太陽模擬器3A解決方案

太陽模擬器3A解決方案是專為光伏、光催化等領(lǐng)域設(shè)計的先進(jìn)設(shè)備，它主要用于模擬太陽光的輻射特性，以進(jìn)行各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)和測試。萊森光學(xué)專門為此方案提供兩種設(shè)備：太陽模擬器光譜輻射儀和太陽模擬器輻照度均勻性/穩(wěn)定性測試儀。

太陽模擬器光譜輻射儀主要測量太陽模擬器光譜匹配度，太陽模擬器輻照度均勻性/穩(wěn)定性測試儀主要測量太陽模擬器的光譜均勻性與穩(wěn)定性。太陽模擬器的光譜匹配度、光譜均勻性與光譜穩(wěn)定性通常被成為太陽模擬器3A解決方案。

萊森光學(xué)iSpecSolar系列太陽模擬器方案設(shè)備均滿足JJF 1622-2017（太陽電池校準(zhǔn)規(guī)范：光電性能）、JJF 1615-2017（太陽模擬器校準(zhǔn)規(guī)范）和JJF 1655-2017（太陽電池校準(zhǔn)規(guī)范：光譜響應(yīng)度）國家計量技術(shù)規(guī)范要求。

一、原理介紹

太陽模擬器3A解決方案的原理主要是通過使用特定的光源和光學(xué)系統(tǒng)來模擬太陽光的輻射特性。以下是對其原理的詳細(xì)闡述：

• 光源選擇

太陽模擬器通常采用高壓氙燈、金屬鹵化物燈或LED等作為光源。這些光源能夠發(fā)出非常強(qiáng)的光線，并且具有一定的光譜范圍。其中，LED光源因其高能效、長壽命和光譜可調(diào)性而越來越受到青睞。

• 光學(xué)系統(tǒng)

光譜合成：為了模擬太陽光譜，需要使用多個光源，每個光源發(fā)出特定波長的光線。通過光學(xué)器件（如濾光片、反射鏡、透鏡等）將這些光線進(jìn)行合成，以得到接近太陽光譜的合成光線。濾光片用于選擇特定波長的光線，反射鏡和透鏡則用于改變光線的方向和聚焦性能。

輻照均勻性：太陽模擬器要求在整個輻照面上具有高度的輻照均勻性。這通常通過精心設(shè)計的光學(xué)系統(tǒng)和空間濾波器來實(shí)現(xiàn)?？臻g濾波器可以消除光線的不均勻性和漫反射，確保光線在輻照面上均勻分布。

穩(wěn)定性控制：為了保持長時間的光源穩(wěn)定性，太陽模擬器通常采用先進(jìn)的電源控制技術(shù)和散熱設(shè)計。這些技術(shù)可以確保光源在長時間工作下仍能保持穩(wěn)定的輸出特性，避免因光源波動而導(dǎo)致的測試誤差。

• 智能化控制

現(xiàn)代太陽模擬器通常配備智能化控制系統(tǒng)，支持遠(yuǎn)程操作和監(jiān)控。用戶可以通過計算機(jī)或移動設(shè)備實(shí)時查看設(shè)備狀態(tài)、調(diào)整參數(shù)并收集測試數(shù)據(jù)。智能化控制系統(tǒng)還具備自動校準(zhǔn)和故障診斷功能，可以自動調(diào)整光源輸出以維持光譜匹配度和輻照均勻度，并在出現(xiàn)故障時及時報警提示。

• 大氣質(zhì)量AM 0、AM 1.5、AM 1.5G的區(qū)別

太陽表面的輻照度(單位面積內(nèi)的輻射能量)為63.2 MW/m²，太陽光穿越太空、地球大氣層到達(dá)地球表面的過程中，輻照度會不斷減小。人們?yōu)榱肆炕栞椛涞乃p程度，常采用“大氣質(zhì)量”（Air Mass,簡寫成AM）來進(jìn)行標(biāo)記。大氣質(zhì)量就是指大氣對地球表面接收太陽光的影響程度。

