(57)【要約】【課題】太陽電池モジュールの発電特性測定結果に影響を与える日射計固有の特性に関する課題を解決し、高精度なI-V特性を測定する。【解決手段】太陽電池モジュールの発電特性の性能を評価するＩ−Ｖ特性測定に必要な電流と電圧、モジュール温度の測定タイミングと、屋外での太陽電池モジュールの性能評価に必要な日射センサの応答遅れを自動で求め、または外部入力により得られた補正値で補正し、電流、電圧、日射強度、モジュール温度、を同期化して計測するとともに、測定した日射強度を平均化することにより、測定したＩ−Ｖ特性を室内測定の基準状態に高精度に変換することを特徴とする。【選択図】図１
2017108586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池モジュール出力を接続する入力端子部と、入力端子部間に接続され太
陽電池モジュールの出力電圧が規定値以上ある場合に発電電流を流す負荷回路部
と、負荷回路に並列に接続され、前記入力端子部の入力電圧を計測する電圧計測
部と、負荷回路に直列に接続され、前記入力端子部に流れる電流を計測する電流
計測部と、日射センサおよび温度センサを接続し、日射強度と温度を計測するセ
ンサ計測部と、測定結果表示する表示部と、各部に電源を供給する電源回路部か
ら構成される太陽電池モジュール特性測定装置において、負荷回路部に流れる電
流と電圧から求めたＩ−Ｖ特性測定時の日射強度は、日射計の出力応答時間遅れ
を補正して、Ｉ−Ｖ特性測定時間と同じ時間を測定し平均値化した値で表される
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】
太陽電池モジュール出力を接続する入力端子部と、入力端子部間に接続され太
陽電池モジュールの出力電圧が規定値以上ある場合に発電電流を流す負荷回路部
と、負荷回路に並列に接続され、前記入力端子部の入力電圧を計測する電圧計測
部と、負荷回路に直列に接続され、前記入力端子部に流れる電流を計測する電流
計測部と、日射センサおよび温度センサを接続し、日射強度と温度を計測するセ
ンサ計測部と、測定結果表示する表示部と、各部に電源を供給する電源回路部か
ら構成される太陽電池モジュール特性測定装置において、負荷回路部に流れる電
流と電圧から求めたＩ−Ｖ特性測定時の日射強度は、Ｉ−Ｖ特性測定のサンプリ
ングのタイミングと同期して測定値を平均値化するとともに、平均値化した値と
測定サンプリング時間毎に求めた値との変化率を求め、前記変化率でＩ−Ｖ特性
結果を補正す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３】
前記センサ計測部の日射強度値が、設定した規定量以上変化した場合、変化が
発生した時点から設定値に達するまでの時間を前記日射計の出力応答遅れ時間と
することを特徴とする請求項１または２の太陽電池モジュール特性測定装置。
【請求項４】
前記日射センサの受光部球面体外形と同形状の一定透過率または完全遮光特性
を有する太陽光減衰カバーの有無によって求めた前記日射センサの出力応答性を
数値化した値を装置に入力し、その入力値により日射計の出力時間遅れを補正し
た値をＩ−Ｖ測定時の値として関連付けたことを特徴とする請求項１または２の
太陽電池モジュール特性測定装置。
【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施工および定期点検等のメンテナンス分野であって、屋外に設置される太陽電池モジュールの発電特性を評価するＩ−Ｖ特性試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池モジュールの発電性能を評価する方法としてはＩ−Ｖ特性が一般的であり、JPEA（太陽光発電協会）の「太陽光発電システム保守点検ガイドライン」等でも点検時の測定項目に挙げられている。通常Ｉ−Ｖ特性は室内測定が基本であるが、太陽光発電システムとして検証を行う場合は、屋外測定であり、JIS C 8953「結晶系太陽電池アレイのオンサイト測定方法」等で規定されている。
