JP6829432B2 - 太陽電池特性測定装置および太陽電池特性測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池の電流−電圧特性を測定する太陽電池特性測定装置および太陽電池特性測定方法に関するものである。

この種の太陽電池特性測定装置の一例として、下記の特許文献１に開示された太陽電池特性測定装置（以下、単に特性測定装置ともいう）が知られている。この特性測定装置は、携帯型の装置であり、太陽電池の設置場所において、接続ケーブルを用いて太陽電池の出力端子に接続して、太陽電池の出力特性（電流−電圧特性）を測定するために用いられる。また、特性測定装置は、スイッチ、液晶ディスプレイで構成された表示装置、表示装置の表示面上に配設されたタッチパネル、ＣＰＵで構成された制御部、電圧検出回路、電圧検出用ＡＤコンバータ、電流検出用抵抗、電流検出回路、電流検出用ＡＤコンバータ、１つの電子負荷、電子負荷ドライバ、電子負荷制御用ＤＡコンバータ、第１逆接続保護用ダイオード、第２逆接続保護用ダイオードおよびリレーを有している。

この場合、電圧検出回路は、接続ケーブルを用いて接続された太陽電池から出力される直流電源電圧（出力電圧）を検出すると共に、直流電源電圧の電圧値に応じて電圧値が変化する電圧に変換して出力し、電圧検出用ＡＤコンバータは、この電圧をデジタル値に変換して制御部に出力する。また、電流検出回路は、接続された太陽電池から出力される出力電流を電流検出用抵抗を介して検出すると共に、出力電流の電流値に応じて電圧値が変化する電圧に変換して出力し、電流検出用ＡＤコンバータは、この電圧をデジタル値に変換して制御部に出力する。

制御部は、このようにして電圧検出用ＡＤコンバータから出力されるデジタル値に基づいて太陽電池の出力電圧を取得（測定）し、また、このようにして電流検出用ＡＤコンバータから出力されるデジタル値に基づいて太陽電池の出力電流を取得（測定）する。また、制御部は、電子負荷制御用ＤＡコンバータと電子負荷ドライバを介して電子負荷のゲートに印加する制御電圧を操作することにより、太陽電池から特性測定装置（の電子負荷）に流れる太陽電池の出力電流についての電流値を所望値に制御する。

以上の構成を備えた特性測定装置では、制御部が、電子負荷のゲートに印加する制御電圧を操作することにより、太陽電池の出力電流の電流値を短絡電流値からゼロまで所定のステップで徐々に減少させつつ、各ステップでの出力電流の電流値と太陽電池の出力電圧の電圧値とを保存（記憶）する。これにより、太陽電池の出力特性（電流−電圧特性）が測定される。

特開２０１１−５４８８７号公報（第４−６頁、第１−５図）

ところが、上記の特性測定装置には、以下の改善すべき課題が存在する。すなわち、この特性測定装置では、制御部は、電流−電圧特性の測定に際して、電子負荷に流れる電流（コレクタ電流）を段階的に減少させながら測定シーケンスを複数回、インターバル期間（熱拡散によって電子負荷を冷却するための期間）を設けて間欠的に実施し、各回の測定シーケンスにおいて出力電流と出力電圧を測定する。この特性測定装置では、このように各測定シーケンスの実行前にインターバル期間を設けることによる測定時間の長期化を排除するため、測定シーケンスの実施の度に電子負荷に流す電流の電流値を減少させる点に着目して、インターバル期間を徐々に短縮させる構成を採用している。

しかしながら、インターバル期間を徐々に短縮させる構成を採用したとしても、測定シーケンス毎にインターバル期間を設ける構成はそのままであるため、上記の特性測定装置には、太陽電池の出力特性（電流−電圧特性）の測定に要する時間の更なる短縮は難しいという改善すべき課題が存在している。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、太陽電池の出力特性についての測定時間を短縮し得る太陽電池特性測定装置および太陽電池特性測定方法を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の太陽電池特性測定装置は、発電状態の太陽電池の一対の出力端子間に接続される第１電子負荷部、当該第１電子負荷部に並列接続された第２電子負荷部、前記一対の出力端子間に出力される前記太陽電池の出力電圧を測定する電圧測定部、前記一対の出力端子間に出力される前記太陽電池の出力電流を測定する電流測定部、並びに前記第１電子負荷部および前記第２電子負荷部に対する制御を実行しつつ前記出力電圧および前記出力電流を取得することにより前記太陽電池の電流−電圧特性を測定する特性測定処理を実行する処理部を備え、前記処理部は、前記第１電子負荷部および前記第２電子負荷部を高抵抗状態に制御している状態において、当該第２電子負荷部のみを低抵抗状態に移行させる第１制御処理を実行しつつ前記出力電流を取得して、当該出力電流の増加が飽和するときの当該第２電子負荷部に対する特定制御量を測定する制御量測定処理と、前記第２電子負荷部が前記低抵抗状態に移行した状態において、前記第１電子負荷部を低抵抗状態に移行させる制御を実行する第２制御処理と、前記第１電子負荷部が前記低抵抗状態に移行した状態において、前記第２電子負荷部のみを前記高抵抗状態に移行させる第３制御処理と、前記第１電子負荷部が前記低抵抗状態に移行した状態において前記第２電子負荷部に対して前記特定制御量を出力する第４制御処理と、前記第４制御処理の完了直後に前記第１電子負荷部のみを前記高抵抗状態に移行させる第５制御処理と、前記第５制御処理の完了直後に、前記第２電子負荷部に対して前記特定制御量で制御されている状態から前記高抵抗状態に移行させる制御を実行しつつ前記電流−電圧特性を測定する前記特性測定処理とを実行する。

