(57)【要約】【課題】ＬＥＤの温度を一定に保って該ＬＥＤの出力変動及び照射光の色ムラの発生を抑えることができる試験装置用ＬＥＤ光源とこれを用いて太陽電池の出力特性を高精度に評価することができる太陽電池評価装置を提供すること。【解決手段】水冷ジャケット１３と循環ポンプ１４及びリザーブタンク１５を有する水冷ユニット５を備え、該水冷ユニット５の前記水冷ジャケット１３の一方の面に発光波長の異なる複数のＬＥＤ６ａ〜６ｄを設けて成る水冷式ＬＥＤユニット１を複数設置し、これら複数の水冷式ＬＥＤユニット１の各リザーブタンク１５同士を互いに接続し、これらのリザーブタンク１５を試験装置内に設置された温度制御装置１８に接続して試験装置用ＬＥＤ光源２３を構成する。又、この試験装置用ＬＥＤ光源２３から出射される擬似太陽光を試験室内に収容された太陽電池に照射して太陽電池の出力特性を評価する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水冷ジャケットと循環ポンプ及びリザーブタンクを有する水冷ユニットを備え、該水冷ユニットの前記水冷ジャケットの一方の面に発光波長の異なる複数のＬＥＤを設けて成る水冷式ＬＥＤユニットを複数設置し、これら複数の水冷式ＬＥＤユニットの各リザーブタンク同士を互いに接続し、これらのリザーブタンクを試験装置内に設置された温度制御装置に接続して構成されることを特徴とする試験装置用ＬＥＤ光源。
【請求項２】
水冷ジャケットと循環ポンプ及びリザーブタンクを有する水冷ユニットを備え、該水冷ユニットの前記水冷ジャケットの一方の面に発光波長の異なる複数のＬＥＤを設けて成る水冷式ＬＥＤユニットを複数設置するとともに、試験装置内に温度制御装置を設け、複数の前記水冷式ＬＥＤユニットの各水冷ジャケットの他方の面に前記温度制御装置に接続された冷却水通路を備えたことを特徴とする試験装置用ＬＥＤ光源。
【請求項３】
試験室内に収容された太陽電池に疑似太陽光を照射して前記太陽電池の出力特性を評価する太陽電池評価装置であって、前記太陽電池に疑似太陽光を照射する光源として請求項１又は２記載の試験装置用ＬＥＤ光源を備えることを特徴とする太陽電池評価装置。
【請求項４】
前記試験装置用ＬＥＤ光源からの疑似太陽光を透過させ且つ湿気の通過を遮断する透明部材を前記試験室内の前記太陽電池と前記試験装置用ＬＥＤ光源との間に配置したことを特徴する請求項３記載の太陽電池評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光波長の異なる複数のＬＥＤから例えば疑似太陽光を出射する試験装置用ＬＥＤ光源とこれを備えた太陽電池評価装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽エネルギーの有効利用する一手段として太陽電池が知られているが、実用上は、この太陽電池を複数接続して成る太陽電池モジュールによって構成された太陽電池パネルをビルや一般家屋の屋根等に敷設することによって太陽エネルギーを電気エネルギーに変換することが行われている。
【０００３】
ところで、太陽電池の出力特性を評価することは、太陽電池の製造後の検査や太陽電池の研究開発において重要であるが、その評価を太陽電池に太陽光を照射することによって行うことは、天候等によって太陽光の強度が変動するために常に正しい結果を期待することは困難である。
【０００４】
そこで、特許文献１には、光源としてＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法が提案されている。この方法は、多波長のＬＥＤ発光部からの光を太陽電池に照射し、多波長発光部からの各波長毎の照射光強度（Ｗ）と各波長毎の太陽電池の出力短絡電流（Ａ）とから太陽電池の絶対分光感度（Ａ／Ｗ）を測定するする方法である。
