JP4869503B2

JP4869503B2 - Solar power generation simulator

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Publication number: JP4869503B2
Application number: JP2001193391A
Authority: JP
Inventors: 龍之瀬高; 敏雄松島; 誠一室山
Original assignee: NTT Facilities Inc
Current assignee: NTT Facilities Inc
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2021-06-26
Also published as: JP2003008035A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度に対応した太陽電池の発電量をシミュレーションする太陽電池発電量シミュレータに係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、石油の消費を削減し、環境に対してクリーンな電気エネルギーを得ようと、エネルギーの多様化と分散とが行われ始めている。
その中でも、再生可能エネルギーとしての太陽光発電において、太陽電池を用いた発電が、太陽電池の日射エネルギーを電気エネルギーへ変換する変換効率の向上が進んでいるため、特に盛んに住宅や病院等の施設で用いられるようになっている。
すなわち、変換効率が向上したため、小型・軽量化が進み、住宅でも簡易に施設可能となって来ていることが、使用の伸びる要因と考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の太陽電池発電量シミュレータには、住宅などに設置するときに太陽電池の大きさを決定するために行われる太陽電池の発電量の計算を、図１１に示す太陽電池の等価回路に基づく以下の(1)式により行っている。
I＝Iph−Io(exp((V＋IRs)/a)−1)−(V＋IRs)/Rsh …(1)
ここで、Ｉphは入射エネルギーに対応した光誘起電流であり、Ｖは太陽電池電圧であり、Ｉoは逆方向飽和電流であり、Iは太陽電池の発電電流であり、Ｒsはモジュール抵抗であり、Ｒshは漏れ抵抗である。
【０００４】
すなわち、太陽電池の出力する電流は、日射エネルギーにより発生する光電流ＩPhっと、P-N接合で構成されたダイオードデバイスであるために逆方向に流れるダイオード電流「Io(exp((V＋IRs)/a)−1)」，P-N接合が完全に形成されていない部分で流れる漏れ電流「(V＋IRs)/Rsh」からなる。
これらを等価回路で表すと、図１１に示すように、光電流Ｉphは電流源として、漏れ電流は動作電圧に比例するため漏れ抵抗Ｒshとして、ダイオード電流はダイオードｄとして、また太陽電池のモジュール抵抗や電極の抵抗の和を抵抗Ｒsとして表す。
【０００５】
また、(1)式において、
a ＝ (Tc×ar)／Tcr …(2)
ここで、Tcは太陽電池モジュールの温度であり、ar及びＴcrはデータベースに蓄積された特性値であり、太陽電池のモジュールが２５℃であり、吸収された日射エネルギーが「１.０ｋＷ／ｍ²」における値である。
【０００６】
しかしながら、従来の太陽電池発電量シミュレータには、上述した(1)式を用いて発電量のシミュレーションを行うとき、温度によっては計算結果が発散してしまい、必要な部分の発電量の数値が得られない欠点がある。
また、従来の太陽発電量シミュレータには、太陽電池モジュールの温度を、入射する日射エネルギーと、外気温度と、太陽電池モジュールに当たる風の風速により求めているが、太陽電池の発電電流により発生するジュール熱を考慮していないため、正確な太陽電池モジュールの温度に対応した発電量のシミュレーションが行えないという欠点がある。
本発明はこのような背景の下になされたもので、太陽電池（太陽電池モジュール）の発電量を発散せずに、正確な太陽電池モジュールの温度に基づくシミュレーションが可能な太陽電池発電量シミュレータを提供する事にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の太陽電池発電量シミュレータは、周囲の環境に対応した太陽電池の発電量を演算する太陽電池発電量シミュレータにおいて、基準温度と評価したい日射エネルギーとに基づき、出力電圧毎に太陽電池の発電電流を演算する温度基準値演算手段（例えば、基準電流演算部４）と、評価したい周囲温度，太陽電池に当たる風の風速及び前記日射エネルギーにより太陽電池の温度を求める温度算出手段（例えば、吸収熱量演算部１，吸収率演算部２，温度補正部３）と、この温度に基づいて前記発電電流及び前記出力電圧を補正する発電量補正演算手段（例えば、発電量補正部５）とを具備することを特徴とする。
【０００８】
本発明の太陽電池発電量シミュレータは、前記温度算出手段が、前記周囲温度，前記風速及び入射エネルギーにより求められる太陽電池の温度を、太陽電池の発電電流により発生するジュール熱を用いて補正することを特徴とする。
本発明の太陽電池発電量シミュレータは、前記温度算出手段が、前記ジュール熱により補正した吸収率を用いて、前記日射エネルギーにより発生する熱量の演算を行うことを特徴とする。
【０００９】
本発明の太陽電池発電量の演算方法は、周囲の環境に対応した太陽電池の発電量を演算する太陽電池発電量の演算方法において、基準温度と評価したい日射エネルギーとに基づき、出力電圧毎に太陽電池の発電電流を演算する温度基準値演算過程と、評価したい周囲温度，太陽電池に当たる風の風速及び前記日射エネルギーにより太陽電池の温度を求める温度算出過程と、この温度に基づいて前記発電電流及び前記出力電圧を補正する発電量補正演算過程とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の太陽電池発電量の演算方法は、前記温度算出過程において、前記周囲温度，前記風速及び入射エネルギーにより求められる太陽電池の温度を、太陽電池の発電電流により発生するジュール熱を用いて補正されることを特徴とする。
【００１１】
本発明の太陽電池発電量の演算プログラムは、上記太陽電池発電量シミュレータを動作させ、太陽電池の発電量を演算する太陽電池発電量の演算プログラムであって、基準温度と評価したい日射エネルギーとに基づき、出力電圧毎に太陽電池の発電電流を演算する温度基準値演算処理と、評価したい周囲温度，太陽電池に当たる風の風速及び前記日射エネルギーにより太陽電池の温度を求める温度算出処理と、この温度に基づいて前記発電電流及び前記出力電圧を補正する発電量補正演算処理とを有することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態による太陽電池発電量シミュレータの構成を示すブロック図である。
この図において、吸収熱量演算部１は、吸収率演算部２から得られる単位面積当たりの吸収率に基づいて、入射エネルギーとして得られる日射エネルギーの吸収に対して、太陽電池の得る単位時間当たりの吸収熱量を演算する。
また、吸収熱量演算部１は、太陽電池の発電電流と、太陽電池モジュールのモジュール抵抗とに基づき、太陽電池において発生するジュール熱の計算を行う。
【００１３】
吸収率演算部２は、後に詳細に説明するが、上記吸収率を、太陽電池の発電電流に基づき生成されるジュール熱を考慮して演算する。
