IV特性の温度・照度依存性に直列抵抗が及ぼす影響 - AIST...TC cell: 電圧温度係数／セル V 1, v 1: 電圧, 電圧／セル n: ダイオード理想係数

ＩＶ特性の温度・照度依存性に直列抵抗が及ぼす影響

国立研究開発法人産業技術総合研究所

太陽光発電研究センター

評価・標準チーム

菱川善博、吉田正裕

0

10

20

30

40

50

60

70

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

Tempe

rature (℃

)

Irradiance (kW/m2)

2017/8/132017/12/20

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00

Irrad

iance (kW/m

2 )

Time ( h:m )

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00

Irrad

iance (kW/m

2 )

Time ( h:m )

2017/8/13

2017/12/20

0

1

2

3

4

5

6

0 10 20 30

Curre

nt (A

)

Voltage (V)

太陽電池の屋外での動作状態

STC

1

‐4

‐2

0

2

4

6

8

10

0 10 20 30

Curre

nt (A

)

Voltage (V)

T1T2

(V1,I1)(V2,I2)

I

I

V

‐4

‐2

0

2

4

6

8

10

0 0.2 0.4 0.6 0.8

Cur

rent

(A)

Voltage per cell (V)

STC N15B05STC N16C03STC SCSI002STC NE132ARSTC N15A01STC N16D03STC HIP

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. Phorovol. 8-1 (2018) 48-53.

これまでの結果：IV特性の各点で温度係数TCを定義

2

‐0.5

‐0.45

‐0.4

‐0.35

‐0.3

‐0.25

‐0.2

0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75

Rel

ativ

e TC

at 2

5 ºC

(%/K

)


1kW/m2 25‐65C N15B05 1kW 25‐65C N16C031kW/m2 25C‐65C SCSI002 1kW 25‐65C NE132AR1kW/m2 25‐65C N15A01 I kW 25‐65C N16D031kW 20‐65C PVMC5 0.90kW 25‐65C HIP‐210NKH(V‐n*Eg/q)/VT

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. Phorovol. 8-1 (2018) 48-53.

TCcell : 電圧温度係数／セルV1, v1 : 電圧, 電圧／セルn : ダイオード理想係数Eg : バンドギャップ

nEg/q = 1.232 V

（実験結果）ＴＣは電圧により変化。同じ関係式に従う

2 1

1 2 1 1 1

1 1 1 grelnEV VTC

V T T T q

v

‐4

‐2

0

2

4

6

8

10

0 0.2 0.4 0.6 0.8

Cur

rent

(A)


STC N15B05STC N16C03STC SCSI002STC NE132ARSTC N15A01STC N16D03STC HIP

1kW/m2 20‐65C PVMC5 0.9kW/m2 25‐65C HIP‐210NKH1kW/m2 25‐65C N16D031kW/m2 25‐65C NE132AR1kW/m2 25‐65C N16C03

3

各種市販モジュールの温度係数仕様（Vocのみ）

-0.38%

-0.36%

-0.34%

-0.32%

-0.30%

-0.28%

-0.26%

-0.24%

-0.22%

-0.20%

0.60 0.62 0.64 0.66 0.68 0.70 0.72 0.74 0.76

Voc

tem

pera

ture

coe

ffici

ent β

(%/K

)

Voc per cell (V)

(V-nEg/q)/VTKyocera mc-SiMitsubishi sc-SiJinko mc-SiJinko PERCJA mc-SiJA sc-Si & PERCTrina mc-SiTrina sc-Si & PERCCanadian PERCSunpower BSCPanasonic HITmeasured TCmeasured TC (HIT)

measured TC

〇Sharp multi c-SiNE-132AR_1 (NE-132AR)

〇Sharp single c-SiSCSI002 (NT-84L5H)

〇KIS single c-SiN16D02 (GT85F)

〇Kyocera multi c-SiN15B05 (KJ210P-3DD4CG)

〇Mitsubishi single c-SiN15A01 (PV-MA1820LW-1)

〇Mitsubishi PERCN17F01 (PV-MA1950MW)

〇Sunpower BSCN16C03 (SPR-250NE-WHT-J)

〇Panasonic HITHIP (HIP-210NKH5)

〇Panasonic HITK16E03 (VBHN250WJ01)

2 1

1 2 1 1 1

1 1 1 grelnEV VTC

V T T T q

v

Eg = 1.12 eV

n = 1.0

n = 1.1

n = 1.2

4

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

qnEN

VT

TTVV gc11

12121

1212 TTII

本研究（pn接合の理論式に整合）

.exp

expexp0

qnE

VnkTqAI

kTE

nkTqVAI

nkTqVIII

gL

gLL

pn接合のIV特性 (Schockley: 1949)

q

nEV

TTV g1

温度で微分

Vocについては既知の関係本研究：他のVに拡張可能

TJ

qJAkT

TE

mqA

nqAkT

mqAE

VTT

V scsc

ggoc

oc

31

J. C. C. Fan et al. 1986

Tq

kTVq

E

TV oc

g

oc

M. Green 1982

nEg/q= 1.232 V固定でほぼすべての市販結晶シリコンモジュールに適用可：温度係数不要

屋外の様々な温度で測定したIV特性を、25℃のIV特性に正確に変換できる！（温度係数不要。ほぼすべての結晶シリコンモジュールに適用可）

（解析）１ダイオードモデル（Rs=0）で説明できる

5

（応用例）屋外IV特性を25℃に補正

Voc

Pmax/G

Voc

Pmax/G

2 1

1 2 1 1 1

1 1 1 grelnEV VTC

V T T T q

v

＋日射変動フィルタ

計測値補正後

6

0 1

（考察）なぜRs = 0の式で実測に合うのか？モジュールでは0.1～0.3 （1セルあたり2～5 m）

‐0.8

‐0.75

‐0.7

‐0.65

‐0.6

‐0.55

‐0.5

0.5 0.55 0.6 0.65 0.7

T*TC

per cell (V)