【０００５】
又、特許文献２には、複数の要素セルを積層して成る太陽電池等の光電変換素子の基準状態での出力を評価するための出力測定方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２８１７０６号公報
【特許文献２】特開２００６−１３５１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献１，２には、ＬＥＤの点灯及び試験環境によってＬＥＤ温度が室温以上になった場合の対策、例えば冷却手段を設けること等に関しては何ら開示されていない。
【０００８】
一般にＬＥＤの発光効率は温度上昇に伴って低下するため、ＬＥＤ温度が上昇すると該ＬＥＤからの出力が変動し、太陽電池の出力特性を高精度に評価することができないという問題が発生する。
【０００９】
又、特に発光色の異なるＬＥＤ素子を用いる場合には、異色のＬＥＤでは温度−発光効率の特性が異なるため、ＬＥＤ温度が上昇すると照射光の色ムラが発生し、太陽電池の出力特性を高精度に評価することができなくなってしまう。
【００１０】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、ＬＥＤの温度を一定に保って該ＬＥＤの出力変動及び照射光の色ムラの発生を抑えることができる試験装置用ＬＥＤ光源とこれを用いて太陽電池の出力特性を高精度に評価することができる太陽電池評価装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、水冷ジャケットと循環ポンプ及びリザーブタンクを有する水冷ユニットを備え、該水冷ユニットの前記水冷ジャケットの一方の面に発光波長の異なる複数のＬＥＤを設けて成る水冷式ＬＥＤユニットを複数設置し、これら複数の水冷式ＬＥＤユニットの各リザーブタンク同士を互いに接続し、これらのリザーブタンクを試験装置内に設置された温度制御装置に接続して試験装置用ＬＥＤ光源を構成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、水冷ジャケットと循環ポンプ及びリザーブタンクを有する水冷ユニットを備え、該水冷ユニットの前記水冷ジャケットの一方の面に発光波長の異なる複数のＬＥＤを設けて成る水冷式ＬＥＤユニットを複数設置するとともに、試験装置内に温度制御装置を設け、複数の前記水冷式ＬＥＤユニットの各水冷ジャケットの他方の面に前記温度制御装置に接続された冷却水通路を備えて試験装置用ＬＥＤ光源を構成したことを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、試験室内に収容された太陽電池に疑似太陽光を照射して前記太陽電池の出力特性を評価する太陽電池評価装置が、前記太陽電池に疑似太陽光を照射する光源として請求項１又は２記載の試験装置用ＬＥＤ光源を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記試験装置用ＬＥＤ光源からの疑似太陽光を透過させ且つ湿気の通過を遮断する透明部材を前記試験室内の前記太陽電池と前記試験装置用ＬＥＤ光源との間に配置したことを特徴する。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、試験装置用ＬＥＤ光源を構成する各水冷式ＬＥＤユニットに設けられた水冷ユニットを流れる冷却水の温度は試験装置内に設置された温度制御装置によって一定に保たれ、発熱源である複数のＬＥＤは水冷ジャケットを流れる冷却水によって強制冷却されるため、該ＬＥＤの温度上昇が防がれ、ＬＥＤ温度が一定に保たれて該ＬＥＤの出力変動及び試験装置用ＬＥＤ光源から出射される光の色ムラの発生が抑えられる。