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技術 太陽電池のシミュレーション方法

出願人 伊賀淳
発明者 伊賀淳山本博隆
出願日 1994年1月14日 (26年11ヶ月経過) 出願番号 1994-002626
公開日 1995年8月11日 (25年4ヶ月経過) 公開番号 1995-211929
状態 特許登録済
技術分野 気象学 半導体等の試験・測定 光起電力装置 光起電力装置
主要キーワード 曲線補正 光起電流 演算システム 電圧特性曲線 モジュール温度 基本式 最大出力動作電圧 標準太陽電池
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この項目の情報は公開日時点(1995年8月11日)のものです。
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図面 (4)

目的

シミュレーション対象太陽電池の、与えられた状態での出力電流出力電圧とを精度良く演算できる太陽電池のシミュレーション方法を提供する。

構成

温度T1および日射量E1を所定状態に保った標準太陽電池の出力電圧V1に対する出力電流I1が入力されると、これらの値を保持し(ステップS1)、標準太陽電池の直列抵抗RS、補正係数K、温度が1[℃]変化したときの短絡電流ISCの変化αと開放電圧VOCの変化βとが入力されると、これらの値を保持し(ステップS2)、任意状態のときの温度T2および日射量E2が入力されると、

I2=I1+ISC{(E2/E1)−1}+α(T2−T1)

V2=V1+β(T2−T1)−RS(I2−I1)

の式を用いて、任意状態のときのシミュレーション対象の太陽電池の出力電流I2と出力電圧V2とを演算する(ステップS3,S4)。

概要

背景

太陽電池は、その性質上、日射量や温度などの気象の影響を受けるので、太陽電池からの電力は不安定である。このために、太陽電池の研究や開発では、太陽電池を設置した状態のシミュレーションをして、太陽電池の特性を示すデータを得る。

シミュレーションでは、太陽電池の出力電流に対する出力電圧演算する必要がある。このために、例えば太陽電池の基本式を用いる。太陽電池の基本式には、
I=IL−IO〔exp{q(V+RsI)/nkT}−1〕−(V+RsI)/Rsh
IO=COT3{exp(−qEg/nkT)}
の式がある。これらの式の中で、
IL:光起電流[A] IO:飽和電流[A] Rs:直列抵抗[Ω]
Rsh:並列抵抗[Ω] n:接合定数CO:飽和電流温度係数
Eg:エネルギーギャップ[eV] T:素子絶対温度[K]
k:ボルツマン定数[eV] q:電子電荷量[C]
である。そして、これらの式を用いて、出力電流Iと出力電圧Vとの関係を演算する。

演算した出力電流Iと出力電圧Vとのデータから、電流電圧特性曲線や電力ー電圧特性曲線を描き、これらの曲線を太陽電池の研究や開発に用いる。

概要

シミュレーション対象の太陽電池の、与えられた状態での出力電流と出力電圧とを精度良く演算できる太陽電池のシミュレーション方法を提供する。

温度T1および日射量E1を所定状態に保った標準太陽電池の出力電圧V1に対する出力電流I1が入力されると、これらの値を保持し(ステップS1)、標準太陽電池の直列抵抗RS、補正係数K、温度が1[℃]変化したときの短絡電流ISCの変化αと開放電圧VOCの変化βとが入力されると、これらの値を保持し(ステップS2)、任意状態のときの温度T2および日射量E2が入力されると、

I2=I1+ISC{(E2/E1)−1}+α(T2−T1)

V2=V1+β(T2−T1)−RS(I2−I1)

の式を用いて、任意状態のときのシミュレーション対象の太陽電池の出力電流I2と出力電圧V2とを演算する(ステップS3,S4)。

目的

この発明の目的は、このような欠点を除き、シミュレーション対象の太陽電池の、与えられた状態での出力電流と出力電圧とを精度良く演算できる太陽電池のシミュレーション方法を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

