(57)【要約】【課題】太陽電池モジュールの温度を高い精度で推定すること。【解決手段】太陽電池モジュール特性測定装置１００は、太陽電池モジュール１の正極端子および負極端子の間に順方向電流を流す電流発生部７１と、太陽電池モジュール１に順方向電流を流したときの正極端子および負極端子の間の順方向電圧を測定する電圧測定部７２と、太陽電池モジュール１が予め定められた基準温度であるときの順方向電圧である電圧基準値と太陽電池モジュール１の温度の変化量に対する順方向電圧の変化量の比である電圧温度係数とを記憶する記憶部８２と、順方向電圧、電圧基準値および電圧温度係数に基づいて太陽電池モジュールの温度を計算する温度算出部８３とを有する制御部８と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池モジュールの正極端子および負極端子の間に順方向電流を流す電流発生部と、
前記太陽電池モジュールに前記順方向電流を流したときの前記正極端子および前記負極端子の間の順方向電圧を測定する電圧測定部と、
前記太陽電池モジュールが予め定められた基準温度であるときの前記順方向電圧である電圧基準値と前記太陽電池モジュールの温度の変化量に対する前記順方向電圧の変化量の比である電圧温度係数とを記憶する記憶部と、前記順方向電圧、前記電圧基準値および前記電圧温度係数に基づいて前記太陽電池モジュールの温度を計算する温度算出部とを有する制御部と、
を備えることを特徴とする太陽電池モジュール特性測定装置。
【請求項２】
前記太陽電池モジュールの入射面に光が入射されたときの前記正極端子および前記負極端子の間の出力電圧および出力電流を測定する出力特性測定部を備え、
前記電圧測定部が前記順方向電圧を測定する際は、前記出力特性測定部の可変電子負荷は高インピーダンス状態に設定されている
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール特性測定装置。
【請求項３】
前記出力特性測定部が前記電圧測定部を備えている
ことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール特性測定装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記温度算出部が計算した前記太陽電池モジュールの温度が設定温度になると、前記出力特性測定部に前記出力電圧および前記出力電流を測定させる
ことを特徴とする請求項２または３に記載の太陽電池モジュール特性測定装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記出力特性測定部によって測定された前記出力電圧および前記出力電流に基づいて前記太陽電池モジュールの出力特性値を求めて、前記太陽電池モジュールの温度の変化量に対する前記出力特性値の変化量の比である温度係数を算出する
ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１つに記載の太陽電池モジュール特性測定装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記出力特性測定部によって測定された前記出力電圧および前記出力電流に基づいて前記太陽電池モジュールの出力特性値を求めて、前記温度算出部が計算した前記太陽電池モジュールの温度と、前記太陽電池モジュールの温度の変化量に対する前記出力特性値の変化量の比である温度係数とから前記基準温度における前記出力特性値を求める
ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１つに記載の太陽電池モジュール特性測定装置。
【請求項７】
前記出力特性値は、短絡電流値、開放電圧値または最大電力点である
ことを特徴とする請求項５または６に記載の太陽電池モジュール特性測定装置。
【請求項８】
太陽電池モジュールの正極端子および負極端子の間に順方向電流を流す電流発生部と、前記太陽電池モジュールに前記順方向電流を流したときの前記正極端子および前記負極端子の間の順方向電圧を測定する電圧測定部と、前記太陽電池モジュールが予め定められた基準温度であるときの前記順方向電圧である電圧基準値と前記太陽電池モジュールの温度の変化量に対する前記順方向電圧の変化量の比である電圧温度係数とを記憶する記憶部と、を有する太陽電池モジュール特性測定装置が
前記順方向電圧、前記電圧基準値および前記電圧温度係数に基づいて前記太陽電池モジュールの温度を計算することを特徴とする太陽電池モジュール温度推定方法。
【請求項９】
予め定められた基準温度であるときの正極端子および負極端子の間の順方向電圧である電圧基準値と温度の変化量に対する前記順方向電圧の変化量の比である電圧温度係数とが記録されている記録部を備える
ことを特徴とする太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュールの温度を求める太陽電池モジュール特性測定装置、太陽電池モジュール温度推定方法および太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池モジュールは、太陽電池性能測定の基準状態以外の環境下において使用されることがあるため、基準状態で得られた出力特性値の定格値から実際の環境における出力特性値を得るためには、出力特性の温度係数が極めて重要な性能指標になる。基準状態は、ＪＩＳ（Japanese  Industrial  Standards）等において、日射量１０００［Ｗ／ｍ2］且つ周囲温度２５℃と定められている。
【０００３】