また、請求項２記載の太陽電池特性測定装置は、請求項１記載の太陽電池特性測定装置において、前記処理部は、前記制御量測定処理の実行に先立ち、前記第１電子負荷部および前記第２電子負荷部を高抵抗状態に移行させる制御を実行する初期状態移行処理を実行すると共に、当該第１電子負荷部および当該第２電子負荷部が当該高抵抗状態のときに取得される前記出力電圧と予め規定された基準電圧とを比較して当該出力電圧が当該基準電圧を上回ったか否かを判別する電圧判別処理を実行し、当該電圧判別処理において当該出力電圧が当該基準電圧を上回ったと判別したときに、前記制御量測定処理に移行する。

請求項３記載の太陽電池特性測定方法は、発電状態の太陽電池の一対の出力端子間に第１電子負荷部および第２電子負荷部を並列に接続する接続処理と、前記第１電子負荷部および前記第２電子負荷部を高抵抗状態に制御している状態において、当該第２電子負荷部のみを低抵抗状態に移行させる第１制御処理を実行しつつ前記太陽電池の出力電流を測定して、当該出力電流の増加が飽和するときの当該第２電子負荷部に対する特定制御量を測定する制御量測定処理と、前記第２電子負荷部が前記低抵抗状態に移行した状態において、前記第１電子負荷部を低抵抗状態に移行させる制御を実行する第２制御処理と、前記第１電子負荷部が前記低抵抗状態に移行した状態において、前記第２電子負荷部のみを前記高抵抗状態に移行させる第３制御処理と、前記第１電子負荷部が前記低抵抗状態に移行した状態において前記第２電子負荷部に対して前記特定制御量を出力する第４制御処理と、前記第４制御処理の完了直後に前記第１電子負荷部のみを前記高抵抗状態に移行させる第５制御処理と、前記第５制御処理の完了直後に、前記第２電子負荷部に対して前記特定制御量で制御されている状態から前記高抵抗状態に移行させる制御を実行しつつ前記太陽電池の出力電圧および前記出力電流を測定することにより前記太陽電池の電流−電圧特性を測定する特性測定処理とを実行する。

請求項１記載の太陽電池特性測定装置および請求項３記載の太陽電池特性測定方法によれば、太陽電池からの出力電流が第２電子負荷部にのみ流れる状態においてこの出力電流の増加が飽和するときの第２電子負荷部に対する特定制御量を測定する制御量測定処理を実行し、特性測定処理の前段階において、第２電子負荷部に対して特定制御量を出力して太陽電池から短絡電流値の出力電流を単独で出力させ得る抵抗値まで低下させる第４制御処理の実行時における第２電子負荷部の発熱を、第２電子負荷部に並列接続した第１電子負荷部の存在によって大幅に抑制することができる。このため、この特性測定装置および太陽電池特性測定方法によれば、第１電子負荷部を高抵抗状態（オフ状態）に移行させたとしても、特性測定処理の実行開始時における第２電子負荷部の温度を十分に低い状態にできることから、特性測定処理において第２電子負荷部に出力電流を連続して通電させながら太陽電池の電流−電圧特性を測定する構成（電流−電圧特性の測定に要する時間を極めて短くし得る構成）であっても、特性測定処理の完了時の第２電子負荷部の温度を許容し得る温度範囲内に抑えることができる。したがって、この特性測定装置および太陽電池特性測定方法によれば、第２電子負荷部の劣化や損傷を回避しつつ、電流−電圧特性の測定に要する時間を大幅に短縮することができる。

請求項２記載の太陽電池特性測定装置によれば、２つの電子負荷部が高抵抗状態のときに発電状態の太陽電池の一対の出力端子間から出力される出力電圧の電圧値（つまり、開放電圧値）が基準電圧を上回ったときに、自動的に電流−電圧特性の測定を開示することができる。

太陽電池特性測定装置１の構成図である。 太陽電池特性測定装置１の動作および太陽電池特性測定方法を説明するためのフローチャートである。 太陽電池特性測定装置１の動作および太陽電池特性測定方法を説明するための波形図および状態図である。 太陽電池２１の電流−電圧特性図である。

以下、太陽電池特性測定装置および太陽電池特性測定方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

最初に、太陽電池特性測定方法を実行する太陽電池特性測定装置の構成について、図面を参照して説明する。

まず、図１に示す太陽電池特性測定装置１の構成について説明する。

太陽電池特性測定装置（以下、単に「特性測定装置」ともいう）１は、第１電子負荷部２、第２電子負荷部３、電圧測定部４、電流測定部５、処理部６、記憶部７および出力部８を備えて、一対のプローブＰ１，Ｐ２を介して接続された太陽電池２１（測定対象の太陽電池２１）についての出力電流Ｉｏおよび出力電圧Ｖｏの関係を表す特性（電流−電圧特性）を測定可能に構成されている。