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、各水冷式ＬＥＤユニットの水冷ジャケットが冷却水通路を流れる冷却水によって冷却されてその温度上昇が防がれるため、ＬＥＤが一層効果的に冷却され、ＬＥＤ温度が一定に保たれて該ＬＥＤの出力変動及び試験装置用ＬＥＤ光源から出射される光の色ムラの発生が抑えられる。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、水冷式ＬＥＤユニットを複数配置して構成された試験装置用ＬＥＤ光源によって太陽電池に疑似太陽光を照射して太陽電池の出力特性を評価するため、擬似太陽光の出力変動及び色ムラの発生が抑えられ、太陽電池の出力特性の評価を高精度に行うことができる。
【００１８】
請求項４記載の発明によれば、試験室内の湿気の試験装置用ＬＥＤ光源への侵入が透明部材によって遮断されるため、試験装置用ＬＥＤ光源が湿気によって悪影響を受けることがなく、該試験装置用ＬＥＤ光源の安定した動作が可能となる。この場合、試験装置用ＬＥＤ光源からの擬似太陽光は透明部材を透過して太陽電池に安定的に照射される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る試験装置用ＬＥＤ光源とこれを備えた太陽電池評価装置の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る水冷式ＬＥＤユニットの斜視図である。
【図３】本発明に係る水冷式ＬＥＤユニットの正面図（図１の矢視Ａ方向の図）である。
【図４】本発明に係る水冷式ＬＥＤユニットの側面図（図１の矢視Ｂ方向の図）である。
【図５】図４のＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】図４のＤ−Ｄ線断面図である。
【図７】各種ＬＥＤの基板上へ配置を示す平面図である。
【図８】ＬＥＤの温度と駆動電流との関係を示す図である。
【図９】本発明に係る試験装置用光源の冷却システムを示す冷却回路図である。
【図１０】本発明に係る試験装置用光源の冷却システムの別形態を示す冷却回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は本発明に係る試験装置用ＬＥＤ光源とこれを備えた太陽電池評価装置の構成を示す斜視図であり、図示の太陽電池評価装置２０は、矩形ボックス状の試験室２１内に収容されたパネル状の太陽電池２２に疑似太陽光を照射して太陽電池２２の出力特性を評価する装置であって、太陽電池２２に疑似太陽光を照射する光源として試験装置用ＬＥＤ光源２３が使用される。
【００２２】
上記試験装置用ＬＥＤ光源２３は、水冷式ＬＥＤユニット１を複数（本実施の形態では横６個×縦５個＝計３０個）配置して構成されている。尚、図示しないが、試験室２１内に収容された太陽電池２２と試験装置用ＬＥＤ光源２３との間には、試験装置用ＬＥＤ光源２３からの疑似太陽光を透過させ且つ湿気の通過を遮断する石英ガラス等の透明部材が配置されている。
【００２３】
次に、試験装置用ＬＥＤ光源２３を構成する各水冷式ＬＥＤユニット１の構成を図２〜図７に基づいて説明する。尚、全ての水冷式ＬＥＤユニット１の構成は同じであるため、以下、１つの水冷式ＬＥＤユニット１についてのみ説明する。
【００２４】
図２は水冷式ＬＥＤユニットの斜視図、図３は同水冷式ＬＥＤユニットの正面図（図２の矢視Ａ方向の図）、図４は同水冷式ＬＥＤユニットの側面図（図２の矢視Ｂ方向の図）、図５は図４のＣ−Ｃ線断面図、図６は図４のＤ−Ｄ線断面図、図７は各種ＬＥＤの基板上への配置を示す平面図である。
【００２５】
