專利名稱：太陽模擬器及其運轉方法
技術領域：
本發明涉及太陽模擬器及其運轉方法，尤其涉及為了測定太陽電池的輸出特性，而產生適宜的氙燈的光作為模擬太陽光的太陽模擬器及其運轉方法。
背景技術：
太陽電池作為清潔的能源，其重要性越來越得到人們的認識，需求逐漸增長，而且，從大型設備類的動力能源到精密電子設備領域的小型電源，各種領域的需求正在增長。
太陽電池在各種領域被廣泛利用時，若該電池的特性尤其是輸出特性未被正確地測定，則在使用太陽電池方面也會出現各種不良情況。因此，以往提出了一種用于測定太陽電池的輸出特性的模擬太陽光照射裝置(以下，稱太陽模擬器)，而且也被供于實用(參照下述專利文獻1)。
在利用這樣的太陽模擬器測定太陽電池的輸出特性時，例如測定尺寸(有效照射面的尺寸)為1m×1m角以上的大型太陽電池的輸出特性，由于一個氙燈的光量成為如圖9中所示意的照度分布，為了使進行太陽電池輸出測定的太陽模擬器的有效照射面中的照度均勻，首先需要配置多個氙燈。而且，大型太陽電池的形狀(外形)多種多樣，還有橫長的形狀。例如，對于尺寸為1m×4m角左右的大型太陽電池，使用配置了大致兩根2000mm左右長度的氙燈的太陽模擬器。另外，在圖9中，XL是氙燈，Lx、Ly是沿X軸和Y軸的光量波形，Sb是測定對象的太陽電池。
在具備多個氙燈作為光源的太陽模擬器中，存在難以通過各氙燈穩定地獲得所期望的光量而使得有效照射面中的照度均勻的問題。
在將氙燈作為光源的現有的太陽模擬器用發光電路中，在使多個氙燈發光時，需要按每個燈配備該發光電路，因此，在太陽模擬器內發光電路(尤其是其中包含的電源裝置)所占的空間增大，存在裝置整體大型化的問題。
并且，若這樣按每個燈分別設置發光電路，由于各燈的照射光量存在時間的變化(差異)，因此，存在極難使相對于大型太陽電池的有效照射面中的照度均勻化的問題。
進而，在由單一的發光電路使單一的燈發光的太陽模擬器中，作為其電源使用的電容器必須具有相應的耐壓性能。但是，滿足這樣的耐壓性能的市場中出售的電容器一般是數μF～數十μF左右，因此在使用這種市場中出售的商品時，僅能維持約1m秒左右的發光時間。而且，在電容器放電時，氙燈的發光光量依賴于伴隨該電容器的放電曲線的電壓變動而變化。因此，存在不能獲得穩定的光量的問題。所以，在測定太陽電池的輸出特性時，現行方法是對于作為測定對象的一個太陽電池，通過進行數10次～130次左右的發光，來測定輸出特性。
因此，在這樣的狀況下，在使多個燈發光而測定大型太陽電池的輸出特性時，存在照度的均勻化變得更加困難的問題，利用現有技術有可能無法實現。
而且，在進行響應遲的太陽電池的輸出測定時，需要設燈的發光時間為數100m秒～數秒。在進行這樣的長時間發光的發光電路中，為了長時間發光，將主放電的電壓供給源構筑成大型、大容量的電源。但是，如果光源燈設為例如放電電極間的距離在1000mm左右的氙燈，則需要2000V～3000V左右的電位，此外，由于在主放電時流動30A左右的電流，因此，滿足這樣的高電位、大電流的規格的電源需要是60KW～90KW左右的大型電源。在這樣的現有的發光電路中，在測定需要使多個燈發光的大型太陽電池的輸出特性時，電源裝置將變得巨大化。其結果，存在導致太陽模擬器的大型化、造成裝置成本提高的問題。