すなわち、吸収率演算部２は、単位時間当たり（例えば、１時間毎）に測定される太陽電池の温度変化に対応する第１の熱量と、単位時間当たりに放射される第２の熱量との加算値から、単位時間当たりの前記ジュール熱の第３の熱量を減算した値を、単位時間当たりに入射される日射量で除算することにより、上記単位時間毎に、温度特性のシミュレーションに用いる上記吸収率の演算を行う。
【００１４】
温度補正部３は、外気と太陽電池との温度差により、太陽電池の放射する単位時間当たりに放射する放射熱量を演算する。
また、温度補正部３は、上記吸収熱量から上記放射熱量を減算し、単位時間当たりの温度変化量（熱量の収支）を演算する。
さらに、温度補正部３は、太陽電池の温度に前記温度変化量を加算し、単位時間当たりの太陽電池の温度推移を求める。
【００１５】
データベース６には、複数の太陽電池毎に対応して、各太陽電池の特性（太陽電池のモジュールの面積，重量，モジュール抵抗Ｒs（抵抗値Ｒs）等）が記憶されている。
また、データベース６には、標準的な気象データ（標準気象データ）が記憶されている。
ここで、標準気象データとは、春夏秋冬の特徴的な日（晴れの日，曇りの日、雨の日等）の外気の温度や、吹く風の風速等のデータ、時刻範囲毎の日射エネルギーのデータが格納されており、発電量のシミュレーションに用いられる。
【００１６】
基準電流演算部４は、(１)式により基準状態、すなわち太陽電池モジュールの温度が基準温度２５℃における、図２に示す電流値と電圧値との関係（I-Vカーブ）を算出する。
例えば、基準電流演算部４は、日射エネルギーが１kＷ／ｍ²のときの各温度における発電量を求める場合、評価したい日射エネルギーを１kＷ／ｍ²とし、太陽電池温度を２５℃としてI-Vカーブを求める。
【００１７】
すなわち、基準電流演算部４は、上述した基準状態において、電圧値毎の発電電流Iを算出する。
このとき、日射エネルギーは、発電量のシミュレーションを行う季節の標準的な日に対応して、データベース６に蓄積されている値を用いる。
【００１８】
発電量補正部５は、以下(3)及び(4)式を用いて、上記IVカーブにおける発電電流と電圧とを、シミュレーションを行う温度に対応して補正する。
V₁＝V₂−β(25−T₁)−Rs(I₂−I₁)−Ｋ・I₂(25−T₁) …(3)
I₁＝I₂−Isc（1000／E₁)−α(25−T₁) …(4)
ここで、T1は任意の温度、すなわち発電量を求めたい太陽電池モジュールの温度である。I1は任意の温度に対応する電流、すなわち求めたい温度に対応する発電電流である。I２は基準状態の電流、すなわち(1)式で求めた発電電流である。V１は任意の温度に対応する電圧、すなわち求めたい温度に対応する電圧である。V2は基準状態の電流に対応した電圧である。
【００１９】
また、αは短絡電流の温度係数であり、βは開放電圧の温度係数であり、Iscは短絡電流である。
上記α，β，Iscは、太陽電池毎のカタログに記載されている数値である。
上述したように、発電量補正部５は、基準上記(3)及び(4)式を用いて、図２の標準状態のI-Vカーブから、求めたい温度における発電電流と、電圧との関係を演算し、同様に、図２に示す任意状態（求めたい温度における）のI-Vカーブを生成する。
【００２０】
次に、図１及び図３を参照して、一実施形態による太陽電池発電量シミュレータの動作例を説明する。
基本的な動作としては、まず、図３に示すように、太陽電池温発電量シミュレータが、日の出前の太陽電池温度に対して、日の出からある時刻までの温度変化量を加算することにより、上記時刻における太陽電池温度を求めている。
ここで、図３にあるように、温度変化量（Δｔ）は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの、吸収される熱量と放射される熱量との収支（熱量の収支）で決定される。
また、日の出前の温度は、図５に示すように、外気温（外気の温度）との熱の交換のみであるため、外気温と同様と仮定している。
【００２１】
従来は、すでに説明したように、図３における温度変化量（Δｔ）を求める場合、図４に示す１秒間（単位時間）の温度変化量として、▲２▼及び▲３▼の項目、すなわち、「日射エネルギーの吸収による１秒間の熱量」と「外気の温度差や周囲の風による１秒間の放熱量」との収支として考慮していた。
しかしながら、一実施形態の太陽電池温度特性シミュレータでは、▲１▼の項目として、太陽電池モジュールＭにおける「発電電流（Ｉ）によりモジュール抵抗から発生するジュール熱」による熱量を考慮している。
【００２２】
ここで、項目▲２▼の日射量（日射エネルギー）の吸収による発熱としての熱量は、日射エネルギーのうち特に長波長成分を熱として吸収され発生する。
そして、吸収熱量演算部１は、入射される入射日射量に吸収率を乗じて、日射エネルギーにより発生する熱量を算出する。
また、項目▲３▼の外気との温度差や周囲の風による放射される熱量は、放射熱量演算部３において、以下の式により算出される。
すなわち、熱量が項目▲３▼の外気との温度差や周囲の風による放射される項は、強制対流熱伝達によるものであり、空気中へ放射される放射熱量は、ニュートンの冷却則として、下記の（５）式で表される。
【００２３】
放射熱量をｑcとすると、
ｑc ＝ αc・（θ−θf） …(5)
αc ＝５.８＋３.９v （v ≦ ５ｍ／ｓ）
αc ＝７.１v^0.78 （v ＞５ｍ／ｓ）
と表される。
ここで、θf：外気温度（℃），θ：太陽電池温度（℃），v：風速（ｍ／ｓ），αc：強制対流熱伝達率（ユルゲスの実験による式）
【００２４】
さらに、太陽電池モジュールＭにおける「発電電流（Ｉ）によりモジュール抵抗から発生するジュール熱」による熱量は、モジュール抵抗の抵抗値Ｒｓと、発電電流Ｉの２乗とによる「Ｒｓ・Ｉ²」に基づき求められる。
従来例においては、上述したジュール熱の発熱による熱量を、太陽電池温度の変化において考慮せずに、このジュール熱による熱量を日射エネルギーにより発生する熱量に含めて、太陽電池の吸収率を求めていたため、太陽電池の温度変化のシミュレーション値に大きな誤差が発生すると考えられる。
【００２５】
すなわち、図６に示すように、１秒間の太陽電池の熱量の変化（左辺）は、１秒間の太陽電池の変化した温度に太陽電池モジュールの比熱を乗じることで求まる。
そして、図６の右辺において、第１項が▲１▼上述したジュール損失（ジュール熱の発生）により１秒間に発生する熱量であり、第２項が▲２▼入射日射量（入射エネルギー）に吸収率を乗じた、日射エネルギーの吸収により１秒間に発生する熱量であり、第３項が▲３▼外気との温度差や周囲の風により１秒間に放熱する熱量である。
【００２６】
したがって、ジュール損失を考慮した吸収率を求める場合、図７に示す式の構成となる。
そして、吸収率演算部２は、図７の式に対応した演算を行い、太陽電池モジュールの吸収率を求める。
すなわち、吸収率は、吸収率演算部２において、１秒間の太陽電池の変化した温度に太陽電池モジュールの比熱を乗じて得られた熱量と、上記▲３▼の熱量とを加えた値から▲１▼のジュール損失による熱量を減算し、この減算結果を１秒間の入射日射量で除算して得ることができる。
【００２７】
このように、１度、吸収率演算部２により、各太陽電池モジュール毎の熱吸収率を求めることで、以後、太陽電池モジュールの温度特性のシミュレーションを正確に行うことが可能となる。