あらかじめ選択されると共に温度T1および日射量E1が所定状態に保たれたときの標準太陽電池出力電圧V1に対する出力電流I1がそれぞれ入力されると、これらの値を保持する第1処理過程と、標準太陽電池の直列抵抗RS、補正係数K、温度が1[℃]変化したときの短絡電流ISCの変化αおよび開放電圧VOCの変化βが入力されると、これらの値を保持する第2処理過程と、シミュレーション対象太陽電池の温度T2と日射量E2が入力されると、第1処理過程および第2処理過程で保持した値から、I2=I1+ISC{(E2/E1)−1}+α(T2−T1)V2=V1+β(T2−T1)−RS(I2−I1)の式を用いて、シミュレーション対象の太陽電池の出力電流I2と出力電圧V2を演算する第3処理過程とを含む太陽電池のシミュレーション方法

請求項2

あらかじめ選択されると共に温度T1および日射量E1が所定状態に保たれたときの標準太陽電池の出力電圧V1に対する出力電流I1がそれぞれ入力されると、これらの値を保持する第1処理過程と、標準太陽電池の直列抵抗RS、補正係数K、温度が1[℃]変化したときの短絡電流ISCの変化αおよび開放電圧VOCの変化βが入力されると、これらの値を保持する第2処理過程と、シミュレーション対象の太陽電池の温度T2と日射量E2が入力されると、第1処理過程および第2処理過程で保持した値から、I2=I1+ISC{(E2/E1)−1}+α(T2−T1)V2=V1+β(T2−T1)−RS(I2−I1)−KI2(T2−T1)の式を用いて、シミュレーション対象の太陽電池の出力電流I2と出力電圧V2を演算する第3処理過程とを含む太陽電池のシミュレーション方法。

請求項3

第3処理過程で得た出力電流I2および出力電圧V2を用いて、電流電圧特性曲線を描く処理過程を含むことを特徴とする請求項1または2記載の太陽電池のシミュレーション方法。

請求項4

第3処理過程で得た出力電流I2および出力電圧V2を用いて、電力ー電圧特性曲線を描く処理過程を含むことを特徴とする請求項1または2記載の太陽電池のシミュレーション方法。

技術分野

0001

この発明は、シミュレーション対象太陽電池出力電流出力電圧演算する太陽電池のシミュレーション方法に関する。

背景技術

0002

太陽電池は、その性質上、日射量や温度などの気象の影響を受けるので、太陽電池からの電力は不安定である。このために、太陽電池の研究や開発では、太陽電池を設置した状態のシミュレーションをして、太陽電池の特性を示すデータを得る。

0003

シミュレーションでは、太陽電池の出力電流に対する出力電圧を演算する必要がある。このために、例えば太陽電池の基本式を用いる。太陽電池の基本式には、
I=IL−IO〔exp{q(V+RsI)/nkT}−1〕−(V+RsI)/Rsh
IO=COT3{exp(−qEg/nkT)}
の式がある。これらの式の中で、
IL:光起電流[A] IO:飽和電流[A] Rs:直列抵抗[Ω]
Rsh:並列抵抗[Ω] n:接合定数CO:飽和電流温度係数
Eg:エネルギーギャップ[eV] T:素子絶対温度[K]
k:ボルツマン定数[eV] q:電子電荷量[C]
である。そして、これらの式を用いて、出力電流Iと出力電圧Vとの関係を演算する。

0004

演算した出力電流Iと出力電圧Vとのデータから、電流電圧特性曲線や電力ー電圧特性曲線を描き、これらの曲線を太陽電池の研究や開発に用いる。

発明が解決しようとする課題

0005

ところで、先に述べた、太陽電池の基本式を用いた場合、最大の電力を出力するときの太陽電池の最大出力動作電圧VOPは、太陽電池に与えられた状態、例えば日射量が多少変動しても、ほとんど変化しない。しかし、日射量が少なくなった状態では、基本式から演算した最大出力動作電圧VOPより、実測の電圧VOPが小さくなる。

0006

このために、日射量を少なく設定した場合、基本式を用いて描いた電流ー電圧特性曲線の精度が悪くなる。この結果、例えば、電力ー電圧特性曲線を用いて最大の電力供給予測する場合、予測の誤差が大きくなる。

0007

この発明の目的は、このような欠点を除き、シミュレーション対象の太陽電池の、与えられた状態での出力電流と出力電圧とを精度良く演算できる太陽電池のシミュレーション方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