水冷式ＬＥＤユニット１は、図５及び図６に示すように、矩形ボックス状のハウジング２の内部に光源ユニット３と制御回路４及び水冷ユニット５を組み込んで構成されている。尚、水冷式ＬＥＤユニット１の光照射方向は図２の下方であって、該水冷式ＬＥＤユニット１は図１に示すように光照射方向が水平方向となるよう設置されるが、以下の説明における水冷式ＬＥＤユニット１の上下は図２に示す状態における上下を言うものとする。
【００２６】
上記ハウジング２は、ＰＣ等の樹脂或はアルミニウム等の金属で構成されており、その下面は開口しており、この開口部には前記光源ユニット３が嵌め込まれて固定されている。
【００２７】
上記光源ユニット３は、図５及び図６に示すように、光源として発光波長の異なる０．３μｍ〜１．５μｍの発光波長の間の４種のＬＥＤ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ（図７参照）を実装して成る基板７と、該基板７を取り付ける矩形プレート状のベース８及びハウジング２の下面開口部に嵌め込まれる矩形プレート状の透明な樹脂製のレンズ９を含んで構成されている。
【００２８】
ここで、発光波長の異なるＬＥＤ６ａ〜６ｄのうち、ＬＥＤ６ａはＧａＡｌＡｓ系の赤外ＬＥＤ（波長８５０ｎｍ）、ＬＥＤ６ｂはＧａＮ系の紫外（波長３６５ｎｍ）ＬＥＤ、ＬＥＤ６ｃはＧａＡｌＡｓ系の赤（波長６３０ｎｍ）ＬＥＤ、ＬＥＤ６ｄはＧａＮ系の青（波長４５５ｎｍ）ＬＥＤであって、これらは図７に示すように基板７上に配置されている。又、これらのＬＥＤ６ａ〜６ｄの温度（℃）と駆動電流（Ａ）との関係を図８に示すが、同図から明らかなように温度が５０℃を超えると各ＬＥＤ６ａ〜６ｄへの駆動電流が下がり、各ＬＥＤ６ａ〜６ｄの使用最高温度は８０℃である。ここで、ＬＥＤ６ａ〜６ｄの温度とは、チップ接合部の温度であるジャンクション温度を指す。
【００２９】
又、前記制御回路４は、図５に示すように、下面が開口する矩形ボックス状の回路ケース１０の内部に各種電子部品が実装された不図示の回路基板を組み込み、回路ケース１０の下面開口部を矩形プレート状のカバー１１によって覆うことによって構成されている。ここで、回路ケース１０は熱伝導率の高いアルミダイキャスト等によって成形されており、その上面には放熱部を構成する多数の放熱ピン１２が一体に突設されている。
【００３０】
前記水冷ユニット５は、図５及び図６に示すように、熱交換器である水冷ジャケット１３と、冷却水を閉ループの循環経路（後述の冷却水通路１６）内で循環させる循環ポンプ１４及び冷却水を貯留するリザーブタンク１５を備えている。
【００３１】
本実施の形態では、図５及び図６に示すように、ハウジング２内下部の底部に水冷ジャケット１３が水平に配置されており、この水冷ジャケット１３を挟んでこれの上下に制御回路４と光源ユニット３が配置されている。ここで、制御回路４は、そのカバー１１が水冷ジャケット１３の上面に密着する状態で該水冷ジャケット１３の上面側に配置されている。尚、本実施の形態では、冷却水として水にプロピレングリコールを混合して成る不凍液が使用されている。
【００３２】
ここで、試験用ＬＥＤ光源２３全体の冷却システムを図９に基づいて説明する。
【００３３】
図９に示すように、試験用ＬＥＤ光源２３を構成する各水冷式ＬＥＤユニット１においては、水冷ユニット５を構成する水冷ジャケット１３と循環ポンプ１４及びリザーブタンク１５が冷却水通路（冷却パイプ）１６によって接続されて閉ループが構成されているが、各水冷式ＬＥＤユニット１のリザーブタンク１５同士は冷却水通路（冷却パイプ）１７によって互いに連結されており、冷却水通路１７は、図１に示す太陽電池評価装置２０の試験室２１内に設置された循環ポンプ及びチラー等の温度調整装置１８に接続されている。
【００３４】
