(57)【要約】      （修正有）【課題】太陽電池の出力特性測定用のソーラーシミュレータにおいて、光源装置側ではなく、その光を受ける測定対象の受光面側において照度の場所むらの抜本的改善をしたソーラーシミュレータを使用する光量調整手段部を提供する。【解決手段】ソーラーシミュレータＳｓの光量調整部８ａ〜８ｃを、太陽電池Ｍｓの受光面と光源装置６の間に受光面に近接させて設け、太陽電池の受光面全域を略矩形状の複数区画に分割し、その複数区画に対応して分割し、光量調整部の各区画には選択された複数種類の光量調整部材を配置する構成とした。光量調整部をこのように構成し、光源装置の照射光は光量調整部材を通して太陽電池の受光面に照射し、受光面全域における照度は均一化乃至ほぼ均一化できる。【選択図】図７
0003193972.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
光源ランプ，ランプ光の反射部を備えた光源装置と、該光源装置の光放射面に対し測定対象である太陽電池の受光面を対向配置できる測定対象のセット部とを具備した太陽電池の出力測定用のソーラーシミュレータに使用する光量調整部であって、
前記光量調整部は、
太陽電池の受光面と前記光源装置の間に前記受光面に近接させて設けられ、
前記太陽電池の受光面全域を略矩形状の複数区画に分割し、その複数区画に対応して分割され、
前記光量調整部の各区画には選択された複数種類の光量調整部材を配置し、
前記光源装置の照射光を前記光量調整部材を通して前記太陽電池の受光面に照射することにより、前記受光面全域における照度を均一化乃至ほぼ均一化する
ことを特徴とする光量調整部。
【請求項２】
前記光量調整部は、測定対象となる複数機種の太陽電池にそれぞれに形成される区画受光面の大きさや数に合せて予め選択される光量調整部材を複数の支持手段に配置して複数の光量調整ユニットに形成し、ソーラーシミュレータにセットされる測定対象の太陽電池に合わせて選択される前記ユニットをそのセット部に装着可能にした請求項１に記載の光量調整部。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、太陽電池の出力特性を照度均一な状態で測定するためのソーラーシミュレータ用の光量調整部に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池はクリーンなエネルギ源として増々その重要性が認められて需要が高まり、また、大型機器類のパワーエネルギ源から精密な電子機器分野での小型電源まで、様々な分野での需要も高まっている。なお、本明細書において、太陽電池とは太陽電池モジュール（以下、単に「モジュール」ということもある）と太陽電池セル（以下、単に「セル」ということもある）を含む概念である。
【０００３】
太陽電池が様々な分野で広く利用されるには、太陽電池の特性、とりわけ出力特性が正確に測定されていないと、太陽電池を使用する側においても様々な不都合が予測される。このため従来から太陽電池の出力特性を測定するための擬似太陽光照射装置（以下、ソーラーシミュレータという）が提案され実用にも供されているが、未だ解決すべき問題もある。
【０００４】
即ち、ソーラーシミュレータは、パネル状の太陽電池の受光面に均一な照度の人工光（擬似太陽光）を照射して、太陽電池の出力特性を測定するために使用されるが、光源ランプが点又は線とみなされる形態であるため、面状の受光面を有する太陽電池の受光面の全面（又は全域）に対して均一照度での光の照射はきわめて困難であるという点である。
【０００５】
従来、上記のような均一照度での光の照射問題を改善することが試みられているが、そのための手法は、その大半が光源装置側の光学系の改善乃至は発光（点灯）回路系の改善対策に止まっている。
【０００６】
ソーラーシミュレータの光源装置における光学系乃至発光回路系の改善については、特許文献１〜３などによる提案があるが、光源装置側に改善が施されても、測定対象の受光面での照度むらは±２〜３％より良好にすることが困難であった。
【０００７】
また、太陽電池モジュールの一般的な測定においては、有効照射面上の放射照度を１０００Ｗ／ｍ２としている。そして、そのような照度で照射された測定対象（太陽電池モジュール）の出力特性を示すＩ−Ｖカーブは、模式的には図１に例示する態様となる。ここで、Ｉは電流、Ｖは電圧である。