第１電子負荷部２および第２電子負荷部３は、一例として、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）やＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を用いて構成されて、不図示のそれぞれのゲートに印加される制御電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２（この例では、ゲート電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２ともいう）の電圧値（制御量）に応じて、その負荷量（抵抗値）を変化させる機能を備えている。また、各電子負荷部２，３は、互いに並列接続されると共に、互いに接続されたそれぞれの一方の端子が電流測定部５を介してプローブＰ１に接続され、かつ互いに接続されたそれぞれの他方の端子がプローブＰ２に接続されている。これにより、特性測定装置１が一対のプローブＰ１，Ｐ２を介して太陽電池２１に接続されたときには、各電子負荷部２，３は、太陽電池２１の一対の出力端子（正極端子および負極端子）間に並列接続の状態で接続される。この構成により、第１電子負荷部２は、対応するゲート電圧Ｖｃ１の電圧値に応じてその抵抗値を変化させることで、太陽電池２１から流れ込む太陽電池２１の出力電流Ｉｏを制御（制限）することが可能であり、また第２電子負荷部３も、対応するゲート電圧Ｖｃ２の電圧値に応じてその抵抗値を変化させることで、太陽電池２１から流れ込む太陽電池２１の出力電流Ｉｏを制御（制限）することが可能となっている。

また、第１電子負荷部２は、ゲート電圧Ｖｃ１の電圧値が、閾値電圧値Ｖｔｈを下回る電圧値（ほぼゼロボルト）、および飽和領域に移行させられる電圧値（閾値電圧値Ｖｔｈを十分に上回る電圧値）のうちの任意の一方の電圧値に処理部６によって制御される。これにより、第１電子負荷部２は、ゲート電圧Ｖｃ１の電圧値が閾値電圧値Ｖｔｈを下回る電圧値となったときに高抵抗状態（例えば１００ＭΩ以上の状態。オフ状態）に移行し、また、ゲート電圧Ｖｃ１の電圧値が閾値電圧値Ｖｔｈを十分に上回る電圧値となったときに低抵抗状態（例えば１Ω程度の状態。オン状態（飽和領域でのオン状態（飽和状態）））に移行することで、実質的にスイッチ素子として機能する。

一方、第２電子負荷部３は、ゲート電圧Ｖｃ２の電圧値が処理部６によって上記した第１電子負荷部２と同様に制御されることでスイッチ素子として機能し得ることに加えて、ゲート電圧Ｖｃ２の電圧値が処理部６によって閾値電圧値Ｖｔｈ以上でかつ飽和領域に移行する手前の電圧値以下の電圧範囲内で制御されることで、線形領域内において任意の抵抗値のオン状態に移行する（可変抵抗として機能する）。

電圧測定部４は、一対のプローブＰ１，Ｐ２間に接続されて、特性測定装置１がこれらのプローブＰ１，Ｐ２を介して太陽電池２１に接続されたときには、太陽電池２１の出力電圧Ｖｏの電圧値を所定の周期（例えば、数μｓから十数μｓ程度の周期）で測定して、この電圧値を示す電圧データＤｖを処理部６に出力する。

電流測定部５は、各電子負荷部２，３のそれぞれの一方の端子とプローブＰ１との間、および各電子負荷部２，３のそれぞれの他方の端子とプローブＰ２との間のいずれか（本例では一例として図１に示すように、各電子負荷部２，３のそれぞれの一方の端子とプローブＰ１との間）に配設（接続）されて、太陽電池２１から出力される出力電流Ｉｏの電流値を所定の周期で測定して（例えば、電圧測定部４と同じ周期で同期して測定して）、この電流値を示す電流データＤｉを処理部６に出力する。

処理部６は、例えば、コンピュータ、第１電子負荷部２に対するゲート電圧Ｖｃ１を生成して出力するためのＤ／Ａ変換器およびドライバ回路の組（第１生成回路）、第２電子負荷部３に対するゲート電圧Ｖｃ２を生成して出力するための他のＤ／Ａ変換器および他のドライバ回路の組（第２生成回路）、並びにゲート電圧Ｖｃ２の電圧値を検出するためのバッファおよびＡ／Ｄ変換器の組（電圧検出回路）を備えて構成されている。また、処理部６は、各電子負荷部２，３に対する制御処理（具体的には、電子負荷部２，３に印加（出力）する各ゲート電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２の電圧値を制御する制御処理）、線形領域内で動作させる第２電子負荷部３のゲートに実際に印加されているゲート電圧Ｖｃ２の電圧値を検出する電圧検出処理、および太陽電池２１の電流−電圧特性を測定する特性測定処理を実行する。記憶部７は、半導体メモリやハードディスク装置などで構成されている。

出力部８は、一例として、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）などのディスプレイ装置で構成されて、処理部６が測定処理において測定した測定結果（電流−電圧特性を示す特性図）を画面に表示する。なお、出力部８は、ディスプレイ装置に代えて、種々のインターフェース回路で構成してもよく、例えば、ネットワークインターフェース回路で構成してネットワーク経由で外部装置に測定結果を伝送させたり、メモリインターフェース回路で構成してリムーバブルメディアに測定結果を記憶させたりする構成を採用することもできる。

次に、太陽電池２１の電流−電圧特性を測定する際の特性測定装置１の動作について説明すると共に、併せて太陽電池特性測定方法について説明する。なお、太陽電池２１は発電状態にあるものとする。

