JPS613115A - 擬似太陽光照射方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、擬似太陽光照射方法およびその装置に関する
ものであり、特に、擬似太陽光の光質（スペクトル分布
）を変えることなく、照射強度を変化させることのでき
る擬似太陽光照射方法およびその装置に関するものであ
る。

（従来の技術） ソーラーコレクター、太陽電池、その他、地上へ照射さ
れる自然太陽光を、熱や電力等の有用なエネルギーに変
換するための各種太陽エネルギー利用機器の開発および
生産が、省エネルギー、省資源の観点から近年基々盛ん
になり、今後永年にわたって、拡大成長する有望な新産
業分野として発展し続けている。

ところで、これら太陽エネルギー利用機器の開発、改良
および製造の際には、それらの最も重要な性能である太
陽光のエネルギー変換特性は、当然正しく計測、検査さ
れる必要がある。

しかしながら、残念な事に、最も理想的な筈の自然太陽
光の照射強度は、季節、天候および日中の時間経過と共
に、四六時中、大幅に変化し続けるため、実際の計測や
検査にはあまり適さない。

前記自然太陽光は、例外的に、特定地域での長期的、あ
るいは平均的な太陽エネルギー利用機器の実用性能やそ
の劣化試験等の特殊な場合に利用ざれているだけである
。

したがって、これらの太陽エネルギー利用機器を製造す
る工場、あるいは、それらを用いて各種の研究、試験を
行なう研究室等においては、平均的な自然太陽光の光質
と強度とを（紫外、可視、赤外にわたって）近似した試
験光を照射することの出来る擬似太陽光照！｝１装置（
ソーラーシュミレータ−）が、必須の検査設備として、
強く求められている モザイク型の擬似太陽光照射装置は、良く知られている
ように、単位発光灯を、当該擬似太陽光照射装置のハウ
ジングに二次元的に平面上に多数配列し、各単位発光灯
から放射される光をほぼ平行にして広帯域照射できるよ
うにし、光照射面におけるエネルギー分布、スペクトル
分布および光の方向性をなるべく均等化して、自然の太
陽光の照射状態に近づけるようにしたものである。

以下に、図面を参照して、従来の擬似太陽光照射装置に
ついて、簡単に説明する。

第２図は従来のモザイク型擬似太陽光照射装置１０Ａの
概略的断面図である。

図において、単位発光灯１Ａ〜１Ｄは、それぞれ白熱フ
ィラメント電球と、スペクトル分布補正のための多層膜
干渉型反射鏡とにより構成された投光器である。前記多
層膜干渉型置１｝１鏡は、その断面が、放物線、双曲線
、もしくは楕円の一部を形成するように、あるいは、そ
れらに近似するように成型ざれている。

前記単位発光灯１Ａ〜１Ｄは、ハウジング５の下部に設
けられたランプ支持板２に、等間隔に配置されている。

また、前記単位発光灯１Ａ〜１Ｄの配置は、それらの光
束４Ａ〜４Ｄの外周部が光照射面１５上において重なり
合うように行なわれている。

これにより、光照射面１５には、はぼ均一な擬似太陽光
の照射がなされることになる。

前記ランプ支持板２の背面には、冷媒導管３が設けられ
ていて、前記ランプ支持板２を強制的に冷却することが
できる。

さらに、前記ハウジング５には、符＠５１および５２で
示される空気流通用穴が穿設されているので、空気は、
例えば矢印り方向へ流動することが可能となり、前記単
位発光灯１△〜１Ｄを冷却してその過熱を防ぐことがで
きる。

なお、前記空気流通用穴５１．５２近傍には、フィルタ
７．８がそれぞれ配置されている。

さて、太陽エネルギー利用機器を製造する工場、あるい
はそれらを用いて各種の研究、試験を行なう研究室等の
擬似太陽光照射装置の利用者にとっては、前述したよ）
に、安定した照射強度を有する擬似太陽光が必要である
。

しかし、前記擬似太陽光は、常に一定であるだけでなく
、利用者の必要に応じて、その照射強度が可変となるこ
とも必要である。

従来のモザイク型擬似太陽光照射装置においては、擬似
太陽光の照射強度の変化を、各々の中位発光灯に印加さ
れる電圧を変化させることにより、行なっている。

前記印加電圧を制御するための手段は、極めて単純に構
成されることができ、また、前記単位発光灯による擬似
太陽光の照射強度は、第３図に示すように、前記印加電
圧の増減に応じである一定の函数関係を保ちながら変化
することができる。

