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

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

Te

m

p

e

ra

tu

re

 (

℃

)

Irradiance (kW/m

2

₎

2017/8/13

2017/12/20

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 Irr adiance  (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 Irr adiance  (kW/m 2) Time ( h:m )

2017/8/13

2017/12/20

0

1

2

3

4

5

6

0

10

20

30

Cu

rr

ent

 (A)

Voltage (V)

太陽電池の屋外での動作状態

STC

‐4

‐2

0

2

4

6

8

10

0

10

20

30

Curr

en

t 

(A)

Voltage (V)

T

₁

T

₂

(V

₁

,I

₁

)

(V

₂

,I

₂

)

I

I

V

‐4

‐2

0

2

4

6

8

10

0

0.2

0.4

0.6

0.8

C

urrent

(

A)

Voltage per cell (V)

STC  N15B05

STC  N16C03

STC SCSI002

STC NE132AR

STC  N15A01

STC  N16D03

STC 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.

‐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

Rela

tiv

e

TC

at

2

5

ºC

(%/

K)

Voltage per cell (V)

1kW/m2 25‐65C N15B05 1kW 25‐65C N16C03 1kW/m2 25C‐65C SCSI002 1kW 25‐65C NE132AR 1kW/m2 25‐65C N15A01 I kW 25‐65C N16D03 1kW 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.

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

E

g

: バンドギャップ

nE

_g

/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

g

rel

nE

V

V

TC

V

T

T

T

q













_

_



_



_









v



‐4

‐2

0

2

4

6

8

10

0

0.2

0.4

0.6

0.8

C

urrent

(

A)

Voltage per cell (V)

STC  N15B05

STC  N16C03

STC SCSI002

STC NE132AR

STC  N15A01

STC  N16D03

STC HIP

1kW/m2 20‐65C PVMC5 0.9kW/m2 25‐65C HIP‐210NKH 1kW/m2 25‐65C N16D03 1kW/m2 25‐65C NE132AR 1kW/m2 25‐65C N16C03

各種市販モジュールの温度係数仕様（V

_oc

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

te

m

perat

ur

e

co

ef

ficien

t β

(%/

K

)

Voc per cell (V)

(V-nEg/q)/VT Kyocera mc-Si Mitsubishi sc-Si Jinko mc-Si Jinko PERC JA mc-Si JA sc-Si & PERC Trina mc-Si Trina sc-Si & PERC Canadian PERC Sunpower BSC Panasonic HIT measured TC measured TC (HIT) measured TC

〇Sharp multi c-Si

NE-132AR_1 (NE-132AR)

〇Sharp single c-Si

SCSI002 (NT-84L5H)

〇KIS single c-Si

N16D02 (GT85F)

〇Kyocera multi c-Si

N15B05 (KJ210P-3DD4CG)

〇Mitsubishi single c-Si

N15A01 (PV-MA1820LW-1) 〇Mitsubishi PERC N17F01 (PV-MA1950MW) 〇Sunpower BSC N16C03 (SPR-250NE-WHT-J) 〇Panasonic HIT HIP (HIP-210NKH5) 〇Panasonic HIT K16E03 (VBHN250WJ01)

2

1

1

2

1

1

1

1

1

1

g

rel

nE

V

V

TC

V

T

T

T

q













_

_



_



_









v



Eg = 1.12 eV

n = 1.0

n = 1.1

n = 1.2

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. Photovoltaics, 8-1 (2018) 48-53.





