穩(wěn)態(tài)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
- 品牌 其他品牌
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- 廠商性質(zhì) 生產(chǎn)廠家
- 更新時間 2024/11/7 13:08:54
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| 應(yīng)用領(lǐng)域 | 醫(yī)療衛(wèi)生,化工,能源,綜合 |
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穩(wěn)態(tài)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(wěn)定性和均勻性等，其在航天、船舶、氣象以及光伏光熱領(lǐng)域有著重要的應(yīng)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(shù)比較成熟，使用范圍廣，但是氙燈光源存在發(fā)光效率低、壽命短、穩(wěn)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(dǎo)體發(fā)光器件，具有節(jié)能高效、綠色環(huán)保、高穩(wěn)定性、壽命長的優(yōu)點。
穩(wěn)態(tài)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(dǎo)致芯片發(fā)熱密度高。而結(jié)溫上升會導(dǎo)致光輸出減少、芯片加快蛻化、縮短器件壽命。LED的熱效應(yīng)影響LED太陽模擬器中大功率LED光源陣列的光譜穩(wěn)定性和輻照穩(wěn)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(shù)等LED發(fā)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(shù)冷卻系統(tǒng)復(fù)雜成本過高，所以選擇熱電制冷方式，其工作原理為：當(dāng)電流流經(jīng)兩個不同導(dǎo)體形成的接點處會產(chǎn)生放熱和吸熱現(xiàn)象。
穩(wěn)態(tài)太陽模擬器要求在輻照面積1.2m×1.2m的矩形區(qū)域內(nèi)的照度不小于0.02個太陽常數(shù)，且被照面的不均勻度小于5%。模擬器系統(tǒng)主要由短弧氙燈、橢球面反射鏡、光纖傳光束、積分棒和準(zhǔn)直鏡組組成。通過軟件仿真及實驗驗證，結(jié)果均符合要求。實驗結(jié)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(zhǔn)直透鏡組設(shè)計便攜式太陽模擬器的方法是有效、可行的。
穩(wěn)態(tài)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(yīng)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(qū)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(shè)計就是優(yōu)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(shù)值孔徑。f1根據(jù)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(wěn)態(tài)太陽模擬器重要技術(shù)指標(biāo)之一，合理地完成整個系統(tǒng)各個光學(xué)元件之間的光學(xué)匹配，有利于充分地利用光源發(fā)出的能量。從非成像光學(xué)系統(tǒng)出發(fā)，基于二維情況下的光學(xué)擴展量，即拉赫不變量，分析了橢球鏡和光學(xué)積分器以及準(zhǔn)直系統(tǒng)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(tǒng)到投影成像系統(tǒng)能量信息的傳遞，進一步提高了能量利用率。
穩(wěn)態(tài)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(wěn)定性做出評估，并以此為依據(jù)改進生產(chǎn)工藝，向用戶提供穩(wěn)定的光伏產(chǎn)品太陽模擬器的測試結(jié)果，不僅能夠從一定程度上反應(yīng)出電池的性能，也關(guān)系到電池最后出廠的等級，價格和使用過程中的穩(wěn)定性.因此，一臺可靠的太陽模擬器，不僅對生產(chǎn)工藝有參考意義，更關(guān)系到產(chǎn)品的品質(zhì)和制造廠商的利潤和信譽生產(chǎn)出來的電池/組件在市場上銷售時，會根據(jù)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(jīng)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(guī)范市場，減少商品流通中的爭議，特擬定了IEC60904的標(biāo)準(zhǔn)，對市場上流通的光伏電池/組件的瓦數(shù)在何種測試條件下做了明確規(guī)定，即在AM1.5、一個標(biāo)準(zhǔn)太陽光強下，25攝氏度的條件下(簡稱標(biāo)準(zhǔn)條件STC)測試出來的瓦數(shù)為國際都認(rèn)可的數(shù)值。于是，為了適應(yīng)市場需求，提供標(biāo)準(zhǔn)太陽光的設(shè)備應(yīng)用而生-太陽模擬器。
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