示。通过被电子负载控制电路35控制的负载用功率半导体33，以太阳电池1的负载 电阻值变大的方式进行控制，朝向负载用功率半导体33不再流过电流。此时，随着太阳电 池1的负载电阻值变大，在电流计3中测量的电流从图2中的点c变化为点d。通过计测 该过程中的电压计2的值，能够正确地求取将太阳电池1的输出电流设为OA时的开路电压 Voc0再有，在超过开路电压Voc，变为接近图2的点d那样的太阳电池1的负载电阻值时， 正偏压电流74返回正偏压电源64。此外，图6是正偏压工作时的电流的流向图。在此，在进行I-V特性测定之前，当没有向太阳电池1供给光的状态中负载用功率 半导体33的负载电阻值变为最大的情况下，正偏压电流74如图6所示，流入太阳电池1，被蓄电在反偏压稳定用电容器对。因此，设置正偏压寄生电流补偿电路66，使正偏压电流74 如图6中的箭头75所示那样经由正偏压寄生电流补偿电路66。这是因为在没有正偏压寄 生电流补偿电路66的情况下，正偏压电流74向反偏压稳定用电容器M供给、充电，其结果 有超过反偏压稳定用电容器M的承受电压进行充电而破坏的危险性。使用以上所述的太阳电池输出特性评价装置50，通过测定I-V特性的工序正确地 测定短路电流Isc及开路电压Voc，由此能够对太阳电池1的I-V特性进行更加正确的评 价。以上，说明了本发明的实施方式的一个例子，但本发明并不仅限于图示的方式。很 明显，如果是本领域的技术人员的话，在专利请求的范围内记载的思想的范畴内能够想到 各种的变更例或者修正例，针对这些变更例或者修正例当然也理解为属于本发明的技术的 范围。例如，为了使用同一太阳电池输出特性评价装置对各种各样的太阳电池进行评 价，优选使其具有能够限制正偏压电路60的正偏压电源64的最大输出电压那样的限制功 能。太阳电池的大型化/大容量化正在实现，另一方面也制造出了小型化/小容量的 太阳电池。在这样的小型太阳电池中通过上述实施方式中所述的太阳电池输出评价装置50 进行I-V特性测定的情况下，通过来自正偏压电路60内的正偏压电源64的电压对太阳电 池1施加过电压，存在太阳电池1损坏的可能性。因此，可以考虑使最大输出电压能够被控 制，以将来自正偏压电源64的输出电压变为与小型太阳电池等相应的合适的电压。此外，在从太阳电池1输出的输出电压及输出电流在电压计2及电流计3的额定 值以上输出的情况下，会导致电压计2、电流计3及负载用功率半导体33的故障等。因此， 也可以考虑在电子负载控制电路35中，监视电压计2及电流计3的观测值，进行各观测值 与电压计2及电压计3的额定值的比较，当在该比较中观测值超过额定值的情况下，通过控 制负载用功率半导体33以使电压计2及电流计3的观测值不超过额定值。此外，也可以考虑作为用于正确地求取短路电流Isc的上述实施方式的反偏压电 路，使用利用开关方式的大容量电子负载装置。因此，以下对使用开关方式的大容量电子负载装置参照附图进行说明。图7是使用本发明的开关方式的大容量电子负载装置90的说明图。作为大容量 电子负载装置90的结构，由于除了反偏压电路10及可变电阻部30之外的各部分采用和上 述实施方式相同的结构，所以省略说明。如图7所示，在大容量电子负载装置90中，在电流 计3的下游，设置有带有反偏压的功率转换电路80。带有反偏压的功率转换电路80由负载 用开关电路85、开关变压器82、防逆流二极管89及反偏压稳定用电容器87构成。开关方式是通过有效率地改变电子开关的0N/0FF的比率来控制向负载的电力。 使用该开关方式的负载用开关电路85当从电源供给侧看时是负载，将该开关电源负载看 成电子负载，能够模拟地从无限大降低太阳电池1的负载。但是，即使只使用利用开关方式 的负载用开关电路85，也不能实现太阳电池1的极低的电阻值，不能正确地测定短路电流 Isc。因此，设置与开关方式相应的反偏压电路，求取短路电流Isc。以下对该过程进行 说明。