したがって、単位発光灯の印加電圧を制御覆ることによ
り、擬似太陽光の照射強度を変化させる擬似太陽光照射
装置は、広く利用されている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記した従来の技術は、次のような問題点を有していた
。

すなわち、単位発光灯の光源として白熱フィラメント電
球が用いられているが、該白熱フィラメント電球を用い
る以上、ランプへの印加電圧の増減は、その照射強度の
みならず、その多層膜反射鏡にて補正された出力光のス
ペクトル分布にも大きな影響を与えてしまう。

太陽エネルギー利用機器の受光面のエネルギー変換特性
は、光のスペクトル分布、配光などの光質の変化に影響
される。したがって、前記スペクトル分布の変化は、前
記受光面のエネルギー変換特性を測定するうえで好まし
くない。

第４図ないし第６図は、第３図の性能を有するスペクト
ル補正反射鏡付き白熱フィラメント電球および自然太陽
光のスペクトル分布の一例を示すグラフである。

自然太陽光の基準とされているスペクトル分布は、第４
図ないし第６図においては、同一のグラフＲ（一点鎖線
）で示されている。また、反射型白熱フィシメン１〜電
球のスペクトル分布については、第４図においては、印
加電圧が２３Ｖのとき、第５図においては、印加電圧が
１９Ｖのとさ、第６図においては、印加電圧が１５Ｖの
ときにおける実測値が、それぞれグラフＤ２３．Ｄ１９
、およびＤ１５（実線）で示されている。

なお、スペクトル分布は、実際には、各波長ごとに連続
して変化するが、図を見易くするために、第４図ないし
第６図における各々のスペクトル分布図は、棒状グラフ
で表わしである。

第４．５図においては、白熱フィラメント電球のスペク
トル分布と自然太陽光の基準スペク［・ル分布とは、完
全には一致していないが、実質Ｆ、はぼ同一のスペクト
ル分布と見なされることができる。

しかし、第６図−すなわち、印加Ｎ斤が１５Ｖ（相対照
射強度は約３０％）のときは、例えば１ミクロン以上の
波長にお番ブるスペクトル強度が非常に大きくなり、実
質上、前記２つのスペクトル分布を同一と見なすことが
できなくなる。

一般には、印加電圧の減少により白熱フィラメント電球
の照ｔＡ量を減少させるとぎは、該減少に応じて光源の
色温度が低下するので、スペク１−ルの赤外領域におけ
る強度は大きくなり、逆に紫外領域における強度は小さ
くなる。

また、照射強度の減少由が約５０％を越えたときは、前
記スペクトル分布の変化の度合がはなはだしくなり、そ
の擬似太陽光のスペクトル分布の変化は、自然太陽光の
スペクトル分布と近似できる限度を越えてしまう。

前述した従来の擬似太陽光照射装置の中には、単位発光
灯の印加電圧を減少させることにより、単位発光灯の定
格電圧印加時における照射強度の約１／２から１／１０
程度にまで、その照射強度を落すことができるものがあ
る。

したがって、この場合には、その擬似太陽光を光照射面
に照射しても、同一の照射強度を有する自然太陽光を照
射した場合にお番ブる結果と同一、あるいは同一と見な
すことのできる結果を得ることができない。

本発明は、前述の問題点を解決するためになされたもの
である。

（問題点を解決するための手段および作用）前記の問題
点を解決するために、本発明は、各々の単位発光灯をあ
る特定の配列パターン（すなわち、点灯パターン）を有
するように配置し、前記配列パターンの各々から少なく
とも１個の単位発光灯を消灯させることにより、新たな
点灯パターンにより擬似太陽光を照射し、さらにまた前
記点灯パターンの各々から少なくとも１個の単位発光灯
を消灯させることにより、さらに新たな点灯パターンに
より擬似太陽光を照射し、・・・というように、順次単
位発光灯を消灯させる手段を講じ、これにより、擬似太
陽光のスペクトル分布を変化させることなく、その照射
強度を変化させる作用を生じさせた点に特徴がある。

（実適例） 以下に、図面を参照して、本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明における擬似太陽光照射装置の一実施例
を示す概略的断面図である。図において第２図と同一の
符号は、同一または同等部分をあられしているので、そ
の説明は省略する。