而して、以上のように構成された試験装置用ＬＥＤ光源２３の各水冷式ＬＥＤユニット１が起動されて光源ユニット３と制御回路４及び水冷ユニット５に電源が供給されると、光源ユニット３の発光波長の異なる４種のＬＥＤ６ａ〜６ｄ（図７参照）が発光し、各色の光が合成されて疑似太陽光がレンズ９を透過して図２の下方に向かって照射される。このとき、光源ユニット３の点灯制御は制御回路４によってなされ、駆動中において光源ユニット３のＬＥＤ６ａ〜６ｄ及び制御回路４の各種電子部品（不図示）が発熱し、そのままでは光源ユニット３と制御回路４が過熱されて温度が上昇する。光源ユニット３の各種ＬＥＤ６ａ〜６ｄの温度が上昇すると発光効率が低下することは前述の通りであり、供給電流も低下することは図８に示す通りである。
【００３５】
然るに、本実施の形態では、試験装置用ＬＥＤ光源２３を構成する各水冷式ＬＥＤユニット１に設けられた水冷ユニット５の冷却水通路１６を流れる冷却水は、各水冷式ＬＥＤユニット１のリザーブタンク１５同士を接続する冷却水通路１７をも循環して温度制御装置１８によって冷却されるためにその温度が一定に保たれ、この冷却水が各水冷式ＬＥＤユニット１の水冷ジャケット１３を流れる過程で発熱源である複数のＬＥＤ６ａ〜６ｄを強制冷却する。このため、各水冷式ＬＥＤユニット１に設けられた複数のＬＥＤ６ａ〜６ｄの温度上昇が防がれ、その温度が一定に保たれるために該ＬＥＤ６ａ〜６ｄの出力変動及び試験装置用ＬＥＤ光源２３から出射される光の色ムラの発生が抑えられる。この場合、ＬＥＤ６ａ〜６ｄにおいて発生する熱は、冷却水通路１６，１７を流れる冷却水によって奪われ、温度の高くなった冷却水は温度制御装置１８によって冷却されてその温度が一定に保たれるが、結局、ＬＥＤ６ａ〜６ｄが発生する熱は冷却水を介して温度制御装置１８によって奪われる。
【００３６】
又、本実施の形態では、各水冷式ＬＥＤユニット１において、制御回路４の下面を水冷ジャケット１３に密着させ、上面に放熱部を構成する多数の放熱ピン１２を突設したため、制御回路４が冷却水によって強制冷却されると同時に放熱ピン１２から自然放熱されるため、該制御回路４が効率良く冷却されてその温度上昇が一層効果的に抑えられる。
【００３７】
ところで、試験装置用ＬＥＤ光源２３を備えた図１に示す太陽電池評価装置２０は、所定の試験環境（湿度１０％〜１００％、温度２０℃〜９０℃）において試験装置用ＬＥＤ光源２３から出射される疑似太陽光を透明部材を介して太陽電池２２に照射する加速試験を行うことによって該太陽電池２２の出力特性を評価するが、本実施の形態では、図２〜図６に示した水冷式ＬＥＤユニット１を複数設置して構成された試験装置用ＬＥＤ光源２３によって太陽電池２２に疑似太陽光を照射するようにしたため、前述のように各水冷式ＬＥＤユニット１の各種ＬＥＤ６ａ〜６ｄ（図７参照）の温度が一定に保たれる。このため、試験装置用ＬＥＤ光源２３から出射される擬似太陽光の出力変動及び色ムラの発生が抑えられ、太陽電池２２の出力特性が高精度に評価される。
【００３８】
又、ユニット化されたＬＥＤ光源部２３の各々において、各ＬＥＤ６ａ〜６ｄが水冷ジャケット１３にて冷却されているため、各ＬＥＤ光源部２３においてＬＥＤ６ａ〜６ｄへのパワー（定格電流）を大きく取ることができ、照射光の照度を上げることができる。
【００３９】
更に、本実施の形態では、試験室２１内に収容された太陽電池２２と試験装置用ＬＥＤ光源２３との間に石英ガラス等の透明部材を配置したため、試験室２１内の湿気の試験装置用ＬＥＤ光源２３への侵入が透明部材によって遮断され、試験装置用ＬＥＤ光源２３が湿気によって悪影響を受けることがなく、該試験装置用ＬＥＤ光源２３の安定した動作が可能となる。この場合、試験装置用ＬＥＤ光源２３からの擬似太陽光は透明部材を透過して太陽電池２２に安定的に照射される。
【００４０】