吸収率演算部２で用いる正確な吸収率算出の式は、以下に示す（6）式となる。 ε(ω)＝((5.8＋3.9v_(t))(θ_(t)−θf_(t))−Ｉ_(t)・Ｒs²＋C(θ_(t)−θ_(t-1)))
/It_(t)…(6)
【００２８】
ここで、上述の式は風速vが５ｍ／ｓ以下の場合に適用される。風速が５ｍ／ｓを超える場合、左辺の分子の第１項を（５）式に合わせて変更する必要がある。
（６）式において、ε(ω)が吸収率であり、Ｉt_(t)が日射強度（入射日射量）であり、θf_(t)が外気温であり、θ_(t)が太陽電池モジュールの温度であり、v_(t)が風速であり、Ｉ_(t)が太陽電池モジュールＭの発電電流であり、ｔが時刻であり、Ｒsが太陽電池モジュールのモジュール抵抗である。
【００２９】
吸収率演算部２で用いられる、吸収率ε(ω)を求める（６）式の各数値は、図８に示す測定装置により、所定の時間毎（例えば、１秒単位）に測定される。
図８において、測定器５０は、各時刻毎に、風速計２０により出力される風速ｖ_(t)の値を測定し、日射計２１により出力される受光面日射量Ｉt_(t)の値の測定し、熱電対２４により外気温θf_(t)を測定し、熱電対２５により太陽電池モジュールの温度θ_(t)の値を測定し、電流測定用シャント抵抗により発電電流Ｉ_(t)を測定し、これらの測定された各値を吸収率演算部２へ出力する。
【００３０】
ここで、電子負荷２６は、太陽電池モジュールＭの発電電力が、常にその時点での最大値（最大出力点）となるように、太陽電池モジュールＭの出力電圧を調整するため、内部の抵抗値の制御を行う。
そして、吸収率演算部２は、得られた受光面日射量Ｉt_(t)，風速ｖ_(t)，外気温θf_(t)，太陽電池モジュールの温度θ_(t)，発電電流Ｉ_(t)（発電電流Ｉ）に基づき、（２）式により吸収率ε(ω)を求める。
【００３１】
ここで、吸収率演算部２は、図８に示すように、各時刻毎に測定された吸収率の平均値を求め、この平均値を最終的な吸収率ε(ω)として、吸収熱量演算部１へ出力する。
このとき、吸収熱量演算部１は、吸収率演算部２から入力される吸収率ε(ω)を、各太陽電池モジュールに対応させて、データベース６へ格納する。
【００３２】
次に、吸収熱量演算部１は、太陽電池モジュールに吸収される熱量をシミュレーションにより求めるとき、対応する太陽電池モジュールの吸収率ε(ω)を、データベース６から読み出し、読み出した吸収率ε(ω)を用いてシミュレーションを開始する。
このとき、吸収熱量演算部１は、データベース６に、シミュレーションを行う季節の平均的な１日の所定の時間範囲毎（例えば、午前７時〜午前８時，午前８時〜午前９，…等の１時間毎）に設定された日射量Ｉt_(t)を読み出し、この日射量Ｉt_(t)に吸収率ε(ω)を乗じ、各時刻毎（例えば、計算の時間単位である１秒ごとの時刻，午前８時１０分１秒の後は午前８時１０分２秒等）の日射エネルギーによる熱量を演算する。
【００３３】
また、吸収熱量演算部１は、「Ｉ_(t) ²・Ｒs_(t)」の式からジュール熱を求める。
ここで、吸収熱量演算部１は、シミュレーションの開始時点において、日の出前の太陽電池モジュールの温度に対応した発電電流Ｉ_(t)をデータベース６から読み出し、この発電電流Ｉ_(t)を初期値としてジュール熱を求める。
以降、吸収熱量演算部１は、温度演算部５において、シミュレーションから得られた温度に基づき演算される時間範囲毎の発電電流Ｉ_(t)により、時刻毎のジュール熱を求める。
【００３４】
このとき、発電量補正部５は、上述した(1)，(3)，(4)式により、太陽電池モジュールの温度に依存した発電電流Ｉ_(t)（発電電流I）を求める。
また、温度補正部３は、データベース６に、シミュレーションを行う季節の平均的な１日の所定の時間範囲毎（例えば、１時間毎）に設定された外気温θf_(t)及び風速ｖ_(t)を用い、（５）式により放射熱量ｑcを演算する。
【００３５】
そして、温度補正部３は、所定の時刻毎（例えば、１秒単位）に、発電量補正部５により求められた発電電流Iに基づき、吸収熱量演算部１により演算される上記吸収熱量「ε(ω)・Ｉt_(t)」及びジュール熱「Ｉ_(t) ²・Ｒs_(t)」を加算した結果から、放射熱量ｑcを減算して、この結果である、熱量収支を温度演算部５へ出力する。
そして、温度演算部５は、入力される上記熱量収支を、上記時間範囲毎に積分して、太陽電池モジュールの時間範囲毎における熱量の変化「Ｃ（θ_(t)−θ_(t-1)）」を求める。
【００３６】
すなわち、温度演算部５は、吸収熱量演算部１，放射熱量演算部３，温度変化演算部４の演算結果に基づき、以下の（７）式の演算を行う。
C(θ_(t)−θ_(t _ー ₁₎)＝∫[ε(ω)It_(t)＋I_(t) ²Rs_(t)−αc(θ−θf)]dt …(7)
ここで、Ｃは比熱である。
これにより、温度演算部５は、時刻毎に入力される熱量変化を時刻範囲毎に積分して、時間範囲毎の温度変化量ΔＴ（すなわち、（θ_(t)−θ_(t _ー ₁₎））を、左辺を比熱Cで除算することにより求める。
そして、温度演算部５は、求めた温度変化量ΔＴを、順次、直前の時間範囲の温度に加えていくことにより、各時間範囲毎の太陽電池モジュールの温度を演算する。
【００３７】
そして、発電量補正部５は、基準電流演算部４が（１）式に基づき算出した基準の発電電流Ｉに対して、日の出後の時刻範囲から、温度補正部３の求めた各時間範囲毎の温度を任意の温度Ｔ1として、（３），（４）式に用いて電流及び電圧の補正を行うことにより、各時刻における太陽電池モジュールＭの発電量（発電電流Iとそのときの電圧値）の計算を行う。
そして、温度補正部３は、順次、発電量補正部５の演算した上記発電電流Ｉに基づき吸収熱量演算部１の求めるジュール熱と、日射エネルギーによる吸収熱量との加算値から、放射熱量を差し引いて、各対応する時刻範囲の太陽電池モジュールＭの温度を上述のように算出する。
【００３８】
すなわち、本願発明の太陽電池発電量シミュレータにおいて、温度補正部３と発電量補正部５とは、互いに求めた現在の時刻範囲の太陽電池モジュールの温度，太陽電池モジュールの発電電流Ｉとを、相互にフィードバックを掛けることにより、次の時刻範囲の太陽電池モジュールＭの温度，太陽電池モジュールＭの発電電流を、順次、演算している。
【００３９】
上述した本願発明の太陽電池発電量シミュレータは、ジュール熱を考慮した状態で、太陽電池モジュールの日射エネルギーの吸収率を求め、ジュール熱自体も吸収熱量に対する補正として考慮に入れたため、季節と天候とに対応した状態での温度変化を図１０に示すように、実際に測定した太陽電池モジュールの温度とほぼ同様な温度変化の特性として得ることができる。
【００４０】
そして、本願発明の対応電池発電量シミュレータを用いることにより、太陽電池モジュールの温度変化を、時刻毎に正確に算出することができるため、太陽電池モジュールの発電量のシミュレーションを正確に行うことが出来る効果がある。
すなわち、本願発明の太陽電池発電量シミュレータは、季節と天候とに対応した状態での太陽電池モジュールの温度変化を演算し、これにより求まる各時刻範囲の太陽電池モジュールＭの温度に基づき、各時刻の発電電流Ｉを（３），（４）式（温度による補正式）により正確に求め、かつ、この発電電流Ｉに対応して太陽電池モジュールＭの温度が正確に算出されるため、この得られた太陽電池モジュールの温度を、次の時刻範囲において（３），（４）式の任意の温度Ｔ1として代入することにより、順次、正確な発電量を計算することが可能となる。
【００４１】
