(57)【要約】【課題】平行度が高くかつ均一性が高い光を至近距離から照射でき、製造コストおよびメンテナンスコストが安価であるソーラシミュレータを提供する。【解決手段】長尺のキセノンフラッシュランプと、  前記キセノンフラッシュランプからの光を平行光に変換する第１の反射ミラーと、  前記反射ミラーからの平行光を透過するエアマスフィルタと、  前記エアマスフィルタからの平行光を透過及び反射する光学素子（ビームスプリッタ）と、  前記光学素子からの光を反射する第２の反射ミラーとを備え、  前記光学素子（ビームスプリッタ）は、前記エアマスフィルタに対して４５°の角度を有して配置され、装置の中心（軸）に向かって反射するものであり、  前記第２の反射ミラーは、前記平行光の方向と同方向に反射するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソーラシミュレータにおいて、
長尺のキセノンフラッシュランプと、
前記キセノンフラッシュランプからの光を平行光に変換する第１の反射ミラーと、
前記反射ミラーからの平行光を透過するエアマスフィルタと、
前記エアマスフィルタからの平行光を透過及び反射する光学素子（ビームスプリッタ）と、
前記光学素子からの光を反射する第２の反射ミラーとを備え、
前記光学素子（ビームスプリッタ）は、前記エアマスフィルタに対して４５°の角度を有して配置され、第２の反射ミラー側に向かって反射するものであり、
前記第２の反射ミラーは、前記平行光の方向と同方向に反射するものである
ことを特徴とするソーラシミュレータ。
【請求項２】
同一面内に光学素子（ビームスプリッタ）を複数配置したことを特徴とする請求項１記載のソーラシミュレータ。
【請求項３】
前記エアマスフィルタ上面にワイヤー、メッシュなどを固定して減光することで、ランプ軸方向の照射面を均一化するソーラシミュレータ。
前記エアマスフィルタが減光手段を備える
ことを特徴とする請求項１記載のソーラシミュレータ。
【請求項４】
前記光学素子は、ビームスプリッタからなる
ことを特徴とする請求項１記載のソーラシミュレータ。
【請求項５】
前記光学素子は、透光性を有する基板上に部分的に反射材を配置（貼り付けでもよいし蒸着でもよい）したものからなる
ことを特徴とする請求項１記載のソーラシミュレータ。
【請求項６】
前記反射材は、パターンを形成して蒸着された金属膜よりなる
ことを特徴とする請求項５記載のソーラシミュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自然太陽光に近いスペクトル特性を有する疑似太陽光を照射するソーラシミュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光エネルギーの利用方法として、シリコン型の太陽電池を用いて太陽光エネルギーを電力に変換する手法が広く知られている。そして、太陽電池においては、その性能（発電能力）を正確に評価することが重要とされている。太陽電池の性能評価には、通常、出力特性が測定される。具体的に、太陽電池の出力特性の測定は、光照射下における電圧電流特性を光電変換特性として測定することによって行われる。太陽電池の出力特性を測定する際に、太陽電池に照射する光としては、自然太陽光に近いスペクトル特性を有する疑似太陽光を照射するソーラシュミレータが用いられる。
【０００３】
特許文献１には、平行度が高くかつ均一性が高い光を至近距離から照射できるソーラシミュレータが開示されている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されているような従来のソーラシミュレータは、照射面積に対して、スペクトルおよび放射照度の均一性を操作する面積が同じであり、そのための材料費が高額になり、また調整に時間を要することになる。
【０００５】
また、照射面積が大きくなると、スペクトルを操作するエアマスフィルタや、放射照度の均一性を操作する空気パイプ素子を支持する支持基板が必要となり、支持基板の分だけ減光されることになる。そのためランプや電源などの容量を高めに設定する必要があり、コスト高につながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５６６６５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
解決しようとする問題点は、照射面積より小さな面積のみでスペクトルおよび放射照度の均一性を操作する点である。具体的にはエアマスフィルタおよび放射照度の均一性を調整対象となる面積を小さくすることである。
【０００８】
また、減光するような支持基板を用いずに、エアマスフィルタを配置し、放射照度の均一性の調整を行うことで光学ロスを少なくすることである。
【０００９】