專利文獻1特開平6-105280號公報發明內容本發明是鑒于現有的太陽模擬器中的上述各種問題而研發的，目的在于提供一種太陽模擬器，在具備多個氙燈作為電源的太陽模擬器中，能夠通過各氙燈穩定地獲得所期望的光量，且能夠使有效照射面中的照度均勻化。
本發明的另一個目的在于，提供一種使裝置不會大型化，并能夠使一根以上的氙燈穩定進行長脈沖發光的太陽模擬器。
本發明的第三個目的在于，提供一種太陽模擬器，即使是大型太陽電池(例如，尺寸1m×1m角以上)，也能由小型電源裝置點亮多個燈，且在不產生大的有效照射面的照度不均的情況下進行輸出特性的測定，進而，能夠發揮可實現測定的高精度化的劃時代的性能。
為了解決上述課題，本發明的太陽模擬器包括多個氙燈；對所述各氙燈配備的多個光量傳感器；和對所述各氙燈配備的、用于控制流經該氙燈的電流或對該氙燈施加的電壓的多個控制電路，使基于所述各光量傳感器的檢測信號反饋到所述各控制電路，控制該控制電路，從而控制所述各氙燈的光量。
此時，在將基于所述各光量傳感器的檢測信號加權合成之后，反饋到所述各控制電路為好。
而且，本發明的太陽模擬器的特征在于，太陽模擬器具備同時或選擇性地點亮一個以上氙燈的發光電路，所述發光電路具備第一電源，輸出破壞所述各氙燈的電極間的電絕緣狀態的電位；第二電源，在施加破壞所述各氙燈的電極間的電絕緣狀態的電位之后，輸出引發主放電的電位；和第三電源，在主放電開始之后，繼續維持由所述各氙燈內的管內的電阻和主放電的電流值求得的電位，并維持主放電的電流。此處，所述第三電源包括穩定化電源為好。而且，第三電源包括由所述穩定化電源進行充電的電容器為好。
并且，分別對所述一個以上的氙燈配備光量傳感器，使基于各光量傳感器的檢測信號反饋到所述各氙燈所配備的電流控制電路或電壓控制電路，通過控制該控制電路，來控制所述各氙燈的光量為好。
此時，在將基于所述各光量傳感器的檢測信號加權合成之后，反饋到所述各控制電路為好。
本發明的太陽模擬器的運轉方法的特征在于，對分別具備至少一個氙燈的多臺太陽模擬器中的所述各氙燈的發光進行控制，從而使所述多臺太陽模擬器工作，所述各氙燈通過由上述任一項的第二電源及第三電源構成的電源電路而進行發光。
例如，為了測定外形尺寸為1m×1m角以上的大型太陽電池的輸出特性，太陽模擬器需要采用配置了多個氙燈的構造。若根據本發明，則在這樣的情況下，對各燈配備光量傳感器，并使基于各傳感器的檢測信號反饋到按每個燈配備的電流控制電路或電壓控制電路，從而控制所述控制電路，因此能夠使各燈的光量穩定化。所以，能夠使應該測定的太陽電池的照射面的照度均勻化，從而可進行高精度的測定。
而且，通過由第二電源及第三電源構成的電源電路使氙燈發光，能夠在不使裝置大型化的情況下，使一根以上的氙燈穩定進行長脈沖發光。尤其是，把用于點亮多個氙燈的發光電路采用上述的結構，一套電源單元即可足夠，不僅具有能以低成本制作電源、實現小型化的優點，而且，與使用了現有結構的發光電路的太陽模擬器相比，能夠將測定大型太陽電池的輸出特性的太陽模擬器本身的尺寸格外小型化。
并且，在本發明中，由于通過由第二電源及第三電源構成的一臺電源電路來點亮多個氙燈，因此能夠實現由一臺電源電路來運轉多臺太陽模擬器的測定方式。所以，為了大量生產太陽電池，與設置多臺太陽模擬器的情況相比，能夠實現設置場所的省空間化并實現送配電設備的簡單化。