AM 0：大氣質(zhì)量為零(AM 0)的狀態(tài)，是指地球外空間接收太陽光的情況。其中日地距離大約為1.5億公里，即太陽光穿越1.5億公里的太空到達(dá)地球大氣層上界時，如圖1所示，其輻照度衰減到1353 W/m²，這個值可以看作是一個常數(shù)，即太陽常數(shù)，也被稱為是大氣質(zhì)量零輻射的標(biāo)準(zhǔn)值，記作AM 0。

AM 1.5：太陽光進(jìn)入大氣層的過程中，其輻射能量衰減可達(dá)30%以上，由于太陽光的入射角度不同，其穿過大氣層的厚度將隨之變化，那么太陽光輻射能量的衰減程度也將有所區(qū)別。設(shè)定太陽光入射到地球的天頂角(即太陽光入射光線與地面法線之間的夾角)為0，則大氣質(zhì)量與0的關(guān)系可表示為：M=1/cosθ。在線咨詢當(dāng)θ=48.2°時大氣質(zhì)量為AM 1.5，如圖1所示，這是指典型晴天時太陽光照射到一般地面的情況，更接近人類生活的實(shí)際狀況,其輻照度為1000 W/m²。AM 1.5常被用來作為評估地面太陽能轉(zhuǎn)換裝置及器件、組件性能的入射光能量標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 AM 0、AM 1.5示意圖和AM 0、AM 1.5G光譜圖

AM 1.5G：AM 1.5G是指地球表面的標(biāo)準(zhǔn)光譜，其中G是Global的縮寫。AM 1.5G出自于一項與太陽能相關(guān)的ASTM(American Society of Testing Materials 美國材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會)標(biāo)準(zhǔn)!2]，人們?yōu)榱烁趯υ诓煌瑫r間和地點(diǎn)測量的太陽能轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行比較，將AM 1.5G定義為太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)測試的參考光譜，并規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的AM.5G輻照度為1000 W/m2

AM 0與AM 1.5G光譜圖對比：太陽光在穿過大氣層之前，到達(dá)大氣上界時太陽輻射能量的99%以上分布在150~4000 nm的區(qū)間：大約50%的太陽輻射能量在可見光譜區(qū)，即波長400~780 nm；7%在紫外光譜區(qū)，波長<400 nm；43%在紅外光譜區(qū)，波長>780 nm；最大能量出現(xiàn)在波長500 nm處，即藍(lán)綠光波段。詳見圖1中AM 0的光譜圖。

太陽光穿過大氣層以后到達(dá)地表，這個過程中不僅輻照度會衰減，其光譜分布也發(fā)生了變化，詳見圖1中AM 1.5G光譜圖。其中波長300 nm的光被大氣層中的氧氣、臭氣、氮?dú)馑?，波長為900 nm、1100 nm、1400 nm、1900 nm的光被水蒸氣吸收，1800nm及2600 nm的光被CO吸收。

在光化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，為了獲取AM 1.5G標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜，常用氙燈光源搭配AM 1.5G濾光片作為太陽光的模擬光源。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

太陽模擬器3A解決方案廣泛應(yīng)用于光伏、光催化、材料科學(xué)等領(lǐng)域。在光伏領(lǐng)域，它主要用于光伏組件、光伏材料、光伏電池等產(chǎn)品的性能測試和質(zhì)量控制；在光催化領(lǐng)域，它可用于模擬太陽光驅(qū)動的光催化反應(yīng)過程；在材料科學(xué)領(lǐng)域，它可用于研究材料在太陽光照射下的光吸收、光反射、光致發(fā)光等特性。

太陽模擬器光譜輻射儀

三、產(chǎn)品介紹

• 太陽模擬器光譜輻射儀

iSpecSolar-PRB太陽模擬器光譜輻射儀是專門針對各種連續(xù)型輻射光源和脈沖型太陽模擬器進(jìn)行光譜輻射照度的測量而研發(fā)。此款光譜輻射儀在紫外區(qū)（250~350nm）和近紅外區(qū)（800~1700nm）均具有很高的量子效率，同時具有高信噪比和大動態(tài)范圍，可以實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度、高穩(wěn)定性輻射光譜照度測量，采用了獨(dú)有技術(shù)的高速多功能探頭，可實(shí)時監(jiān)測脈沖光強(qiáng)度變化。