【０００３】
このようにＩ−Ｖ特性は太陽電池モジュールの発電性能を評価する有効な手段であり、設置後の異常検知手段の一つとなっている。
【０００４】
太陽電池モジュールの発電特性は日射強度1000Ｗ／ｍ２、モジュール表面温度
25℃の規準状態で規定されている。また、太陽電池モジュールの発電電力は日射強度に比例する。このため、太陽電池モジュール特性試験装置では電流、電圧測定以外に日射強度、モジュール温度を測定条件とする必要があり、これらの同時測定が必要となる。
【０００５】
しかしながら、屋外測定の場合測定環境が常に変化するため、室内測定条件で規定される日射強度とモジュール温度を基準状態で測定することは不可能である。従って、点検結果の良否判定は、日射強度、モジュール温度、モジュールパラメータから任意の日射強度およびモジュール温度で測定したＩ−Ｖ特性を、規準状態に変換することにより、メーカーカタログ値や初期値と比較する方法がJIS C 8953「結晶系太陽電池アレイ出力のオンサイト測定方法」等に示されている。
【０００６】
現在、日射強度の測定には全天日射計や基準セル等が用いられているが、日射強度は発電量に大きく影響を与えるため、日射強度測定結果とＩ−Ｖ特性測定結果との時間的な整合性は非常に重要なパラメータとなっている。
【０００７】
従来、太陽電池モジュール特性試験装置に使用される日射計は、太陽光のスペクトル特性との整合性を取った全天日射計やリファレンスセルが用いられており、全天日射計のセンサとしては熱電子と光電式がある。
【０００８】
熱電式は受光部が吸収した日射エネルギーを熱エネルギーとして測定するもので、日射強度に比例して受光部内部に生じた温度差を熱電堆（熱電対を多数直列につないだもの）で計測する。広い波長域（例えば400 nm 〜 2800 nm）にわたって受光部表面の吸収率がほぼ一定であるため，波長の違いによる感度の偏りは小さいが、光電式に比べ応答性が遅い。
【０００９】
一方、光電式の日射計は波長別感度特性を持つ光電素子（フォトダイオード）を利用したもので、1000 nmを越える波長域のエネルギーを感知できない面や、1000 nm以下の波長域でも波長によって感度が異なるといった特性があるため、太陽との位置関係を規定範囲に保つ必要があるが、応答時間は速い。
【００１０】
また、リファレンスセルを用いた日射計も、測定誤差を小さくするためには太陽の位置との関係を規定範囲内に設定する必要があるものの、応答性は速いという特長がある。
【００１１】
屋外設置の太陽電池モジュールの発電特性の良否を正確に判断するためには、適正なＩ−Ｖ測定時間とＩ−Ｖ特性測定時間に対応できる応答性を有する日射計が必須となるが、前述のどのタイプの日射計を用いても、日射強度やモジュール温度、その他モジュール特性パラメータを用いて基準特性への変換が必要である。従って、変換の元データとなる屋外測定の測定精度が変換後の結果に大きく影響する。
【００１２】
このような状況において、太陽光のスペクトルに対応した熱電式全天日射計は応答性が遅いため、Ｉ−Ｖ特性測定結果との時間的なズレが生じることになり、基準状態に変換した結果の精度が悪くなるという課題があった。
【００１３】
また、応答性が速い他の日射計を用いても、Ｉ−Ｖ特性測定時の電流に対する電圧測定タイミングと日射強度測定タイミングが同期測定ではない場合、屋内測定のように日射強度が安定した環境で測定した値と比較した場とき変換した結果の精度が悪くなるという課題がある。
【００１４】
また、異常検出装置を備えた発電システムのように、日射計によって検出された日射強度と所定の日射強度を比較して検出された日射強度が大きい場合に、各電圧センサから入力される電圧値と所定の電圧値を比較して、入力される電圧値が所定の電圧値より小さいと判別された場合に異常が発生したと認識されるシステムがある。
この場合入力レベルのみで比較判別が行なわれ、電圧測定のタイミングと日射計による日射強度出力の測定タイミングの時間的なずれを考慮していないため、日射強度は強いが出力電圧が低いと認識して発電システムが異常であると判断を誤ることが懸念される。(特許文献１)