その目的を達成するため、請求項1の発明は、あらかじめ選択されると共に温度T1および日射量E1が所定状態に保たれたときの標準太陽電池の出力電圧V1に対する出力電流I1がそれぞれ入力されると、これらの値を保持する第1処理過程と、標準太陽電池の直列抵抗RS、補正係数K、温度が1[℃]変化したときの短絡電流ISCの変化αおよび開放電圧VOCの変化βが入力されると、これらの値を保持する第2処理過程と、シミュレーション対象の太陽電池の温度T2と日射量E2が入力されると、第1処理過程および第2処理過程で保持した値から、
I2=I1+ISC{(E2/E1)−1}+α(T2−T1)
V2=V1+β(T2−T1)−RS(I2−I1)
の式を用いて、シミュレーション対象の太陽電池の出力電流I2と出力電圧V2を演算する第3処理過程とを含む。

0009

請求項2の発明は、あらかじめ選択されると共に温度T1および日射量E1が所定状態に保たれたときの標準太陽電池の出力電圧V1に対する出力電流I1がそれぞれ入力されると、これらの値を保持する第1処理過程と、標準太陽電池の直列抵抗RS、補正係数K、温度が1[℃]変化したときの短絡電流ISCの変化αおよび開放電圧VOCの変化βが入力されると、これらの値を保持する第2処理過程と、シミュレーション対象の太陽電池の温度T2と日射量E2が入力されると、第1処理過程および第2処理過程で保持した値から、
I2=I1+ISC{(E2/E1)−1}+α(T2−T1)
V2=V1+β(T2−T1)−RS(I2−I1)−KI2(T2−T1)
の式を用いて、シミュレーション対象の太陽電池の出力電流I2と出力電圧V2を演算する第3処理過程とを含む。

0010

請求項3の発明は、請求項1,2の発明の第3処理過程で得た出力電流I2および出力電圧V2を用いて、電流ー電圧特性曲線を描く処理過程を含む。

0011

請求項4の発明は、請求項1,2の発明の第3処理過程で得た出力電流I2および出力電圧V2を用いて、電力ー電圧特性曲線を描く処理過程を含む。

0012

請求項1,2の発明では、あらかじめ選択した標準太陽電池のデータを用いる。つまり、この標準太陽電池を、温度T1および日射量E1の所定状態に保ったときの出力電圧V1に対する出力電流I1を用いる。

0013

所定状態での出力電圧V1と出力電流I1とがそれぞれ入力されると、これらの値を保持する。この後、標準太陽電池の直列抵抗RS、補正係数K、温度が1[℃]変化したときの短絡電流ISCの変化αおよび開放電圧VOCの変化βが入力されると、これらの値を保持する。

0014

このように標準太陽電池の値を保持した状態の場合、シミュレーションをする対象の太陽電池を任意状態に保ったとき、この状態の温度T2と日射量E2とが入力されると、
I2=I1+ISC{(E2/E1)−1}+α(T2−T1)
V2=V1+β(T2−T1)−RS(I2−I1)
または、
I2=I1+ISC{(E2/E1)−1}+α(T2−T1)
V2=V1+β(T2−T1)−RS(I2−I1)−KI2(T2−T1)
の式を用いて、シミュレーション対象の太陽電池の出力電流I2と出力電圧V2を演算する。つまり、所定状態の標準太陽電池の出力電圧V1と出力電流I1とに基づいて、温度T2と日射量E2とに保った任意状態での、シミュレーション対象の太陽電池の出力電流I2と出力電圧V2とを演算する。

0015

請求項3,4の発明により、シミュレーション対象の太陽電池の電流ー電圧特性や、電力ー電圧特性得ることができる。

0016

次に、この発明の実施例を、図面を用いて説明する。

0017

図2は、この発明を実施するための演算システムの一例を示すブロック図である。この演算システムでは、複数の太陽電池セルを備える太陽電池モジュールを、シミュレーション用の太陽電池とする。

0018

演算システムは、太陽電池の情報を入力するための入力装置1と、情報を例えば磁気的に記憶する外部記憶装置2と、制御装置3と、処理した情報を表示する表示装置4と、処理した情報をプリントアウトする出力装置5とを備える。

0019

演算システムでは、あらかじめ選択された太陽電池を標準太陽電池とする。そして、この標準太陽電池を、日射量E1と温度T1の所定状態に保ったときの特性が入力される。通常、所定状態として、基準状態を用いる。基準状態は、1000[W/m2]の放射照度と25[℃]のモジュール温度とに、標準太陽電池を保った状態である。