特性測定装置１では、そのプローブＰ１，Ｐ２のうちの一方（本例ではプローブＰ１）が太陽電池２１の正極端子（＋端子）に接続され、かつプローブＰ１，Ｐ２のうちの他方（本例ではプローブＰ２）が太陽電池２１の負極端子（−端子）に接続される。これにより、発電状態の太陽電池２１の一対の出力端子（正極端子および負極端子）間に第１電子負荷部２および第２電子負荷部３を並列に接続する接続処理が完了する。

この状態において、処理部６は、図２に示す測定処理５０を実行する。また、電圧測定部４は、太陽電池２１の出力電圧Ｖｏの電圧値を測定して、この電圧値を示す電圧データＤｖを処理部６に出力し、また電流測定部５は、太陽電池２１から出力される出力電流Ｉｏの電流値を測定して、この電流値を示す電流データＤｉを処理部６に出力する。

この測定処理５０では、処理部６は、まず、初期状態移行処理を実行する（ステップ５１）。この初期状態移行処理では、処理部６は、各ゲート電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２の電圧値を閾値電圧値Ｖｔｈ未満（具体的にはゼロボルト）に設定して、各電子負荷部２，３に印加することにより、各電子負荷部２，３を初期状態である高抵抗状態（オフ状態）に移行させる。この状態（図３に示す時刻ｔ０のときの状態）では、太陽電池２１は、無負荷状態となるため、出力電流Ｉｏの電流値は図３において太実線で示すようにほぼゼロアンペアとなり、出力電圧Ｖｏの電圧値は図３において細実線で示すように開放電圧値Ｖｏｃとなる。

次いで、処理部６は、図３に示す時刻ｔ１において第１制御処理を開始する（ステップ５２）。この第１制御処理では、処理部６は、閾値電圧値Ｖｔｈを十分に上回る電圧値Ｖｄ１に設定してゲート電圧Ｖｃ２の印加（出力）を開始する。この場合、処理部６では、コンピュータが、この電圧値Ｖｄ１に対応する電圧データを第２生成回路に出力する。第２生成回路では、この生成回路を構成するＤ／Ａ変換器がこの電圧データに対応する電圧値のアナログ信号を生成して後段のドライバ回路に出力し、ドライバ回路がこのアナログ信号を増幅してゲート電圧Ｖｃ２として、第２電子負荷部３のゲートに印加（出力）する。この場合、第２電子負荷部３のゲート電圧Ｖｃ２は、図３において太破線で示すように、第２電子負荷部３のゲートに存在する容量成分を充電しつつ、目標とする電圧値Ｖｄ１に向けて立ち上がる。

この場合、第２電子負荷部３は、そのゲート電圧Ｖｃ２が図３に示すようにして閾値電圧値Ｖｔｈに達した時点（時刻ｔ２）でオフ状態から線形領域でのオン状態に移行する。このため、太陽電池２１から特性測定装置１内（具体的には、特性測定装置１内の第２電子負荷部３）に、出力電流Ｉｏがこの時刻ｔ２から流入し始める（出力電流Ｉｏの電流値が増加し始める）。また、第２電子負荷部３は、その後も上昇を続けるゲート電圧Ｖｃ２の印加により、線形領域内でのオン状態において抵抗値を低下させ続け、ゲート電圧Ｖｃ２の電圧値Ｖｇ１（＞閾値電圧値Ｖｔｈ）に達した時点（時刻ｔ３）において線形領域内のオン状態ではあるものの、太陽電池２１から短絡電流値Ｉｓｃの出力電流Ｉｏを出力させ得る抵抗値（飽和領域での抵抗値Ｒｏｎよりも若干大きな抵抗値）に達する。また、太陽電池２１の出力電圧Ｖｏの電圧値は、出力電流Ｉｏの増加に伴い、開放電圧値Ｖｏｃから急速に低下する。

第２電子負荷部３は、その後も上昇を続けるゲート電圧Ｖｃ２の印加により、このゲート電圧Ｖｃ２が電圧値Ｖｇ２（＞電圧値Ｖｇ１）に達した時点（時刻ｔ４）において飽和領域でのオン状態に移行する。つまり、第２電子負荷部３は、時刻ｔ３から時刻ｔ４までは線形領域内でのオン状態にあってその抵抗値をゲート電圧Ｖｃ２の電圧値に応じて低下させ、時刻ｔ４において飽和領域でのオン状態に移行したときにはその抵抗値は抵抗値Ｒｏｎ（低抵抗値）となる（低抵抗状態となる）。なお、太陽電池２１からの出力電流Ｉｏの電流値は、上記の時刻ｔ３において短絡電流値Ｉｓｃに達した以降はこの短絡電流値Ｉｓｃで頭打ちの状態（増加が飽和した状態）となるが、第２電子負荷部３の抵抗値は、時刻ｔ３以降も時刻ｔ４まではこのようにして低下する。このため、太陽電池２１の出力電圧Ｖｏは、時刻ｔ３以降も時刻ｔ４までは継続して低下する。また、この出力電圧Ｖｏは、第２電子負荷部３の抵抗値が抵抗値Ｒｏｎで一定となった後（時刻ｔ４以降）は、一定の電圧値Ｖｏ１（＝Ｒｏｎ×Ｉｓｃ）となる。また、第２電子負荷部３のゲート電圧Ｖｃ２は、時刻ｔ５において電圧値Ｖｄ１に達し、その後は一定となる。

