太阳光模拟器分类,测试与性能标准全览

你有没有想过，在室内就能模拟出太阳的光照效果？这可不是科幻小说里的情节，而是太阳光模拟器这项技术的神奇之处。它就像一个魔法盒子，能将太阳的光谱和辐照度完美复制，为各种实验和测试提供便利。今天，就让我们一起走进太阳光模拟器的世界，探索它的分类和奥秘。

太阳光模拟器是一种模拟太阳光的设备，广泛应用于太阳能电池测试、光催化、化妆品和涂料等材料的耐光实验、光生物的检查与测试等领域。它不受环境、气候、时间、地点等因素的影响，避免了室外测量的各种限制，成为科研和工业领域不可或缺的工具。

太阳光模拟器的分类方式多种多样，主要可以根据测试面积、IEC等级和光源脉冲时间进行划分。

根据太阳模拟器的有效光照面积，可以分为单片测试仪和组件测试仪两大类。

单片测试仪，也常称为电池测试仪或IV测试仪，主要用于电池片工厂后端的功率测试及分选和组件工厂前端的功率测试及分选。它的测试面积较小，一般在100cm2到400cm2之间，可以满足常规的125、156太阳电池的测试需求。

组件测试仪，则常称为太阳模拟器，一般用于组件工厂后端的出厂测试。它的测试面积较大，一般在1000mm到2000mm左右，可以满足当前72片156晶硅组件的出厂测试需求。

根据IEC标准的规定，太阳模拟器还可以按IEC等级划分。这个等级划分和短板理论类似，即在IEC等级的三个指标中，等级最差的那个作为太阳模拟器的最终等级。这三个指标通常包括光谱匹配度、辐照空间不均匀性和时间稳定性。

在行业发展的初期，大部分的模拟器没有达到标准，但随着行业的发展，人们对性能测试中测量性要求的提高，大部分与性能有关的测试已经全部在A级条件下进行。因此，绝大多数公司的产品达到了A级标准。

根据太阳模拟器光源的脉冲特性和产生光的方式，可以分为稳态模拟器、单脉冲模拟器、多次闪光模拟器。

稳态模拟器使用一个稳态光源作为太阳模拟器的光源，在做IV曲线时，它无需快速的测量与信号采集，主要用于研究所及研发、认证实验室。

单脉冲模拟器是通过一个持续时间为毫秒量级的亚稳态光脉冲完成IV曲线的，因此它对测试的速度要求很高，但这样有一个好处就是它无需专门的冷却装置，并且测试的速度很快。

多次闪光模拟器通过多次的闪光测量完成一个IV曲线上信号的采集，由于每次闪光的光强可能不同，因此测试的重复性不是很高。对于大规模的工业生产来说，各电池组件生产线上使用多的还是单脉冲太阳模拟器。

太阳光模拟器的主要部件包括氙灯、金属椭球面反射镜、光学积分器、准直物镜和大气质量滤光片。

氙灯作为发光源，通过惰性气体放电，辐射效率高，且大部分辐射集中在可见光和近红外区，与太阳电池的吸收谱匹配较好。

金属椭球面反射镜用于太阳光模拟器的反射聚光系统，收集脉冲氙灯的辐射能量。

光学积分器用于匀光，实现均匀辐照。它由前后两个透镜阵列组成，可以将由椭圆聚光镜的光线交错叠加进行匀光。

准直物镜对匀光后的光束进行准直，实现平行光输出。

大气质量滤光片通过特殊膜系曲线设计滤光片，使得氙灯光谱和标准太阳光谱一致（不是100%重合）。AM0是指在地球外空间接受太阳光的情况，适用于人造卫星和宇宙飞船等应用。

判定太阳光模拟器性能的三个重要指标包括光谱匹配度、辐照空间不均匀性和时间稳定性。

光谱匹配度是指模拟光分别在400-500nm、500-600nm、600-700nm、700-800nm、800-900nm和900-1100nm这6个光谱范围内与真实太阳光的匹配程度，用百分比来表示。根据数据的偏离情况对模拟器匹配程度的等级进行划分。

辐照空间不均匀性是指在测试区域的辐照度应达到一定的均匀度要求。计算方法为：不均匀度（大辐照度-小辐照度）/（大辐照度小辐照度）100%。光照均匀性是难达到和保持的一项指标，工作面积上的强光点会影响测试结果的准确性。

时间稳定性是指太阳光模拟器在长时间工作下，输出辐照度的稳定性。这对于需要长时间连续