太陽電池モジュールの温度係数の測定については、非特許文献１に温度範囲が規定されている。そして、太陽電池モジュールの出力特性の温度係数の簡単な測定法としては、太陽電池モジュールを、バックフィルム面の数箇所に温度計測素子を貼付けた状態で高温に設定した恒温槽内に投入して各部を均等加熱させる。その後、太陽電池モジュールを、出力特性測定用ソーラシミュレータの測定架台に設置し、温度計測素子にて太陽電池モジュール温度を計測しつつ、非特許文献１に規定された温度範囲での出力特性を測定して温度係数を測定する方法が提案されてきた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】ＪＩＳＣ８９９０：２００９「地上設置の結晶シリコン太陽電池（ＰＶ）モジュール−設計適格性確認及び形式認証のための要求事項」（http://www.jisc.go.jp/app/jis/general/GnrJISSearch.html）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記した測定法においては、温度測定箇所となるバックフィルム面と内部の太陽電池セルとの間には熱抵抗が存在するので温度差が生じる場合があり、温度および温度係数を高い精度で測定することが困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、太陽電池モジュールの温度を高い精度で推定することが可能な太陽電池モジュール特性測定装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、太陽電池モジュールの正極端子および負極端子の間に順方向電流を流す電流発生部と、太陽電池モジュールに順方向電流を流したときの正極端子および負極端子の間の順方向電圧を測定する電圧測定部を備える。さらに、本発明は、太陽電池モジュールが予め定められた基準温度であるときの順方向電圧である電圧基準値と太陽電池モジュールの温度の変化量に対する順方向電圧の変化量の比である電圧温度係数とを記憶する記憶部と、順方向電圧、電圧基準値および電圧温度係数に基づいて太陽電池モジュールの温度を計算する温度算出部とを有する制御部を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、太陽電池モジュールの温度を高い精度で推定することが可能な太陽電池モジュール特性測定装置を得るという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュール特性測定装置の構成を示す図
【図２】実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの接続構成を示す図
【図３】実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの等価回路を示す図
【図４】図３の等価回路を近似する等価回路を示す図
【図５】実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの順方向電圧の測定方法を説明する図
【図６】実施の形態１における太陽電池モジュールの順方向電流と順方向電圧との関係を示す図
【図７】実施の形態１における同一順方向電流値での、異なる温度での順方向電圧の測定結果を示す図
【図８】実施の形態１で求められた電圧温度係数を示す図
【図９】実施の形態１で求められた基準温度２５℃における順方向電圧を示す図
【図１０】本発明の実施の形態２にかかる太陽電池モジュール特性測定装置の構成を示す図
【図１１】本発明の実施の形態３にかかる太陽電池モジュール特性測定装置の構成を示す図
【図１２】実施の形態１から３にかかる制御部の機能をコンピュータシステムで実現する場合のハードウェア構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態にかかる太陽電池モジュール特性測定装置、太陽電池モジュール温度推定方法および太陽電池モジュールを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュール特性測定装置１００の構成を示す図である。太陽電池モジュール特性測定装置１００は、光源部２０と、光源部２０を制御する光源制御部２１と、出力特性測定部であるＩ−Ｖ測定部３と、Ｖｆ測定部７と、太陽電池モジュール１を搭載する設置架台１０と、太陽電池モジュール１の裏面に接する断熱材６と、全体を制御する制御部８を備える。
【００１２】
太陽電池モジュール特性測定装置１００において、光源部２０は床上に設置されて上方向に照射光の光路を形成する構成であり、設置架台１０において太陽電池モジュール１は光が入射される入射面であるガラス面を光源部２０に向けて設置される。制御部８は、光源制御部２１に光源部２０が規定された疑似太陽光を目標とする照射量で発光するように発光を制御させる。
【００１３】
Ｉ−Ｖ測定部３は、太陽電池モジュール１の正極端子である＋Ｐ極端子および負極端子である−Ｎ極端子の間の電圧を測定する電圧測定部３１と、太陽電池モジュール１に流れる電流を測定する電流測定部３２とを備える。Ｉ−Ｖ測定部３は、太陽電池モジュール１の入射面に光が入射されたときの太陽電池モジュール１の出力電圧および出力電流をそれぞれ測定する機能を有している。そして、制御部８は、光源部２０の発光に同期してＩ−Ｖ測定部３に太陽電池モジュール１の出力特性値を求めるために出力電圧および出力電流を測定させるように制御することができる。
【００１４】
Ｖｆ測定部７は、太陽電池モジュール１の＋Ｐ極端子および−Ｎ極端子の間に順方向電流Ｉｆを流す電流発生部７１と、太陽電池モジュール１の＋Ｐ極端子および−Ｎ極端子の間の電圧を測定する電圧測定部７２とを備え、太陽電池モジュール１の順方向電圧Ｖｆを測定する機能を有している。制御部８は、太陽電池モジュール特性測定装置１００全体の制御を行い、測定結果の記録および分析を行う。制御部８は、後述する電圧基準値および電圧温度係数を受け付ける受付部８１と、電圧基準値および電圧温度係数に加えて測定結果などを記録する記憶部８２と、太陽電池モジュール１の温度を計算する温度算出部８３と、を備える。Ｖｆ測定部７は、後述するように温度算出部８３によって太陽電池モジュール１の温度を推定するために設けられている。