次に、本発明の実施の形態によるコンピュータが実行するためのプログラムについて説明する。
図１における太陽電池モジュールの温度特性をシミュレーションする太陽電池温度特性シミュレータにおけるコンピュータシステムのＣＰＵが実行するためのプログラムは、本発明によるプログラムを構成する。
【００４２】
このプログラムを格納するための記録媒体としては、光磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ、磁気記録媒体等を用いることができ、これらをＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク、メモリカード等に構成して用いてよい。
【００４３】
また上記記録媒体は、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部のＲＡＭ等の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持するものも含まれる。
【００４４】
また上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから伝送媒体を介して、あるいは伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されるものであってもよい。上記伝送媒体とは、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体をいうものとする。
【００４５】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【００４６】
従って、このプログラムを図１のシステム又は装置とは異なるシステム又は装置において用い、そのシステム又は装置のコンピュータがこのプログラムを実行することによっても、上記実施の形態で説明した機能及び効果と同等の機能及び効果を得ることができ、本発明の目的を達成することができる。
【００４７】
以上、本発明の一実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【００４８】
【発明の効果】
本願発明の太陽電池発電量シミュレータによれば、ジュール熱を考慮した状態で、太陽電池モジュールの日射エネルギーの吸収率を求め、この吸収率に基づき吸収熱量を求め、かつ太陽電池モジュールの発熱するジュール熱自体も吸収熱量に対する補正として考慮に入れたため、季節と天候とに対応した状態での温度変化を図１０に示すように、実際に測定した温度とほぼ同様な温度変化の特性として得ることができる。
【００４９】
また、本願発明の太陽電池発電量シミュレータは、季節と天候とに対応した状態での太陽電池モジュールの温度変化を演算し、これにより求まる各時刻範囲の太陽電池モジュールＭの温度に基づき、各時刻の発電電流Ｉを（３），（４）式（温度による補正式）により正確に求め、かつ、この発電電流Ｉに対応して太陽電池モジュールＭの温度が正確に算出されるため、この得られた太陽電池モジュールの温度を、次の時刻範囲において（３），（４）式の任意の温度Ｔ1として代入することにより、順次、正確な発電量を計算することが可能となる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による太陽電池発電量シミュレータの構成を示すブロック図である。
【図２】太陽電池発電量シミュレータの算出するＩ−Ｖカーブを示す図である（横軸：太陽電池の出力電圧値Ｖ，縦軸：太陽電池の発電電流Ｉ）。
【図３】太陽電池モジュールの温度の時刻変化を示す概念図である。
【図４】太陽電池モジュールにおける１秒間における温度変化量の概念を示す図である。
【図５】太陽電池モジュールの温度の計算の概要を示す概念図である。
【図６】太陽電池モジュールに入射する日射エネルギーの吸収率を求めるの式の概念を示す図である。。
【図７】太陽電池モジュールに入射する日射エネルギーの吸収率を求めるの式の概念を示す図である。
【図８】太陽電池モジュールに入射する日射エネルギーの吸収率を求めるために必要なデータの測定を行う測定系の構成を説明する概念図である。
【図９】図１における吸収率演算部２の求めた各時刻毎の吸収率を示す図である。
【図１０】本願発明の太陽電池発電量特性シミュレータの計算結果による時刻毎の温度変化と、実測した太陽電池モジュールの時刻毎の温度変化とを比較した図である。
【図１１】（１）式の基本となる太陽電池の等価回路を示す図である。
【符号の説明】
１吸収熱量演算部
２吸収率演算部
３温度補正部
４基準電流演算部
５発電量補正部
６データベース
２０風速計
２１日射計
２２太陽電池受光面
２３電流測定用シャント抵抗
２４，２５熱電対
２６電子負荷
５０測定器
Ｍ太陽電池モジュール[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solar cell power generation amount simulator that simulates the power generation amount of a solar cell corresponding to temperature.
[0002]
[Prior art]
In recent years, energy diversification and dispersion have begun to reduce oil consumption and to obtain clean electrical energy for the environment.
Among them, in solar power generation as renewable energy, power generation using solar cells is progressing in conversion efficiency to convert solar solar radiation energy into electric energy, so it is particularly active in houses and hospitals. It has come to be used in facilities.
In other words, because conversion efficiency has been improved, miniaturization and weight reduction have progressed, and it has become possible to easily install facilities even in houses.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional solar cell power generation amount simulator, the calculation of the solar cell power generation amount performed for determining the size of the solar cell when installed in a house or the like is based on the equivalent circuit of the solar cell shown in FIG. This is done according to (1).