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０１２−２３５６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、屋外測定環に
おいて太陽電池モジュールの発電特性測定結果に影響を与える日射計固有の特性に関する課題を解決し、高精度なＩ−Ｖ特性を測定することができる太陽電池モジュール特性試験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】
【００１７】
本発明は、太陽電池モジュールの発電特性の性能を評価するＩ−Ｖ特性測定に必要な電流と電圧、モジュール温度の測定タイミングと、屋外での太陽電池モジュールの性能評価に必要な日射センサの応答遅れを自動で求め、または外部入力により得られた補正値で補正し、電流、電圧、日射強度、モジュール温度、を同期化して計測するとともに、測定した日射強度を平均化することにより、測定したＩ−Ｖ特性を室内測定の基準状態に高精度に変換することを特長とする太陽電池モジュール特性測定装置を提供するものである。
【００１８】
また、本発明の太陽電池モジュール特性測定装置は、太陽電池モジュールの発
電特性の性能を評価するＩ−Ｖ特性測定に必要な電流と電圧の測定タイミングと、屋外での太陽電池モジュールの性能評価に必要な日射強度、モジュール温度を同期化して測定し、Ｉ−Ｖ特性測定時間内の日射強度を平均化し、その平均値とＩ−Ｖ特性測定時間内の各サンプリング時間毎の日射強度値とを比較して変化率を求め、求めた変化率によりＩ−Ｖ特性測定時の電圧値を補正することにより、Ｉ−Ｖ特性を高精度に測定することを特長とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の本発明の太陽電池モジュール特性試験装置によれば、負荷回路部に流れる電流と電圧から求めたＩ−Ｖ特性測定時の日射強度は、Ｉ−Ｖ特性測定タイミングと同期測定して平均値化した値とし、かつ、日射計の出力時間遅れを補正した値をＩ−Ｖ特性測定時の値として関連付けたことにより、Ｉ−Ｖ特性測定値と日射強度測定値の時間的なズレがなくなることから、精度の良い熱電式全天日射計の特長を生かしたまま高精度で使用できることになり、発電量予測精度が向上し、結果として売電予測等の精度向上に効果がある。また、初期状態からの経年劣化等の異常検知精度が向上する効果がある。
さらには、負荷回路部に流れる電流と電圧から求めたＩ−Ｖ特性測定時の日射強度は、Ｉ−Ｖ特性測定サンプリングタイミングと同期測定して平均値化するとともに、平均値化した値と各サンプリング時間毎に求めた値との変化率を求め、その値でＩ−Ｖ特性結果を補正するようにしたため、Ｉ−Ｖ特性測定中における日射強度の変化誤差がなくなり、モジュール発電特性変化の予兆として現れる微小なＩ−Ｖ特性の変化を見つけることが可能となる。また、異常発生時の検知精度が向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は本発明の実施形態１における太陽電池モジュール特性試験装置の概略構成を示す図である。（実施例１）
【図２】図２は太陽電池モジュール特性試験装置で測定する太陽電池モジュルの発電特性カーブを示す図である。（実施例２）
【図３】図３は太陽電池モジュール特性試験装置に接続される日射計の出力波形で、太陽光の日射強度変化に追随できる出力応答性能をもつ日射計の出力波形である。
【図４】図４は太陽電池モジュール特性試験装置で測定したＩ−Ｖ特性と、Ｉ−Ｖ特性測定時の日射強度変化を時系列的に示した図で、出力応答時間遅れがある日射計を使用した場合のＩ−Ｖ特性値と日射強度の時系列的な関係を示す。
【図５】図５は本発明の実施形態１における、太陽電池モジュール特性試験装置で測定したＩ−Ｖ特性と、Ｉ−Ｖ特性測定時の日射強度変化を時系列的に示した図で、Ｉ−Ｖ測定時間内における日射強度の平均値と出力応答時間遅れがある日射計の遅れを補正した場合のＩ−Ｖ特性値と日射強度の時系列的な関係を示す。