第１図において、単位発光灯６Ａ〜６Ｆは、それぞれ白
熱フィラメント電球と、スペクトル分布補正のための多
層膜干渉型反射鏡とにより構成された投光器である。

前記中位発光灯は、第１図においては、符号６Ａ〜６Ｅ
で示されたちの−すなわち５個しか描かれていないが、
実際には、第１図の紙面の手前側あるいは反対側にも、
それぞれ等間隔に−すなわち、二次元的に配置されてい
る。

なお、前記単位発光灯６Ａ〜６Ｆを支持するランプ支持
板２の表面には、自然太陽光のスペクトル範囲（約０．
３μｍから約３μｌ１１）で光吸収率の高い黒化処理が
施されている。

つぎに、本発明における擬似太陽光照射方法について説
明する。

第７図（Ａ）は、第１図における単位発光灯の配置状態
の一例を示す概略的平面図、第７図（Ｂ）および（Ｃ）
は、擬似太陽光照射方法を説明するための図で、同図（
Ａ）と同様の図である。

まず、第７図（Ａ）において、各々の単位発光灯は、そ
の配列パターンが、符号Ｅで示されるような正方形とな
るように、配列されている。また、前記単位発光灯は、
それぞれ点灯されているので、その点灯パターンは、前
記配列パターンと同一である。

つぎに、前記配列パターン、すなわち点灯パターンの各
々における、１組の対角上に位置される単位発光灯を消
灯すると、前記第７図（Ａ）で示された単位発光灯の点
灯パターンは、同図（Ｂ）の符号Ｆで示されるような正
方形となる。

また、第７図＜８）の場合の単位発光灯の点灯数は、第
７図（Ａ）の場合の半数となるから、光照射面１５上に
おける擬似太陽光の照射強度も１／２となる。

さらに、符号Ｆで示される点灯パターンの各々における
、１組の対角上に位置される単位発光灯を消灯すると、
その点灯パターンは、第７図（Ｃ）の符号Ｇで示される
ような正方形となる。

第７図（Ｃ）の場合の単位発光灯の点灯数は、第７図（
Ａ）の場合の１／４、同図（Ｂ）の場合の１／２となる
から、光照射面１５上における擬似太陽光の照射強度も
それぞれ１／４．１／２となる。

単位発光灯が第７図（Ｃ）の符号Ｇで示されたパターン
で点灯するときに、各単位発光灯から照射される擬似太
陽光の光束の外周部を、光照射面上において重なるよう
に、各単位発光灯を配置しておけば、単位発光灯が、第
７図（Ａ）あるいは（Ｂ）で示されたパターンで点灯す
るときにおいても、光照射面上においては、擬似太陽光
が、実質上均一となるように照射される。

すなわち、例えば、第１図における単位発光灯６Ａ、６
Ｃ１および６Ｅが点灯したときに、各々の擬似太陽光の
光束９Ａ、９Ｃおよび９Ｅの外周部が光照射面１５上に
おいて充分量なり合い、該光照射面１５上において擬似
太陽光の照射強度が実質上、均一となるように、各単位
発光灯を配置しておけば、単位発光灯６８．６０の点灯
による光束９Ｂ、９Ｄが、光照射面上で重なり合う場合
は、擬似太陽光の照射強度の均一性は更に改善されるこ
とはあっても、それが損なわれることはない。

さて、第７図（Ａ）に示した点灯パターンから、同図（
Ｂ）あるいは（Ｃ）に示した点灯パターンへ移行すると
きの減光比率（すなわち、照射強度の減少の比率）は、
前述したように、１／２゜１／４となるわけであるが、
各々の単位発光灯へ印加される電圧は、全く変化しない
ので、その擬似太陽光のスペクトル分布は変らない。

したがって、光照射面は、その照射強度の変化にかかわ
らず、常に自然太陽光と近似することのできる、良好な
スペクトル分布特性をもった擬似太陽光の照射を・受け
ることができる。

第７図（Ａ）〜（Ｃ）に関する説明においては、擬似太
陽光の照射強度は、１／２．１／４に減少させることが
できるものとしたが、単位発光灯をさらに多く配列すれ
ば、擬似太陽光の減光比率は、さらに１／８，１／１６
・・・というように減少させることができる。