従って、本発明の目的は、平行度が高くかつ均一性が高い光を至近距離から照射でき、製造コストおよびメンテナンスコストが安価であるソーラシミュレータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ソーラシミュレータにおいて、
長尺のキセノンフラッシュランプと、
前記キセノンフラッシュランプからの光を平行光に変換する第１の反射ミラーと、
前記反射ミラーからの平行光を透過するエアマスフィルタと、
前記エアマスフィルタからの平行光を透過及び反射する光学素子（ビームスプリッタ）と、
前記光学素子からの光を反射する第２の反射ミラーとを備え、
前記光学素子（ビームスプリッタ）は、前記エアマスフィルタに対して４５°の角度を有して配置され、第２の反射ミラー側に向かって反射するものであり、
前記第２の反射ミラーは、前記平行光の方向と同方向に反射するものである。
【００１１】
第１の反射ミラーは、ランプからの光を平行光に集光する反射面を備えた樋状（とい状）のミラーであり、ランプの後方に配置されている。
【００１２】
第１の反射ミラーによって集光された平行光はエアマスフィルタを透過する。スペクトル領域の色収差を押さえるために、エアマスフィルタに対して１５°以内の範囲で入射させることが好ましい。
【００１３】
第１の反射ミラーにランプからの光を集光させるために、ランプから第１の反射ミラーへ直接照射されない光を利用するために光量増幅反射ミラーを配置させることが好ましい。
【００１４】
ランプからの光は第１の反射ミラーで上向きの平行光に変換される。
エアマスフィルタを透過して出射した平行光は、光学素子に入射する。
光学素子は例えばビームスプリッタであり、ランプからの光を透過及び反射するものである。
かかる光学素子は平行光の方向に対して４５°傾いて配置されており、透過光は、第１の反射ミラーの集光方向と同方向の上向きの平行光となって出射され、反射光は第２の反射ミラー側にむかって反射される。
【００１５】
光学素子と第２の反射ミラーの間に、第２の光学素子、第３の光学素子などを光学素子（第１の光学素子）と同様に配置させ、複数枚、具体的には最大４枚までの光学素子で構成することが好ましい。その場合、第１の光学素子より先の光学素子は、一つ手前の光学素子から第２の反射ミラー側にむかって光が出射され、反射光は、第１の反射ミラーの集光方向と同方向の上向きの平行光となって反射され、透過光は第２の反射ミラー側にむかって出射される。
【００１６】
前記エアマスフィルタ上面にワイヤー、メッシュなどを固定して減光することで、ランプ軸方向の照射面を均一化する。
前記減光手段は、ワイヤー、メッシュなどからなり、エアマスフィルタの上面に配置される。
【００１７】
前記光学素子は、透光性を有する基板上に部分的に反射材を配置（貼り付けでもよいし蒸着でもよい）したものでも可能である。
【００１８】
ソーラシミュレータから上向き方向への出射側一面に防塵用およびステージとなる透光板、具体的にはガラスなどを配置することが好ましい。
【００１９】
第２の反射ミラーの最頂点から平行光の方向と平行に伸びる仮想線上を装置中心軸Ｌとし、装置中心軸Ｌにランプの管軸を通過するように配置し、装置中心軸Ｌを中心に対称となる構成とすることが好ましい。
【００２０】
キセノンランプ１本に対して前記ソーラシミュレータを１つのユニットとし、１つのユニットの照射面積を超える照射面積が必要な場合、複数台のユニットを配置して対応できる。その場合、光量のフィードバックセンサによりユニット毎の光量を均一化することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
エアマスフィルタを照射面積の１／２の面積に配置させて、平行度が高くかつ均一性が高い光を至近距離から照射することが可能になる。
【００２２】
照射面積をエアマスフィルタの面積の３倍以上に拡げることができ、平行度が高くかつ均一性が高い光を至近距離から照射することが可能になる。
【００２３】
ランプの長さ方向によって減光率が可変であり、最終的に出射される光の照度分布を均一化することが可能になる。
【００２４】
第１の光学素子から第２の反射ミラーの方向に対して、最終的に出射される光の照度分布を均一化することが可能になる。
【００２５】
光学素子の透過率と反射率を、基板に対する反射材との面積比によって変更することが可能になる。
【００２６】
光学素子の基板に対する反射材との面積比の反射材の配置パターンが複雑に設定でき、反射材の影による透過光のむらおよび反射光のむらを低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ソーラシミュレータの構成の一例の説明図である。
【図２】図１断面図における光線の一例の説明図である。
【図３】ソーラシミュレータの構成の一例の説明図である。
【図４】図１におけるエアマスフィルタ上面の減光手段の一例の説明図である。
