JP4973479B2

JP4973479B2 - 擬似太陽光照射装置

Info

Publication number: JP4973479B2
Application number: JP2007324304A
Authority: JP
Inventors: 麻紀竹永; 正樹金井; 茂法小林
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2027-12-17
Also published as: JP2009145254A

Description

本発明は、擬似太陽光を照射する擬似太陽光照射装置に関する。

太陽電池の光電変換特性などの、各種太陽エネルギ利用機器の性能測定及び加速劣化試験のために、自然太陽光のスペクトル分布を再現した擬似太陽光を、被照射体に照射する擬似太陽光照射装置が知られている。
この種の擬似太陽光照射装置においては、キセノンランプ等の光源を箱体の中に設置し、箱体の放射面に光学フィルタを設けて擬似太陽光を放射する照射ボックスが用いられており、この照射ボックスの中に光源を挟んだ形態で反射板を設けて装置の小型化及び低コスト化を図ったものが知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、照射ボックスの中に上下に対向して反射板を設けるため、その分メンテナンス作業が大変になる。そこで、近年では、照射ボックスの放射面に対向して光拡散性を有する反射板を配置し、この反射板の反射光を被照射体に照射する、拡散光照射方式の擬似太陽光照射装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−２９６３１９号公報特開２００３−２８７８５号公報

しかしながら、拡散光照射方式の擬似太陽光照射装置においては、照射箱からの放射光が被照射体に直接照射される事はなく、反射板で反射拡散された反射光のみが照射される。このため、光源の利用効率が悪く、所望の照度を得るためには、より出力の高い光源を用いる等の対策が必要となっていた。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、光源の利用効率を高め、より高い照度を得ることができる擬似太陽光照射装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、線状光源を収容し、上面及び下面に放射面が形成され各放射面に光学フィルタが設けられた擬似太陽光照射ボックスを有し、前記擬似太陽光照射ボックスの上面の放射面に対向させて被照射体の被照射面を配置すると共に、前記擬似太陽光照射ボックスの下面の放射面に対向させて前記線状光源に沿って延びる反射面を設け、前記擬似太陽光照射ボックスの上面の放射面から前記被照射面に向けて擬似太陽光を直接照射すると共に、前記上面の放射面からの擬似太陽光照射において照度が他の箇所よりも不足している箇所の照度を補うべく当該箇所に向けて、前記擬似太陽光照射ボックスの下面の放射面からの擬似太陽光を反射して前記被照射面を照射する前記反射面を設け、前記反射面は、前記擬似太陽光照射ボックスの直下の面が前記線状光源の長手方向に直交する方向の前記被照射面の端部を照射し、前記擬似太陽光照射ボックスの直下から遠い面が前記擬似太陽光照射ボックスの直上の前記被照射面の箇所を照射することを特徴とする擬似太陽光照射装置を提供する。

また本発明は、上記擬似太陽光照射装置において、前記反射面を、独立して反射角度が調整可能であり前記線状光源の長手方向に沿って延在する複数の反射板を並設して構成すると共に、前記上面の放射面からの擬似太陽光照射において照度が他の箇所よりも不足している箇所に対して複数の前記反射板による反射光を照射することを特徴とする。

また本発明は、上記擬似太陽光照射装置において、前記線状光源の長手方向に沿った前記擬似太陽光照射ボックスの長手方向に沿った両側面からの光の出射を遮蔽する遮蔽部材を備えたことを特徴とする。

また本発明は、上記擬似太陽光照射装置において、前記擬似太陽光照射ボックスの中に複数の前記線状光源を各々の間に所定の間隙を設けて略同軸に配置し、前記擬似太陽光照射ボックスの上面の放射面からの擬似太陽光を前記被照射面に照射した際に、当該擬似太陽光の照射により複数の前記線状光源の長軸方向において照度が略一定になる距離だけ前記擬似太陽光照射ボックスを前記被照射面から離間した位置に配置したことを特徴とする。

本発明によれば、擬似太陽光照射ボックスの上面の放射面から被照射面に向けて擬似太陽光を直接照射すると共に、前記上面の放射面からの擬似太陽光照射において照度が他の箇所よりも不足している箇所の照度を補うように擬似太陽光照射ボックスの下面の放射面からの擬似太陽光を反射面で反射して照射する構成としたため、直接光と反射光との両方の光が被照射面に照射されるので、光源の利用効率を高め、被照射面において、より高い照度を得ることができる。
これに加え、直接光の照射によって被照射面に生じた照度むらを補うように反射光が照射されるため、被照射面における照度むらを抑制することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る擬似太陽光照射装置１の構成を模式的に示す縦断面図である。
擬似太陽光照射装置１は、複数の角柱状のフレーム２を組んで構成された格子状の枠体４を有している。この枠体４は、本実施形態では、長さが略２３００ｍｍ、幅が略１３００ｍｍ、高さが略１１８０ｍｍの寸法に構成されている。この枠体４の長さ方向において対面する側面間に、擬似太陽光を放射する擬似太陽光照射ボックス６を渡設し、この擬似太陽光照射ボックス６の下面６Ａに対向させて反射面８を配置すると共に、擬似太陽光照射ボックス６の上面６Ｂに対向させて太陽電池パネル等の平坦な被照射面１０Ａを有する被照射体１０を配置して構成されており、枠体４の四方の各側面は遮光板（図示せず）で覆われている。
上記被照射体１０は、枠体４の上に取り付けられた試料支持枠１２に載置されることで、上記擬似太陽光照射ボックス６から所定の距離Ｌだけ離間した位置に被照射面１０Ａが配置されている。