また、単位発光灯を無限に配置することができれば、そ
の擬似太陽光の減光比率は、理論上、（１／　２　＞’
　　（ｎは正の整数）となる。

なお、以上の説明により明らかなように、本発明による
擬似太陽光の減光比率は、連続して設定されることはで
きない。しかしながら、太陽エネルギー利用機器のエネ
ルギー変換出力は、光の照射強度の変化に対しては、は
ぼ直線的に変化するので、前記減光比率設定の不連続性
は、太陽エネルギー利用機器の性能あるいは特性を得る
うえでは、一般にはほとんど支障がない。

第８図（Ａ＞は、第７図（Ａ）における単位発光灯の配
置状態の変形例を示す概略的平面図、第８図（Ｂ）およ
び（Ｃ）は、擬似太陽光照射方法を説明するための図で
、同図（Ａ）と同様の図である。

第８図（Ａ）において、各々の単位発光灯は、その配列
パターンが、符号Ｈで示されるような矩形となるように
、配列されている。

第７図（Ｂ）の場合と同様に、符号Ｈで示される点対パ
ターンの各々における、１組の対角上に位置される単位
発光灯を消灯すると、その点灯パターンは、第８図（Ｂ
）の符号Ｉで示されるような、ひし形となる。

さらにまた、前記ひし形パターンの各々における、１組
の対角上に位置される中位発光灯を消灯すると、その点
灯パターンは、第８図（Ｃ）の符号Ｊで示されるような
、矩形どなる。

この場合の減光化率は、第７図（Ａ）の配列パターンを
有する場合と同様に、（１／　２　＞ｎ（ｎは正の整数
）である。

さて、第８図（Ａ）の配列パターンを有する場合、その
減光比率を１から１／２．１／４゜１／８・・・と設定
した場合、その点灯パターンは、矩形→ひし形→矩形→
ひし形→・・・というように変化する。

しかしながら、減光比率を最も大きく（シたがって、必
要とする最低の照射強度に）設定したときに、光照射面
上においてほぼ均一な照射強度を有する擬似太陽光を得
るようにするので、それからその減光比率を小さく（照
射強度を強く）する場合においでも、照射強度のむらは
大きくなることはない。

したがって、光照射面上の各点における照射強度は、減
光比率が変化するにもかかわらず、全く同一であると、
巨視的に判断することができるので、前記点灯パターン
の変化は、光照射面に対して影響を与えることがない。

第９図（Ａ）は、第７図（Ａ＞における単位発光灯の配
置状態の他の変形例を示す概略的平面図、第９図（８）
および（Ｃ）は、擬似太陽光照射方法を説明するための
図で、同図（Ａ）と同様の図である。

第９図（Ａ＞においては、単位発光灯の配列パターンは
、符号にで示すように、正三角形である。

つぎに、第９図（Ｂ）に示すように、各々の配列（すな
わち、点灯）パターン内の単位発光灯のうちから、１個
ずつを均等に消灯づれば、単位発光灯の点灯パターンは
、符号りで示すように正六角形となる。

さらに、第９図（Ｃ）に示すように、各々の点灯パター
ンし内から、とびとびに単位発光灯を消灯すれば、その
点灯パターンは、符号Ｍで示すように再び正三角形とな
る。

したがって、単位発光灯の配列パターンが正三角形であ
る場合には、その点灯パターンは、迂ヨ角形→正六角形
→正三角形→正六角形→正三角形→・・・というように
変化させることができ、また、そのときの減光比率は、
１→２／３→１／３→２／９→１／９→・・・となる。

さて、以上の説明による擬似太陽光照射方法を実現する
ための装置は、極めて容易に構成されることができる。

すなわち、所定の配列パターンを有するｌｐ位発光灯の
うち、各々の減光比率に対応する点灯パターンを構成覆
るのに必要な単位発光灯を、そのパターンごとに１個の
電源スィッチに接続しておけば良い。また、前記電源ス
ィッチをマトリクス回路で構成することも容易である。

なお、擬似太陽光照射装置に用いる白熱フィラメント電
球のスペクトル分布は、その印加電圧を低下させて、そ
の光照射強度を減少させる場合において、該電球を定格
電圧で点灯したときを！！準とする減光比率が１から約
１／２となるまで【ま、あまり変化することがない。

したがって、前記した減光比率の範囲内において、前記
印加電圧の増減による照射強度変化と本発明による点灯
パターンの変化にＪ：る照射強度変化とを併用すること
ができる。