処理部６は、上記の第１制御処理を実行しつつ、制御量測定処理を実行する（ステップ５３）。この制御量測定処理では、処理部６は、電流測定部５から取得した電流データＤｉに基づいて上記したように変化する出力電流Ｉｏの電流値Ｉｏｖａを算出（測定）して、この電流値Ｉｏｖａが頭打ちとなるとき（つまり、短絡電流値Ｉｓｃとなるとき）の第２電子負荷部３のゲート電圧Ｖｃ２の電圧値Ｖｇ１を第２電子負荷部３に対する特定制御量として測定する。

具体的には、処理部６は、例えば、出力電流Ｉｏの電流値Ｉｏｖａの算出と共に、上記した電圧検出回路を用いたゲート電圧Ｖｃ２の電圧値の検出を実行しつつ、算出した電流値Ｉｏｖａを予め規定された所定期間分（例えば、数十μｓ程度）だけ（予め規定された個数だけ）、同じタイミングで検出したゲート電圧Ｖｃ２の電圧値を対応させてファーストインファーストアウト方式で記憶部７に記憶させる（バッファリングする）。また、処理部６は、新たな電流値Ｉｏｖａを記憶させる都度、この新たな電流値Ｉｏｖａを含む所定期間内の複数の電流値Ｉｏｖａのバラツキをそれぞれ検出すると共にこれらのバラツキのすべてが予め規定された基準値以内になるか否かを判別して、基準値以内となったときには電流値Ｉｏｖａが頭打ち（電流値Ｉｏｖａの増加が飽和した状態）になったと判別する。また、処理部６は、電流値Ｉｏｖａが頭打ちになったと判別したときには、ファーストインファーストアウト方式で記憶部７に記憶されている所定期間分の複数の電流値Ｉｏｖａのうちの最先の電流値Ｉｏｖａに対応するゲート電圧Ｖｃ２の電圧値（つまり、時刻ｔ３におけるゲート電圧Ｖｃ２の電圧値Ｖｇ１、またはこの時刻ｔ３から若干遅れた時刻（時刻ｔ４よりも前の時刻）におけるゲート電圧Ｖｃ２の電圧値（≒Ｖｇ１））を特定制御量として測定して記憶する。

次いで、処理部６は、第１電子負荷部２を低抵抗状態に移行させる第２制御処理を実行する（ステップ５４）。この第２制御処理では、処理部６は、上記の第１制御処理の実行を継続しつつ（つまり、電圧値Ｖｄ１でのゲート電圧Ｖｃ２の印加を継続しつつ）、閾値電圧値Ｖｔｈを十分に上回る電圧値に設定してゲート電圧Ｖｃ１の印加（出力）を開始する。この場合、処理部６では、コンピュータが、この電圧値に対応する電圧データを第１生成回路に出力する。第１生成回路では、この回路を構成するＤ／Ａ変換器がこの電圧データに対応する電圧値のアナログ信号を生成して後段のドライバ回路に出力し、ドライバ回路がこのアナログ信号を増幅してゲート電圧Ｖｃ１として、第１電子負荷部２のゲートに印加（出力）する。これにより、第１電子負荷部２は、高抵抗状態（オフ状態）から急速に抵抗値を低下させて低抵抗状態（飽和領域でのオン状態）に移行する。この場合、第２制御処理を開始するタイミングは、第２電子負荷部３に対する上記の特定制御量の測定を完了させた後、できるだけ速いタイミングが好ましい。その理由は、第２電子負荷部３がオン状態のときに第１電子負荷部２を低抵抗状態（オン状態）に移行させることにより、太陽電池２１から出力されている出力電流Ｉｏを第１電子負荷部２に分流させて、第２電子負荷部３に流入する電流量を減少させ、これによって第２電子負荷部３での発熱を低減させることができるからである。図３では一例として、時刻ｔ５の手前の時刻ｔａにおいて、第１電子負荷部２が低抵抗状態（オン状態）に移行した状態を示している。

続いて、処理部６は、第１電子負荷部２を低抵抗状態に移行させている状態において、第２電子負荷部３のみを高抵抗状態（オフ状態）に移行させる第３制御処理を実行する（ステップ５５）。この第３制御処理では、処理部６は、上記の第１制御処理の実行を終了させて（つまり、閾値電圧値Ｖｔｈを下回る電圧値（具体的にはゼロボルト）に設定してゲート電圧Ｖｃ２を第２電子負荷部３に印加することで）、第２電子負荷部３をオフ状態に移行させる（本例では図３に示すように、第２電子負荷部３のゲート電圧Ｖｃ２が時刻ｔ６に閾値電圧値Ｖｔｈを下回るため、第２電子負荷部３はほぼ同時刻にオフ状態に移行する）。これにより、第２電子負荷部３への出力電流Ｉｏの流入を停止させて、第２電子負荷部３での発熱を停止させることができる。なお、第２電子負荷部３がオフ状態に移行しても、第２電子負荷部３に流れていた分の出力電流Ｉｏはオン状態の第１電子負荷部２に流入する。このため、太陽電池２１からの出力電流Ｉｏの電流値は、図３に示すように、引き続き短絡電流値Ｉｓｃに維持される。