【００１５】
以下では、実施の形態１にかかる太陽電池モジュール温度推定方法の原理について説明する。図２は、実施の形態１にかかる太陽電池モジュール１の接続構成を示す図である。太陽電池モジュール１は、５個の太陽電池セルブロック１ｂから構成される。太陽電池セルブロック１ｂは、１０セル分直列接続された太陽電池セル１ｃから構成される。したがって、太陽電池モジュール１は、５０セル分の太陽電池セル１ｃにより構成される。
【００１６】
図３は、実施の形態１にかかる太陽電池モジュール１の等価回路１ｅを示す図である。図４は、図３の等価回路１ｅを近似する等価回路１ｇを示す図である。結晶系太陽電池は基本的にＰＮ接合ダイオードとみなす事ができる。太陽電池モジュール１は図２に示すように、太陽電池セル１ｃの直列接続で構成されている。したがって、太陽電池モジュール１は、太陽電池モジュールの等価回路１ｅで近似することができる。太陽電池モジュールの等価回路１ｅは、太陽電池セルブロック１ｂを近似する太陽電池セルブロックの等価回路１ｆから構成されている。そして、太陽電池モジュールの等価回路１ｅは、太陽電池モジュールの等価回路１ｇでさらに近似することができる。太陽電池モジュールの別の等価回路１ｇは、発電電流源１０１、直列接続されたＰＮ接合ダイオード１０２、等価直列抵抗Ｒs、等価並列抵抗Ｒshおよび端子台に搭載されるバイパスダイオード１ｄを備える。
【００１７】
太陽電池モジュール１に対する日射量が０（Ｗ／ｍ2）の非発電状態では、図４の太陽電池モジュールの別の等価回路１ｇにおいて、発電電流源１０１からの電流Ｉは０（Ａ）となる。太陽電池モジュール１の非発電状態において、＋Ｐ極から−Ｎ極へ０．１［Ａ］といった小さい値の順方向電流を流した場合、等価直列抵抗Ｒsは数Ω以下と小さく、等価並列抵抗Ｒshは数百Ωと大きいことから、太陽電池モジュール１の順方向電圧値は、直列接続されたＰＮ接合ダイオード１０２の順方向電圧値に依存する。したがって、半導体製品において半導体チップの温度測定に用いているダイオードの順方向電圧特性を用いた温度測定法と同様の原理に基づいて、太陽電池セルさらには太陽電池モジュール１の温度を推定することが可能である。
【００１８】
太陽電池モジュール１に通電する順方向電流の電流値が一定の値以上であれば、温度に対する順方向電圧値は線形に変化する関係であり、太陽電池セルが複数直列接続された太陽電池モジュール１においても、全てのダイオードに同じ電流値の順方向電流が流れることから、各太陽電池セルの順方向電圧の加算値は、各ダイオードの各温度での順方向電圧値の加算値となる。したがって、太陽電池モジュール１の順方向電圧値は、太陽電池モジュール１を構成する太陽電池セル１ｃの平均温度を反映した合理的な特性値として使用することができる。
【００１９】
ここで、太陽電池セルまたは太陽電池モジュールが基準状態における基準温度（２５℃）といった予め定められた温度であるときの順方向電圧を電圧基準値とし、温度の変化量に対する順方向電圧の変化量の比を電圧温度係数とする。電圧基準値および電圧温度係数は、それぞれ太陽電池セルに対しても太陽電池モジュールに対しても定義できる。太陽電池セルに一定値以上の順方向電流が流れている場合において、太陽電池セルが温度Ｔ［℃］のときの順方向電圧をＶfc（Ｔ）［Ｖ］とする。ここで、太陽電池セルの温度Ｔ＝２５℃における順方向電圧Ｖfc（２５℃）を電圧基準値Ｖfc25［Ｖ］とし、太陽電池セルの順方向電圧の電圧温度係数をβc［Ｖ／℃］とすると、太陽電池セルの温度Ｔ［℃］における順方向電圧Ｖfc（Ｔ）は、以下の数式（１）で表現できる。
【００２０】
Ｖfc（Ｔ）＝Ｖfc25＋βc×（Ｔ−２５）      ・・・（１）
【００２１】
このとき電圧温度係数βcは、以下の数式（２）で表現できる。
【００２２】
βc＝（Ｖfc（Ｔ）−Ｖfc25）／（Ｔ−２５）      ・・・（２）
【００２３】
また、上記太陽電池セルがｎ個直列接続された太陽電池モジュールの温度Ｔ［℃］のときの順方向電圧をＶfm（Ｔ）［Ｖ］とする。ここで、太陽電池モジュールの温度Ｔ＝２５℃における順方向電圧Ｖfm（２５℃）を電圧基準値Ｖfm25［Ｖ］とし、太陽電池モジュールの順方向電圧の電圧温度係数をβfm［Ｖ／℃］とすると、数式（２）と同様に、以下の数式（３）で表現できる。
【００２４】
βfm＝（Ｖfm（Ｔ）−Ｖfm25）／（Ｔ−２５）      ・・・（３）
【００２５】
さらに、太陽電池モジュールは、太陽電池セルがｎ個直列接続されているので以下の数式（４）および（５）の関係が成り立っている。
【００２６】
Ｖfm（Ｔ）＝ｎ×Ｖfc（Ｔ）      ・・・（４）
【００２７】
Ｖfm25＝ｎ×Ｖfc25              ・・・（５）
【００２８】
したがって、数式（３）に、数式（４）、（５）を用いて数式（１）を代入すると、以下の数式（６）の関係が得られる。
【００２９】
βm＝（ｎ×（Ｖfc25＋βc×（Ｔ−２５））−ｎ×Ｖfc25）／（Ｔ−２５）
＝ｎ×βc      ・・・（６）
【００３０】