在进行I-V特性测定之前，由于在开关变压器82没有电流流过，因此没有对反偏 压稳定用电容器87充电。在此之后，当开始I-V特性测定时，通过电子负载控制电路35以在负载用开关电 路85中太阳电池1的负载电阻值从无限大变为最小的方式进行控制。此时，太阳电池1的 负载电阻值从无限大渐渐地减少，因此流过太阳电池输出电流72。通过太阳电池输出电流 72对开关变压器82施加电压，向反偏压稳定用电容器87进行以和太阳电池1的输出相反 的极性的充电。而且，当太阳电池1的负载电阻值接近最小时，太阳电池1的输出电压接近0V，通 过反偏压稳定用电容器87充电的电荷电压，对太阳电池1施加反偏压。此时，在电压计2 中观测到图2中的点b的值。再有，由于此时在开关变压器82及负载用开关电路85施加 反偏压电源89及反偏压稳定用电容器87的电压，所以开关电路工作继续。当太阳电池1的负载电阻值为0时，通过对反偏压稳定用电容器87充电的电荷电 压，对太阳电池1施加反偏压。因此，在电压计2中，观测到图2中的点a的值。在以上的过程中，电压计2的值从在图2中的点b向点a变化。通过观测此时的 电流计3的值，能够正确地求取将太阳电池1的输出电压设为OV时的短路电流Isc。此外，在使用开关方式的大容量电子负载装置90中，对于将太阳电池1的输出电 流设为OA时的开路电压Voc，通过利用采用和上述实施方式相同的结构的正偏压电路60从 而正确地求取。关于该过程，由于和上述实施方式相同，所以省略。另一方面，在太阳电池的I-V特性测定的测定数据中，由于测定环境导致包含噪 声成分是通常为人所知的。因此，也可以考虑将从得到的测定数据中除去噪声成分的方法 应用于本发明，从而进行更加正确的太阳电池的I-V特性测定。在太阳电池中，已知表示其 特性的特征函数，能够预想应当得到的结果。能够基于该预想信息从各测定数据中除去噪 声成分。以下对噪声成分的除去进行说明。通过电子负载装置测定的太阳电池I-V特性测定数据是太阳电池的输出电压、太 阳电池的输出电流、监视电池的实测值等。再有，监视电池(monitor cell)是预先正确地 测量变换系数，明确了输出电流和光量的关系的电池。对于各测定数据以与已知函数最近似的方式决定参数。在此，已知函数具有理论 上/原理上的妥当性，参数决定考虑多项式近似、神经元计算机的学习结果、表格检索等。例如，在作为已知函数能够应用2次式近似的情况下，从测定数据中求取 y=ax2+bx+c的系数a、b、C。然后，使用根据求取的系数a、b、c决定的2次式，能够通过参 数正确地求取太阳电池输出电压、太阳电池输出电流。根据该方法，从求取的系数中，通过计算能够求取ISC、V0C、PmaX、Vpm、FF、EFF等。 此外，在现有技术中，为了测定数据的再现，必须保存关于所有情况的I-V特性的数据，但 在本发明中只保存得到的参数就足够了。此外，希望对于除去了噪声成分的太阳电池的输出，进行更加正确的光量补正。在太阳电池的特性评价中，在使用闪光灯的情况下，随着时间经过而光量减少。因 此对于太阳电池的输出需要光量补正。以下，说明以辐照度在1000士50W/m2被计测的方式 进行补正的情况。首先，在进行光量补正之前，在通过监视电池的输出电流输出合适的光量的时间区域中进行测定。此处是辐照度为1000士50W/m2的时间区域。