多功能輻射探頭

iSpecSolar-PRB太陽模擬器光譜輻射儀是根據(jù)JJF 1622-2017（太陽電池校準(zhǔn)規(guī)范：光電性能）、JJF 1615-2017（太陽模擬器校準(zhǔn)規(guī)范）和JJF 1655-2017（太陽電池校準(zhǔn)規(guī)范：光譜響應(yīng)度）專門針對太陽模擬器光譜匹配度輻射測量而設(shè)計的，測量范圍覆蓋 250~1700nm，適用于測量連續(xù)型和脈沖型（單次頻閃或者高頻短脈寬）太陽模擬器的光譜特性。可以實(shí)現(xiàn)每秒最高1000幅光譜的超高速測量，能夠捕捉到一個脈沖周期內(nèi)不同時間點(diǎn)的光譜強(qiáng)度和光脈沖平坦期，并自動返回光脈沖平坦期的光譜輻射照度測量結(jié)果，避免光脈沖上升沿或下降沿對測量造成影響。

iSpecSolar-PRB太陽模擬器光譜輻射儀可溯源到國家光伏產(chǎn)業(yè)計量測試中心的光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈，溯源范圍可達(dá)250~1700nm，并提供國家光伏產(chǎn)業(yè)計量測試中心的校準(zhǔn)證書。

四、典型應(yīng)用領(lǐng)域

• 太陽光譜UV燈管輻射測量

• 太陽模擬器光譜輻照度匹配度測量

• 輻射光源光譜特性分析

• 紫外老化試驗(yàn)光譜輻照度測量分析

• 日曬儀輻射測量

• 氙燈光譜輻射測量

軟件界面

五、主要技術(shù)參數(shù)

六、典型案例應(yīng)用照片

• 太陽模擬器輻照度均勻性/穩(wěn)定性測試儀

太陽模擬器輻照度均勻性/穩(wěn)定性測試儀是模擬太陽輻照的光源設(shè)備，在光伏行業(yè)，太陽模擬器代替太陽光源對光伏電池片進(jìn)行輻照度照射以獲取其光電轉(zhuǎn)換特性，如短路電流（Isc）、開路電壓（Voc）、最大功率（Pmax）、轉(zhuǎn)換效率（η）、填充因子（FF）等，因此太陽模擬器的輻照度均勻性、穩(wěn)定性直接反映了太陽能電池片的品質(zhì)和性能，萊森光學(xué)開發(fā)的iSpecSolar-PV6-SST太陽模擬器輻照度均勻性/穩(wěn)定性測試儀可以準(zhǔn)確、快速的測量出瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)的太陽模擬器的輻照度均勻性、穩(wěn)定性，該測試儀器滿足JJF 1622-2017（太陽電池校準(zhǔn)規(guī)范：光電性能）、JJF 1615-2017（太陽模擬器校準(zhǔn)規(guī)范）和JJF 1655-2017（太陽電池校準(zhǔn)規(guī)范：光譜響應(yīng)度）國家計量技術(shù)規(guī)范要求。

主要技術(shù)特點(diǎn)

• 實(shí)時采集顯示太陽模擬器輻照度轉(zhuǎn)換電壓最大、最小值、平均值

• 實(shí)現(xiàn)了太陽模擬器器輻照度均勻性、不穩(wěn)定性功能測量

• 可以設(shè)置采用點(diǎn)數(shù)和頻率，實(shí)現(xiàn)在穩(wěn)態(tài)模式或瞬態(tài)模式下功能測量

• 采用阻值穩(wěn)定的大功率電阻作為I-V轉(zhuǎn)換器，將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，有利于數(shù)據(jù)的快速采集

• 專業(yè)采集分析軟件，數(shù)據(jù)實(shí)時記錄顯示

軟件界面

太陽模擬器輻照度不均勻度和不穩(wěn)定度的等級劃分范圍

主要技術(shù)參數(shù)

七、校準(zhǔn)證書

太陽光譜輻射儀-校準(zhǔn)證書

參考太陽電池-校準(zhǔn)證書