数式（６）に示すように、太陽電池モジュールの電圧温度係数βfmは、太陽電池セルの直列個数をｎとしたときに、太陽電池セルの電圧温度係数βcのｎ倍になる。太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルは同一特性品を使用することから電圧温度係数も一様であることが期待でき、また太陽電池モジュールにおいて各太陽電池セル温度の温度差が大きくなければ出力性能阻害率も小さい。そして、太陽電池モジュールの出力特性は温度に対し比例変化する。したがって、太陽電池モジュールを構成する各太陽電池セル温度に温度差が生じた場合においても、太陽電池セルの電圧温度係数が一律であれば、各温度に対応した太陽電池セルの順方向電圧の加算値を用いることで、太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルの平均温度、すなわち太陽電池モジュールの平均温度を推測することが可能となる。すなわち、太陽電池モジュールの順方向電圧値を用いた太陽電池モジュール温度推定方法は、規格の求める温度精度面で優れた太陽電池モジュールの平均温度の算出方法にもなっている。
【００３１】
実施の形態１にかかる太陽電池モジュール特性測定装置１００における太陽電池モジュールの出力特性値の温度係数測定方法では、太陽電池モジュール１に予め定めた電流値の順方向電流を流したときの順方向電圧値Ｖｆm［Ｖ］を測定して、太陽電池モジュール１の平均温度に換算して利用する。ここで、太陽電池モジュールの出力特性値の温度係数とは、太陽電池モジュールの温度の変化量に対する出力特性値の変化量の比である。太陽電池モジュール１の順方向電圧値を用いて太陽電池モジュールの温度を推定するためには、事前に、太陽電池モジュールの温度と太陽電池モジュールに予め定めた順方向電流を流したときの順方向電圧値との関係式が必要である。
【００３２】
太陽電池モジュール１に予め定めた電流値の順方向電流を流したときの順方向電圧値Ｖｆm［Ｖ］から太陽電池モジュールの温度に換算する温度換算式を得るために、太陽電池モジュールが複数の異なる温度であるときの順方向電圧を取得する必要がある。図５は、実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの順方向電圧の測定方法を説明する図である。まず、図５に示すように、測定対象となる太陽電池モジュール１を恒温槽１１の内部に入射光が入らない状態で設置する。制御部１４は、恒温槽１１の内部に設置された太陽電池モジュール１の温度に基づいて、恒温槽１１の温度および循環風を制御する。制御部１４は、直流定電流源７ｂを制御すると共に、電圧計７ａが測定した電圧値および太陽電池モジュール１の温度をデータロガー１３に記憶させることができる。制御部１４は、恒温槽１１の内部の循環風によって、太陽電池モジュール１の各部が均等な温度になるように状態を平衡させた後、安定した温度下において、直流定電流源７ｂに太陽電池モジュール１の＋Ｐ極から−Ｎ極に向けて定められた電流値の順方向電流Ｉｆ［Ａ］を通電させて、電圧計７ａに太陽電池モジュール１の順方向電圧値を測定させて、太陽電池モジュール１の温度および順方向電圧値をデータロガー１３に記憶させる。
【００３３】
この時の太陽電池モジュール１の温度測定方法としては、例えば、太陽電池モジュール１を構成する複数の太陽電池セル１ｃの内の幾つかの太陽電池セル１ｃのバックフィルム面側中央部に温度測定素子１２を設置する。すなわち、太陽電池モジュール１の数か所以上において温度測定素子１２により温度を測定して、測定された複数箇所での温度が、例えば、±１℃の範囲内に入るように恒温槽１１内の循環風を制御部１４が調整する。また、太陽電池モジュール１の温度は、太陽電池モジュール１を構成する太陽電池セル１ｃとバックフィルム面とが均熱化した状態になるまで太陽電池モジュール１を恒温槽１１内に放置して温度測定素子１２が設置された測定点の温度が一定となってから決定する。具体的には、温度測定素子１２が測定する各温度がそれぞれ一定になってかつ温度差が規定の範囲内に収まった状態で、温度測定素子１２が測定する各温度の平均値を制御部１４が求めて、この平均値を太陽電池モジュール１の温度とする。このように太陽電池モジュール１の温度が決定された状態において、制御部１４は、直流定電流源７ｂに順方向電流を通電させて、電圧計７ａに太陽電池モジュール１の順方向電圧値を測定させて、太陽電池モジュール１の温度および順方向電圧値をデータロガー１３に記憶させる。
【００３４】
原理的には、太陽電池モジュール１の２つの異なる温度における順方向電圧値が求まれば、太陽電池モジュール１に順方向電流Ｉｆ［Ａ］を通電させた時の順方向電圧Ｖfm（Ｔ）［Ｖ］から太陽電池モジュール１の温度Ｔ［℃］を求める温度換算式が以下のように得られる。
【００３５】
まず、以下のように定義する。
Ｖfm（２５℃）［Ｖ］：基準温度であるＴ＝２５℃において順方向電流Ｉｆ［Ａ］を通電させた時の順方向電圧Ｖfm（Ｔ）の値である電圧基準値
βfm［Ｖ／℃］：順方向電流Ｉｆ［Ａ］を通電させた時の順方向電圧の電圧温度係数
Ｖfm（Ｔ１）：Ｔ＝Ｔ１℃において順方向電流Ｉｆ［Ａ］を通電させた時の順方向電圧Ｖfm（Ｔ）の値
Ｖfm（Ｔ２）：Ｔ＝Ｔ２℃において順方向電流Ｉｆ［Ａ］を通電させた時の順方向電圧Ｖfm（Ｔ）の値
【００３６】
上記の定義により、以下の数式（７）および数式（８）という関係式が得られる。
【００３７】
Ｖfm（Ｔ１）＝Ｖfm（２５℃）＋βfm×（Ｔ１−２５）    ・・・（７）
【００３８】
Ｖfm（Ｔ２）＝Ｖfm（２５℃）＋βfm×（Ｔ２−２５）    ・・・（８）
【００３９】
数式（７）および数式（８）から、Ｔ＝Ｔ１℃およびＴ＝Ｔ２℃においてそれぞれ順方向電圧Ｖfm（Ｔ１）およびＶfm（Ｔ２）を測定することにより、未知数であったＶfm（２５℃）およびβfmを以下の数式（９）および数式（１０）により求めることができる。
【００４０】
βfm＝（Ｖfm（Ｔ２）−Ｖfm（Ｔ１））／（Ｔ２−Ｔ１）    ・・・（９）
【００４１】
Ｖfm（２５℃）＝Ｖfm（Ｔ１）−βfm×（Ｔ１−２５）    ・・・（１０）
【００４２】
測定対象となる太陽電池モジュール１のＶfm（２５℃）およびβfmが決定されることにより、太陽電池モジュール１に順方向電流Ｉｆ［Ａ］を通電させた時に測定された順方向電圧Ｖfm（Ｔ）［Ｖ］から太陽電池モジュール１の温度Ｔ［℃］を求める温度換算式は、以下の数式（１１）のようになる。