次いで、処理部６は、予め規定された時間だけ第２電子負荷部３を高抵抗状態（オフ状態）に維持させた後の時刻ｔ７において、第２電子負荷部３のゲート電圧Ｖｃ２を上記の制御量測定処理で測定した特定制御量（本例では電圧値Ｖｇ１）にする第４制御処理を実行する（ステップ５６）。この第４制御処理において、処理部６では、コンピュータが、この電圧値Ｖｇ１に対応する電圧データを第２生成回路に出力する。第２生成回路では、この回路を構成するＤ／Ａ変換器がこの電圧データに対応する電圧値のアナログ信号を生成して後段のドライバ回路に出力し、ドライバ回路がこのアナログ信号を増幅してゲート電圧Ｖｃ２として、第２電子負荷部３のゲートに印加（出力）する。これにより、図３に示すように、第２電子負荷部３のゲート電圧Ｖｃ２は電圧値Ｖｇ１に向けて上昇し、ゲート電圧Ｖｃ２が閾値電圧値Ｖｔｈに達した時点（時刻ｔ８）で、第２電子負荷部３は高抵抗状態（オフ状態）から線形領域でのオン状態に移行する。このため、太陽電池２１から出力されている出力電流Ｉｏの一部が第２電子負荷部３に流入し始める。

第２電子負荷部３のゲートに印加されているゲート電圧Ｖｃ２は、その後も上昇を続けて、時刻ｔ９に電圧値Ｖｇ１に達する。これにより、第２電子負荷部３は、線形領域内でのオン状態ではあるものの、太陽電池２１から短絡電流値Ｉｓｃの出力電流Ｉｏを単独で出力させ得る抵抗値（飽和領域でのオン状態のときの抵抗値Ｒｏｎよりも若干大きな抵抗値）に低下する。第２電子負荷部３に対するゲート電圧Ｖｃ２は、時刻ｔ９に電圧値Ｖｇ１に達した後、この電圧値Ｖｇ１に維持される。このゲート電圧Ｖｃ２を電圧値Ｖｇ１に維持する際には、処理部６は、上記した電圧検出回路を用いたゲート電圧Ｖｃ２の電圧値の検出を実行しつつ、この検出したゲート電圧Ｖｃ２の電圧値が電圧値Ｖｇ１となるように、第２生成回路を構成するＤ／Ａ変換器に出力する電圧データをフィードバック制御する構成を採用することもできる。この状態においては、線形領域内でのオン状態にある第２電子負荷部３に対して、第１電子負荷部２は飽和領域内でのオン状態にあるため、太陽電池２１から出力されている出力電流Ｉｏは、第２電子負荷部３よりも第１電子負荷部２に多く流入している。このため、第１電子負荷部２が無い構成と比較して、第２電子負荷部３での発熱が抑制されている。

続いて、処理部６は、第４制御処理の完了直後（第２電子負荷部３のゲート電圧Ｖｃ２を電圧値Ｖｇ１とした直後）に、図３に示す例では時刻ｔ９の直後の時刻ｔ１０に、第１電子負荷部２のみを高抵抗状態（オフ状態）に移行させる第５制御処理を実行する（ステップ５７）。これにより、太陽電池２１からの出力電流Ｉｏは、短絡電流値Ｉｓｃに維持された状態で、第２電子負荷部３のみに流入する状態となる。

次いで、処理部６は、第５制御処理の完了直後（第１電子負荷部２をオフ状態に移行させた直後）に、図３に示す例では時刻ｔ１０とほぼ同じ時刻に、特性測定処理を開始する（ステップ５８）。この特性測定処理では、処理部６は、第２電子負荷部３に対するゲート電圧Ｖｃ２の電圧値を、特定制御量としての電圧値Ｖｇ１から閾値電圧値Ｖｔｈまでステップ状に低下させる制御を実行しつつ（したがって、出力電流Ｉｏの電流値Ｉｏｖａをステップ状に低下させつつ）、電圧測定部４から電圧データＤｖを取得してこの電圧データＤｖに基づいて太陽電池２１の出力電圧Ｖｏの電圧値Ｖｏｖａを算出（測定）すると共に、電流測定部５から電流データＤｉを取得してこの電流データＤｉに基づいて太陽電池２１の出力電流Ｉｏの電流値Ｉｏｖａを算出（測定）して、同じタイミングで算出した出力電圧Ｖｏの電圧値および出力電流Ｉｏの電流値を対応付けて記憶部７に記憶させる。第２電子負荷部３はそのゲート電圧Ｖｃ２の電圧値が閾値電圧値Ｖｔｈに達した時点（時刻ｔ１１）で高抵抗状態（オフ状態）に移行するため、低下していた出力電流Ｉｏの電流値はゼロになり、また上昇していた出力電圧Ｖｏの電圧値は開放電圧値Ｖｏｃになる。

処理部６は、測定していた出力電流Ｉｏの電流値がゼロになったとき（出力電圧Ｖｏの電圧値が開放電圧値Ｖｏｃになったときでもよい）に、特性測定処理を完了させる。また、これにより、測定処理５０も完了する。