0

‐0.8

‐0.75

‐0.7

‐0.65

‐0.6

‐0.55

‐0.5

0.5 0.55 0.6 0.65 0.7

T*TC

per cell (V)


0.17

0

‐0.8

‐0.75

‐0.7

‐0.65

‐0.6

‐0.55

‐0.5

0.5 0.55 0.6 0.65 0.7

T*TC

per cell (V)


0.17

0

1.7, -5mV

‐0.8

‐0.75

‐0.7

‐0.65

‐0.6

‐0.55

‐0.5

0.5 0.55 0.6 0.65 0.7

T*TC

per cell (V)


0.17

0

1.7 , -10 mV

1.7 , -5 mV

Rs等のパラメータに電圧依存性を仮定すると実測と合う！

7

0 exp exp exp .g gs ssc sc sc sE nEq V R I q V R I qI I I I A I A V R I

nkT nkT kT nkT q

‐2

0

2

4

6

8

10

0 5 10 15 20 25

Curren

t (A)

Voltage (V)

4

4.2

4.4

4.6

4.8

5

0.5 0.52 0.54 0.56 0.58 0.6Rs per cell (m)


Rsの電圧依存性（結晶シリコンモジュール）*

*Rsの値は上記の方法（2照度法）で求めた値で定義

太陽電池のRsは実際に電圧によって変化*

8

直列抵抗Rsの電圧依存性（結晶シリコンセル） *

‐2

0

2

4

6

8

10

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Curren

t (A)

Voltage (V)

1.51.61.71.81.92

2.12.22.32.42.5

0.5 0.52 0.54 0.56 0.58 0.6Rs per cell (m)


*Rsの値は上記の方法（2照度法）で求めたものとして定義

太陽電池のRsは実際に電圧によって変化*

0 exp exp exp .g gs ssc sc sc sE nEq V R I q V R I qI I I I A I A V R I

nkT nkT kT nkT q

9

（考察）セル全体のlumped Rs電圧依存性の原因可能な要因：セル内の不均一性

高電位

低電位

高電位

低電位

低電位

高電位

finger

busb

ar

10

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 0.2 0.4 0.6

Curren

t (A)

Voltage (V)

2 mohm4 mohm5 mohm8 mohm10 mohmaverage

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0.5 0.55 0.6 0.65 0.7

Curren

t (A)

Voltage (V)

2 mohmaverage4 mohm5 mohm8 mohm10 mohm

4.5

5

5.5

6

6.5

7

0.55 0.6 0.65

Rs per cell (m)


シミュレーション例：Rsの異なる部分の並列接続

0

2

4

6

8

10

0 0.2 0.4 0.6 0.8

Curren

t (A)

Voltage (V)

11

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 0.2 0.4 0.6

Curren

t (A)

Voltage (V)

2.5 mohm1sun

0‐10mohm

シミュレーション例：電位の連続変化

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0.5 0.55 0.6 0.65 0.7

Curren

t (A)

Voltage (V)

2.5 mohm1sun

0‐10mohm

0

2

4

6

8

10

0 0.2 0.4 0.6 0.8

Curren

t (A)

Voltage (V)

33.13.23.33.43.53.63.73.83.94

0.55 0.6 0.65

Rs per cell (m)


12

・結晶シリコン太陽電池のIV特性全体に応用できる温度依存を考慮したＴＣ式がセル、モジュールともに適用できることを確

認できた（高精度）。STC補正としてIECに提案中。

・Rs ≠ 0のデバイスでも成立（汎用性）。Rs*の電圧依存。・セル内の面内不均一性（電位、Rs）を考慮すると、セル全体としてのRs*の電圧依存、温度特性、照度特性共に実験結果を説明できる。（ただし他の要素も有り得る）

・（応用）IV温度照度補正（屋外・屋内）、シミュレーション高度化

謝辞：本研究はNEDO委託研究の一環として実施したものであり、関係各位に感謝いたします。

結論

2 1

1 2 1 1 1

1 1 1 grelnEV VTC

V T T T q

v

*セル全体のRsの値は2照度法で求めた値で定義

13

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IV特性の温度・照度依存性に 直列抵抗が及ぼす影響 - AIST...TC cell: 電圧温度係数／セル V 1, v 1: 電圧, 電圧／セル n: ダイオード理想係数

IV特性の温度・照度依存性に直列抵抗が及ぼす影響 - AIST...TC cell: 電圧温度係数／セル V 1, v 1: 電圧, 電圧／セル n: ダイオード理想係数