【図６】図６は本発明の実施形態１における日射計の出力応答時間を自動で求めるための概略概念図で、出力応答時間遅れがある日射計の出力特性例で、日射強度変化が短時間に大きく変化した場合の日射計出力波形および出力応答時間遅れを求める手段を示す図である。
【図７】図７は出力応答時間遅れがある日射計の出力特性例で、日射強度変化が微小発生した場合の日射計出力波形である。
【図８】図８は太陽電池モジュール特性試験装置で測定したＩ−Ｖ特性と、Ｉ−Ｖ特性測定時の日射強度変化を時系列的に示した図である。
【図９】図９は本発明の実施形態２におけるＩ−Ｖ特性補正図で、太陽電池モジュール特性試験装置で測定したＩ−Ｖ特性と、Ｉ−Ｖ特性測定時の日射強度変化と、演算部で演算した日射強度平均値と、モジュール温度変化と、演算部で求めた日射強度変換率で補正した補正後のＩ−Ｖ特性との関係を示した図である。
【図１０】図１０は本発明の実施形態１における日射計の出力応答時間を、手動で求めるための概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１０以下、本発明の実施の形態を説明するが、各図において、同一または
相当部分については同一符号を付して説明する。
【００２２】
図１は本発明の実施形態１における太陽電池モジュール特性試験装置の概略構成を示す図で、図２は太陽電池モジュール特性試験装置で測定する太陽電池モジュールの発電特性カーブである。
【００２３】
図１において、太陽電池モジュール特性試験装置は、太陽電池モジュール出力を接続する入力端子部７と、入力端子部７の両端に接続され太陽電池モジュールの出力電圧が規定値以上ある場合に発電電流を流す負荷回路部１１と、負荷回路１１に並列に接続され、前記入力端子部７の入力電圧を計測する電圧計測部８と、負荷回路１１に直列に接続され、前記入力端子部に流れる電流を計測する電流計測部９と太陽電池モジュールのI-V特性を測定するために、入力端子部７の両端に流れる電流を制御する電流制御部１０と、日射センサ１３および温度センサ１４を接続し、日射強度とモジュール温度を計測するセンサ計測部６と、測定結果表示する表示部５と、各部に電源を供給する電源回路部１２と、日射強度の平均値を求めるとともに日射計の出力応答時間遅れを演算する演算部３と、演算部３の演算結果に基づき電流、電圧、日射強度の測定タイミングを制御する主制御部４と、測定した電流、電圧、日射強度の値を保存するメモリー部２から構成される。
【００２４】
図２は太陽電池モジュールの発電特性を表現したI-V特性で、電流制御部１０を制御して負荷回路部１１に流れる電流を短絡電流（Isc）から徐々に減流して
0(Voc)まで制御し、または、電流を0から徐々に増加し短絡電流まで制御し、負荷回路１１に流れる電流に対する端子電圧を測定することにより求める。太陽電池モジュールの発電特性は、モジュール面に受ける日射量強度に比例する。
【００２５】
図３は日射強度の変化に対して出力応答時間遅れが小さい日射計の出力特性であるが、太陽電池モジュールを構成するセルも電子デバイスであるため、太陽光の日射強度が変化した場合は、敏感に反応し、図３と同じように太陽電池モジュールの発電出力も変化する。
【００２６】
図４は従来のI-V特性と日射計データの時系列的関係を示す図で、I-V特性は短絡電流から0まで変化したと想定する。この場合I-V特性はｔs点から測定を開始ｔｅで終了する。太陽電池モジュールの発電特性を評価するためには、室内測定の基準状態に変換する必要があり、この変換に必要な日射強度とモジュール温度も同時に測定を行うため、日射強度はｔｎｓからｔｎｅまでが関連したデータとなり、出力応答時間遅れの分誤差となる。
【００２７】
図５は本発明のI-V特性と日射計データの時系列的関係を示す図で、I-V特性は短絡電流から0まで変化したと想定する。この場合I-V特性はｔs点から測定を開始ｔｅで終了する。太陽電池モジュールの発電特性を評価するためには、室内測定の基準状態に変換する必要があり、この変換に必要な日射強度とモジュール温度も測定を行うが、日射データは図６または図10で求めた日射計の出力応答時間遅れの分遅れて測定を開始しｔｎｓ´からｔｎｅ´まで測定を行う。