【００４３】
Ｔ［℃］＝２５℃＋（Ｖfm（Ｔ）−Ｖfm（２５℃））／βfm    ・・・（１１）
【００４４】
図６は、実施の形態１における太陽電池モジュール１の順方向電流Ｉｆ［Ａ］と順方向電圧Ｖfm（Ｔ）［Ｖ］との関係を示す図である。図７は、実施の形態１における同一順方向電流値での、異なる温度での順方向電圧Ｖfm（Ｔ）［Ｖ］の測定結果を示す図である。図８は、実施の形態１で求められた電圧温度係数βfm［Ｖ／℃］を示す図である。図９は、実施の形態１で求められた基準温度２５℃における順方向電圧Ｖfm（２５℃）［Ｖ］を示す図である。
【００４５】
太陽電池モジュール１は、５０セル分の太陽電池セル１ｃにより構成されており、図７から図９は、太陽電池モジュール１の温度Ｔ［℃］が約２４℃および約９５℃において、順方向電流値Ｉｆ＝０．１［Ａ］で測定された順方向電圧値から得られた測定結果である。
【００４６】
このように、太陽電池モジュール１に対する設定温度を変更して、少なくとも２つの異なる温度で太陽電池モジュール１に定められた順方向電流Ｉｆ［Ａ］を通電させた時の順方向電圧値の測定を実行することにより、順方向電圧Ｖfm（Ｔ）［Ｖ］から太陽電池モジュール１の温度Ｔ［℃］を求める温度換算式を得ることができる。
【００４７】
また、異なる３点以上の温度で測定してもよい。例えば、恒温槽１１の温度を測定の基準状態である２５℃を基準として１０℃間隔にて上昇させた７５℃までの範囲を測定温度域として、太陽電池モジュール１の順方向電圧を６点の異なる温度で測定する。順方向電流Ｉｆが０．１［Ａ］時に測定された順方向電圧Ｖｆmを上記６点の温度に対してプロットする。そして、最小自乗法にて太陽電池モジュール１の温度Ｔと順方向電圧Ｖfm（Ｔ）との関係式を求めることにより、順方向電圧Ｖfm（Ｔ）［Ｖ］から太陽電池モジュール１の温度Ｔ［℃］を求める温度換算式をさらに精度良く得ることができる。
【００４８】
以上説明した手順により得られた順方向電圧Ｖfm（Ｔ）［Ｖ］から太陽電池モジュール１の温度Ｔ［℃］を求める温度換算式を用いた太陽電池モジュール温度推定方法を利用して、太陽電池モジュール特性測定装置１００は太陽電池モジュール１の出力特性値の温度係数を以下のようにして求める。
【００４９】
太陽電池モジュール特性測定装置１００の制御部８は、上記のようにして予め取得しておいた温度換算式すなわち数式（１１）の基準温度における順方向電圧値である電圧基準値Ｖfm（２５℃）および電圧温度係数βfmの値を記憶部８２に保持している。すなわち、測定対象となる太陽電池モジュール１について予め取得された電圧基準値Ｖfm（２５℃）および電圧温度係数βfmの値は、制御部８に入力されて受付部８１が受け付け、数式（１１）の情報と共に記憶部８２に保持されている。したがって、制御部８の温度算出部８３は、Ｖｆ測定部７が取得した順方向電圧Ｖfm（Ｔ）［Ｖ］から電圧基準値および電圧温度係数を含んだ数式（１１）を用いて太陽電池モジュール１の温度Ｔ［℃］を算出することが可能である。
【００５０】
太陽電池モジュール特性測定装置１００における太陽電池モジュール１の出力特性値の温度係数測定にあたっては、例えば、等温度間隔にて、６０℃から５℃毎に５５℃、５０℃、４５℃、４０℃、３５℃、３０℃の各温度での太陽電池モジュール１に対する測定指示が制御部８に設定される。出力特性値の温度係数を測定する対象となる太陽電池モジュール１は、Ｖfm（２５℃）およびβfmの値が求められた後に、恒温槽１１にて例えば９０℃雰囲気にて加熱され、その後に、設置架台１０に設置される。太陽電池モジュール特性測定装置１００における測定雰囲気温度を、例えば、太陽電池の測定の基準温度である２５℃に設定するならば、太陽電池モジュール１は、９０℃から２５℃まで急速に温度低下する。このときの放熱スピードを緩和する為に、太陽電池モジュール１の裏面のバックフィルム面上には、断熱材６を設置することによって温度降下速度を調整する。なお、図１に示した太陽電池モジュール特性測定装置１００の構成においては、ガラス面を床面側に向けて太陽電池モジュール１が設置されることから、太陽電池モジュール特性測定装置１００が設置されている部屋の天井照明等の入射光が遮蔽された設置状態になる。したがって、太陽電池モジュール１の温度を推定するために順方向電圧を測定する時に光源部２０は非発光状態にしておくが、その時の外部からの入射光の遮蔽等は不要になる。
【００５１】
上述したように、測定対象となる太陽電池モジュール１の＋Ｐ極および−Ｎ極の出力端子は、Ｉ−Ｖ測定部３およびＶｆ測定部７にそれぞれ接続されている。制御部８は、Ｖｆ測定部７を制御することにより太陽電池モジュール１に予め定めた値の順方向電流Ｉｆを定期的に通電して、通電時における順方向電圧をＶｆ測定部７に測定させる。具体的には、制御部８は、太陽電池モジュール１の＋Ｐ極および−Ｎ極の間に電流発生部７１に順方向電流Ｉｆを定期的に通電させて、電圧測定部７２に順方向電圧Ｖfm（Ｔ）を測定させる。制御部８は、測定された順方向電圧を太陽電池モジュール１に対応する温度換算式である数式（１１）を用いて、太陽電池モジュール１の温度に換算して、設定した温度に低下するまで温度推定を繰り返す。
【００５２】
なお、Ｖｆ測定部７によって太陽電池モジュール１の順方向電圧Ｖfm（Ｔ）を測定する際は、Ｉ−Ｖ測定部３の可変電子負荷は高インピーダンス状態に設定しておいて、太陽電池モジュール１に予め定めた順方向電流Ｉｆが流れるように制御部８が制御する。
【００５３】