圖1是用于說明本發明的太陽模擬器的發光電路的實施方式一的框圖；圖2是表示燈發光用電源電路的結構例的圖；圖3是用于說明本發明的太陽模擬器的發光電路的實施方式二的關鍵部的框圖；圖4是用于說明本發明的太陽模擬器的發光電路的實施方式三的關鍵部的框圖；圖5是為了說明本發明的太陽模擬器的燈配置例1而將太陽模擬器框體的一部分切開的示意立體圖；圖6是本發明的太陽模擬器的燈配置例2的示意立體圖；
圖7是表示燈發光用電源電路的其它結構例的圖；圖8是用于說明本發明的太陽模擬器中的運轉方法的框圖；圖9是表示燈發光時的光量的位置分布的示意波形圖。
圖中1-第一電源，1a-觸發脈沖產生電路(第一電源)，1b-變壓器，1c-點亮開始信號，2-第二電源(直流電源B)，3-第三電源(直流電源A)，41～4n-氙燈，5-充電用電源，6-電容器，7-電流控制電路，8-電壓控制電路，10-燈發光用電源電路，11-太陽模擬器框體，12-燈臺座部件，13-光學濾光片，Sm-照度測定用基準單元，S1～Sn-光量傳感器。
具體實施例方式
下面，結合附圖，對本發明的實施的方式例進行說明。圖1是用于說明本發明的太陽模擬器中的發光電路的實施方式一的框圖，圖2是表示燈發光用電源電路的結構例的圖，圖3是用于說明本發明的太陽模擬器中的發光電路的實施方式二的關鍵部的框圖，圖4是用于說明本發明的太陽模擬器中的發光電路的實施方式三的關鍵部的框圖，圖5是示意地表示本發明的太陽模擬器的燈配置例1的立體圖，圖6是本發明的太陽模擬器的燈配置例2的示意立體圖，圖7是表示燈發光用電源電路的其它結構例的圖，圖8是用于說明本發明的多臺太陽模擬器的運轉方法的框圖。
首先，對本發明的太陽模擬器中的發光電路的實施方式一，按照圖1進行說明。1是對多根氙燈41、42…4n(以下，表示為41～4n，n設為自然數)配備的、在變壓器1b的二次側產生進行初始絕緣破壞的電壓的觸發脈沖產生電路1a的第一電源。10是用于使燈41～4n發光的燈發光用電源電路。在圖1中，采用由單一的燈發光用電源電路10使多根燈41～4n發光的結構，但該燈發光用電源電路10也可按每個燈41～4n設置。另外，添加有用于使各燈41～4n發光時的光量穩定化的電流控制電路7。電流控制電路7并未特別限定，可使用公知的電路。作為圖示的氙燈41～4n，放電間距離在100mm以上，只要是能夠從玻璃管的外部施加破壞電極4a、4b間的電絕緣狀態的電位的形狀即可。
燈發光用電源電路10，作為一例可使用如圖2(a)(b)的公知的燈發光用電源電路。另外，在圖2中，L、L1、L2、L3…是線圈，C、C1、C2、C3…是電容器。充電用電源是直流電源電路。圖2(a)的電路是由線圈和電容器將使燈發光的脈沖的時間設為某一定時間的電路，該圖(b)是利用多個線圈和電容器的組，擴展使燈發光的脈沖的時間的電路。
在本實施方式中，為了使多個(根)氙燈41～4n發光，第一電源1中的變壓器1b的二次側，如圖1那樣，可將一方的布線設為與多個燈41～4n相對應而分支的方式。或者，也可如圖8那樣，以對應于配置的燈個數份的個數，配置包括變壓器1b的觸發脈沖產生電路1a的第一電源1。
進而，在本實施方式中，為了對各氙燈41～4n監視各自的光量，作為一例，配置基于太陽電池單元等的光量傳感器S1～Sn，并使各傳感器S1～Sn的輸出信號返回到圖1中例示的各氙燈41～4n的電流控制電路7中，從而控制為能夠使各燈41～4n的光量一致。