【０００８】
ところで、ソーラーシミュレータの照射光の受光面における照度むらがあると、図２に模式的に例示するように、Ｉ−Ｖカーブが変化するので、測定している太陽電池の正しい出力特性が測定できているとはいえない。因みに、図２においては、９６枚の太陽電池セルを直列した太陽電池モジュール（以下、「９６直モジュール」という）を測定対象とし、照射光を１０％遮光したセルの枚数を０枚、１枚、２枚、３枚、１０枚として照度むらがないとみなした「９６直モジュール」と人為的に程度の異なる照度むらを作った「９６直モジュール」におけるＩ−Ｖカーブを測定した例であり、曲線（ａ）は照度の場所むらが±１．０％以下の理想的状態、曲線（ｂ）〜（ｅ）は、測定対象（「９６直モジュール」）を構成しているセルの、１０％遮光セルを、順に、１枚、２枚、３枚、１０枚として人為的に程度の異なる照度むらを作った該測定対象のＩ−Ｖカーブの例である。
【０００９】
図２の線図に示されるように照度むらに起因してＩ−Ｖカーブに変化があると、同一構成の太陽電池モジュールであっても、形状因子ＦＦ＝Ｐｍａｘ／（Ｉｓｃ×Ｖｏｃ）（ここで、Ｐｍａｘは当該モジュールの最大出力、Ｉｓｃは短絡電流、Ｖｏｃは開放電圧である）が変化してしまう。この点について図３により説明する。
【００１０】
図３は、上記の「９６直モジュール」において、横軸に照度むらのレベル（程度）を、遮光率１０％で遮光したセルの枚数で示し、縦軸の左側をＦＦ（形状因子、％）の値、縦軸の右側をＰｍａｘ（最大出力、Ｗ）の値として、数値をプロットした線図で、遮光セルの枚数がゼロ（即ち、照度むらが±１．０％以下の理想的状態）のときのＰｍａｘは１５９．１（Ｗ）、ＦＦ値は７０．７％であるのに対し、照度むらを人為的に作るために用いた遮光セルの枚数を１〜４枚，６枚，８枚，１０枚，１２枚にした各モジュールでは、Ｐｍａｘが１５４．２〜１５２．０（Ｗ）とバラつき、また、ＦＦ値も６８．８％から７４．１％の間でバラついて変動していることを表している。
【００１１】
また、図４は、図３におけるテストモジュールにおいて、一般的な測定方法ではモジュールの受光面の５箇所（セル四隅の４箇所と中央の１箇所）で測定した照度の平均値とテストモジュールの受光面を形成する全てのセルにおける照度の平均値との比率を示す曲線Ａ１と、遮光セルが０枚（照度むらなし）におけるＰｍａｘ値と、１０％遮光セルを１枚〜１２枚使用した各モジュールのＰｍａｘ値の比率を示す曲線Ｂ１を示しており、曲線Ａ１とＢ１において、照度むらのない（±１．０％以下）理想的状態（即ち、遮光セルが０枚）で、Ｐｍａｘ値の比率と照度比率の間に乖離がきわめて少ないが、照度むらを作った各テストモジュールでは、２つの曲線Ａ１とＢ１の数値の間に大きな乖離があることを示しており、照度むらがあると正確な出力特性の測定が困難であることを示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平８−２３５９０３号公報
【特許文献２】特開平９−３０６２０１号公報
【特許文献３】特公平６−１０５２８０号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【００１３】
本考案は、太陽電池の特性測定用のソーラーシミュレータにおける光源装置側の光学系の改善や発光回路系の改善によっては、照度の場所むらに起因する出力特性の測定精度に関する問題の根本的解決にはなっていない現状に鑑み、本考案者が鋭意研究，実験を重ねた結果、測定対象の受光面側において照度むらを吸収乃至抑制できるのではないかとの知見を得て本考案の完成を見たものである。
即ち、本考案は、太陽電池の出力特性測定用のソーラーシミュレータにおいて、光源装置側ではなく、その光を受ける測定対象の受光面側において照度の場所むらの抜本的改善をするためのソーラーシミュレータ用の光量調整部を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決することを目的としてなされた第１考案の光量調整部は、以下を特徴としている。
（１）光源ランプ，ランプ光の反射部を備えた光源装置と、該光源装置の光放射面に対し測定対象である太陽電池の受光面を対向配置できる測定対象のセット部とを具備した太陽電池の出力測定用のソーラーシミュレータに使用する光量調整部であって、