I = Iph−Io (exp ((V + IRs) / a) −1) − (V + IRs) / Rsh (1)
Where Iph is a photo-induced current corresponding to incident energy, V is a solar cell voltage, Io is a reverse saturation current, I is a solar cell power generation current, and Rs is a module resistance. Rsh is a leakage resistance.
[0004]
That is, the current output from the solar cell is the diode current “Io (exp ((V + IRs) / a) that flows in the reverse direction because it is a diode device composed of a PN junction and the photocurrent IPh generated by solar radiation energy”. −1) ”, the leakage current“ (V + IRs) / Rsh ”that flows in the part where the PN junction is not completely formed.
When these are represented by an equivalent circuit, as shown in FIG. 11, the photocurrent Iph is a current source, the leakage current is proportional to the operating voltage, and therefore the leakage current Rsh, the diode current is the diode d, and the module resistance of the solar cell. And the sum of the resistances of the electrodes is represented as resistance Rs.
[0005]
In addition, in equation (1),
a = (Tc × ar) / Tcr (2)
Here, Tc is the temperature of the solar cell module, ar and Tcr are characteristic values stored in the database, the solar cell module is 25 ° C., and the absorbed solar radiation energy is “1.0 kW / m”.²The value in
[0006]
However, in the conventional solar cell power generation amount simulator, when the power generation amount simulation is performed using the above-mentioned equation (1), the calculation result diverges depending on the temperature, and the numerical value of the necessary amount of power generation is obtained. There are disadvantages that cannot be achieved.
Further, in the conventional solar power generation amount simulator, the temperature of the solar cell module is obtained from the incident solar radiation energy, the outside air temperature, and the wind speed of the wind hitting the solar cell module. Since heat is not taken into account, there is a drawback in that it is not possible to simulate the amount of power generation corresponding to the accurate temperature of the solar cell module.
The present invention has been made under such a background, and a solar cell power generation amount simulator capable of performing an accurate simulation based on the temperature of a solar cell module without diverging the power generation amount of the solar cell (solar cell module). It is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The solar cell power generation simulator of the present invention is a solar cell power generation simulator for calculating the power generation amount of a solar cell corresponding to the surrounding environment. Based on the reference temperature and the solar radiation energy to be evaluated, the solar cell power generation simulator generates power for each output voltage. Temperature reference value calculation means (for example, reference current calculation unit 4) for calculating current, and temperature calculation means for calculating the temperature of the solar cell based on the ambient temperature to be evaluated, the wind speed hitting the solar cell, and the solar radiation energy (for example, the amount of absorbed heat) A calculation unit 1, an absorption rate calculation unit 2, a temperature correction unit 3), and a power generation amount correction calculation means (for example, a power generation amount correction unit 5) for correcting the power generation current and the output voltage based on the temperature. It is characterized by that.
[0008]
In the solar cell power generation amount simulator according to the present invention, the temperature calculation unit corrects the temperature of the solar cell obtained from the ambient temperature, the wind speed, and the incident energy by using Joule heat generated by the power generation current of the solar cell. It is characterized by.
The solar cell power generation amount simulator according to the present invention is characterized in that the temperature calculation means calculates the amount of heat generated by the solar radiation energy using the absorption rate corrected by the Joule heat.
[0009]
The solar cell power generation amount calculation method of the present invention is a solar cell power generation amount calculation method for calculating the solar cell power generation amount corresponding to the surrounding environment, based on the reference temperature and the solar radiation energy to be evaluated, for each output voltage. A temperature reference value calculation process for calculating the generated current of the solar battery, a temperature calculation process for obtaining the temperature of the solar battery from the ambient temperature to be evaluated, the wind speed hitting the solar battery, and the solar radiation energy, and the generated current based on this temperature And a power generation amount correction calculation process for correcting the output voltage.
[0010]
The solar cell power generation amount calculation method according to the present invention corrects the solar cell temperature obtained from the ambient temperature, the wind speed, and the incident energy using the Joule heat generated by the solar cell power generation current in the temperature calculation process. It is characterized by being.
[0011]
The solar cell power generation amount calculation program of the present invention is a solar cell power generation amount calculation program for operating the solar cell power generation amount simulator to calculate the solar cell power generation amount, and for the reference temperature and the solar radiation energy to be evaluated. Based on the temperature reference value calculation processing for calculating the generated current of the solar cell for each output voltage, the temperature calculation processing for obtaining the temperature of the solar cell based on the ambient temperature to be evaluated, the wind speed hitting the solar cell, and the solar radiation energy, and this temperature Power generation amount correction calculation processing for correcting the power generation current and the output voltage based on the above.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a solar cell power generation amount simulator according to an embodiment of the present invention.
In this figure, the amount of heat absorption calculation unit 1 is based on the absorption rate per unit area obtained from the absorption rate calculation unit 2 with respect to the absorption of solar energy obtained as incident energy per unit time obtained by the solar cell. Calculate the amount of heat absorbed.
Moreover, the absorbed heat amount calculation part 1 calculates the Joule heat which generate | occur | produces in a solar cell based on the electric power generation current of a solar cell, and the module resistance of a solar cell module.
[0013]
Although described in detail later, the absorptance calculating unit 2 calculates the absorptance in consideration of Joule heat generated based on the generated current of the solar cell.
That is, the absorptance calculating unit 2 includes a first heat amount corresponding to a temperature change of the solar cell measured per unit time (for example, every hour) and a second heat amount radiated per unit time. A value obtained by subtracting the third heat amount of the Joule heat per unit time from the added value is divided by the amount of solar radiation incident per unit time, whereby the above-mentioned used for temperature characteristic simulation for each unit time Calculate the absorption rate.
[0014]
The temperature correction unit 3 calculates the amount of radiant heat radiated per unit time radiated by the solar cell based on the temperature difference between the outside air and the solar cell.
Moreover, the temperature correction | amendment part 3 subtracts the said radiant heat amount from the said absorbed heat amount, and calculates the amount of temperature changes per unit time (heat amount balance).
Furthermore, the temperature correction part 3 adds the said temperature change amount to the temperature of a solar cell, and calculates | requires the temperature transition of the solar cell per unit time.
[0015]
In the database 6, characteristics of each solar cell (solar cell module area, weight, module resistance Rs (resistance value Rs), etc.) are stored for each of the plurality of solar cells.
The database 6 stores standard weather data (standard weather data).
Here, the standard meteorological data refers to the temperature of the outside air on the characteristic days (sunny day, cloudy day, rainy day, etc.) of spring, summer, autumn and winter, the wind speed of the blowing wind, and the solar radiation for each time range. Energy data is stored and used for power generation simulation.
[0016]
The reference current calculation unit 4 calculates the relationship (I-V curve) between the current value and the voltage value shown in FIG. 2 when the reference state, that is, the temperature of the solar cell module is a reference temperature of 25 ° C., using Equation (1).