本発明は、前述したように、減光比率を連続的に設定す
ることができないが、前記印加電圧の増減による照射強
度変化の効果を併用することによリ、その減光比率を連
続的に設定することが可能となる。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、つぎ
のような効果が達成される。

（１）所定の配列パターンを有するように単位発光灯を
配置し、その配列パターンあるいは点灯パターンの中か
ら前記単位発光灯を少なくとも１個消灯し、新たな点灯
パターンにより、光照射面上に擬似太陽光を照射（るの
で、擬似太陽光のスペクトル分布を変えることなく、そ
の照射強度を変化させることができる。

（２）前記単位発光灯の点灯パターンを変化させるため
の手段を構成するために、特別な装置を必要とすること
がないので、本発明による擬似太陽光照射装置を容易に
実施することができ、また、その製作を安価に行なうこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における擬似太陽光照射装置の一実施例
を示す概略的断面図、第２図は従来の擬似太陽光照射装
置の概略的断面図、第３図はスペクトル補正反射鏡付き
白熱フィラメント電球の印加電圧と相対照射強度との関
係を示すグラフ、第４図ないし第６図は同反射鏡付き白
熱フィラメント電球および自然太陽光の基準スペクトル
分布の一例を示すグラフ、第７図（Ａ）〜（Ｃ）、第８
図（Ａ）〜（Ｃ）、および第９図（Ａ）〜（Ｃ）は単位
発光灯の配置状態の例を示す概略的平面図および本発明
による擬似太陽光照射方法を説明するための図である。 ２・・・ランプ支持板、５・・・ハウジング、６Ａ〜６
Ｅ・・・単位発光灯、９Ａ〜９Ｆ・・・光束、１ｏ・・
・擬似太陽光照射装置、１５・・・光照射面、Ｅ−Ｍ・
・・点灯パターン 代理人弁理士　　平木通人　外１２ 第　　１　　図 第　　２　　図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）太陽エネルギー利用機器等に擬似太陽光を照射す
   るための擬似太陽光照射方法であって、所定の配列パタ
   ーンを有するように配置された擬似太陽光を照射する複
   数の単位発光灯を、その各々の配列パターンもしくは点
   灯パターン内の少なくとも１個を消灯させることにより
   得られる新たな点灯パターンにより、光照射面上に擬似
   太陽光を照射することを特徴とする擬似太陽光照射方法
   。
2. （２）太陽エネルギー利用機器等に擬似太陽光を照射す
   るための擬似太陽光照射装置であって、所定の配列パタ
   ーンを有するように配列された擬似太陽光を照射する複
   数の単位発光灯と、前記複数の単位発光灯を支持するラ
   ンプ支持板と、前記複数の単位発光灯を点灯させるスイ
   ッチング手段と、前記各々の配列パターン、もしくは前
   記各々の配列パターンのうちの少なくとも１個を消灯す
   ることにより得られた各々の点灯パターンのうちの少な
   くとも１個を消灯することにより新たな点灯パターンを
   形成するように、前記スイッチング手段を制御する単位
   発光灯点灯手段とを具備したことを特徴とする擬似太陽
   光照射装置。
3. （３）前記複数の単位発光灯は、複数の白熱フィラメン
   ト電球、および前記白熱フィラメント電球の各々に対応
   して設けられた多層膜干渉型反射鏡であることを特徴と
   する前記特許請求の範囲第２項記載の擬似太陽光照射装
   置。
4. （４）前記多層膜干渉型反射鏡は、その反射面が回転曲
   面となるように成型されたことを特徴とする前記特許請
   求の範囲第３項記載の擬似太陽光照射装置。
5. （５）前記配列パターンは、正方形であることを特徴と
   する前記特許請求の範囲第２項、第３項、あるいは第４
   項記載の擬似太陽光照射装置。
6. （６）前記配列パターンは、矩形であることを特徴とす
   る前記特許請求の範囲第２項、第３項、あるいは第４項
   記載の擬似太陽光照射装置。
7. （７）前記配列パターンは、正三角形であることを特徴
   とする前記特許請求の範囲第２項、第３項、あるいは第
   ４項記載の擬似太陽光照射装置。
8. （８）前記ランプ支持板は、その表面に黒化処理が施さ
   れ、かつその強制冷却手段を備えたことを特徴とする前
   記特許請求の範囲第２項ないし第７項のいずれかに記載
   の擬似太陽光照射装置。