前記光量調整部は、
太陽電池の受光面と前記光源装置の間に前記受光面に近接させて設けられ、
前記太陽電池の受光面全域を略矩形状の複数区画に分割し、その複数区画に対応して各区画に分割され、
前記光量調整部の各区画には選択された複数種類の光量調整部材を配置し、
前記光源装置の照射光は前記光量調整部材を通して前記太陽電池の受光面に照射され、前記受光面全域における照度を均一化乃至ほぼ均一化する。
【００１５】
第１の考案の光量調整部によれば、光源ランプ，ランプ光の反射部などを備えた光源装置と、該光源装置の光放射面に対し測定対象の受光面を対向配置できる測定対象のセット部とを具備したソーラーシミュレータにより測定対象を太陽電池としてその出力特性を測定するとき、前記太陽電池の受光面全域を複数の受光区画に仮想分割し、仮想分割した各区画受光面に対応して分割した光量調整部の各区画に選択した光量調整部材を配置することにより、各区画受光面ごとに前記光源装置による照度を均一化乃至ほぼ均一化できる。これにより、前記光源装置の光を測定対象の受光面に照射するようにしたので、従来技術では±２〜３％の照度むらを甘受していたが、この照度むらを±１．０％以下に押え込むことが可能になり、測定精度の良好な太陽電池の出力特性の測定を可能にした。
【００１６】
第２の考案の光量調整部は、第１の考案において、以下を特徴としている。
（２）前記光量調整部は、測定対象となる複数機種の太陽電池にそれぞれに形成される区画受光面の大きさや数に合せて予め選択される光量調整部材を複数の支持手段に配置して複数の光量調整ユニットに形成し、ソーラーシミュレータにセットされる測定対象の太陽電池に合わせて選択される前記ユニットをそのセット部に装着可能とした。
【００１７】
第２の考案の光量調整部によれば、以下の効果が発現する。
上記の各区画受光面に対応して配置する光量調整部材は、その支持手段に保持させ前記受光面に接近させて配置する。ここで、光量調整部材は、遮光網，遮光テープ，遮光シートのいずれかで形成したものを使用することができ容易にしかも安価に光量調整部を構成することができる。
【００１８】
また光量調整部材の支持手段は、光透過性の高い無色透明樹脂板や無色透明ガラス板、或は、各光量調整部材の外周縁に沿った格子状支持パターンを有する枠体により構成することができる。この枠体に、予め測定対象となる太陽電池に仮想形成される区画受光面の大きさや数に合せて光量調整部材を配置し複数の光量調整部をユニットとして用意し、測定対象に合せた所要の光量調整部を選択してソーラーシミュレータにセットすることができる。これにより光量調整部の段取り替え効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】太陽電池モジュールの出力特性（Ｉ−Ｖカーブ）の一例の線図。
【図２】照度むらの影響を受けた出力特性の例を示した線図。
【図３】照度むらによる出力特性の影響の度合を説明するための線図。
【図４】図３のテストモジュールにおける照度比率とＰmax値の比率を例示した線図。
【図５】本考案を適用する太陽電池の一例を模式的に示した平面図。
【図６】図５の縦断正面図。
【図７】本考案を適用するソーラーシミュレータの例を模式的に例示した断面図。
【図８】図７のソーラーシミュレータにセットされる光量調整部における光量調整部材とその支持手段の例を模式的に示した斜視図。
【考案を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に本考案の実施の形態例について、図を参照して説明する。
図５は本考案を適用する太陽電池の一例を模式的に示した平面図、図６は図５の縦断正面図、図７は本考案のソーラーシミュレータの例を模式的に例示した断面図、図８は図７のソーラーシミュレータで測定される太陽電池の受光側にセットした光量調整部において光量調整部材の配置例とその支持手段の例を模式的に示した斜視図である。
【００２１】