下面，針對上述本發明中的氙燈41～4n的發光電路的實施方式1，說明一下其動作。首先，操作太陽模擬器的本領域技術人員按壓起動鈕等的手動操作，或者，在自動運轉等自動操作時，從筆記本電腦等控制裝置施加向圖2的電源電路10中的電容器C或C1～C3的充電開始信號。充電開始后經過一定時間，自動地對觸發脈沖產生電路1a(第一電源1)施加點亮開始信號1c。
若點亮開始信號1c被施加到觸發脈沖產生電路1a，則從輸出變壓器1b的二次側對各氙燈41～4n的玻璃管的外周施加數KV的觸發脈沖。通過該觸發脈沖，在各氙燈41～4n內對置的電極4a、4b間的電絕緣狀態被破壞。然后，圖2的燈發光用電源電路10起動，對各氙燈41～4n的電極4a、4b間施加450V左右的放電待機電壓。由此，引發在內部的主放電，各氙燈41～4n的管內電阻從數MΩ以上的狀態急劇地降低，達到數Ω以下(因燈而異)，燈在由線圈和電容器的組合確定的一定時間內發光。
本發明的發光電路中的實施方式2，如圖3所示，是將圖1的各燈41～4n中的電流控制電路7變更為電壓控制電路8后的結構。另外，如圖4所示，電流控制電路7還可設置在氙燈41～4n的陽極側。
下面結合圖5與圖6，說明一下通過使用上述的發光電路而使多根氙燈41～4n發光的本發明的太陽模擬器的結構例。
在圖5中，11是在載置應該測定的太陽電池的受光面的上面形成光透過性的測定面11a，并由遮光性材料形成周壁11b和底壁11c的本發明的太陽模擬器中的框體，在圖示的例子中，四根氙燈41～44分別安裝于包括插座和布線等的燈臺座部件12，并在底壁11c上均勻地布局設置。在所述燈41～44的上方，以水平地橫穿框體11的內部的方式，配置光學濾光片13等，使基于各燈41～44的點亮的光量均勻地照射到測定面11a(也稱作有效照射面)。作為一例，可以在測定面11a上放置2m×4m角左右的太陽電池進行測定。
此處，在框體11的內部，在周壁11b的內面，對應于各燈41～44，配置有四個光量傳感器S1～S4。而且，在測定面11a的規定位置，配置由規格確定的照度測定用基準單元Sm。各傳感器S1～S4的檢測信號反饋到各燈41～44的電流控制電路7或電壓控制電路8中，施加到各燈41～44的電流或電壓被控制成恒定，使得各燈41～44的照度恒定。
圖6是利用上述的發光電路使多根氙燈41～4n發光的本發明的太陽模擬器的其它例子，該例的構成考慮到用于太陽電池的大小呈橫長的情況，例如可以使用1m×4m角左右的太陽電池。。
在圖6中，與圖5的太陽模擬器相同的部件使用同一附圖標記。在圖6的例子中，將三根氙燈45～47串聯地配置在框體11的內部，與此相對應，框體11的測定面11a也呈對應于1m×4m角左右的太陽電池受光面的形狀。對應于各燈45～47，在比過濾器13更靠上方的位置，配置有三個光量傳感器S5～S7。
在此，各傳感器S5、S6、S7除來自各自對應的燈45、46、47的光以外，還入射其它燈的光，因此對各燈45～47的各自的電流或電壓的控制電路7或8，返回將三個傳感器S5～S7的檢測信號加權合成后的反饋信號。例如，被反饋到氙燈45的電流控制電路7或電壓控制電路8的信號Fs成為Fs＝α×(光量傳感器S5的輸出信號)+β×(光量傳感器S6的輸出信號)+γ×(光量傳感器S7的輸出信號)(此處，α、β、γ是加權變量。)。對燈46和47，也通過同樣的方法對反饋信號Fs進行反饋。這樣的加權合成后的反饋信號，在圖5的例子的太陽模擬器中當然也可以適用。