Ｖｆ測定部７による順方向電圧Ｖfm（Ｔ）の測定結果に基づいて、制御部８は、太陽電池モジュール１の温度Ｔの推定を温度算出部８３によって設定されたタイミングで繰返し実施する。そして、太陽電池モジュール１の温度算出部８３によって計算された温度Ｔが出力特性の測定のための設定温度に達した時に、制御部８は、Ｖｆ測定部７による順方向電圧Ｖfm（Ｔ）の測定を中止させ、太陽電池モジュール１のＩ−Ｖ測定部３による出力特性測定時の誤差とならないようにＶｆ測定部７を設定した後、直ちに、予め定めた照射量で光源部２０を発光させるように光源制御部２１を制御して、太陽電池モジュール１の出力電圧および出力電流をＩ−Ｖ測定部３に測定させる。Ｉ−Ｖ測定部３による測定結果は制御部８の記憶部８２に記録される。最初の設定温度における出力特性の測定後は、再び、Ｖｆ測定部７の測定結果を利用した太陽電池モジュール１の温度Ｔの算出による推定を温度算出部８３が開始し、太陽電池モジュール１の温度Ｔが次の設定温度に達すると、制御部８は上記同様に出力特性の測定をＩ−Ｖ測定部３に実行させる。これを全ての設定温度における出力特性測定が終了するまで繰り返す。なお、Ｉ−Ｖ測定部３が測定する出力電圧および出力電流から得られる太陽電池モジュール１の出力特性値とは、具体的には、短絡電流値、開放電圧値、最大電力点等である。
【００５４】
上記のようにして、全ての設定温度でのＩ−Ｖ測定部３による測定が完了した後、制御部８は、太陽電池モジュール１の各温度ＴにおいてＩ−Ｖ測定部３により測定された出力電圧および出力電流から短絡電流値、開放電圧値、最大電力点等の各出力特性値を求め、それぞれに対して、最小自乗法といった近似によって温度Ｔとの関係式を求める。制御部８は、各出力特性値毎に得られた関係式に基づいて、各出力特性値の太陽電池モジュール１の温度Ｔに対する温度係数を算出することができる。
【００５５】
先に説明したように、太陽電池モジュール特性測定装置１００に入力されて太陽電池モジュール１の温度推定に用いられるＶfm（２５℃）およびβfmの値は、図５を用いて説明した方法によって測定対象となる太陽電池モジュール１毎に取得することができる。しかし、太陽電池モジュール１の量産時においては、個々の太陽電池モジュール１に対し、それぞれ固有のＶfm（２５℃）およびβfmの値を求めておくのは工数およびコストの観点から負担になる。
【００５６】
したがって、太陽電池モジュール１の順方向電圧Ｖfm（Ｔ）の測定値から温度Ｔへの温度換算式を作成するにあたり、電圧基準値Ｖfm（２５℃）および電圧温度係数βfmの各統計平均値を太陽電池モジュール１の種類別に予め求めておいて、当該統計平均値を用いるようにしてもよい。また、以下で詳述するように電圧基準値Ｖfm（２５℃）のみ個々の太陽電池モジュール１ごとに測定して、電圧温度係数βfmについては統計平均値を用いるようにしてもいい。
【００５７】
電圧温度係数βfmに対してのみ統計平均値を用いる方法は、太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルの種類および配線構成が同等と見なせる複数の太陽電池モジュールから複数のサンプルモジュールを選び、そのサンプルモジュールについて図５を用いて説明した方法で電圧温度係数βfmを測定し、電圧温度係数βfmの平均値および標準偏差等の統計値を求めて、構成する太陽電池セルの種類および配線構成が同等と見なせる太陽電池モジュールに適用する電圧温度係数値βfmを決定する。
【００５８】
電圧基準値Ｖfm（２５℃）については、図５を用いて説明した方法ではなく、量産工程の検査において太陽電池モジュール個々の出力性能測定を概略基準温度２５℃において測定する際に、出力性能値とともに出力性能測定時の太陽電池モジュールの代表温度と予め定めた電流値の順方向電流を通電したときの順方向電圧値を同時に測定して記録する。太陽電池モジュールの上記代表温度と基準温度２５℃とに差異がある場合は、統計平均値として得られている電圧温度係数値を用いて補正計算を実行することで、上記代表温度にて測定された順方向電圧値を基準温度２５℃における電圧基準値Ｖfm（２５℃）になるように補正する。具体的には上記代表温度と基準温度２５℃とに差異に電圧温度係数値を乗じた値を上記代表温度にて測定された順方向電圧値に加算して電圧基準値Ｖfm（２５℃）を得る。なお、量産工程における太陽電池モジュールの代表温度は、例えば、太陽電池モジュールの外郭表面等で測定することになるが、太陽電池モジュールを同一温度環境内にて安定させ、内部セル温度と外部温度とが均一になった後に測定すれば、上記代表温度を内部セル温度とみなすことが可能である。このようにして、太陽電池モジュール個々に電圧基準値Ｖfm（２５℃）を得る方法は、従来の出力特性測定時に、順方向電圧の測定を１回追加するだけで済むことから簡便である。また、製造後において基準温度以外の環境での太陽電池モジュールの出力測定時に用いる数式（１１）の温度換算式における電圧基準値Ｖfm（２５℃）の測定ばらつきを低減することができる。したがって、太陽電池モジュールの順方向電圧Ｖfm（Ｔ）の測定値から温度Ｔへの温度換算式を用いて温度Ｔを推定して、屋外環境下で太陽電池モジュールの出力特性の性能診断を実行する場合の精度を向上させることができる。
【００５９】
また、このようにして得られた各太陽電池モジュールの出力特性値、電圧基準値、電圧温度係数といった情報は、各太陽電池モジュールに固有のデータとして各太陽電池モジュールごとに記録される。このデータは、各太陽電池モジュール自体に貼り付けられる銘板に記載されていてもよいし、各太陽電池モジュールの製造番号またはシリアル番号により検索可能なデータとしてデータベース等に保管されてもよい。太陽電池モジュール自体に記録される場合は、銘板に限らず、太陽電池モジュールが備える外部から読み取り可能な記録部に電圧基準値および電圧温度係数といった情報が記録されていればよい。なお、太陽電池モジュールの上記記録部には、基準温度における定格出力値がさらに記録されていてもよい。
【００６０】
