屋外高精度性能評価技術～新STC補正法の開発～

太陽光発電研究センター

評価・標準チーム

菱川善博，比嘉道也，武内貴和、大島博典、山越憲吾、吉田正裕

屋内

部屋、空調

基準セル

IVテスタ

屋外

太陽電池性能 屋外高精度測定

PVMS

-10.0

-8.0

-6.0

-4.0

-2.0

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

0 5 10 15 20 25 30

-10.0

-8.0

-6.0

-4.0

-2.0

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

0 5 10 15 20 25 30

Voltage (V)

Cur

rent

(A)

従来：多数の低照度IVを基に導出した、温度係数等を用いてSTC IVを推定。実用性が不十分であった。

Voltage (V)

Cur

rent

(A)

これも開発要素あり。IEC規格改定審議中

従来は高精度化は困難とされていた⇒高精度低コストな手順の開発⇒市販計測器での使用を目指す

45 °C 1 kW/m2

一本のＩＶ測定値

一本の低照度IV (Isc～Voc)からSTC IVを推定

25 °C1 kW/m2

目的：IV特性のSTC補正

温度係数等Rs、α、β、κ

多数のＩＶ特性

Y. Hishikawa, T. Doi, M. Higa, K. Yamagoe, H. Ohshima, T. Takenouchi, and M.Yoshita, “Voltage-Dependent Temperature Coefficient of the I–V Curves of Crystalline Silicon Photovoltaic Modules”, IEEE J. Photovol. 8-1 (2018) 48-53.

要素技術１：屋外高精度測定（IV特性）

Freq

uenc

y (c

ount

s)

Freq

uenc

y (c

ount

s)

x 1/2

x 1/4

Freq

uenc

y (c

ount

s)

Freq

uenc

y (c

ount

s)

一回毎のIVを高精度測定<±0.5%程度

PVMSによる照度測定、高精度モジュール温度測定

Y. Hishikawa, T. Doi, M. Higa, K. Yamagoe, H. Ohshima, T. Takenouchi, and M.Yoshita, “Voltage-Dependent Temperature Coefficient of the I–V Curves of Crystalline Silicon Photovoltaic Modules”, IEEE J. Photovol. 8-1 (2018) 48-53.

-2

0

2

4

6

8

10

0 10 20 30 40 50

Curr

ent (

A)

Voltage (V)

N15B05 25.0exp. N15B05 64.7exp. N15B05 64.7calc.N16C03 25.0exp. N16C03 64.9exp. N16C03 64.9calc.N16D03 24.9exp. N16D03 64.7exp. N16D03 64.7calc.HIP 0.9kW25.0exp HIP 0.9kW64.9exp. HIP 0.9kW64.9calc.

-2

0

2

4

6

8

10

0 10 20 30

Curr

ent (

A)

Voltage (V)

N15A01 24.9exp. N15A01 64.5exp. N15A01 64.5calc.NE132AR 24.9exp. NE132AR 63.5exp. NE132AR 63.5calc.SCSI002 24.9exp. SCSI002 65.7exp. SCSI002 65.7calc.

要素技術２：温度特性の新補正式（昨年開発）

−=

−−

=q

nEv

TTTvvTC g

cell 1112

12 1 25⇒65IV補正時のPmax: 多くのモジュールで<0.5～1%の一致

nEg/q = 1.232 V nEg/q = 1.232 V

1 1 expgcell

nEV qVTC VT T q nkT

∂ − = = − − ∂

要素技術３：１ダイオードモデル採用（＋α）

・Voc, Pmaxは主に高電圧側・「１つのIV特性を基に」が目標

( )

−+−≈

+−

−+−≅

+−

−

+

−=

qnEN

IRVnkTNqAI

RIRV

qnEN

IRVnkTNqAI

RIRV

nkTNIRVqIII

gCS

CSC

SH

SgCS

CSC

SH

S

C

SL

exp

exp

1exp0

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

0 5 10 15 20 25 30Curr

ent (

A)

Voltage (V)

要素技術４：実デバイスの直列抵抗（Rs）

(Va, Ia)

(Vb, Ib)

∆V

∆ISC∆ISC

一定ではない！⇒要考慮SVRI

∆=∆

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

0 5 10 15 20 25 30Curr

ent (

A)

Voltage (V)

-10.0

-8.0

-6.0

-4.0

-2.0

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

0 5 10 15 20 25 30

Voltage (V)

本研究：一つの低照度IV特性からRS (, n, I0 )導出

Cur

rent

(A)

SSC

RIIq

nkTIV

+−

=∂∂

−1

( ) ( )S

ba

bSCaSC

ba

ba RII

IIIIq

nkTIIVV

+−

−−−−=

−−

−lnln

K. Nishioka et al.,, Solar Energy Materials and Solar Cells 90 (2006) 1308-1321.K. Ishibashi et al., J. Appl. Phys. 103, 094507 (2008).

G. M. M. W. Bissels et al., Solar Energy Materials and Solar Cells 130 (2014) 605-614.M. K. El-Adawi and I. A. Al-Nuaim, Vacuum 64 (2002) 33-36.