図２は、上記擬似太陽光照射ボックス６の構成を示す図であり、図２（Ａ）は断面を模式的に示す図であり、図２（Ｂ）は平面図である。
擬似太陽光照射ボックス６は、左右の両側面２０Ａ、２０Ｂを構成する長尺の板状の一対のフレーム２４と、各フレーム２４に嵌め込まれて略平坦な上面６Ａ及び下面６Ｂを構成する２枚のＩＲカットフィルタ２６、２７と、これらフレーム２４及びＩＲカットフィルタを組み留めるＬ字金具２８を有し、幅が１０６ｍｍ程度、高さが３６ｍｍ程度の柱状に構成されており、その中に、２本の直管型のランプ（線状光源）２２、２３が収容されている。これらランプ２２、２３にはキセノンランプ等が用いられており、擬似太陽光照射時には、パルス点灯されて瞬間的に光を発する。

また擬似太陽光照射ボックス６においては、上記一対のフレーム２４が擬似太陽光照射ボックス６の長手方向の両側面２０Ａ、２０Ｂを構成することで、これら両側面２０Ａ、２０Ｂからの光の出射を遮蔽する遮蔽部材として機能し、また、対面する下面６Ａ及び上面６Ｂが光の放射面となり、該擬似太陽光照射ボックス６から放射される光が上側に向う光と下側に向う光とに２分されることになる。放射面を構成する上記ＩＲカットフィルタ２６、２７は、スペクトル分布調整用の光学フィルタであり、赤外光（熱線）をカットする特性を有する膜がコーティングされており、これらのＩＲカットフィルタ２６、２７をランプ２２、２３の放射光が透過することで各放射面からはスペクトル調整された擬似太陽光が放射される。

上記ＩＲカットフィルタ２６、２７には、図２（Ａ）に矢印Ａ及び矢印Ｂで示すような裏面反射が生じる。この結果、被照射体１０の被照射面１０Ａにおいては、擬似太陽光照射ボックス６の上面６Ｂから出射される直射光による照度分布が次のようになる。
図３は被照射面１０Ａにおける照度分布を示す図であり、図４は図３のＩ−Ｉ線上に沿った照度分布を示す図である。なお、図３に示す点Ｏは、直線状に配列したランプ２２、２３の中央の位置（ランプ２２、２３の間の間隙４２の位置）を示す。
一般的には、ランプ２２、２３の近傍が最も照度が高くなるものの、擬似太陽光照射ボックス６の各放射面においては上記のように裏面反射が生じているため、下面６ＡのＩＲカットフィルタ２７にて裏面反射した光が上面６Ｂの放射面から幅方向に拡散放射される。この結果、図３及び図４に示すように、被照射面１０Ａの直射光による照度分布は、ランプ２２、２３からみた両側にピークＰｋ１、Ｐｋ２を有し、そして各ピークＰｋ１、Ｐｋ２から幅方向に離れるにつれてなだらかに照度が低下した分布となる。このため、被照射面１０Ａでは直接光の照射だけの場合、ランプ２２、２３に直交する方向において、ピークＰｋ１、Ｐｋ２に対して照度が不足する３つの領域Ｒａ〜Ｒｃが発生することになる。

擬似太陽光照射ボックス６の下側に配置された反射面８は、上記３つの領域Ｒａ〜Ｒｃの照度不足を補うように、擬似太陽光照射ボックス６の下面６Ａの放射面からの擬似太陽光を反射して被照射面１０Ａを照射することで、上記直射光と反射光とにより図４の仮想線で示す如く被照射面１０Ａにおける照度の均一化を図るものであり、前掲図１に示すように、反射板３０を傾動自在に保持する複数の反射装置３２を有して構成されている。