実施の形態１にかかる太陽電池モジュール特性測定装置１００によれば、定められた順方向電流を太陽電池モジュール１に通電させたときの順方向電圧値を測定することで、温度測定素子を用いずに、より高い精度で太陽電池モジュール１の温度を推定することが可能になる。さらに、太陽電池モジュール１の各箇所の間に多少の温度差が生じた状態においても、太陽電池モジュール１に対する合理的な平均温度を簡便かつ高精度に得ることが可能になる。これにより、太陽電池モジュールの測定基準状態と異なる設置環境下における出力特性値の測定においても、各種出力特性値の測定のみならず、出力特性値の温度補正および温度係数測定における精度の向上も可能になる。また、従来から使用されているソーラシミュレータ装置にＶｆ測定部７を組み込むことは容易なので、太陽電池モジュール特性測定装置１００は安価に実現可能である。
【００６１】
実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池モジュール特性測定装置２００の構成を示す図である。図１０の太陽電池モジュール特性測定装置２００においては、図１に示した実施の形態１にかかる太陽電池モジュール特性測定装置１００のＶｆ測定部７がＩｆ発生部７ｃに置き換わっており、温度測定部９も追加されているが、それ以外の構成は、太陽電池モジュール特性測定装置１００と同様である。
【００６２】
Ｉｆ発生部７ｃは、太陽電池モジュール１に順方向電流Ｉｆを流す電流発生部７１と、内蔵ダイオード７３と、を備えているが、Ｖｆ測定部７が備える電圧測定部７２は備えていない。温度測定部９は、一般的なソーラシミュレータ装置に備えられているものと同様のものであり、太陽電池モジュール１の裏面温度を測定する機能を有している。
【００６３】
太陽電池モジュール特性測定装置２００においては、制御部８は、光源部２０を非発光状態にして、Ｉｆ発生部７ｃに太陽電池モジュール１への順方向電流Ｉｆを発生させて、Ｉ−Ｖ測定部３の電圧測定部３１に順方向電圧値Ｖｆmを測定させて、制御部８の記憶部８２に記録する。また、太陽電池モジュール１の温度を推定するために順方向電圧値Ｖｆmの測定時には、Ｉ−Ｖ測定部３の可変電子負荷を高インピーダンス状態に設定しておいて、太陽電池モジュール１に予め定めた順方向電流Ｉｆが流れるように制御部８が制御する。
【００６４】
太陽電池モジュール１の温度の推定後に、太陽電池モジュールの出力特性値の測定を行う際には、Ｉｆ発生部７ｃの電流発生部７１が流す電流を零にする。このとき、内蔵ダイオード７３によってＩｆ発生部７ｃが高インピーダンス化することを用いて、予め定めた照射量で光源部２０を発光させてＩ−Ｖ測定部３に出力特性値を測定させることができる。
【００６５】
実施の形態２にかかる太陽電池モジュール特性測定装置２００の構成は、従来から使用されているソーラシミュレータ装置に、Ｉｆ発生部７ｃを追加して、制御部８が実行する測定プログラムを変更することで安価に実現することができる。例えば、量産工程において太陽電池モジュール毎に出力特性測定している装置に、順方向電圧値の測定機能および温度換算機能を追加することは容易である。
【００６６】
実施の形態３．
実施の形態１および２において説明したように、予め取得した電圧基準値および電圧温度係数の情報に基づいて数式（１１）といった温度換算式を用いて太陽電池モジュール推定する太陽電池モジュール温度推定方法によれば、屋外環境に設置された太陽電池モジュールについても温度測定素子による温度測定を行うことなく、太陽電池モジュールの正確な温度を推定することが可能となる。
【００６７】
図１１は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池モジュール特性測定装置３００の構成を示す図である。太陽電池モジュール特性測定装置３００は、Ｉ−Ｖ測定部３と、Ｖｆ測定部７と、日射計４０と、全体を制御する制御部８を備える。Ｉ−Ｖ測定部３およびＶｆ測定部７は、実施の形態１の太陽電池モジュール特性測定装置１００のＩ−Ｖ測定部３およびＶｆ測定部７と同じである。太陽電池モジュール１は、太陽光が入射されるガラス面を日射が来る方向に向けて屋外施設５０に設置されている。日射計４０は日射量を測定する。
【００６８】
太陽電池モジュール特性測定装置３００は、屋外施設５０に設置された太陽電池モジュール１のＩ−ＶカーブをＩ−Ｖ測定部３に取得させて出力特性値を測定する際に、Ｖｆ測定部７が測定した太陽電池モジュール１の順方向電圧値を用いて温度推定を行うことにより、温度補正の高精度化をはかることができる。
【００６９】
太陽電池モジュール特性測定装置３００においても、太陽電池モジュール１に対して予め取得した電圧基準値Ｖfm（２５℃）および電圧温度係数βfmを利用して、順方向電圧値から太陽電池モジュール１の温度を計算により推定する。したがって、Ｉ−Ｖ測定部３が取得したＩ−Ｖカーブより抽出した各出力特性値に対し、制御部８は、推定した太陽電池モジュール１の温度および太陽電池モジュール１に対する出力特性値の既知の温度係数を用いれば、温度補正を実行して基準状態温度下における各出力特性値の値に換算することが可能である。ここで、太陽電池モジュール１に対する出力特性値の温度係数は記憶部８２に記憶されている。
【００７０】
太陽電池モジュール１が屋外に設置された状態で、太陽電池モジュール特性測定装置３００による温度推定のための順方向電圧値の測定を行う時は、太陽電池モジュール１のガラス面を日射遮光フィルム等の遮光治具で一時的に遮蔽した状態にする。その状態で、予め定めた順方向電流値Ｉｆを太陽電池モジュール１の＋Ｐ極の出力端子から−Ｎ極の出力端子に向かって流してＶｆ測定部７に順方向電圧の測定を実施させて、温度換算式から太陽電池モジュール１の温度を求める。そして、順方向電圧の測定後はただちに上記遮光治具等による日射遮蔽を解除して、即座に、日射計４０による日射量の測定とＩ−Ｖ測定部３によるＩ−Ｖカーブの測定とを同時に実行させることで、太陽電池モジュール１の順方向電圧値から推定した温度における出力特性値の測定を実施する。