0020

この基準状態での標準太陽電池の特性が入力装置1に入力される。このとき、入力される特性は、標準太陽電池の実測での出力電圧V1と出力電流I1、または、演算等によりあらかじめ求めた出力電圧V1と出力電流I1である。つまり、入力される特性は、標準太陽電池の各動作点である。この特性が入力されると、制御装置3は、図1に示すように、各動作点A1の出力電流I1と出力電圧V1とを、外部記憶装置2に記憶させる(ステップS1)。標準太陽電池の各動作点A1(V1,I1)により表される特性が、図3に示す曲線101である。この曲線101が、標準太陽電池の電流ー電圧特性曲線である。

0021

ステップS1の後、標準太陽電池のパラメータが入力装置1に入力される。このパラメータは、標準太陽電池の直列抵抗RS、補正係数K、短絡電流ISC、温度が1[℃]変化したときの短絡電流ISCの変化α、同じく温度が1[℃]変化したときの開放電圧VOCの変化βである。制御装置3は、このパラメータを外部記憶装置2に記憶させる(ステップS2)。

0022

ステップS1,S2により、標準太陽電池に関する情報を記憶している状態のときに、シミュレーション用の太陽電池、つまり演算対象の太陽電池が設置された状態の日射量E2と温度T2が入力装置1に入力される。入力が終了すると、制御装置3は、
I2=I1+ISC{(E2/E1)−1}+α(T2−T1) (1)
の式を用いて、標準太陽電池の出力電流I1を、出力電流I2に変換する(ステップS3)。標準太陽電池は、基準状態にあるので、式(1)の中で、
放射照度E1=1000[W/m2]
温度T1=25[℃]
である。この後、制御装置3は、
V2=V1+β(T2−T1)−RS(I2−I1)−KI2(T2−T1) (2)
の式を用いて、標準太陽電池の出力電圧V1を、出力電圧V2に変換する(ステップS4)。式(2)の中で、K[Ω/℃]は、曲線補正因子である。

0023

曲線補正因子Kは、出力電圧V2を修正するためのものである。この曲線補正因子Kは、演算対象の太陽電池の種類、例えば単結晶太陽電池多結晶太陽電池、アモルファス太陽電池に応じて、ゼロ、またはゼロとは異なる値に決められる。

0024

ステップS4により、図3に示すように、基準状態に設置されたときの標準太陽電池の各動作点A1(V1,I1)は、放射照度E2、温度T2の任意状態に設置されたときの演算対象の太陽電池の動作点A2(V2,I2)に変換される。

0025

また、制御装置3は、各動作点A2(V2,I2)を結ぶことで、放射照度E2、温度T2の状態に設置された演算対象の太陽電池の電流ー電圧特性を示す曲線102を描く。この曲線を表示装置4に表示し、また出力装置5に出力する。

0026

さらに、制御装置3は、演算した出力電流と出力電圧とから電力を演算する。そして、この電力と出力電圧とから、電力ー電圧特性曲線を求めて、表示装置4に表示し、また出力装置5に出力する。

0027

このように、この実施例により、演算対象の太陽電池を任意の状態に置いたときの、出力電流I2と出力電圧V2とを、演算により得ることができる。

発明の効果

0028

以上、説明したように、請求項1,2の発明によれば、照度E1と温度T1の所定状態での標準太陽電池の出力電圧V1に対する出力電流I1があらかじめ与えられた場合,シミュレーション対象の太陽電池を任意状態に設置したときの照度E2と温度T2を入力するだけで、任意状態に保ったときの、シミュレーション対象の太陽電池の出力電流I2と出力電圧V2とを演算できる。

0029

また、請求項3,4の発明によれば、演算した出力電流と出力電圧とを用いて、任意状態のときのシミュレーション対象の太陽電池の電流ー電圧特性曲線や電力ー電圧特性曲線を描くことができる。

図面の簡単な説明

0030

図1制御手順を示すフローチャートである。
図2この発明を実施するための演算システムの一例を示すブロック図である。
図3太陽電池の特性を変換する様子を示す図である。

--

0031

ステップS1〜ステップS4 処理過程

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