目錄

應(yīng)用場景        

太陽光模擬器簡介        

太陽光模擬器性能指標(biāo)        

總輻照度        

光譜匹配度        

輻照均勻度        

輻照穩(wěn)定度        

太陽光模擬器光源        

鹵鎢燈光源有以下四個特點        

應(yīng)用場景

太陽光模擬器，廣泛應(yīng)用于太陽光電池特性測試、染料敏化電池（DSSC）、鈣鈦礦電池（PSC）、光熱轉(zhuǎn)化、光電材料特性測試、生物化學(xué)相關(guān)測試、光學(xué)催化降解加速研究、皮膚化妝用品檢測和環(huán)境研究、航空航天、科研單位，以及整車光老化測試（汽車整車全光譜陽光模擬系統(tǒng)）等。

太陽光模擬器簡介

太陽光模擬器是在室內(nèi)環(huán)境中，模擬不同大氣質(zhì)量條件下、太陽光輻照特性的試驗平臺或定標(biāo)設(shè)備。一般來講，太陽光模擬器可分為兩類：一類是穩(wěn)態(tài)模擬器，主要由光源、冷卻系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)、濾光器等組成，多用于單體太陽光電池板與小型設(shè)備的測試。另一類是脈沖模擬器，由一個或多個長弧脈沖氙氣燈組成。該種模擬器的輻照度在一定范圍內(nèi)的均勻性非常好，經(jīng)常用于大尺寸設(shè)備的測試。在太陽光技術(shù)的不斷推進下，近幾年各種大面積太陽光模擬器被陸續(xù)開發(fā)出來，其輻照面積可達2-5平方米，輻照度均勻性與輻照度穩(wěn)定性等指標(biāo)也控制得很好，主要應(yīng)用于各種太陽光技術(shù)的測試方面。量測6大參數(shù): Voc, Isc, FF, Imax, Vmax, Pmax, η, Rs, Rsh

太陽光模擬器性能指標(biāo)

太陽光模擬器的性能指標(biāo)一般包括：一定范圍內(nèi)的總輻照度、輻照光譜匹配度、輻照均勻度與輻照穩(wěn)定度。

總輻照度

太陽光模擬器的總輻照度是指太陽光模擬器能夠在測試平面上提供的最大輻照度值，一般來說根據(jù)應(yīng)用場合的不同，對總輻照度的要求也不同。

光譜匹配度

太陽光模擬器的光譜匹配度是指太陽光模擬器的光譜輻照度分布與太陽光的標(biāo)準(zhǔn)光譜分布的匹配程度，一般用太陽光模擬器在每個波長范圍內(nèi)輻射的能量百分比與標(biāo)準(zhǔn)太陽光在同樣波長范圍內(nèi)輻射的能量的百分比的比率表示。太陽光標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度分布情況見圖2。

圖2標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度分布

輻照均勻度

太陽光模擬器在照射光伏板時，如果輻照不均勻會使得被照射的光伏板面上各區(qū)域接收的輻照不相同，而我們通常假定自然光是平行光，當(dāng)不均勻度超過一定的限制，電池組件的伏安曲線就與它在接收自然光照時的曲線，即實際工作曲線產(chǎn)生了差異。每一個串聯(lián)電路輸出的電流取決于光照最弱的那一塊電池，這樣，一個弱斑將影響一整串電路的輸出特性，可能會導(dǎo)致光伏板測量效率或分級的錯誤。因此，輻照均勻性是太陽光模擬器的主要技術(shù)指標(biāo)之一，其計算公式為：

式中：Nu表示太陽光模擬器輻照度不均勻度；Emax表示測試平面有效測量范圍內(nèi)測得的最大輻照度，單位為W/m2；Emin表示測試平面有效測量范圍內(nèi)測得的最小輻照度，單位為W/m2。

