太阳光模拟器原理｜模拟器标准

太阳光是生活中最常见的光源，也是最清洁的能源，在很多科研场景中都需要考虑太阳光的影响，但是太阳光会随着时间、天气等因素的变化而发生变化，因此如何模拟出稳定可控的太阳光在光伏、航空航天和汽车等众多领域有十分重要的研究价值。

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太阳光的光谱范围十分宽广，想要完全的模拟太阳光不太现实，因此模拟太阳光的哪个波段，模拟到多大辐照度需要行业内有一个统一的标准。在 ASTM G173-03 标准中对太阳光光谱进行了规定，如上图1 所示。图中黑色线为 AM0 光谱，蓝色线为 AM1.5g 光谱，红色线为 AM1.5d 光谱。AM 是大气质量，是太阳光束通过大气的路径长度L与相对于地球表面法线以角度 z 入射的长度L0的比值，如式（AM = L/L0 ≈ 1 /cos z  ）所示。AM0 为大气圈外光谱，常用于航空航天，当太阳光照射到地表时，会被大气层的散射和吸收一部分光，AM1.5g 则是包含了被散射吸收部分的能量，而 AM1.5d 则不包含。

在光伏领域中，太阳光模拟器的国际标准是 IEC60904-9，我国的国家标准 GB/T 6495.9 与该标准中的规定基本一致。根据国家标准的规定，模拟 am1.5g 条件下的太阳光的太阳光模拟器需要达到以下几个方面的技术指标。

（1）总辐照度

太阳光模拟器须要在测试平面上达到1000W/m2的总辐照度，并且能够根据需要对辐照度的大小进行调节。

（2）光谱匹配

太阳光模拟器的光谱辐照度分布须要与 am1.5g 标准太阳光光谱辐照度分布匹配，表 1给出了 am1.5g 标准太阳光光谱辐照度分布。

（3）均匀度

在测试平面上，太阳光模拟器出射光照射在指定测试区域内的辐照度应达到一定的均匀度。不均匀度的定义如下式所示。

不均匀度 = ± 【（最大辐照度 − 最小辐照度）/（最大辐照度 + 最小辐照度）】×100% 

（4）辐照稳定度

在测试期间内，太阳光模拟器的辐照度应该具有一定的稳定度。辐照不稳定度的定义如下式所示。

辐照稳定不度 = ± 【（最大辐照度 − 最小辐照度）/（最大辐照度 + 最小辐照度）】×100% 

根据这四个指标的测试结果的不同，标准将太阳光模拟器分为了三个等级，其指标要求如表2 所示。

图2

如图2是LSS100A LED太阳光模拟器光谱与AM1.5G太阳光谱对比图。这款太阳光模拟器采用覆盖300nm~1800nm波长的 LED 作为光源，从图中可看出这款模拟器光谱匹配度达到A级。

图3

图4

图3和图4分别是LSS100A LED太阳光模拟器的辐照不均匀度和辐照不稳定度计算，从图中可看出这款模拟器的这两点也达到了A级别。

太阳光模拟器

稳态太阳光模拟器，拥有10000小时的长使用寿命，高达32路独立可调LED通道，支持AM1.5G，AM0及个性化光谱。它不仅适合多种科研级电池尺寸，而且适用于含有一个公共电极多个对电极的电子器件。