次に、本発明に係る試験装置用ＬＥＤ光源２３の冷却システムの別実施形態を図１０に示す。
【００４１】
図１０は試験装置用ＬＥＤ光源の冷却システムの別実施形態を示す冷却回路図であり、本図においては図９に示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。
【００４２】
図１０に示す冷却システムは、図９に示す冷却システムに更に冷却水通路（冷却パイプ）１９を追加し、この冷却水通路１９を各水冷式ＬＥＤユニット１の水冷ジャケット１３の背面（ＬＥＤ６ａ〜６ｄが配置された側とは反対の面）にそれぞれ通したことを特徴としている。ここで、冷却水通路１９は冷却水通路１７とは別に設けられるものであって、温度制御装置１８に接続されて閉ループを構成している。
【００４３】
斯かる冷却システムによれば、各水冷式ＬＥＤユニット１のＬＥＤ６ａ〜６ｄが冷却水通路１６，１７を流れる冷却水によって冷却されるとともに、各水冷式ＬＥＤユニット１の水冷ジャケット１３が冷却水通路１９を流れる冷却水によって冷却されてその温度上昇が防がれるため、水冷ジャケット１３に空冷手段（放熱ピン１２）を設けなくてもＬＥＤ６ａ〜６ｄが一層効果的に冷却される。尚、この場合、ＬＥＤ６ａ〜６ｄが発生する熱は、冷却水通路１６，１７を流れる冷却水と冷却水通路１９を流れる冷却水によって奪われ、温度の高くなった冷却水は温度制御装置１８によって冷却されてその温度が一定に保たれる。つまり、ＬＥＤ６ａ〜６ｄが発生する熱は冷却水を介して温度制御装置１８によって奪われる。
【００４４】
尚、各水冷式ＬＥＤ光源１の各種ＬＥＤ６ａ〜６ｄの基板７上への配置は図７に示したものに限定されず、任意に設定し得るものである。又、以上の実施の形態では、ＬＥＤ６ａ〜６ｄとしてＧａＡｌＡｓ系、ＧａＮ系のＬＥＤを用いたが、ＧａＡｌＩｎＰ系等の他の結晶材料系統のものを使用しても良く、又、ＧａＮ系の結晶材料とＹＡＧ蛍光体等の波長変換材料との組み合わせから成るＬＥＤを用いても良い。ＬＥＤ６ａ〜６ｄを結晶材料系統、例えばＧａＮ系（ＧａＩｎＮ、ＧａＩんＡｌＮ）とし、これと組み合わせる波長変換材料を異なるものとすることによって、異なる発光波長のＬＥＤ６ａ〜６ｄとした場合には、ＬＥＤ６ａ〜６ｄのジャンクション温度がほぼ同一となる。よって、ＬＥＤ６ａ〜６ｄの温度特性が同じになるため、温度による発光効率変動のバラツキをよりいっそう低減することができる。更に、図９及び図１０に示す冷却回路図においては、水冷式ＬＥＤユニット１を温度制御装置１８に対して直列に接続しているが、これに限るものではなく、並列若しくは直列及び並列に接続するものも本発明に包含される。
【符号の説明】
【００４５】
１          水冷式ＬＥＤユニット
２          ハウジング
３          光源ユニット
４          制御回路
５          水冷ユニット
６ａ〜６ｄ  ＬＥＤ
７          基板
８          ベース
９          レンズ
１０        回路ケース
１１        カバー
１２        放熱ピン
１３        水冷ジャケット
１４        循環ポンプ
１５        リザーブタンク
１６，１７  冷却水通路（冷却パイプ）
１８        温度制御装置
１９        冷却水通路（冷却パイプ）
２０        太陽電池評価装置
２１        試験室
２２        太陽電池
２３        試験装置用ＬＥＤ光源
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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