For example, the reference current calculation unit 4 has a solar radiation energy of 1 kW / m.²When calculating the amount of power generation at each temperature, the solar energy to be evaluated is 1 kW / m²And an IV curve is obtained by setting the solar cell temperature to 25 ° C.
[0017]
That is, the reference current calculation unit 4 calculates the generated current I for each voltage value in the reference state described above.
At this time, as the solar radiation energy, a value stored in the database 6 is used corresponding to a standard day of the season when the simulation of the power generation amount is performed.
[0018]
The power generation amount correction unit 5 corrects the power generation current and voltage in the IV curve in accordance with the temperature at which the simulation is performed using the following equations (3) and (4).
V₁= V₂−β (25−T₁) −Rs (I₂−I₁) -K ・ I₂(25−T₁)… (3)
I₁= I₂-Isc (1000 / E₁) −α (25−T₁) …(Four)
Here, T1 is an arbitrary temperature, that is, the temperature of the solar cell module for which the power generation amount is desired. I1 is a current corresponding to an arbitrary temperature, that is, a generated current corresponding to a desired temperature. I2 is the current in the reference state, that is, the generated current obtained by equation (1). V1 is a voltage corresponding to an arbitrary temperature, that is, a voltage corresponding to a desired temperature. V2 is a voltage corresponding to the current in the reference state.
[0019]
Α is the temperature coefficient of the short circuit current, β is the temperature coefficient of the open circuit voltage, and Isc is the short circuit current.
The above α, β, Isc are numerical values described in the catalog for each solar cell.
As described above, the power generation amount correction unit 5 calculates the relationship between the power generation current and the voltage at the temperature to be obtained from the IV curve in the standard state of FIG. 2 using the above formulas (3) and (4). Similarly, an IV curve in an arbitrary state (at a desired temperature) shown in FIG. 2 is generated.
[0020]
Next, with reference to FIG.1 and FIG.3, the operation example of the solar cell power generation amount simulator by one Embodiment is demonstrated.
As a basic operation, first, as shown in FIG. 3, the solar cell temperature power generation amount simulator adds the temperature change amount from sunrise to a certain time to the solar cell temperature before sunrise. The solar cell temperature at the time is obtained.
Here, as shown in FIG. 3, the temperature change amount (Δt) is determined by the balance between the amount of heat absorbed and the amount of heat radiated (the amount of heat) from time t1 to time t2.
Further, as shown in FIG. 5, the temperature before sunrise is assumed to be the same as the outside air temperature because only the heat exchange with the outside air temperature (the outside air temperature) is performed.
[0021]
Conventionally, as described above, when the temperature change amount (Δt) in FIG. 3 is obtained, the items (2) and (3), that is, the temperature change amount for 1 second (unit time) shown in FIG. It was considered as a balance between “amount of heat per second due to absorption of solar radiation energy” and “amount of heat released per second due to temperature difference of outside air and surrounding wind”.
However, in the solar cell temperature characteristic simulator of one embodiment, the amount of heat due to “Joule heat generated from the module resistance by the generated current (I)” in the solar cell module M is considered as item (1).
[0022]
Here, the amount of heat as heat generated by absorption of the amount of solar radiation (sunlight energy) of item (2) is generated by absorbing particularly the long wavelength component of the solar radiation energy as heat.
Then, the absorbed heat amount calculation unit 1 calculates the amount of heat generated by the solar radiation energy by multiplying the incident incident solar radiation amount by the absorption rate.
Further, the temperature difference from the outside air of item (3) and the amount of heat radiated by the surrounding wind are calculated in the radiant heat amount calculation unit 3 by the following formula.
That is, the amount of heat radiated by the temperature difference from the outside air of item (3) and ambient wind is due to forced convection heat transfer, and the amount of radiated heat radiated into the air is Newton's cooling law, It is represented by the following formula (5).
[0023]
If the amount of radiant heat is qc,
qc = αc · (θ−θf) (5)
αc = 5.8 + 3.9v (v ≦ 5 m / s)
αc = 7.1v^0.78 (V> 5m / s)
It is expressed.
Where, θf: outside air temperature (° C.), θ: solar cell temperature (° C.), v: wind speed (m / s), αc: forced convection heat transfer coefficient (Eurges's experimental formula)
[0024]
Further, the amount of heat generated by the “joule heat generated from the module resistance by the generated current (I)” in the solar cell module M is “Rs · I” based on the resistance value Rs of the module resistance and the square of the generated current I.²”Is required.
In the conventional example, the amount of heat generated by the Joule heat described above is not taken into account in the change in the temperature of the solar cell, and the amount of heat generated by the Joule heat is included in the amount of heat generated by solar radiation energy to obtain the absorption rate of the solar cell. Therefore, it is considered that a large error occurs in the simulation value of the temperature change of the solar cell.
[0025]
That is, as shown in FIG. 6, the change in the amount of heat of the solar cell for 1 second (left side) is obtained by multiplying the changed temperature of the solar cell for 1 second by the specific heat of the solar cell module.
On the right side of FIG. 6, the first term is (1) the amount of heat generated per second due to the Joule loss (generation of Joule heat) described above, and the second term is (2) the amount of incident solar radiation (incident energy). The amount of heat generated in 1 second by absorption of solar radiation energy multiplied by the absorption rate, and the third term is the amount of heat released in 1 second due to temperature difference from ambient air and ambient wind.
[0026]
Therefore, when obtaining the absorption rate in consideration of Joule loss, the configuration shown in FIG.
And the absorption factor calculation part 2 performs the calculation corresponding to the formula of FIG. 7, and calculates | requires the absorption factor of a solar cell module.
That is, the absorption rate is calculated from the value obtained by adding the amount of heat obtained by multiplying the changed temperature of the solar cell for 1 second by the specific heat of the solar cell module and the amount of heat of the above (3) in the absorption rate calculation unit 2. The amount of heat due to Joule loss of 1 ▼ can be subtracted, and this subtraction result can be obtained by dividing by the amount of incident solar radiation for 1 second.
[0027]
In this way, once the absorption rate calculation unit 2 obtains the heat absorption rate for each solar cell module, it becomes possible to accurately perform the simulation of the temperature characteristics of the solar cell module thereafter.
The exact absorption rate calculation formula used in the absorption rate calculation unit 2 is the following formula (6). ε (ω) = ((5.8 + 3.9v_(t)) (θ_(t)−θf_(t)) -I_(t)・ Rs²+ C (θ_(t)−θ_(t-1)))
/ It_(t)… (6)
[0028]
Here, the above formula is applied when the wind speed v is 5 m / s or less. When the wind speed exceeds 5 m / s, it is necessary to change the first term of the numerator on the left side according to the equation (5).