【００７１】
そして、上記にようにして取得した太陽電池モジュール１の温度と各出力特性値について既知の温度係数とを用いることで、上記にようにして測定した出力特性値に対し、制御部８は、定格値となる基準状態である温度２５℃時の出力特性値を計算により求めることができる。なお、定格値を求めるためには、日射計４０が測定した日射量から、日射量１０００［Ｗ／ｍ2］における出力特性値に換算する必要があることは言うまでもない。
【００７２】
太陽電池モジュール１の屋外における性能診断においては、出力特性値の測定時に温度および日射量が制御できないことから、実施の形態３にかかる太陽電池モジュール特性測定装置３００において、太陽電池モジュール１の温度測定において温度測定素子を太陽電池モジュール１のバックフィルム面に貼らずに、太陽電池モジュール１の出力端子を介して温度を推定できることは利点となる。
【００７３】
なお、診断対象となる太陽電池モジュール１の電圧基準値、電圧温度係数といった情報は、太陽電池モジュール１に固有のデータとして太陽電池モジュール１の銘板に記録しておいて、現地にてユーザがそれを読み取って制御部８の受付部８１に入力してもよい。また、上記情報を太陽電池モジュール１の製造番号またはシリアル番号に対応する保管データとして、予め太陽電池モジュール特性測定装置３００に読み込ませて記憶部８２に記憶させておいてもよい。また、現地にてユーザがインターネット回線を利用して上記保管データを太陽電池モジュール特性測定装置３００に取り込ませることによってデータ入力作業を簡単化することも可能である。数式（１１）で使用する太陽電池モジュールの基準温度における順方向電圧値として、個々の太陽電池モジュールに記録された順方向電圧値を用いることで、出力性能測定結果に対する温度補正精度を向上させることができる。
【００７４】
なお、上記実施の形態１から３の説明においては、基準温度を２５℃であるとして説明したが、基準温度は予め定められた温度であれば２５℃以外の温度であってもよく、２５℃以外の温度であっても上記説明は同様に成立することは言うまでもない。
【００７５】
実施の形態１から３にかかる太陽電池モジュール特性測定装置１００，２００，３００の制御部８は、パーソナルコンピュータ、タブレット端末または汎用コンピュータといったコンピュータシステムにより実現される。図１２は、実施の形態１から３にかかる制御部８の機能をコンピュータシステムで実現する場合のハードウェア構成を示す図である。制御部８の機能をコンピュータシステムで実現する場合、制御部８の機能は、図１２に示すようにＣＰＵ（Central  Processing  Unit）２０１、メモリ２０２、記憶装置２０３、表示装置２０４および入力装置２０５により実現される。温度算出部８３が実行する太陽電池モジュール温度推定方法の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述されて記憶装置２０３に格納される。ＣＰＵ２０１は、記憶装置２０３に記憶されたソフトウェアまたはファームウェアをメモリ２０２に読み出して実行することにより、制御部８の機能を実現する。すなわち、コンピュータシステムは、制御部８の機能がＣＰＵ２０１により実行されるときに、実施の形態１から３にかかる太陽電池モジュール温度推定方法を実施するステップが結果的に実行されることになる制御部８のプログラムを格納するための記憶装置２０３を備える。また、これらのプログラムは、制御部８の機能が実現する処理をコンピュータに実行させるものであるともいえる。メモリ２０２は、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）といった揮発性の記憶領域が該当する。記憶部８２を実現する記憶装置２０３は、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリといった不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスクが該当する。表示装置２０４の具体例は、モニタ、ディスプレイである。受付部８１を実現する入力装置２０５の具体例は、キーボード、マウス、タッチパネルである。
【００７６】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１  太陽電池モジュール、１ｂ  太陽電池セルブロック、１ｃ  太陽電池セル、１ｄ  バイパスダイオード、１ｅ，１ｆ，１ｇ  等価回路、３  Ｉ−Ｖ測定部、６  断熱材、７  Ｖｆ測定部、７ａ  電圧計、７ｂ  直流定電流源、７ｃ  Ｉｆ発生部、８，１４  制御部、９  温度測定部、１０  設置架台、１１  恒温槽、１２  温度測定素子、１３  データロガー、２０  光源部、２１  光源制御部、３１，７２  電圧測定部、３２  電流測定部、４０  日射計、５０  屋外施設、７１  電流発生部、７３  内蔵ダイオード、８１  受付部、８２  記憶部、８３  温度算出部、１００，２００，３００  太陽電池モジュール特性測定装置、１０１  発電電流源、１０２  ＰＮ接合ダイオード、２０１  ＣＰＵ、２０２  メモリ、２０３  記憶装置、２０４  表示装置、２０５  入力装置。
【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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【図１１】
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【図１２】
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