図５は擬似太陽光照射装置１の擬似太陽光照射ボックス６からみて右半分を示す平面図であり、図６は擬似太陽光照射装置１の横断面を示す図である。
これらの図に示すように、上記反射板３０は、上記擬似太陽光照射ボックス６に沿って略平行に延在する表面が金属の板材であり、この反射板３０と、反射板３０を保持する保持具３１とにより上記反射装置３２が構成されている。そして、枠体４の底床４Ａ上に、複数（本実施形態では１８個）の反射装置３２が並設されることで、複数の反射板３０が敷き詰められて設けられ、これらの反射板３０により上記反射面８が形成される。

上記保持具３１は、反射板３０の傾斜角度を調節するための角度調整機構を有し、これにより、反射板３０のそれぞれを、互いに独立して光の反射角度を調整することができるようになっている。このとき、前掲図１に示すように、枠体４の幅方向における両サイドに近い幾つかの保持具３１の高さが順次高くなされており、両サイド側の反射板３０の反射光が内側の反射板３０に遮蔽されるのを防止している。

図７は、各反射板３０からの反射光の軌跡を、ランプ２２、２３からみて左半分に配置された反射板３０について示す図である。
この図に示すように、左半分の各反射板３０の反射光は、被照射面１０Ａの概ね左半分に向けて照射されており、また、図示を省略した右半分の各反射板３０の反射光の軌跡についても左半分の軌跡と擬似太陽光照射ボックス６を中心に対称になされており、被照射面１０Ａの略全面に擬似太陽光の反射光が照射される。
このとき、照度が不足する領域Ｒａ〜Ｒｃ（図７ではＲａ、Ｒｂのみ示す）ごとに、複数の反射板３０からの反射光を照射する構成としている。これにより、各領域Ｒａ〜Ｒｃに照射する反射光の照度を多段階に調整することが可能となり、各領域Ｒａ〜Ｒｃにおける照度不足に応じて精度よく反射光を振り分け、被照射面１０Ａでの均斉度が高められる。

ところで、近年の太陽電池等の大面積化に対応して被照射領域の大面積化を可能にすべく、本実施形態では、擬似太陽光照射ボックス６に２本のランプ２２、２３を同軸に配置することで全長を延長させた光源を構成している。このとき、前掲図５に示すように、擬似太陽光照射ボックス６においては、ランプ２２、２３のそれぞれの両端部に端子台４０が配設されており、このため、ランプ２２及びランプ２３の間には、端子台４０を配置するためのスペースとしての間隙４２が設けられる。
このように、ランプ２２及びランプ２３の間に間隙４２が存在すると、擬似太陽光照射ボックス６では長手方向の輝度分布において間隙４２が暗くなるため、被照射面１０Ａの直接光による照度分布においても間隙４２に対向した箇所での照度が低下する。

そこで、本実施形態では、擬似太陽光照射ボックス６を枠体４に取り付ける際に、この擬似太陽光照射ボックス６の上面６Ｂから被照射面１０Ａまでの距離Ｌ（図１）を、ランプ２２及びランプ２３の各々から上面６Ｂに向けて放射された光が拡がって間隙４２との対向箇所に到達し、ランプ２２、２３の長軸方向における照度が略一定となる程度の距離としている。
これにより、前掲図３に示すように、被照射面１０Ａの照度分布においては、ランプ２２、２３の長軸方向に沿った照度むらを防止することが可能となる。このため、ランプ２２、２３の長軸方向に沿った照度を反射光により補う必要がないため、被照射面１０Ａでの反射光による照度の補正が容易となる。

なお、前掲図３に示すように、本実施形態では、前掲図５及び前掲図６に示すように、長さ方向における両端側に向けて光を反射可能に構成された補助反射面５０が設けられている。この補助反射面５０は、例えば、擬似太陽光照射ボックス６の長さ方向における両端側での直接光の照度低下が顕著な場合に、この補助反射面５０の反射角度（傾斜角度）を調整して照度低下を補うことなどに使用可能である。

以上説明したように、本実施形態によれば、擬似太陽光照射ボックス６の上面６Ｂの放射面から被照射面１０Ａに向けて擬似太陽光を直接照射すると共に、上面６Ｂの放射面からの擬似太陽光照射において照度が他の箇所よりも不足している箇所の照度を補うように擬似太陽光照射ボックス６の下面６Ａの放射面からの擬似太陽光を反射面８で反射して被照射面１０Ａを照射する構成としたため、直接光と反射光との両方の光が被照射面１０Ａに照射されるので、ランプ２２、２３が発する光の利用効率を高め、被照射面１０Ａにおいて、より高い照度を得ることができる。
これに加え、直接光の照射によって被照射面１０Ａに生じた照度むらを補うように反射光が照射されるため、被照射面１０Ａにおける照度むらを抑制することができる。

