太陽光評価・標準研究チーム

研究背景

再生可能エネルギーの主力電源化に向けた取り組みとして、太陽光発電の更なる利用拡大や自立した長期安定的電源化が推進されています。
この取り組みの中で、太陽光発電・太陽電池技術開発では、従来の住宅屋根設置や大規模発電所に加え、新市場となる従来設置されてこなかった場所への設置を可能とする新構造・高効率な新型太陽電池の研究開発が精力的に進められています。

研究目標

太陽光評価・標準研究チームでは、太陽光発電の主要素子である太陽電池の評価・標準に関する校正技術・性能評価技術、また、新型太陽電池の信頼性評価の基盤となる劣化分析技術・耐久性評価技術に関する研究開発を実施し、我が国太陽電池産業の国際競争力強化、新型太陽電池の実用化促進と大量導入に貢献することを目的とします。

研究概要

太陽電池の価値に直結する基準太陽電池校正技術、太陽電池性能評価技術、屋外設置環境における太陽電池モジュールの性能・発電量評価技術の開発を推進し、太陽電池の評価・標準の高精度化およびトレーサビリティ体系の維持・普及促進を図ります。
国内・国外の校正・評価試験機関と技能試験・国際比較測定等を実施し、開発した技術の国際的整合性の検証・維持を図るとともに、基準太陽電池の校正サービス・各種太陽電池の性能評価測定等を通じた技術の普及・活用を進めています。
合わせて開発した技術のJISやIEC規格への標準化にも積極的に貢献します。

また、ペロブスカイト太陽電池などの次世代型太陽電池の早期実用化に向けて、劣化機構の解明など、耐久性や信頼性の評価に資する分析技術・試験手法の開発も進めています。

当チームはつくばセンター（茨城県つくば市）と九州センター（佐賀県鳥栖市）を拠点に、以下の研究開発課題に取り組んでいます。

基準太陽電池校正技術の高度化

太陽電池の発電性能を評価する際の自然太陽光やソーラシミュレータ光の放射照度をSI単位系にトレーサブルに測定するための基準太陽電池について、その校正技術に係る研究開発と、関連する計測・評価装置の開発、その実用化を進めています。
また、国際比較測定や技能試験を積極的に実施し、基準太陽電池の標準としての国際整合化を推進しています。

新型太陽電池の高精度性能評価技術の開発

太陽電池の性能評価技術として、通常の性能表示値に用いられている標準試験条件／Standard Test Conditions（STC）（分光スペクトルAM1.5G、放射照度1 kW/m²、太陽電池温度25℃）での性能はもちろん、実使用時に重要な様々な温度・照度での発電特性を高精度に性能評価する技術の研究開発を行っています。
開発した評価技術を活用し、新開発される各種新型太陽電池（新型結晶シリコン・III-V・CIGS・ペロブスカイト、単接合型・多接合型、集光型等）の高精度性能評価測定を実施しています。
また、曲面追従（曲面形状）モジュールの性能評価技術の開発にも取り組んでいます。

ペロブスカイト太陽電池の耐久性試験・劣化分析評価技術の開発

ペロブスカイト太陽電池などの次世代型太陽電池について、実用化に資する信頼性評価試験の基盤となる、耐久性試験方法および劣化分析評価技術の開発を進めています。
ペロブスカイト太陽電池（セル、モジュール）の性能を定量化し、電力損失と劣化を正確に測定する特性評価プロトコルの開発、プロトコル試験の実施および検証により、初期故障（5～10年）や劣化率の予測、劣化モードを特定する加速劣化プロトコルの開発に取り組んでいます。

屋外環境における太陽電池モジュールの高精度性能評価技術の開発

太陽光発電の運用・保守点検（O&M）に利活用可能な屋外自然太陽光下での高精度かつ低コストな性能評価技術の開発が求められています。
その基盤技術となる太陽電池モジュールの屋外高速高精度性能評価技術や非接触電位測定等の新測定技術の開発に取り組んでいます。

屋外曝露太陽電池モジュールの発電量評価技術の開発（九州センター）

九州センターには、約70kW相当（約100kWまで拡張可能）の太陽電池モジュール長期曝露設備を設けています。
実環境性能評価には屋外でのデータ取得が必須ですが、特に新型太陽電池ではデータが不足しています。
屋外曝露設備では、各種太陽電池モジュールの電流-電圧特性データを10分毎に取得し、日射量や気候のデータも用いて、長期にわたる発電性能の変化を解析しています。

基準太陽電池の最高校正能力の向上

基準太陽電池の一次校正技術に関して、最高校正能力を示す校正不確かさをこれまでの認定値0.72％（包含係数k=2）から0.44%（k=2）へと大幅に低減しました。
校正値と不確かさ評価の妥当性は、世界太陽電池標準スケール（WPVS）根幹ラボとの国際比較により、継続的に検証しています。

高精度絶対放射計の開発

高安定かつ高速な絶対放射計測技術を開発しました。
世界気象機構（WMO）が開催した世界直達日射比較（IPC-XIII）に参加し、世界基準器群（WSG）と開発した国産絶対放射計の差が0.1％以内であることを検証しました。

基準太陽電池一次校正に係る試験所認定（ISO/IEC 17025認定）の更新

基準太陽電池セルの一次校正機関としての国際MRA対応認定の定期検査を受け、最高校正能力0.44％（k=2）として再認定されました（ASNITE 0021 C）。

ペロブスカイト太陽電池の高精度性能評価測定

ペロブスカイト太陽電池の発電性能評価測定として、電流-電圧（I-V）特性と最大電力点追従制御（MPPT）を組み合わせた高精度性能評価測定技術を開発しました。

ペロブスカイト太陽電池の劣化診断手法の開発

ペロブスカイト太陽電池において、過渡イオン移動電流測定と光サイクル試験を使用した劣化診断手法を開発しました。
ペロブスカイト太陽電池の可動イオン誘起劣化について、簡単で非破壊的な診断手法を提供します。

太陽電池モジュールの高精度屋外連続監視技術の開発

太陽電池モジュール型照度センサ（PVMS）を使用した屋外連続監視技術（ I_mpV_mp システム）を開発しました。
高効率系を含む結晶シリコン系太陽電池アレイに適用し、屋外MPPT動作環境下において、発電特性（ P_max ）の測定再現性±1％以内を確認しました。

太陽電池モジュールの発電量評価技術の開発

各種太陽電池モジュールの発電量評価を実施し、結晶シリコン系およびヘテロ接合系太陽電池モジュールの経年劣化を加味した推定発電量において、±2%以内の精度で推定する技術を開発しました。
2016年からはPERC太陽電池モジュールの屋外曝露も開始し、高効率結晶Si系太陽電池モジュールを中心に発電量ならびにモジュールの特性評価を継続しています。（九州センター）

基準太陽電池セル校正設備

太陽電池性能評価実験装置・実験設備（Ⅰ）

太陽電池性能評価実験装置・実験設備（Ⅱ）

太陽電池の環境負荷試験装置

太陽電池モジュール屋外実験装置

太陽電池モジュール長期屋外曝露設備