In equation (6), ε (ω) is the absorption rate, and It_(t)Is the solar radiation intensity (incident solar radiation) and θf_(t)Is the outside temperature and θ_(t)Is the temperature of the solar cell module and v_(t)Is the wind speed, I_(t)Is the generated current of the solar cell module M, t is the time, and Rs is the module resistance of the solar cell module.
[0029]
Each numerical value of the equation (6) used to calculate the absorption rate ε (ω) used in the absorption rate calculation unit 2 is measured at predetermined time intervals (for example, in units of 1 second) by the measuring device shown in FIG.
In FIG. 8, the measuring device 50 includes a wind speed v output by the anemometer 20 at each time._(t)Is measured, and the amount of solar radiation It received on the light receiving surface output from the pyranometer 21_(t)The value of the outside temperature θf is measured by the thermocouple 24_(t)And the temperature θ of the solar cell module is measured by the thermocouple 25._(t)Of the generated current I by the shunt resistor for current measurement._(t)And the measured values are output to the absorptance calculating unit 2.
[0030]
Here, the electronic load 26 adjusts the output voltage of the solar cell module M so that the generated power of the solar cell module M always becomes the maximum value (maximum output point) at that time. Control.
Then, the absorptance calculation unit 2 calculates the amount of solar radiation It obtained_(t)Wind speed v_(t), Outside temperature θf_(t), Solar module temperature θ_(t), Generation current I_(t)Based on (generated current I), the absorption rate ε (ω) is obtained by the equation (2).
[0031]
Here, as shown in FIG. 8, the absorptance calculating unit 2 obtains an average value of the absorptance measured at each time, and uses this average value as the final absorptance ε (ω) to calculate the absorbed heat amount. Output to part 1.
At this time, the absorption heat amount calculation unit 1 stores the absorption rate ε (ω) input from the absorption rate calculation unit 2 in the database 6 in association with each solar cell module.
[0032]
Next, when the amount of heat absorbed by the solar cell module is obtained by simulation, the absorption heat amount calculation unit 1 reads the absorption rate ε (ω) of the corresponding solar cell module from the database 6 and reads the absorption rate ε (ω ) To start the simulation.
At this time, the absorbed heat amount calculation unit 1 stores in the database 6 every predetermined time range of an average day of the season in which the simulation is performed (for example, 7 am to 8 am, 8 am to 9 am, etc.). Of solar radiation It set to every hour_(t)Is read out and this amount of solar radiation It_(t)Is multiplied by the absorption rate ε (ω) and the solar radiation energy at each time (for example, time per second, which is the unit of time of calculation, 8: 10: 2 after 8:10:01) Calculate the amount of heat.
[0033]
Further, the absorption heat amount calculation unit 1 is “I_(t) ²・ Rs_(t)The Joule heat is calculated from the formula
Here, the absorbed heat amount calculation unit 1 generates the generated current I corresponding to the temperature of the solar cell module before sunrise at the start of the simulation._(t)Is read from the database 6 and the generated current I_(t)Is used as an initial value to determine Joule heat.
Thereafter, the heat absorption amount calculation unit 1 generates the generated current I for each time range calculated based on the temperature obtained from the simulation in the temperature calculation unit 5._(t)Thus, the Joule heat for each time is obtained.
[0034]
At this time, the power generation amount correction unit 5 generates the power generation current I depending on the temperature of the solar cell module according to the above-described equations (1), (3), and (4)._(t)Obtain (generated current I).
Further, the temperature correction unit 3 stores in the database 6 the outside air temperature θf set for each predetermined time range (for example, every hour) of the average day of the season in which the simulation is performed._(t)And wind speed v_(t)Is used to calculate the amount of radiant heat qc using equation (5).
[0035]
Then, the temperature correction unit 3 performs the absorption heat amount “ε” calculated by the absorption heat amount calculation unit 1 based on the generated current I obtained by the power generation amount correction unit 5 at every predetermined time (for example, in units of one second). (ω) ・ It_(t)And Joule heat "I"_(t) ²・ Rs_(t)The radiant heat quantity qc is subtracted from the result of adding “”, and the resulting heat quantity balance is output to the temperature calculation unit 5.
And the temperature calculation part 5 integrates the said calorie | heat amount balance input for every said time range, and changes "C ((theta) of the calorie | heat amount for every time range of a solar cell module"._(t)−θ_(t-1)) ”.
[0036]
That is, the temperature calculation unit 5 calculates the following equation (7) based on the calculation results of the absorption heat amount calculation unit 1, the radiant heat amount calculation unit 3, and the temperature change calculation unit 4.
C (θ_(t)−θ_(t _- ₁₎) ＝ ∫ [ε (ω) It_(t)+ I_(t) ²Rs_(t)−αc (θ−θf)] dt (7)
Here, C is specific heat.
Thereby, the temperature calculation part 5 integrates the heat amount change input for every time for every time range, and the temperature change amount ΔT for each time range (that is, (θ_(t)−θ_(t _- ₁₎)) Is obtained by dividing the left side by the specific heat C.
Then, the temperature calculation unit 5 calculates the temperature of the solar cell module for each time range by sequentially adding the obtained temperature change amount ΔT to the temperature of the immediately preceding time range.
[0037]
Then, the power generation amount correction unit 5 is configured to calculate each time range obtained by the temperature correction unit 3 from the time range after sunrise with respect to the reference power generation current I calculated by the reference current calculation unit 4 based on the formula (1). Is set to an arbitrary temperature T1, and the current and voltage are corrected using the equations (3) and (4), so that the power generation amount of the solar cell module M at each time (the power generation current I and the voltage value at that time) ).
Then, the temperature correction unit 3 sequentially subtracts the radiant heat amount from the added value of the Joule heat calculated by the absorbed heat amount calculation unit 1 based on the generated current I calculated by the power generation amount correction unit 5 and the absorbed heat amount by solar radiation energy. Thus, the temperature of the solar cell module M in each corresponding time range is calculated as described above.
[0038]
That is, in the solar cell power generation amount simulator of the present invention, the temperature correction unit 3 and the power generation amount correction unit 5 mutually calculate the temperature of the solar cell module and the generated current I of the solar cell module in the current time range obtained from each other. , The temperature of the solar cell module M and the generated current of the solar cell module M in the next time range are sequentially calculated.
[0039]
The solar cell power generation amount simulator of the present invention described above calculates the solar energy module's solar energy absorption rate in consideration of Joule heat, and Joule heat itself is also taken into account as a correction for the amount of absorbed heat. As shown in FIG. 10, the temperature change in a state corresponding to the above can be obtained as a temperature change characteristic substantially similar to the actually measured temperature of the solar cell module.
[0040]
And since the temperature change of a solar cell module can be correctly calculated for every time by using the corresponding battery power generation amount simulator of this invention, the simulation of the power generation amount of a solar cell module can be performed correctly. effective.