作為太陽模擬器的燈發光用電源電路，可使用圖7所示的本發明的燈發光用電源電路，代替圖2結構的電源電路。在圖7中，2是產生使燈41～4n開始進行用于主發光的放電(主放電)的電壓的直流電源B(第二電源)。3是產生使燈41～4n維持目標光量的放電的電壓的直流電源A(第三電源)。直流電源A以電容器6(也稱作雙層電容器。)和對其充電的充電用電源(穩定化電源)5為主體而構成，通過維持由燈41～4n的管內的電阻和主放電的電流值求得的電位，從而維持主放電。SW是設置在直流電源A、直流電源B的輸出端子與氙燈41～4n單方端子之間的開關，直流電源A和直流電源B經由開關SW并聯連接燈41～4n。
利用圖1及圖7，說明利用了該圖所示電源電路的太陽模擬器的功能。首先，對觸發脈沖產生電路1a(第一電源1)施加點亮開始信號1c。該點亮開始信號1c的輸入，通過操作太陽模擬器的本領域技術人員按壓起動鈕等的手動操作實施，或者，在自動運轉等自動操作時，通過從電腦等控制裝置輸出的開始信號實施。另外，開關SW首先從打開狀態進入關閉狀態后，立即輸出點亮開始信號1c，燈開始發光，經過一定時間(約100m秒～數秒)后，變為打開狀態。
圖1的點亮開始信號1c被施加到觸發脈沖產生電路1a后，則從輸出變壓器1b的二次側向各氙燈41～4n的玻璃管的外周施加數KV的觸發脈沖。通過該觸發脈沖，在各氙燈41～4n內對置的電極4a、4b間的電絕緣狀態被破壞。然后，圖7的燈發光用電源電路10的直流電源B(第二電源2)起動，對各氙燈41～4n的電極4a、4b間施加450V左右的放電待機電壓。由此，引發在內部的主放電，各氙燈41～4n的管內電阻從數MΩ以上的狀態急劇地降低，成為數Ω以下(因燈而異)。然后，直流電源A(第三電源3)起動，對該各氙燈41～4n的電極4a、4b間施加130V左右的放電維持電壓。由此，在各氙燈41～4n的內部繼續進行主放電，以規定的光量連續發光，該發光被維持所需要的時間(約100m秒～數秒)。
這樣，可進行長時間的長脈沖發光，由此，使多個燈發光，能夠高精度地測定響應遲緩且大型的太陽電池的輸出特性。另外，當然還可將一個氙燈連接到燈發光用電源電路，使該氙燈進行長脈沖發光。
而且，通過使用本發明的圖7的電源電路(由第二電源及第三電源構成)，可利用一臺電源電路來運轉多臺太陽模擬器。例如，可使多臺至少具備一根氙燈的太陽模擬器同時或選擇性地運轉。對該運轉方法的一例，通過圖8的示意圖進行說明。另外，在圖8中，與圖1～圖7相同的部件使用同一標記。
在圖8中，分別對具備一根氙燈48、49、410的三臺太陽模擬器SS1～SS3，配置各氙燈48、49、410的第一電源1A、1B、1C，第二電源2和第三電源3的輸出電路分別通過開關SW1～SW3與各氙燈48、49、410并聯連接。因此，若點亮開始信號C1～C3同時輸入到各第一電源1A～1C中，則三根氙燈48、49、410將同時發光。在圖8的例子中，雖未圖示，但對三根燈48～410，還可采用配置一個第一電源1的方式。若為該方式，則三臺太陽模擬器SS1～SS3，可使氙燈48、49、410同時發光。關于這一點，在圖8中，由于按每個燈配置有第一電源1A～1C，因此除同時發光以外還可選擇性地發光。
本實施方式如上所述，能夠由一臺發光電路使太陽模擬器的多根燈發光，因此作為太陽模擬器極其有用，可獲得以下的具體的效果。
