目錄

應(yīng)用場(chǎng)景        

太陽(yáng)光模擬器簡(jiǎn)介        

太陽(yáng)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(yáng)光模擬器光源        

鹵鎢燈光源有以下四個(gè)特點(diǎn)        

應(yīng)用場(chǎng)景

太陽(yáng)光模擬器，廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)光電池特性測(cè)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(cè)試、生物化學(xué)相關(guān)測(cè)試、光學(xué)催化降解加速研究、皮膚化妝用品檢測(cè)和環(huán)境研究、航空航天、科研單位，以及整車光老化測(cè)試（汽車整車全光譜陽(yáng)光模擬系統(tǒng)）等。

太陽(yáng)光模擬器簡(jiǎn)介

太陽(yáng)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(yáng)光輻照特性的試驗(yàn)平臺(tái)或定標(biāo)設(shè)備。一般來(lái)講，太陽(yáng)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(yáng)光電池板與小型設(shè)備的測(cè)試。另一類是脈沖模擬器，由一個(gè)或多個(gè)長(zhǎng)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(cè)試。在太陽(yáng)光技術(shù)的不斷推進(jìn)下，近幾年各種大面積太陽(yáng)光模擬器被陸續(xù)開(kāi)發(fā)出來(lái)，其輻照面積可達(dá)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(yáng)光技術(shù)的測(cè)試方面。量測(cè)6大參數(shù): Voc, Isc, FF, Imax, Vmax, Pmax, η, Rs, Rsh

太陽(yáng)光模擬器性能指標(biāo)

太陽(yáng)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(yáng)光模擬器的總輻照度是指太陽(yáng)光模擬器能夠在測(cè)試平面上提供的最大輻照度值，一般來(lái)說(shuō)根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，對(duì)總輻照度的要求也不同。

光譜匹配度

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

圖2標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度分布

輻照均勻度

太陽(yáng)光模擬器在照射光伏板時(shí)，如果輻照不均勻會(huì)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(guò)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(shí)的曲線，即實(shí)際工作曲線產(chǎn)生了差異。每一個(gè)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(gè)弱斑將影響一整串電路的輸出特性，可能會(huì)導(dǎo)致光伏板測(cè)量效率或分級(jí)的錯(cuò)誤。因此，輻照均勻性是太陽(yáng)光模擬器的主要技術(shù)指標(biāo)之一，其計(jì)算公式為：

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

輻照穩(wěn)定度

太陽(yáng)光模擬器輻照度穩(wěn)定度是指在測(cè)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(lái)評(píng)價(jià)。在測(cè)試平面上的區(qū)域內(nèi)任取一坐標(biāo)，記錄該點(diǎn)的輻照度值在一定時(shí)間內(nèi)的變化情況，在測(cè)試時(shí)間內(nèi)測(cè)取的輻照度最大值記作E'max，輻照度最小值記作E'min，太陽(yáng)光模擬器輻照度不穩(wěn)度的計(jì)算公式如下：

式中：Ns表示太陽(yáng)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(cè)量點(diǎn)在測(cè)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(cè)量點(diǎn)在測(cè)試平面內(nèi)的最小輻照度，單位為W/m2。

太陽(yáng)光模擬器光源

太陽(yáng)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(yáng)光模擬器的各項(xiàng)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(yáng)輻射的能量分布接近，太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(guò)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(qiáng)度也無(wú)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(guó)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(yáng)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(jiàn)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(huì)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(guò)增加濾光片或更換濾光罩，可以較好模擬戶外自然太陽(yáng)光和透過(guò)窗玻璃的太陽(yáng)光，并且發(fā)光效率高，壽命長(zhǎng)。

鹵鎢燈是被簡(jiǎn)易型太陽(yáng)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(guò)加熱鎢絲到高溫來(lái)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(huì)重新凝固在鎢絲上，形成一個(gè)平衡的循環(huán)，這種熱化學(xué)過(guò)程被稱為“鹵素循環(huán)”。這個(gè)過(guò)程延長(zhǎng)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(gè)特點(diǎn)

（1）       鹵鎢燈的光譜集中在可見(jiàn)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。