【図５】ソーラシミュレータの構成の一例の説明図である。
【図６】図４断面図における光線の一例の説明図である。
【図７】ソーラシミュレータのユニットの組合せの一例の説明図である。
【図８】光学素子の反射材の蒸着面もしくは反射ミラーの形状の一例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明のソーラシミュレータの実施の形態について説明する。
【００２９】
図１は、本発明のソーラシミュレータの構成の一例の説明図である。（ａ）が上面図、（ｂ）は断面図である。キセノンランプ１０からの光は、エアマスフィルタ１４への入射角が１５°以内となるように第１の反射ミラー１２で集光させる。エアマスフィルタ１４を通過した平行光を光学素子１５の透過光および第２の反射ミラー１６の反射光により照射面に向けて２分割する。
【００３０】
図２は、図１断面図における光線の一例の説明図である。
【００３１】
図３は、本発明のソーラシミュレータの構成の一例の説明図である。図１の構成に対し、キセノンランプ１０から第１の反射ミラー１２へ直接照射されない光を利用するために光量増幅反射ミラー１１を配置し、キセノンランプ１０からエアマスフィルタ１４への入射角が１５°を超える光を遮る遮光板１３およびソーラシミュレータから上向き方向への出射側一面に防塵用およびステージとなる透光板１７を配置した構成である。
【００３２】
図４は、図１におけるエアマスフィルタ１４上面の減光手段の一例の説明図である。（ａ）が上面図、（ｂ）は断面図である。キセノンランプ１０の配光分布はランプの長さ方向の中心が最も高く、中心から端部にかけて低くなる傾向があるため、最も低い端部と同等程度となるように、中央部から大目に減光材１９を固定する。
【００３３】
図５は、本発明のソーラシミュレータの構成の一例の説明図である。（ａ）が上面図、（ｂ）は断面図である。光学素子は一例として３組計６枚使用する。エアマスフィルタ１４側から第１の光学素子１５ａ、第２の光学素子１５ｂ、第３の光学素子１５ｃを配置する。キセノンランプ１０の管軸は装置中心軸Ｌを通過した線上に配置され装置中心軸Ｌを中心に対称となるように構成部材を配置する。エアマスフィルタ１４を通過した光を第１の光学素子１５ａの透過光、第２の光学素子１５ｂの反射光、第３の光学素子１５ｃの反射光および第２の反射ミラー１６の反射光により照射面に向けて４分割する。相反するもう一方も同様の手順で照射面に向けて光が照射されるため、合わせて８分割された光が照射面に照射される。このとき第２の反射ミラー１６の反射率が９０％、各光学素子の吸収率を０％とした場合、ランプ軸と垂直方向の照射面が均一となる各光学素子の透過率、反射率を表１に示す。
【表１】
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【００３４】
図６は、図５断面図における光線の一例の説明図である。
【００３５】
図７は、本発明のソーラシミュレータのユニットの組合せの一例の説明図である。一例としてユニット４台を組み合わせた上面図である。
【００３６】
図８（ａ）および（ｂ）は、本発明の光学素子の基板２０上に配置された反射材２１の形状の一例の説明図である。透過率および反射率の計算式を数式１に示す。
【数１】
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【００３７】
図８の反射材を貼り付けた形状の一例として図５の構成において、第１の光学素子１５ａ、第２の光学素子１５ｂおよび第３の光学素子１５ｃの基板２０の透過率が９０％、反射率が１０％、基板２０上に取り付けた反射材２１の反射率が９０％および第２の反射ミラー１６の反射率を９０％とした場合、ランプ軸と垂直方向の照射面が均一となる基板面積割合、反射部面積割合、透過率および反射率を表２に示す。
【表２】
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【符号の説明】
【００３８】
１０    キセノンランプ
１１    光量増幅反射ミラー
１２    第１の反射ミラー
１３    遮光板
１４    エアマスフィルタ
１５    光学素子
１５ａ  第１の光学素子
１５ｂ  第２の光学素子
１５ｃ  第３の光学素子
１６    第２の反射ミラー
１７    透光板
１８    フィードバックセンサ
１９    減光材
２０    基板
２１    反射材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2018147851.tif 000010
【図６】
2018147851.tif 000011
【図７】
2018147851.tif 000012
【図８】
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