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太阳光模拟器
概述

    太阳模拟器是用来模拟太阳光的设备,一般包含光源、供电及控制电路、计算机等组成部分。
    太阳模拟器的基本原理是利用人工光源模拟太阳光辐射,以克服太阳光辐射受时间和气候影响,并且总辐照度不能调节等缺点,广泛用于航空航天、光伏、农业等领域。
    广义上的太阳模拟器仅包含光源、供电及控制电路、计算机等组成部分,即只是模拟太阳辐射的光源,而以下所述太阳模拟器均指用于光伏检测太阳模拟器,除了光源、供电及控制电路、计算机三部分外,其一般还包含电子负载、数据采集系统等功能模块,根据其使用场合不同,一般分为空间用太阳模拟器和地面用太阳模拟器。
    空间用太阳模拟器能够较为准确地模拟太阳辐射的准直性、均匀性和光谱特性,具有较高的空间外热流模拟精度,主要用于航天器的热平衡试验、材料老化试验,以及航空航天用光电器件的定标等,如KM6太阳模拟器。
    而对于地面用太阳模拟器,在各项特性参数中,其准直性要求没有空间用太阳模拟器高,主要使用辐照不均匀度、光谱匹配度、辐照不稳定度这三个参数来评价其模拟太阳光的等级,以下所述太阳模拟器均是指地面用太阳模拟器。
    在光伏行业,太阳模拟器主要用于太阳电池的电性能测试,通过采集待测太阳电池的伏安特性曲线,从而计算得到其最大功率Pmax、最大功率点电流Imax、最大功率点电压Vmax、短路电流Isc、开路电压Voc、填充因子FF、光电转换效率Eff、串联电阻Rs、并联电阻Rsh等参量。这些参量不仅能够反应出太阳电池的电性能,用于太阳电池生产工艺研究,而且用于太阳电池功率和等级评定,作为太阳电池销售时的定价依据。因此,一台可靠的太阳模拟器的测试结果,不仅对生产工艺改进具有指导意义,更关系到产品的品质和制造厂商的利润和信誉。

分类

    太阳模拟器可以按照不同标准进行分类。
    1、按照测试面积分类
    根据太阳模拟器的有效辐照面的大小,一般可以分为单片太阳电池测试仪和太阳电池组件测试仪。
单片太阳电池测试仪一般用于电池片厂商的功率测试及分选,以及太阳电池组件生产前的功率测试及分选,其测试面积较小,可以测试常规的125、156太阳电池。
    太阳电池组件测试仪一般用于太阳电池组件出厂前的功率测试,一般测试面积较大。
    2、按照光源脉冲时间分类
    根据光源脉冲特性,可以将太阳模拟器分为稳态太阳模拟器、单次脉冲太阳模拟器和多次闪光太阳模拟器,其优缺点见下表。

       性能
类型
优点缺点测试范围
稳态模拟器
steady-state
1、提供连续的稳态光输出
2、电子负载可用通用精确源表
3、对电池响应时间无要求 
1、需冷却系统,否则影响测试温度
2、耗电大,灯管寿命短,价格贵
3、维护费用高,故障率高
1、电池/组件性能测试(特别是薄膜、聚光、多结等电容效应较大的电池测试)
2、热斑测试(hot-spot test)
3、光浸润实验(light soaking)
单脉冲模拟器
Single-pulse
1、耗电少,灯管寿命长
2、对被测电池无温度影响
1、需专用的快速电子负载
2、光谱测量困难
电池/组件性能测试(主要测常规晶硅电池),长脉冲模拟器可测大电容效应电池
多次闪光模拟器
Multi-flash
1、无需快速电子负载
2、耗电少,灯管寿命较长
3、对被测电池无温度影响
1、测试速度慢
2、结果重复性不易控制
3、光谱测量困难
电池/组件性能测试(可测常规、薄膜、聚光、多节电池)

    3、按照光源类型分类
    随着光源技术的进步,太阳模拟器光源的选用也在变化。金属卤素灯、碳弧灯、卤素灯、钨丝灯、氙灯、LED等光源均可以用作太阳模拟器的光源,并且有着不同的优缺点。

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