穩態太陽模擬器原理
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- 公司名稱 菲銳科技（北京）有限公司
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- 廠商性質 生產廠家
- 更新時間 2024/11/7 13:08:54
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| 應用領域 | 醫療衛生,化工,能源,綜合 |
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穩態太陽模擬器主要是模擬地球外層空間太陽的光輻射特性和幾何特性，主要包括太陽輻射強度、太陽視直徑、太陽光譜特性、輻照穩定性和均勻性等，其在航天、船舶、氣象以及光伏光熱領域有著重要的應用。目前的太陽模擬器主要以氙燈、鹵鎢燈為光源，氙燈光源太陽模擬器，技術比較成熟，使用范圍廣，但是氙燈光源存在發光效率低、壽命短、穩定性差、光譜匹配度差等不足，使氙燈為光源的太陽模擬器的性能很難提高。LED(Light Emitting Diode，LED)是一種新型半導體發光器件，具有節能高效、綠色環保、高穩定性、壽命長的優點。
穩態太陽模擬器面積較小，工作時電流密度大，且用于照明時往往要求大量的LED組合而成，密集度大，導致芯片發熱密度高。而結溫上升會導致光輸出減少、芯片加快蛻化、縮短器件壽命。LED的熱效應影響LED太陽模擬器中大功率LED光源陣列的光譜穩定性和輻照穩定性，所以需要找到一種切實有效的方法對大功率LED光源陣列的溫度進行控制。
目前散熱方法主要有熱管、翅片、熱電制冷、合成微噴技術等LED發熱量大，單獨靠熱管和翅片的被動散熱方法達不到理想散熱效果，合成微噴技術冷卻系統復雜成本過高，所以選擇熱電制冷方式，其工作原理為：當電流流經兩個不同導體形成的接點處會產生放熱和吸熱現象。
穩態太陽模擬器要求在輻照面積1.2m×1.2m的矩形區域內的照度不小于0.02個太陽常數，且被照面的不均勻度小于5%。模擬器系統主要由短弧氙燈、橢球面反射鏡、光纖傳光束、積分棒和準直鏡組組成。通過軟件仿真及實驗驗證，結果均符合要求。實驗結果表明，利用短弧氙燈、橢球面反射鏡、光纖傳光束、積分棒和投影準直透鏡組設計便攜式太陽模擬器的方法是有效、可行的。
穩態太陽模擬器采用橢球面反射鏡：
短弧氙燈光源具有軸對稱性，采用橢球面聚光鏡應具有很大的包容角，從而獲得較高的聚光效率。對這種形式的聚光鏡，氙弧峰值亮度區位于橢球面聚光鏡的前焦點處，被橢球面聚光鏡無球差地成像于第二焦平面處。橢球面聚光鏡的設計就是優選f1、f2，使橢球面聚光鏡的聚光效率和積分棒的口徑利用率較高，且第二焦點處的光束孔徑角不能超出光纖的數值孔徑。f1根據選用氙燈的外形尺寸確定。確定原則是氙燈泡殼與聚光鏡不相碰，保證安裝方便，要有足夠的空間供氙燈散熱。
輻照度是穩態太陽模擬器重要技術指標之一，合理地完成整個系統各個光學元件之間的光學匹配，有利于充分地利用光源發出的能量。從非成像光學系統出發，基于二維情況下的光學擴展量，即拉赫不變量，分析了橢球鏡和光學積分器以及準直系統相互之間相對孔徑的匹配，滿足了光瞳銜接原理，完成了從照明系統到投影成像系統能量信息的傳遞，進一步提高了能量利用率。
穩態太陽模擬器主要用于太陽電池單片電性能測試和太陽電池組件光老練試驗和熱斑耐久試驗，通過在一定輻射總量條件下的照射，可對被測電池/組件在實際使用中的穩定性做出評估，并以此為依據改進生產工藝，向用戶提供穩定的光伏產品太陽模擬器的測試結果，不僅能夠從一定程度上反應出電池的性能，也關系到電池最后出廠的等級，價格和使用過程中的穩定性.因此，一臺可靠的太陽模擬器，不僅對生產工藝有參考意義，更關系到產品的品質和制造廠商的利潤和信譽生產出來的電池/組件在市場上銷售時，會根據電池/組件的峰瓦值來確定電池/組件的市場流通價值。
但是，光伏電池/組件的電輸出因照射光的強度、光譜(不同經度和緯度的陽光照射下輸出的電性能皆有差異)的不同電輸出會有很大差異；此外，光伏電池/組件的電性能輸出也會隨著溫度的變化而變化。為了規范市場，減少商品流通中的爭議，特擬定了IEC60904的標準，對市場上流通的光伏電池/組件的瓦數在何種測試條件下做了明確規定，即在AM1.5、一個標準太陽光強下，25攝氏度的條件下(簡稱標準條件STC)測試出來的瓦數為國際都認可的數值。于是，為了適應市場需求，提供標準太陽光的設備應用而生-太陽模擬器。
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