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太陽光模擬器一種用于為室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室或測(cè)試設(shè)施產(chǎn)生模仿自然陽光的光譜和輻照度的照明的設(shè)備。太陽光由波長范圍較寬的電磁波譜組成，其中包括了人眼無法感知的部分，如無線電波，微波，紅外線（IR），紫外線（UV），X射線和伽馬射線等。這些人眼不可見的部分對(duì)于某些其他的接收器很重要，如光伏電池和植物中的葉綠素，因此有時(shí)不能省略。太陽光模擬技術(shù)的目標(biāo)是在足夠的波長范圍內(nèi)產(chǎn)生接近日光的光譜。由于不受環(huán)境與時(shí)間的限制，太陽光模擬器廣泛用于太陽能光電池及其他光電材料的光電特性測(cè)試及光生物化學(xué)相關(guān)測(cè)試。
太陽光譜的標(biāo)準(zhǔn)
Air Mass 1.5
由于大氣層的吸收和散射，太陽光在穿過大氣層后在地球上不同位置的輻射并不相同。通常使用Air Mass來評(píng)估大氣層的散射和吸收對(duì)太陽光的影響。Air mass系數(shù)定義為在地球表面的某一點(diǎn)，太陽光經(jīng)過大氣層的路徑長度與太陽光從天頂入射（與地面垂直的正上方）時(shí)經(jīng)過大氣層到達(dá)海平面的路徑長度（即太陽光穿越大氣層到達(dá)海平面所需的最短的路徑）的比值。可一階近似為AM = 1/cos(z)，其中z為天頂角, 即太陽光與垂直與地面的直線的夾角。表示方法為“AM"后跟具體數(shù)值，如AM1.5。
常見的AM值及對(duì)應(yīng)的地區(qū) | |
AM0 | 大氣層外。 |
AM1 | 赤道和低緯度（熱帶）地區(qū)，太陽光穿過大氣層的最短路徑。 |
AM1.5 | 主要人口居住的中緯度（溫帶）地區(qū)，適合于鋪裝太陽能電池板和構(gòu)建電網(wǎng)（z=48.2°）。 |
AM2-3 | 高緯度地區(qū)，比如北歐。 |
AM38 | 太陽光水平入射（z=90°）。 |
ASTM G173-03 AM1.5
AM1.5光譜的計(jì)算需要大量的基礎(chǔ)物理學(xué)、大氣科學(xué)及氣象學(xué)等學(xué)科的知識(shí)。一種的AM1.5參考光譜由ASTM（美國材料和試驗(yàn)協(xié)會(huì)）在其最新標(biāo)準(zhǔn)ASTM G173-03所制定，該光譜表示在一組特定的大氣條件下，特定方向的地表的太陽輻射，由SMARTS模型計(jì)算得出。另外，該光譜有AM1.5D與AM1.5G的區(qū)別，AM1.5D僅為穿過大氣層直達(dá)地面的輻射，而AM1.5G包含直達(dá)輻射與大氣層散射的輻射，更接近實(shí)際地表的太陽輻射。下圖列出了AM0，AM1.5G以及另外一種常用于近似表示陽光的5000K黑體輻射的光譜。
如何選擇太陽光模擬器？
評(píng)價(jià)太陽光模擬器光束質(zhì)量的三個(gè)主要特性是光譜匹配程度、輻照空間均勻性和輻照時(shí)間穩(wěn)定性。在國際標(biāo)準(zhǔn)ASTM，IEC和JIS中規(guī)定，將太陽光模擬器依據(jù)這三個(gè)特性的表現(xiàn)分為A，B，C三個(gè)等級(jí)。三個(gè)特性的評(píng)價(jià)均為A的是Class AAA太陽光模擬器。三個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)中嚴(yán)格的規(guī)定可參見下表：
| 光譜匹配度 | 輻照不均勻度 | 短期輻照不穩(wěn)定性 | 長期輻照不穩(wěn)定性 |
A | 0.75 - 1.25 | 2% | 0.5% | 2% |
B | 0.6 - 1.4 | 5% | 2% | 5% |
C | 0.4 - 2.0 | 10% | 10% | 10% |
由于 Class A 所規(guī)定的誤差范圍較大，所以很多公司會(huì)提出自己的標(biāo)準(zhǔn)，并用 Class A+, A++, A+++來表示。此外輻照強(qiáng)度和光束發(fā)散角度也是需要考慮的重要光學(xué)參數(shù)。
氙燈與氙光作為太陽光模擬器光源的對(duì)比
在室內(nèi)使用人造光源模擬太陽光的概念最早應(yīng)用于1960年NASA的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）的太空環(huán)境測(cè)試艙，當(dāng)時(shí)選用了氙氣弧光燈作為光源。此后氙燈一直作為太陽光模擬器的主要光源，直到如今（2020）被大規(guī)模應(yīng)用于光伏模塊的檢測(cè)。氙光作為一種固體光源，相比于氙燈具有壽命長，啟動(dòng)時(shí)不需要預(yù)熱，無高氣壓造成的安全隱患等優(yōu)點(diǎn)。早期的氙光由于光功率較低而限制了其在太陽光模擬器中的使用，最近高功率的氙光技術(shù)的研發(fā)逐漸解決了這個(gè)問題。基于氙光的太陽光模擬器還可以通過調(diào)光技術(shù)模擬任意的AM光譜，并具有更高的光效與更加緊湊的體型等優(yōu)點(diǎn)，很有潛力代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源。
氙光能提供這些更好的效益
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無需預(yù)熱時(shí)間 | 無需更換燈泡 | 無爆炸危險(xiǎn) | 無需手動(dòng)校準(zhǔn) | 易于集成 | 環(huán)境友好 |
作為許多攝影照明用具制造商的重要合作伙伴，科迎法一直專注于具有高發(fā)光密度和接近太陽光譜的氙光。而科迎法的太陽光模擬器的光源模塊則在保留以上優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，將光譜拓展到300nm-1200nm，其中300-400nm的近紫外光與1100-1200nm的近紅外光確保被測(cè)光伏電池模塊能程度地吸收太陽光譜。光譜匹配程度為±2%，低于Class A ±25%的標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)計(jì)使用壽命可以達(dá)到10,000小時(shí)以上，是普通氙燈（400小時(shí)）的25倍
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