(1)能夠由一臺發光電路使太陽模擬器的多根燈發光，因此即使在測定大型太陽電池的輸出特性的情況下，與現有技術相比，也能夠使電源格外小型化且廉價化。
(2)即便在使太陽模擬器的多根燈連續發光的情況下，也能穩定地維持其光量。因此，能夠高精度地測定基于太陽模擬器的太陽電池的輸出特性。
(3)能夠通過由第二電源及第三電源構成的一臺電源電路來運轉多臺太陽模擬器，因此能夠實現裝置的省空間化和送配電設備的簡便化。
而且，利用由第二電源及第三電源構成的電源電路，可以在不使裝置大型化的情況下，使一根以上的氙燈進行長脈沖發光。
權利要求
1.一種太陽模擬器，包括多個氙燈；對所述各氙燈配備的多個光量傳感器；和對所述各氙燈配備的、控制流經該氙燈的電流或對該氙燈施加的電壓的多個控制電路，使基于所述各光量傳感器的檢測信號反饋到所述各控制電路，控制該控制電路，從而控制所述各氙燈的光量。
2.根據權利要求1所述的太陽模擬器，其中，在將基于所述各光量傳感器的檢測信號加權合成之后，反饋到所述各控制電路。
3.一種太陽模擬器，具備同時或選擇性地點亮一個以上的氙燈的發光電路，所述發光電路具備第一電源，輸出破壞所述各氙燈的電極間的電絕緣狀態的電位；第二電源，在施加破壞所述各氙燈的電極間的電絕緣狀態的電位之后，輸出引發主放電的電位；和第三電源，在主放電開始之后，繼續維持由所述各氙燈內的管內的電阻和主放電的電流值求得的電位，且維持主放電的電流。
4.根據權利要求3所述的太陽模擬器，其中，所述第三電源包括穩定化電源。
5.根據權利要求4所述的太陽模擬器，其中，第三電源包括由所述穩定化電源充電的電容器。
6.根據權利要求3～5中任一項所述的太陽模擬器，其中，分別對所述一個以上的氙燈配備光量傳感器，使基于各光量傳感器的檢測信號反饋到所述各氙燈所配備的電流控制電路或電壓控制電路，控制該控制電路，從而控制所述各氙燈的光量。
7.根據權利要求6所述的太陽模擬器，其中，在將基于所述各光量傳感器的檢測信號加權合成之后，反饋到所述各控制電路。
8.一種太陽模擬器的運轉方法，其中，對分別具備至少一個氙燈的多臺太陽模擬器中的所述各氙燈的發光進行控制，而使所述多臺太陽模擬器工作，所述各氙燈通過由權利要求3～7中的任一項的第二電源及第三電源構成的電源電路而進行發光。
全文摘要
一種太陽模擬器，其中包括多個氙燈(41～4n)；對所述各氙燈(41～4n)配備的多個光量傳感器(S1～Sn)；和對所述各氙燈(41～4n)配備的、用于控制流經該氙燈(41～4n)的電流或對該氙燈施加的電壓多個控制電路(7)，使基于所述各光量傳感器(S1～Sn)的檢測信號反饋到所述各控制電路(7)，控制該控制電路(7)，來控制所述各氙燈(41～4n)的光量。由此提供太陽模擬器，在具備多個氙燈作為電源的太陽模擬器中，能夠通過各氙燈穩定地獲得所期望的光量，且能夠使有效照射面中的照度均勻化。
文檔編號G01M11/00GK1945346SQ20061014212
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月8日 優先權日2005年10月3日
發明者下斗米光博, 筱原善裕, 入江克實 申請人:日清紡績株式會社
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
