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太陽光模擬器

太陽光模擬器，顧名思義就是模擬太陽光光譜和輻照度的儀器。它可用于太陽能電池測試、光催化、化妝品和涂料等材料的耐光實驗、光生物的檢查與測試等。太陽光模擬器本身體積較小，測試過程不受環(huán)境、氣候、時間、地點等因素影響，從而避免了室外測量的各種因素限制。

太陽光模擬器的分類：

太陽光模擬器可分為穩(wěn)態(tài)太陽光模擬器和脈沖式太陽光模擬器。

穩(wěn)態(tài)太陽光模擬器是在工作時輸出輻照度穩(wěn)定不變的太陽光模擬器。它能提供連續(xù)照射的標(biāo)準(zhǔn)太陽光。缺點是為了獲得較大的輻照面積，需要配置大的光學(xué)系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，并且耗能大，維護(hù)費用高。因此比較適合于制造小面積太陽光模擬器。穩(wěn)態(tài)太陽光模擬器主要用于科研單位和大學(xué)實驗室。

脈沖太陽光模擬器在工作時并不連續(xù)發(fā)光，只在很短的時間內(nèi)（通常是毫秒量級以下）以脈沖形式發(fā)光。其優(yōu)點耗電少，燈管壽命長；對被測電池?zé)o溫度影響。其缺點是由于測試工作在極短的時間內(nèi)進(jìn)行，因此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜；光譜測量困難。脈沖太陽光模擬器主要應(yīng)用于光伏產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)。

判定太陽光模擬器性能的三個重要指標(biāo)：

1. 光譜匹配度

光譜匹配度的定義是模擬光分別在400-500nm、500-600nm、600-700nm、700-800nm、800-900nm和900-1100nm這6個光譜范圍內(nèi)與真實太陽光的匹配程度，用百分比來表示。根據(jù)數(shù)據(jù)的偏離情況對模擬器匹配程度的等級進(jìn)行劃分。

2. 輻照空間不均勻性

在測試區(qū)域的輻照度應(yīng)達(dá)到一定的均勻度要求。計算方法為：不均勻度=（大輻照度-小輻照度）/（大輻照度+小輻照度）×100%。

光照均勻性是難達(dá)到和保持的一項指標(biāo)，工作面積上的強(qiáng)光點會導(dǎo)致被測電池效率產(chǎn)生嚴(yán)重誤差，并導(dǎo)致電池分級錯誤。均勻度A級的模擬器就能將這種強(qiáng)光點對產(chǎn)品的影響降到低，其空間均勻性嚴(yán)格控制于≤2%。

3. 輻照時間不穩(wěn)定性

輻照穩(wěn)定性是AAA級標(biāo)準(zhǔn)的第三項性能參數(shù)指標(biāo)，它要求模擬器的輸出光束長時間保持穩(wěn)定的照度以確保太陽能電池效率測定的精que性。對于輻照不穩(wěn)定性，還細(xì)分為長期不穩(wěn)定性（LTI）和短期不穩(wěn)定性（STI），分別對應(yīng)整個IV測試過程中輻照度的變化和取點過程中輻照度的變化。

目前太陽光模擬器等級分類主要有IEC、ASTM和JIS三種標(biāo)準(zhǔn)。其中IEC標(biāo)準(zhǔn)wei嚴(yán)苛。下面是IEC60904-9 標(biāo)準(zhǔn)太陽光模擬器分類表。

太陽光模擬器主要部件：

1.氙燈：作為發(fā)光源，惰性氣體放電，輻射效率高，且大部分輻射集中在可見光和近紅外區(qū)，與太陽電池的吸收譜匹配較好。

2.金屬橢球面反射鏡：用于太陽光模擬器的反射聚光系統(tǒng)，收集脈沖氙燈的輻射能量。

3.光學(xué)積分器：用于勻光，實現(xiàn)均勻輻照。由前后兩個透鏡陣列組成，可以將由橢圓聚光鏡的光線交錯疊加進(jìn)行勻光。

4.準(zhǔn)直物鏡：對勻光后的光束進(jìn)行準(zhǔn)直，實現(xiàn)平行光輸出。

5.大氣質(zhì)量濾光片：通過特殊膜系曲線設(shè)計濾光片，使得氙燈光譜和標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜一致（不是100%重合）。AM0是指在地球外空間接受太陽光的情況，適用于人造衛(wèi)星和宇宙飛船等應(yīng)用場合；AM1.5是指太陽處于天頂角約為48.2°時在地面上的太陽光譜總輻射能量，主要用于地面用太陽電池測試。

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