【００２８】
図６および図７は日射計の出力応答時間遅れを自動で取得するための概念図で、図７のように日射計の出力変動が規定値内の場合は応答遅れ0とし、図６のように日射量出力変動が設定値Δｘ以上変化した場合には、変化量Δｘの時間Δｔを補正値Δｔｄとして、I-V特性測定開始タイミングよりΔｔｄ分遅れたｔｎｓ´のデータをI-V特性開始時のｔｓと関連付け、日射強度の測定はI-V特性測定後もΔｔｄ分を加えた時間測定する。また、測定した日射強度は各サンプリング点の値から平均値を求め、その値をI-V特性の日射強度関連データとして室内測定の基準状態に変換する。
【００２９】
これにより、日射計の出力応答時間遅れをなくすことができ、かつ、I-V測定期間中の日射強度を平均値化した値を室内測定基準特性へ変換する場合の日射強度とするため変換精度が向上する。
【００３０】
なお、本発明では精度向上を目的としているが、図６に示すようにΔｘよりもさらに大きな閾値Δｘmaxを設定することにより、日射強度とI-V特性の関係精度が悪くなる条件、たとえば日射量が急激に変化し、閾値Δｘmaxを超えるような変化があった場合には、測定を中止するといった形にすることもできる。
【００３１】
図１０は前記出力応答時間遅れを手動により得るもので、日射計の受光部球面体外形と同形状で、太陽光を減衰する減衰カバーを使用して遮光前後の出力応答時間遅れを測定し、日射計の出力応答遅れ時間とするもので、減衰カバーの減衰率は、I-V特性精度に大きく影響を与えない程度の晴天時の日射強度変化量を再現できる減衰率としたものである。
【００３２】
図１０の手法により求める出力応答遅れ時間を装置と関連付ける手段として
は、装置に日射計を接続した状態で、屋外環境において測定し関連付ける方法以外に、工場で模擬太陽光を用い日射計毎の出力応答遅れ時間を測定し、その値を手動で本体に入力する方法でも良い。
【００３３】
図８、図９は本発明のI-V特性補正方法を説明する図で、I-V特性は短絡電流から0まで変化したと想定する。また、日射計は出力応答時間遅れがない日射計を想定する。日射計の応答遅れがないことから、負荷回路部１１に流す電流値を基準に、同じサンプリングタイミングで電流、電圧、モジュール温度、日射強度データを関連付けて測定し図１のメモリー部２に保存する。
【００３４】
また、日射強度については図１の演算部３で保存したデータの平均値を求める。前記演算した平均値により保存した日射強度データ毎に平均値との変化量を求め、その値で各サンプリング点の電流に対する電圧値を補正し、連続した補正I-V特性曲線とする。
【００３５】
補正I-V特性の日射強度量は、平均した日射強度平均値をその時の日射強度として関連付ける。前記値をI-V特性の日射強度関連データとして室内測定の基準状態に変換する。
【００３６】
これにより、I-V特性測定中における日射強度の変化誤差がなくなり、モジュール発電特性変化の予兆として現れる微小なI-V特性の変化を見つけることが可能となる。また、異常発生時の検知精度が向上する。
【符号の説明】
【００３７】
１：太陽電池モジュール特性試験装置
２：メモリー部
３：演算部
４：主制御部
５：表示部
６：センサ計測部
７：入力端子部
８：電圧計測部
９：電流計測部
１０：電流制御部
１１：負荷回路部
１２：電源回路部
１３：日射センサ
１４：温度センサ
１５：日射計
１６：太陽光受光部
１７：太陽光減衰カバー
【図１】
2017108586.tif 000003
【図２】
2017108586.tif 000004
【図３】
2017108586.tif 000005
【図４】
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【図５】
2017108586.tif 000007
【図６】
2017108586.tif 000008
【図７】
2017108586.tif 000009
【図８】
2017108586.tif 000010
【図９】
2017108586.tif 000011
【図１０】
2017108586.tif 000012