That is, the solar cell power generation amount simulator of the present invention calculates the temperature change of the solar cell module in a state corresponding to the season and the weather, and based on the temperature of the solar cell module M in each time range obtained thereby, each time Since the generated current I of the solar cell module M is accurately obtained by the formulas (3) and (4) (correction formula based on temperature) and the temperature of the solar cell module M is accurately calculated corresponding to the generated current I, By substituting the obtained temperature of the solar cell module as an arbitrary temperature T1 in the equations (3) and (4) in the next time range, it becomes possible to calculate an accurate power generation amount sequentially.
[0041]
Next, a program executed by the computer according to the embodiment of the present invention will be described.
The program executed by the CPU of the computer system in the solar cell temperature characteristic simulator that simulates the temperature characteristic of the solar cell module in FIG. 1 constitutes a program according to the present invention.
[0042]
As a recording medium for storing this program, a magneto-optical disk, an optical disk, a semiconductor memory, a magnetic recording medium, and the like can be used, and these are configured as a ROM, a RAM, a CD-ROM, a flexible disk, a memory card, and the like. May be used.
[0043]
In addition, the recording medium can store a program for a certain period of time, such as a volatile memory such as a RAM in a computer system serving as a server or a client when the program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. The thing to hold is also included.
[0044]
The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. The transmission medium refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line.
[0045]
The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, what is called a difference file (difference program) may be sufficient.
[0046]
Therefore, even if this program is used in a system or apparatus different from the system or apparatus of FIG. 1 and the computer of the system or apparatus executes this program, the functions equivalent to the functions and effects described in the above embodiments are also provided. And the effect of the present invention can be achieved.
[0047]
As mentioned above, although one embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. Are also included in the present invention.
[0048]
【The invention's effect】
According to the solar cell power generation amount simulator of the present invention, in consideration of Joule heat, the solar energy module's solar energy absorption rate is obtained, the absorbed heat amount is obtained based on this absorption rate, and the solar cell module generates heat. Since the heat itself is also taken into account as a correction for the amount of absorbed heat, the temperature change in a state corresponding to the season and the weather can be obtained as a temperature change characteristic almost similar to the actually measured temperature as shown in FIG. it can.
[0049]
Further, the solar cell power generation amount simulator of the present invention calculates the temperature change of the solar cell module in a state corresponding to the season and the weather, and based on the temperature of the solar cell module M in each time range obtained thereby, each time Since the generated current I of the solar cell module M is accurately obtained by the formulas (3) and (4) (correction formula based on temperature) and the temperature of the solar cell module M is accurately calculated corresponding to the generated current I, By substituting the temperature of the obtained solar cell module as an arbitrary temperature T1 in the equations (3) and (4) in the next time range, it becomes possible to calculate an accurate power generation amount sequentially.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a solar cell power generation amount simulator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an IV curve calculated by a solar cell power generation amount simulator (horizontal axis: output voltage value V of solar cell, vertical axis: power generation current I of solar cell).
FIG. 3 is a conceptual diagram showing the time change of the temperature of the solar cell module.
FIG. 4 is a diagram showing a concept of a temperature change amount in one second in a solar cell module.
FIG. 5 is a conceptual diagram showing an outline of calculation of the temperature of the solar cell module.
FIG. 6 is a diagram showing a concept of an expression for obtaining an absorption rate of solar energy incident on a solar cell module. .
FIG. 7 is a diagram showing a concept of an expression for obtaining an absorption rate of solar energy incident on a solar cell module.
FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating the configuration of a measurement system that performs measurement of data necessary for obtaining the absorption rate of solar radiation incident on a solar cell module.
FIG. 9 is a diagram showing the absorption rate at each time obtained by the absorption rate calculation unit 2 in FIG. 1;
FIG. 10 is a diagram comparing a temperature change for each time based on a calculation result of the solar cell power generation characteristic simulator of the present invention and a temperature change for each time of an actually measured solar cell module.
FIG. 11 is a diagram showing an equivalent circuit of a solar cell that is the basis of equation (1).
[Explanation of symbols]
1 Absorption calorie calculation part
2 Absorption rate calculator
3 Temperature correction part
4 Reference current calculator
5 Power generation correction part
6 Database
20 Anemometer
21 pyranometer
22 Photosensitive surface of solar cell
23 Shunt resistor for current measurement
24, 25 Thermocouple
26 Electronic load
50 measuring instrument
M solar cell module

Claims

In the solar cell power generation amount simulator that calculates the power generation amount of solar cells corresponding to the surrounding environment,
Based on the reference temperature and the solar radiation energy to be evaluated, generated current calculating means for calculating the generated current of the solar cell for each output voltage,
Temperature calculation means for obtaining the temperature of the solar cell from the ambient temperature to be evaluated, the wind speed of the solar cell and the solar radiation energy;
A power generation amount correction calculating means for correcting the generated current and the output voltage based on the temperature, and
The solar cell power generation simulator characterized in that the temperature calculating means corrects the temperature of the solar cell determined by the ambient temperature, the wind speed and the solar radiation energy using Joule heat generated by the generated current of the solar cell. .

2. The solar cell power generation amount simulator according to claim 1, wherein the temperature calculation unit calculates an amount of heat generated by the solar radiation energy using an absorptance corrected by the Joule heat.

In the calculation method of the solar cell power generation amount that calculates the power generation amount of the solar cell corresponding to the surrounding environment,
Based on the reference temperature and the solar radiation energy to be evaluated, the generated current calculation means calculates the generated current of the solar cell for each output voltage,
A temperature calculating process in which the temperature calculating means obtains the temperature of the solar cell from the ambient temperature to be evaluated, the wind speed of the wind hitting the solar cell, and the solar radiation energy;
A power generation amount correction calculating means includes a power generation amount correction calculation process for correcting the power generation current and the output voltage based on the temperature,
In the temperature calculation process, the temperature calculation means corrects the temperature of the solar cell obtained from the ambient temperature, the wind speed, and the solar radiation energy by using Joule heat generated by a power generation current of the solar cell. To calculate the amount of solar cell power generation.

A solar cell power generation amount calculation program for operating the solar cell power generation amount simulator of claim 1 and calculating a solar cell power generation amount,
The generated current calculation means calculates the generated current of the solar cell for each output voltage based on the reference temperature and the solar radiation energy to be evaluated,
A temperature calculation means for calculating the temperature of the solar cell by the ambient temperature to be evaluated, the wind speed of the wind hitting the solar cell, and the solar radiation energy; and
A power generation amount correction calculating means includes a power generation amount correction calculation process for correcting the generated current and the output voltage based on the temperature,
In the temperature calculation process, the temperature calculation means corrects the temperature of the solar cell determined by the ambient temperature, the wind speed, and the solar energy by using Joule heat generated by the power generation current of the solar cell. Calculation program for solar cell power generation.