在该时间区域中，进行太阳 电池的I-V特性测定。在该情况下，由于正确地输出的时间区域短，所以一边使开始I-V特 性测定的定时偏移，一边进行多次测定，对于在合适的光量输出时计测的数据，依次从短路 状态到开路电压Voc增加测定电压。接着，进行太阳电池的输出电流的光量补正。在该情况下，因为光量的值为士5% 以下，所以使用比例补正进行太阳电池的输出电流的光量补正即可。然后，基于通过上述测 定得到的数据，制作太阳电池I-V特性。再有，将此处制作的太阳电池I-V特性在此处称为 基准曲线。然后，针对新的同一特性的太阳电池，在光量为士20%的范围中进行太阳电池I-V 特性测定。在此测定设为1次，对于测定的数据进行上述的噪声除去。然后，使用得到的数 据进行太阳电池的输出电流的光量补正。太阳电池的输出电流以下述的数式表示，但是该 式是非线性的，解析的光量补正困难。[数式1]
权利要求
1.一种太阳电池输出特性评价装置，测定太阳电池的输出特性，其特征在于，具备 太阳电池；电压计，测定所述太阳电池的电压； 电流计，测定流到所述太阳电池的电流值； 可变电阻部，与所述太阳电池连接； 正偏压电路，与所述太阳电池连接；以及 反偏压电路，与所述太阳电池连接。
2.根据权利要求1所述的太阳电池输出特性评价装置，其特征在于，所述可变电阻部 由电子负载控制电路和负载用功率半导体构成。
3.根据权利要求1所述的太阳电池输出特性评价装置，其特征在于，所述正偏压电路 由正偏压用电阻、正偏压电源、和正偏压寄生电流补偿电路构成。
4.根据权利要求1所述的太阳电池输出特性评价装置，其特征在于，所述可变电阻部 及所述反偏压电路被包含在带有反偏压的功率转换电路中，所述带有反偏压的功率转换电 路由开关变压器、防逆流二极管、反偏压稳定用电容器、和负载用电路构成。
5.一种太阳电池的输出特性评价方法，在太阳电池连接电压计及电流计及作为可变电 阻的电子负载，通过使电子负载变化，获得太阳电池的电流-电压特性，其特征在于，与所述太阳电池的输出相反地施加反偏压电压； 对所述太阳电池施加正偏压电压； 测定所述太阳电池的短路电流及开路电压。
6.根据权利要求5所述的太阳电池的输出特性评价方法，其特征在于，在所述正偏压 电压的施加中设置对正偏压电源限制最大输出电压的功能。
7.根据权利要求6所述的太阳电池的输出特性评价方法，其特征在于，使用利用了开 关方式的大容量电子负载装置作为所述可变电阻。
8.根据权利要求5所述的太阳电池的输出特性评价方法，其特征在于，使用已知特性， 从由所述太阳电池获得的输出电压、输出电流、监视电池的实测值除去噪声成分。
全文摘要
提供一种太阳电池输出特性评价装置及其方法，其不需要成为高成本化的主要原因的放出大电流的双极性电源，能够通过以最小限度的功率消耗施加正偏压电流，正确地测定开路电压Voc。提供了一种太阳电池输出特性评价装置，测定太阳电池的输出特性，其特征在于，具备太阳电池；电压计，测定所述太阳电池的电压；电流计，测定流到所述太阳电池的电流值；可变电阻部，与所述太阳电池连接；正偏压电路，与所述太阳电池连接；以及反偏压电路，与所述太阳电池连接。
文档编号G01J1/00GK102105994SQ200980129120
公开日2011年6月22日 申请日期2009年5月25日 优先权日2008年5月26日
发明者中西裕治, 伊藤智章, 十川佳正, 桥本彻 申请人:株式会社 Npc
专业数控铣床产品供应商
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