・RS, RSH, n等、IV特性のパラメータ抽出に関す

る数多くの方式が報告されている。・従来はセル特性評価用の解析が主目的であり、照度温度補正を伴うモジュールでのSTC補正の手順、精度は明らかではなかった。

従来のパラメータ抽出法

( )SH

S

C

SL R

IRVnkTN

IRVqIII +−

−

+

−= 1exp0

-2.0

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

0 5 10 15 20 25 30

Cur

rent

(A)

Voltage (V)

y = 1.2116x + 0.2979R² = 0.9999

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 0.5 1 1.5 2

-dV/

dI(1

+A)-B

-(ln(Isc-Ia)-ln(Isc-Ib))/(Ia-Ib)

～0.3 kW/m2

n: 1.101Rs: 0.17 ΩI0: 3.37 E-8 A

傾き：nkT/q

切片：RS

( ) ( )S

ba

bSCaSC

ba

ba RII

IIIIq

nkTIIVV

+−

−−−−=

−−

−lnln

①

② ③照度補正⇒温度補正

( )

−

+

−≈ 1exp0 nkTNIRVqIII

C

SL

0

2

4

6

8

10

12

0 2 4 6 8 10

-dV/

dI

-(ln(Isc-Ia)-ln(Isc-Ib))/(Ia-Ib)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

0 5 10 15 20 25

Cur

rent

(A)

Voltage (V)

2.80

2.82

2.84

2.86

2.88

2.90

0 5 10 15 20

Cur

rent

(A)

Voltage (V)

Rsh = 1500 Ω

Rsh = 無限大

セル間の電流ばらつきの影響≧Rshの影響

Rs , n 抽出の高精度化

Rs, Rshの両方を正確に考慮して解析するには、逐次近似または特殊関数（Lambert関数等）が必要。

( )SH

S

C

SL R

IRVnkTN

IRVqIII +−

−

+

−= 1exp0

-10.0

-8.0

-6.0

-4.0

-2.0

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

0 5 10 15 20 25 30

-10.0

-8.0

-6.0

-4.0

-2.0

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

0 5 10 15 20 25 30

（STC補正 Excel 試算）屋内データ（Isc～Voc）使用（N15A01）

10 °C

25 °CSTC

25 °C

Isc 9.180892 0.000645Voc 25.21887 0.037359FF 0.76453 -0.07708Pmax 177.0129 -0.0391

Isc 9.185377 0.049502Voc 25.24821 0.153771FF 0.769268 0.542245Pmax 178.4044 0.746697

10 °C 0.15 kWm2 25 °C 0.15 kWm2

Voltage (V)

Cur

rent

(A)

Voltage (V)

Cur

rent

(A)

-10.0

-8.0

-6.0

-4.0

-2.0

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

0 5 10 15 20 25 30

-10.0

-8.0

-6.0

-4.0

-2.0

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

0 5 10 15 20 25 30

45 °C

65 °C

Isc 9.18 -0.00907Voc 25.24762 0.151425FF 0.773449 1.088675Pmax 179.2648 1.232565

Isc 9.18 -0.00907Voc 25.22496 0.061517FF 0.770279 0.674312Pmax 178.3697 0.727106

25 °C

（STC補正 Excel 試算）屋内データ（Isc～Voc）使用（N15A01）

45 °C 0.15 kWm2 65 °C 0.15 kWm2

25 °CSTC

Voltage (V)

Cur

rent

(A)

Voltage (V)

Cur

rent

(A)

-3

-2

-1

0

1

2

3

0 20 40 60 80

Dev

iatio

n fro

m in

door

STC

(%)

Module Temperature (ºC)

Isc Voc Pmax FF

（STC補正 Excel 試算）0.15 kW/m2屋内データ（Isc～Voc）使用

：実測STC特性比 1%程度以内の良い一致（N15A01）

Devi

atio

n fr

om In

door

STC

(%)

Module Temperature (ºC)

屋外IVからのSTC補正 予備検討結果

-2

0

2

4

6

8

10

0 10 20 30 40 50

Curr

ent (

A)

Voltage (V)

N15B05 25.0exp. N16C03 25.0exp.

N15A01 24.9exp. N16D03 24.9exp.

屋外IVからのSTC補正 予備検討結果

Time of day

産総研 九州センター（佐賀県鳥栖市）：ストリングIV計測PV-MA1950MW（三菱電機）×10枚

PVMS

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200 250 300

Curre

nt (A

)

Voltage (V)

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200 250 300

Curre

nt (A

)

Voltage (V)

計測生データ STC補正後

モジュールと同じ手順でストリングIV特性のSTC補正も可能（検証中）

低照度IV特性のSTC補正が実用上重要。従来は高精

度化は困難とされていた。

高精度低コストな手順を開発した。結晶Siモジュール等

・屋外高精度測定（IV特性）

・温度特性の新補正式（昨年度開発）

・直列抵抗（Rs）の正確な推定

実測IV特性（0.15 kW/m2～屋外、屋内）からSTC特

性を±1~3%程度の精度で推定できた（種類に依存）。

ストリングにも同様に適用可。市販計測器での実用を目

指す。SHJ, CIGS等での検証

結論

謝辞本研究は新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）委託研究の一環として実施したものであり、関係各位に感謝する。