輻照穩(wěn)定度

太陽光模擬器輻照度穩(wěn)定度是指在測試平面上的區(qū)域內(nèi)的輻照度值的穩(wěn)定程度，一般用輻照度不穩(wěn)定度來評價。在測試平面上的區(qū)域內(nèi)任取一坐標(biāo)，記錄該點的輻照度值在一定時間內(nèi)的變化情況，在測試時間內(nèi)測取的輻照度最大值記作E'max，輻照度最小值記作E'min，太陽光模擬器輻照度不穩(wěn)度的計算公式如下：

式中：Ns表示太陽光模擬器輻照度不穩(wěn)定度；E'max表示數(shù)據(jù)采集期間任意測量點在測試平面內(nèi)的最大輻照度，單位為W/m2；E'min表示數(shù)據(jù)采集期間任意測量點在測試平面內(nèi)的最小輻照度，單位為W/m2。

太陽光模擬器光源

太陽光模擬器最重要的組成部分是模擬器光源，作為一種人造光源器件，太陽光模擬器的各項性能與所選光源緊密相關(guān)。所選光源的能量分布需要盡可能與太陽輻射的能量分布接近，太陽光模擬器常用光源一般是稀有氣體燈（如固體燈、LED 燈、氙氣燈等）、高壓汞燈、超高壓汞燈、金屬鹵化物燈等。

碳弧燈是早期太陽光模擬器常用的光源。其光譜由炙熱電極的連續(xù)輻射和金屬蒸汽特征譜線組成，分布形式接近太陽光譜。碳弧燈有封閉式碳弧燈和日光碳弧燈兩種。碳棒是封閉式碳弧燈內(nèi)的發(fā)光體，電流通過碳棒發(fā)出弧光。但弧光的光譜能量分布(SPD)與自然日光的SPD相差較大，不僅不包含短波紫外輻射，而且在400－800nm 波段光譜能量強度也無法與同波段的日光相匹配。日光型碳弧燈的 SPD在匹配度上有了一定提高，但目前在我國應(yīng)用得較少。

氙燈光源的原理是氙氣放電發(fā)光。用耐高溫、熱膨脹系數(shù)小的全透明石英制作燈管，在管內(nèi)充有高純度的氙氣。氙燈的電光轉(zhuǎn)化效率很高，色溫在6000K左右，與太陽的色溫相當(dāng)。氙燈的輻射光譜分布范圍很寬，自然光的紫外波段、可見光波段和近紅外波段均能覆蓋，另外在近紅外有些分立的譜線。連續(xù)光譜部分的分布比較穩(wěn)定，輸入功率的變化幾乎不會改變光譜特性；在壽命期內(nèi)光譜能量分布也幾乎不變。氙燈是現(xiàn)今最新、常用的光源，通過增加濾光片或更換濾光罩，可以較好模擬戶外自然太陽光和透過窗玻璃的太陽光，并且發(fā)光效率高，壽命長。

鹵鎢燈是被簡易型太陽光模擬器最多使用的光源。鹵鎢白熾燈是一種熱輻射光源，發(fā)光原理是燈泡通過加熱鎢絲到高溫來發(fā)光。溫度越高，光線就越亮。鹵鎢燈燈泡內(nèi)的氣體為惰性氣體（氙氣或氪氣）和鹵素氣體（溴氣或碘蒸汽）；在高溫下，燈泡壁上的鎢絲與鹵素作用，蒸發(fā)的鎢會重新凝固在鎢絲上，形成一個平衡的循環(huán)，這種熱化學(xué)過程被稱為“鹵素循環(huán)”。這個過程延長了燈絲的壽命，使電能到光能的轉(zhuǎn)換效率也較高。

鹵鎢燈光源有以下四個特點

（1）       鹵鎢燈的光譜集中在可見光和近紅外光部分，即 300-2500nm 波段；

（2）       能產(chǎn)生平滑的光譜曲線；

（3）       輸出穩(wěn)定；

（4）       色溫在 3000K 以上。