図５，図６に例示した測定対象である太陽電池（以下、単に「モジュールＭｓ」という）は、複数の太陽電池セルＣｓ（以下、単に「セルＣｓ」という）を並べて各セルＣｓを図の例では直列に接続したもので、ここでは四角形のフレーム１に透明ガラス板などの透明板による受光側２を設け、図では受光側２の上に置かれるＥＶＡなどの封止材３を介して前記セルＣｓがその封止材３に埋設され、封止材３の表面が樹脂シートなどの裏面材４により被覆されて、モジュールＭｓの一例に形成されている。なお、各セルＣｓを接続するリード線Ｒｓはリボン又はタブと称される。また、５はこのモジュールＭｓの出力電極（端子）である。
【００２２】
上記のようなモジュールＭｓは、公知のソーラーシミュレータの光源装置の光放射面側に、そのモジュールＭｓの受光側２を対向させて配置し、光源装置の光を照射して、その出力特性を出力端子５から取出して測定している。しかし、この測定態様では受光側２が受ける光源装置から来る光に照度むらがあって、出力特性の測定精度の向上が難かしい点は先に述べたとおりである。
【００２３】
図７の光源装置６は、一例として遮光性材料により上面を光学的に開放して形成したハ
ウジング６ａと、ハウジング６ａの内部のほぼ中心に配置した光源となるランプ６ｂとランプ６ｂの下面側に配した断面円弧状の反射部６ｃ、ランプ６ｂの上面側のリフレクタ６ｄ、リフレクタ６ｄの上方に配置されたスペクトル調整用のフィルタ６ｅなどを備えて形成されている。なお、６ｆは光量の粗調整用部材で、選択的に用いられるものであり、また、光源装置の使用ランプによってはスペクトル調整用フィルタ６ｅを用いないものもある。
【００２４】
公知のソーラーシミュレータでは、図７に例示したような光源装置６の上方に、測定対
象となるモジュールＭｓをその受光側２を下向きにして配置支持する測定対象（モジュール）セット部（図７では省略）が設置され、出力特性の測定装置や電源装置を備えてソーラーシミュレータとして使用されているが、光源装置６から放射される擬似太陽光ＢｓがモジュールＭｓの受光側２の場所によって照度むらとなり、精度の高い出力特性の測定の阻害要因となっていた。
【００２５】
そこで本考案では、この照度むらを、測定対象の受光側２に近接して配置する光量調整部Ｌｃによって抑制乃至解消するようにしたので、以下にこの点について説明する。
【００２６】
図８に例示した本考案の光量調整部Ｌｃを形成するには、まず、図５，図６に例示したモジュールＭｓに、この例では各セルＣｓごとに仮想的に区画した仮想の区画受光面に形成する。即ち、図５においては、縦方向の５個の帯区画Ａ〜Ｅと横方向の４つの帯区画ｉ〜ivのマトリックスによりモジュールＭｓを形成している個々のセルＣｓ単位の区画が、本考案における区画受光面の単位の一例となる。
【００２７】
上記のように区画受光面を設定したモジュールＭｓに関しては、まず、そのモジュールＭｓの受光面と同じ形態の区画受光面を設定したアクリルなどの透光性の板材により形成した透光板（図示せず）をソーラーシミュレータＳｓの測定対象のセット部にセットし、この透光板の各区画受光面に対して照度測定基準となる基準セルを、各区画受光面にトレースする形態で逐次位置付け、各区画受光面での出力特性を測定することによって、各場所（区画受光面ごと）での光源装置６の照射光の照度むらの程度を検出し、この透光板上で照度の最も低い場所（区画）を特定する。次いで、図８に例示したように、前記透光板と同じ仕様の透光性の板材により支持手段７を形成し、この支持手段７に設定される前記受光板と同じ区画受光面における最も暗い照度の区画受光面８Ｄの照度を基準にして、他の区画受光面の照度が前記受光面８Ｄの基準照度に揃うよう、この支持手段７における他の各区画受光面に、図８の例では遮光率が異なる３種類の光量調整部材８（８ａ〜８ｃ）を配置することにより、本考案の光量調整部Ｌｃの一例を形成した。なお、上記の透光板に代えて、基準セルを逐次セットできるように、区画受光面状の輪郭を格子枠状に形成した治具を用いることもできる。
【００２８】
図８の光量調整部Ｌｃでは、各区画受光面の照度を、最も暗い基準照度の区画受光面８Ｄの照度に合せるべく、説明の便宜上、３種類の異なる遮光率の光量調整部材８ａ〜８ｃを使用したモデル例を模式的に示したものである。尚区画受光面の数や大きさ、或は、使用する光量調整部材８の種類は、上記モデル例に限られるものではない。
【００２９】