本例の特性測定装置１では、処理部６は、上記の特性測定処理において、背景技術で説明した従来の特定測定装置とは異なり、第２電子負荷部３に対して出力電流Ｉｏを連続して通電させつつ（従来の特性測定装置のようなインターバル期間を設けることなく）、出力電流Ｉｏの電流値Ｉｏｖａをステップ状に低下させる構成を採用して、特性測定処理に要する時間を大幅に短縮している（図３では、約２ｄｉｖ（同図では１ｍｓ／ｄｉｖであるから、約２ｍｓ）で処理を完了させている）が、これを可能とする理由は以下の通りである。

すなわち、特性測定装置１では、この特性測定処理の前段階において、第２電子負荷部３に対して電圧値Ｖｇ１のゲート電圧Ｖｃ２を印加して、第２電子負荷部３を単独で太陽電池２１から短絡電流値Ｉｓｃの出力電流Ｉｏを出力させ得る抵抗値まで低下させる第４制御処理（ステップ５６）の実行時に、第２電子負荷部３に対して並列接続した第１電子負荷部２を低抵抗状態（オン状態）に移行させている。このため、第４制御処理の実行期間での第２電子負荷部３の発熱が大幅に抑制されている。したがって、その後、第５制御処理（ステップ５７）を実行して、第１電子負荷部２を高抵抗状態（オフ状態）に移行させたとしても、次の特性測定処理（ステップ５８）の実行開始時における第２電子負荷部３の温度を十分に低い状態にできる。これにより、この特性測定処理において、第２電子負荷部３に出力電流Ｉｏを連続して通電させたとしても、特性測定処理の完了時の第２電子負荷部３の温度を許容し得る温度範囲（劣化や破損に至らない温度範囲）内に抑え得るからである。

その後、処理部６は、この測定処理５０における特性測定処理で測定して記憶部７に記憶させた出力電流Ｉｏの電流値および出力電圧Ｖｏの電圧値に基づいて、図４に示すように、太陽電池２１の電流−電圧特性を示す特性図を出力部８に表示させる。

このように、この特性測定装置（太陽電池特性測定装置）１および太陽電池特性測定方法では、太陽電池２１の電流−電圧特性を測定する特性測定処理において用いる第２電子負荷部３に対して別の第１電子負荷部２を並列接続し、図２に示すように、第１電子負荷部２を低抵抗状態（オン状態）に移行させる第２制御処理（ステップ５４）を実行して、この第１電子負荷部２に短絡電流値Ｉｓｃの出力電流Ｉｏを太陽電池２１から流入させる状態とし、次いで、高抵抗状態（オフ状態）の第２電子負荷部３に対して電圧値Ｖｇ１のゲート電圧Ｖｃ２を印加することで第２電子負荷部３を線形領域内において単独で太陽電池２１から短絡電流値Ｉｓｃの出力電流Ｉｏを出力させ得る抵抗値まで低下させる第４制御処理（ステップ５６）を実行し、続いて、第１電子負荷部２のみを高抵抗状態（オフ状態）に移行させる第５制御処理を実行し、その直後に太陽電池２１の電流−電圧特性を測定する特性測定処理を実行する。

したがって、この特性測定装置１および太陽電池特性測定方法によれば、上記したように、特性測定処理の前段階において、第２電子負荷部３に対して電圧値Ｖｇ１のゲート電圧Ｖｃ２を印加して太陽電池２１から短絡電流値Ｉｓｃの出力電流Ｉｏを単独で出力させ得る抵抗値まで低下させる第４制御処理（ステップ５６）の実行時における第２電子負荷部３の発熱を、第２電子負荷部３に並列接続した第１電子負荷部２の存在によって大幅に抑制することができる。このため、この特性測定装置１および太陽電池特性測定方法によれば、第１電子負荷部２を高抵抗状態（オフ状態）に移行させたとしても、特性測定処理（ステップ５８）の実行開始時における第２電子負荷部３の温度を十分に低い状態にできることから、特性測定処理において第２電子負荷部３に出力電流Ｉｏを連続して通電させながら太陽電池２１の電流−電圧特性を測定する構成（電流−電圧特性の測定に要する時間を極めて短くし得る構成）であっても、特性測定処理の完了時の第２電子負荷部３の温度を許容し得る温度範囲内に抑えることができる。したがって、この特性測定装置１および太陽電池特性測定方法によれば、第２電子負荷部３の過剰な発熱に起因した劣化や損傷を回避しつつ、電流−電圧特性の測定に要する時間を大幅に短縮することができる。

なお、上記の特性測定装置１において、処理部６が、ステップ５１において初期状態移行処理を実行して各電子負荷部２，３を初期状態である高抵抗状態に移行させた後に、ステップ５２において第１制御処理を開始する前に（制御量測定処理の実行に先立ち）、各電子負荷部２，３が高抵抗状態のときに電圧測定部４から出力される電圧データＤｖで示される電圧値（太陽電池２１の出力電圧Ｖｏの電圧値。この場合、開放電圧値Ｖｏｃ）と予め規定された基準電圧の電圧値とを比較して、この出力電圧Ｖｏの電圧値が基準電圧の電圧値を上回ったか否かを判別する電圧判別処理を実行し、この電圧判別処理において出力電圧Ｖｏが基準電圧を上回ったと判別したときに、制御量測定処理に移行するようにすることもできる。この基準電圧の電圧値は、測定対象となる太陽電池２１における開放電圧値Ｖｏｃのカタログ値に基づき、このカタログ値よりも若干低い電圧値に規定する。また、処理部６は、電圧判別処理において出力電圧Ｖｏの電圧値が基準電圧の電圧値を上回っていないと判別したときには、出力電圧Ｖｏを新たに取得しつつ、例えば不図示の操作部などから測定停止指示が入力されるまで、この電圧判別処理を繰り返す。また、処理部６は、この測定停止指示が入力されたときには、測定処理５０を終了させる。

