子供の自由研究用に太陽電池特性の評価を手伝いました。
基本を学ぶために、電子負荷ではなく抵抗アレーを作ってIV特性を測定評価しました。抵抗アレー、角度可変のできる太陽電池パネル、テスター、ミノムシクリップケーブルを用意します。


抵抗アレーです。端子は銅くぎを使用。


太陽電池パネル。単結晶シリコンの3セルモジュールです。
角度可変スタンドはスマホ用ジャンクを使用。


モジュールを太陽に向けているところ。


測定したIV特性です。負荷抵抗を順次変えて、電流・電圧を記録します。プロットから、最大出力0.43W、最適負荷5.1Ω程度であることが分かります。

5月、11時頃


受光時のモジュール温度上昇による出力低下です。結構、低下します。温度上昇によりシリコンセルのバンドギャップが低下するためです。


角度・方位依存性です（5月の朝8時頃）。
朝でも太陽を追尾すれば、ピーク出力は昼間と変わらないことがわかります。
ただし、一般家庭で追尾はできないので、通常は年間平均出力が最大となる配置にします（南向きで仰角30度くらいが好ましい）。この関係は、シミュレーションが可能で、NEDO（http://www.nedo.go.jp/library/shiryou_database.html）が各種ツールを提供しています。


角度・方位依存性です（5月の昼、12時頃）。


鏡での反射実験。光量が確保できれば、反射光でも直達光と同じ出力が得られることが分かります。



鏡反射実験の時の影。

太陽が雲に隠れた場合（写真）の出力は0.045Wで直前の出力0.39Wの1/8にまで低下しました。太陽パワー恐るべし。
 

 

使用した太陽電池の面積は37.5cm2（セル部分のみ）、最大出力が0.435W、太陽光のエネルギー密度は0.1W/cm2なので、変換効率は11.6%となります（0.435 ／ 37.5／ 0.1 × 100 ＝　11.6 （％） ）。通常の単結晶シリコン太陽電池のモジュール変換効率（15％程度）より低いのは、使用した太陽電池が模型用で配線抵抗が高く（これが一番影響する）、また表面反射が大きいため（反射防止処理が無くつるつるしている）と思われます。
ＦＦ（曲線因子）特性を出すと分かり易いのですが、ここまで言及すると子供の自由研究の範囲を逸脱するので触れていません。

たまには役に立つこともやるというお話しでした。