_





















q

nE

N

V

T

T

T

V

V

₁

c

g

1

1

2

1

2

1



2

1



1

2

I

T

T

I











本研究（

pn接合の理論式に整合）

.

exp

exp

exp

0











































_





















q

nE

V

nkT

q

A

I

kT

E

nkT

qV

A

I

nkT

qV

I

I

I

g L g L L

pn接合のIV特性 (Schockley: 1949)













_









q

nE

V

T

T

V

1

g

温度で微分

V

_oc

については既知の関係

本研究：他のVに拡張可能

T

J

qJ

AkT

T

E

mq

A

nq

AkT

mq

AE

V

T

T

V

_sc sc g g oc oc



































1

3

J. C. C. Fan et al. 1986

T

q

kT

V

q

E

T

V

oc g oc















_{M. Green 1982}

nE

_g

/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（

R

_s

=0）で説明できる

（応用例）屋外IV特性を25℃に補正

V

_oc

P

_max

/G

V

_oc

P

_max

/G

2 1 1 2 1 1 1

1

1

1

g rel

nE

V

V

TC

V

T

T

T

q













_

_



_



_









v



＋日射変動フィルタ

計測値

補正後

ܫ ൌ ܫ

_݌݄

െ ܫ

₀

ቈ݁ݔ݌ ቆ

ݍሺܸ ൅ ܴ

ݏ

ܫሻ

݊݇ܶ

ቇ െ 1቉ െ

ܸ ൅ ܴ

_ݏ

ܫ

ܴ

_ݏ݄

（考察）なぜ

R

s = 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*T

C

  per

 cell

 (V)

Voltage 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*T

C

  per

 cell

 (V)

Voltage 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*T

C

  per

 cell

 (V)

Voltage per cell (V)

0.17 

0 

1.7, -5mV

‐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*T

C

  per

 cell

 (V)

Voltage per cell (V)

0.17 

0 

1.7 , -10 mV

1.7 , -5 mV

R

_s

等のパラメータに電圧依存性を仮定すると実測と合う！









_

_

0

exp

exp

exp

.

g

g

s

s

sc

sc

sc

s

E

nE

q V

R I

q V

R I

q

I

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

Cur

re

n

t 

(A)

Voltage (V)

4

4.2

4.4

4.6

4.8

5

0.5

0.52

0.54

0.56

0.58

0.6

Rs

  per

 ce

ll 

(m



)

Voltage per cell (V)

R

_s

の電圧依存性（結晶シリコンモジュール）

*

*

R

_s

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

R

_s

は実際に電圧によって変化

_*

直列抵抗

R

_s

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

Cur

re

n

t 

(A)

Voltage (V)

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

0.5

0.52

0.54

0.56

0.58

0.6

Rs

  per

 ce

ll 

(m



)

Voltage per cell (V)

*

R

_s

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

R

_s

は実際に電圧によって変化

_*









_

_

0

exp

exp

exp

.

g

g

s

s

sc

sc

sc

s

E

nE

q V

R I

q V

R I

q

I

I

I

I

A

I

A

V

R I

nkT

nkT

kT

nkT

q

























_

_





_



_





_

_





_

_





















（考察）セル全体のlumped

R

s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

busbar

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0.2 0.4 0.6 Cur re n t  (A) Voltage (V) 2 mohm 4 mohm 5 mohm 8 mohm 10 mohm average 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 Curr ent  (A ) 2 mohm average 4 mohm 5 mohm 8 mohm 10 mohm

4.5

5

5.5

6

6.5

7

0.55

0.6

0.65

Rs

  per

 cell

 (m



)

Voltage per cell (V)

シミュレーション例：

R

_s

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 Curr ent  (A ) Voltage (V)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0.2 0.4 0.6 Curr ent  (A ) Voltage (V) 2.5 mohm 1sun 0‐10 mohm

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 Cur re n t  (A) 2.5 mohm 1sun 0‐10 mohm 0 2 4 6 8 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Curr ent  (A ) Voltage (V)

3

3.1

3.2

3.3

3.4

3.5

3.6

3.7

3.8

3.9

4

0.55

0.6

0.65

Rs

  per

 cel

l (m



)

Voltage per cell (V)

・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。}

・R

_s

≠ 0のデバイスでも成立（汎用性）。R

_s

*の電圧依存。

・セル内の面内不均一性（電位、R

_s

）を考慮すると、セル全体と

してのR

_s

*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

g

rel

nE

V

V

TC

V

T

T

T

q













_

_



_



_









v



*セル全体の

R

sの値は2照度法で求めた値で定義