これにより、この構成を採用した特性測定装置１によれば、測定対象として接続された太陽電池２１が正常に発電動作を実行しているときに（太陽電池２１が正常状態のときに）、この太陽電池２１の電流−電圧特性を自動的に測定することができる。

なお、上記の特性測定装置１および上記の太陽電池特性測定方法では、第１電子負荷部２は実質的にスイッチ素子として機能する。このため、第１電子負荷部２は、第２電子負荷部３と同等の電子負荷を使用する構成を採用することもできるし、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）やＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などの半導体スイッチ素子や、リレーなどの機械式スイッチをそのまま単独で使用する構成を採用することもできる。

１ 太陽電池特性測定装置（特性測定装置）
２ 第１電子負荷部
３ 第２電子負荷部
４ 電圧測定部
５ 電流測定部
６ 処理部
２１ 太陽電池
Ｉｏ 出力電流
Ｖｃ１，Ｖｃ２ ゲート電圧（制御量）
Ｖｏ 出力電圧

Claims (3)

1. 発電状態の太陽電池の一対の出力端子間に接続される第１電子負荷部、当該第１電子負荷部に並列接続された第２電子負荷部、前記一対の出力端子間に出力される前記太陽電池の出力電圧を測定する電圧測定部、前記一対の出力端子間に出力される前記太陽電池の出力電流を測定する電流測定部、並びに前記第１電子負荷部および前記第２電子負荷部に対する制御を実行しつつ前記出力電圧および前記出力電流を取得することにより前記太陽電池の電流−電圧特性を測定する特性測定処理を実行する処理部を備え、
   前記処理部は、
   前記第１電子負荷部および前記第２電子負荷部を高抵抗状態に制御している状態において、当該第２電子負荷部のみを低抵抗状態に移行させる第１制御処理を実行しつつ前記出力電流を取得して、当該出力電流の増加が飽和するときの当該第２電子負荷部に対する特定制御量を測定する制御量測定処理と、
   前記第２電子負荷部が前記低抵抗状態に移行した状態において、前記第１電子負荷部を低抵抗状態に移行させる制御を実行する第２制御処理と、
   前記第１電子負荷部が前記低抵抗状態に移行した状態において、前記第２電子負荷部のみを前記高抵抗状態に移行させる第３制御処理と、
   前記第１電子負荷部が前記低抵抗状態に移行した状態において前記第２電子負荷部に対して前記特定制御量を出力する第４制御処理と、
   前記第４制御処理の完了直後に前記第１電子負荷部のみを前記高抵抗状態に移行させる第５制御処理と、
   前記第５制御処理の完了直後に、前記第２電子負荷部に対して前記特定制御量で制御されている状態から前記高抵抗状態に移行させる制御を実行しつつ前記電流−電圧特性を測定する前記特性測定処理とを実行する太陽電池特性測定装置。
2. 前記処理部は、前記制御量測定処理の実行に先立ち、前記第１電子負荷部および前記第２電子負荷部を高抵抗状態に移行させる制御を実行する初期状態移行処理を実行すると共に、当該第１電子負荷部および当該第２電子負荷部が当該高抵抗状態のときに取得される前記出力電圧と予め規定された基準電圧とを比較して当該出力電圧が当該基準電圧を上回ったか否かを判別する電圧判別処理を実行し、当該電圧判別処理において当該出力電圧が当該基準電圧を上回ったと判別したときに、前記制御量測定処理に移行する請求項１記載の太陽電池特性測定装置。
3. 発電状態の太陽電池の一対の出力端子間に第１電子負荷部および第２電子負荷部を並列に接続する接続処理と、
   前記第１電子負荷部および前記第２電子負荷部を高抵抗状態に制御している状態において、当該第２電子負荷部のみを低抵抗状態に移行させる第１制御処理を実行しつつ前記太陽電池の出力電流を測定して、当該出力電流の増加が飽和するときの当該第２電子負荷部に対する特定制御量を測定する制御量測定処理と、
   前記第２電子負荷部が前記低抵抗状態に移行した状態において、前記第１電子負荷部を低抵抗状態に移行させる制御を実行する第２制御処理と、
   前記第１電子負荷部が前記低抵抗状態に移行した状態において、前記第２電子負荷部のみを前記高抵抗状態に移行させる第３制御処理と、
   前記第１電子負荷部が前記低抵抗状態に移行した状態において前記第２電子負荷部に対して前記特定制御量を出力する第４制御処理と、
   前記第４制御処理の完了直後に前記第１電子負荷部のみを前記高抵抗状態に移行させる第５制御処理と、
   前記第５制御処理の完了直後に、前記第２電子負荷部に対して前記特定制御量で制御されている状態から前記高抵抗状態に移行させる制御を実行しつつ前記太陽電池の出力電圧および前記出力電流を測定することにより前記太陽電池の電流−電圧特性を測定する特性測定処理とを実行する太陽電池特性測定方法。

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