特に、本実施形態によれば、反射面８を、独立して反射角度が調整可能でありランプ２２、２３に沿って延在する複数の反射板３０を並設して構成すると共に、被照射面１０Ａにおいて直接光照射時に照度が不足している領域Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃごとに、複数の反射板３０による反射光を照射する構成としたため、各領域Ｒａ〜Ｒｃに照射する反射光の照度を多段階に調整することが可能となり、各領域Ｒａ〜Ｒｃにおける照度不足に応じて精度よく反射光を振り分け、被照射面１０Ａでの均斉度が高められる。

また、本実施形態によれば、擬似太陽光照射ボックス６の長手方向に沿った両側面からの光の出射をフレーム２４により遮蔽する構成としたため、擬似太陽光照射ボックス６から放射される光が被照射面１０Ａに直接向う光と反射面８に向う光とに二分され、枠体４の側面等を照射し乱反射を生じるような光が抑制されるため、被照射面１０Ａでの照度むらを補うようにするための反射光の設計が容易となる。

また、本実施形態によれば、擬似太陽光照射ボックス６の上面６Ｂを被照射面１０Ａから、ランプ２２及びランプ２３の各々から上面６Ｂに向けて放射された光が拡がって間隙４２との対向箇所に到達し、ランプ２２、２３の長軸方向における照度が略一定となる程度の距離Ｌだけ離間させて配置する構成としたため、被照射面１０Ａの照度分布においては、ランプ２２、２３の長軸方向に沿った照度むらを防止することが可能となる。これにより、ランプ２２、２３の長軸方向に沿った照度を反射光により補う必要がないため、被照射面１０Ａでの反射光による照度の補正が容易となる。

なお、上述した実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能であることは勿論である。

本発明の実施形態に係る擬似太陽光照射装置の構成を模式的に示す縦断面図である。擬似太陽光照射ボックスの構成を示す図であり、（Ａ）は断面を模式的に示す図、（Ｂ）は平面図である。被照射面の直射光による照度分布を示す図である。被照射面の直射光による幅方向の照度分布を示す図である。擬似太陽光照射装置の擬似太陽光照射ボックスからみて右半分を示す平面図である。擬似太陽光照射装置の横断面を示す図である。各反射板からの反射光の軌跡を、ランプ（擬似太陽光照射ボックス）からみて左半分に配置された反射板について示す図である。

符号の説明

１擬似太陽光照射装置
４枠体
６擬似太陽光照射ボックス
８反射面
１０被照射体
１０Ａ被照射面
２２、２３ランプ
２４フレーム（遮蔽部材）
２６、２７ＩＲカットフィルタ
３０反射板
３１保持具
４２間隙
Ｌ距離

Claims

線状光源を収容し、上面及び下面に放射面が形成され各放射面に光学フィルタが設けられた擬似太陽光照射ボックスを有し、
前記擬似太陽光照射ボックスの上面の放射面に対向させて被照射体の被照射面を配置すると共に、前記擬似太陽光照射ボックスの下面の放射面に対向させて前記線状光源に沿って延びる反射面を設け、
前記擬似太陽光照射ボックスの上面の放射面から前記被照射面に向けて擬似太陽光を直接照射すると共に、
前記上面の放射面からの擬似太陽光照射において照度が他の箇所よりも不足している箇所の照度を補うべく当該箇所に向けて、前記擬似太陽光照射ボックスの下面の放射面からの擬似太陽光を反射して前記被照射面を照射する前記反射面を設け、
前記反射面は、前記擬似太陽光照射ボックスの直下の面が前記線状光源の長手方向に直交する方向の前記被照射面の端部を照射し、前記擬似太陽光照射ボックスの直下から遠い面が前記擬似太陽光照射ボックスの直上の前記被照射面の箇所を照射する
ことを特徴とする擬似太陽光照射装置。
請求項１に記載の擬似太陽光照射装置において、
前記反射面を、独立して反射角度が調整可能であり前記線状光源の長手方向に沿って延在する複数の反射板を並設して構成すると共に、前記上面の放射面からの擬似太陽光照射において照度が他の箇所よりも不足している箇所に対して複数の前記反射板による反射光を照射する
ことを特徴とする擬似太陽光照射装置。
請求項１又は２に記載の擬似太陽光照射装置において、
前記線状光源の長手方向に沿った前記擬似太陽光照射ボックスの長手方向に沿った両側面からの光の出射を遮蔽する遮蔽部材を備えた
ことを特徴とする擬似太陽光照射装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載の擬似太陽光照射装置において、
前記擬似太陽光照射ボックスの中に複数の前記線状光源を各々の間に所定の間隙を設けて略同軸に配置し、
前記擬似太陽光照射ボックスの上面の放射面からの擬似太陽光を前記被照射面に照射した際に、当該擬似太陽光の照射により複数の前記線状光源の長軸方向において照度が略一定になる距離だけ前記擬似太陽光照射ボックスを前記被照射面から離間した位置に配置した
ことを特徴とする擬似太陽光照射装置。