上記のようにして各区画受光面の照度を均一に揃えた光量調整部材８ａ〜８ｃと、これらを配置した支持手段７により形成される本考案の光量調整部Ｌｃを、図７に例示するようにソーラーシミュレータＳｓにセットされたモジュールＭｓの受光側２に、一例として５０〜１００ｍｍ程度近接させて配置し、この状態で光源装置６から光を照射してモジュールＭｓ全体の出力特性を測定すると、照度の場所むらのない光による出力特性の測定が可能になる。
【００３０】
ここで、光量調整部Ｌｃに使用する光量調整部材８ａ〜８ｃは、反射を押える塗装を施したメッシュの粗密度が異なる（遮光率が異なる）遮光網や全面に小孔をあけた遮光率が異なる遮光テープ、或は、各区画受光面ごと光通過面積を狭める側に調整できる遮光シートなどであればよい。また、支持手段７としては、光透過性が良好なプラスチック板やガラス板、或は、各光量調整部材８の輪郭状に穴パターンを形成した格子状穴あきの枠板などを用いることができる。
【００３１】
上記の光量調整部Ｌｃを、図７に例示したソーラーシミュレータＳｓに適用する。光源装置６からの照射光は、光量調整部Ｌｃを通過し、照度むらのない均一な照度の光として測定対象モジュールＭｓの受光面（受光側２）に照射される。この場合において、前記モジュールＭｓの受光面での光量は、遮光性の光量調整部材８を用いて受光面全体の照度むらが解消されているので、当該受光面が基準照度（例えば、１０００Ｗ／ｍ２）にあるかどうかを検証すればよい。
【００３２】
以上に述べてきたように、本考案では、ソーラーシミュレータSsにおける測定対象モジュールＭｓのセット部で当該モジュールの受光面２の近くにおいて、前記モジュールＭｓの受光面が受ける照度を光量調整部材８を用いた光量調整部Ｌｃを通して均一化し、受光面全域において照度むらのない状態で光源装置６の光を照射して出力特性の測定をすることができる。
【００３３】
更に、本考案においては、光量調整部Ｌｃを、測定対象モジュールＭｓの形態（モジュールの大きさやセルの数など）に応じて予め複数機種をユニット化して作成しておき、測定対象モジュールＭｓの機種が変更されるごとに、ユニット化した複数種類の光量調整部Ｌｃの中で適切なユニットを選択してソーラーシミュレータに適用した測定態様を採ることが可能になるので、測定対象モジュールＭｓの機種が変更されても、無調整で出力特性の測定を実現できることになる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本考案は以上の通りであって、従来、ソーラーシミュレータにおいては、光源装置側の光学系又は発光回路系の改善による均質照度の実現を図っていたが、それでも受光面での照度むらが±２％〜３％以下となることはなかった点に鑑み、測定対象の受光面において照度むらを解消乃至押え込むため、受光面を小区画の受光面に分けて各区画受光面単位で受光面全体に照度むらのない照射光の均一化を図ることができると共に、照度むらのない受光面全体の照度が所定値にあるかどうかを検出してそれを容易に所定レベルに調整できるようにしたので、以下の効果を得られる。
（１）高精度に太陽電池の出力特性の測定が可能となる。
（２）形状因子ＦＦの『場所むら』による変化を可及的に小さくできる。
（３）狙った区画（小面積）ごとに直接照度の調整ができるので、照度むらを無くすため
の調整を容易、かつ、高精度に行うことができる。
（４）測定対象となる太陽電池の態様に応じて、光量調整部を予め製作しておくことにより、測定対象モジュールの構成や形態が変わっても、各モジュール構成や形態に対応した光量調整部を選択して使用することにより、各測定対象モジュールの機種変更に迅速に対応した高精度の測定を実現できる。
【符号の説明】
【００３５】
Ｍｓ    太陽電池モジュール
Ｃｓ    セル
Ｒｓ    リード
１      フレーム
２      受光側
３      封止材
４      裏面材
５      出力電極（端子）
６      光源装置
Ｌｃ    光量調整部
７      支持手段
８      光量調整部材
【図１】
0003193972.tif 000003
【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】
0003193972.tif 000009
【図８】
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