太阳模拟器3A解决方案

太阳模拟器3A解决方案是专为光伏、光催化等领域设计的先进设备，它主要用于模拟太阳光的辐射特性，以进行各种科学实验和测试。莱森光学专门为此方案提供两种设备：太阳模拟器光谱辐射仪和太阳模拟器辐照度均匀性/稳定性测试仪。

太阳模拟器光谱辐射仪主要测量太阳模拟器光谱匹配度，太阳模拟器辐照度均匀性/稳定性测试仪主要测量太阳模拟器的光谱均匀性与稳定性。太阳模拟器的光谱匹配度、光谱均匀性与光谱稳定性通常被成为太阳模拟器3A解决方案。

莱森光学iSpecSolar系列太阳模拟器方案设备均满足JJF 1622-2017（太阳电池校准规范：光电性能）、JJF 1615-2017（太阳模拟器校准规范）和JJF 1655-2017（太阳电池校准规范：光谱响应度）国家计量技术规范要求。

一、原理介绍

太阳模拟器3A解决方案的原理主要是通过使用特定的光源和光学系统来模拟太阳光的辐射特性。以下是对其原理的详细阐述：

• 光源选择

太阳模拟器通常采用高压氙灯、金属卤化物灯或LED等作为光源。这些光源能够发出非常强的光线，并且具有一定的光谱范围。其中，LED光源因其高能效、长寿命和光谱可调性而越来越受到青睐。

• 光学系统

光谱合成：为了模拟太阳光谱，需要使用多个光源，每个光源发出特定波长的光线。通过光学器件（如滤光片、反射镜、透镜等）将这些光线进行合成，以得到接近太阳光谱的合成光线。滤光片用于选择特定波长的光线，反射镜和透镜则用于改变光线的方向和聚焦性能。

辐照均匀性：太阳模拟器要求在整个辐照面上具有高度的辐照均匀性。这通常通过精心设计的光学系统和空间滤波器来实现。空间滤波器可以消除光线的不均匀性和漫反射，确保光线在辐照面上均匀分布。

稳定性控制：为了保持长时间的光源稳定性，太阳模拟器通常采用先进的电源控制技术和散热设计。这些技术可以确保光源在长时间工作下仍能保持稳定的输出特性，避免因光源波动而导致的测试误差。

• 智能化控制

现代太阳模拟器通常配备智能化控制系统，支持远程操作和监控。用户可以通过计算机或移动设备实时查看设备状态、调整参数并收集测试数据。智能化控制系统还具备自动校准和故障诊断功能，可以自动调整光源输出以维持光谱匹配度和辐照均匀度，并在出现故障时及时报警提示。

• 大气质量AM 0、AM 1.5、AM 1.5G的区别

太阳表面的辐照度(单位面积内的辐射能量)为63.2 MW/m²，太阳光穿越太空、地球大气层到达地球表面的过程中，辐照度会不断减小。人们为了量化太阳辐射的衰减程度，常采用“大气质量”（Air Mass,简写成AM）来进行标记。大气质量就是指大气对地球表面接收太阳光的影响程度。

AM 0：大气质量为零(AM 0)的状态，是指地球外空间接收太阳光的情况。其中日地距离大约为1.5亿公里，即太阳光穿越1.5亿公里的太空到达地球大气层上界时，如图1所示，其辐照度衰减到1353 W/m²，这个值可以看作是一个常数，即太阳常数，也被称为是大气质量零辐射的标准值，记作AM 0。

AM 1.5：太阳光进入大气层的过程中，其辐射能量衰减可达30%以上，由于太阳光的入射角度不同，其穿过大气层的厚度将随之变化，那么太阳光辐射能量的衰减程度也将有所区别。设定太阳光入射到地球的天顶角(即太阳光入射光线与地面法线之间的夹角)为0，则大气质量与0的关系可表示为：M=1/cosθ。在线咨询当θ=48.2°时大气质量为AM 1.5，如图1所示，这是指典型晴天时太阳光照射到一般地面的情况，更接近人类生活的实际状况,其辐照度为1000 W/m²。AM 1.5常被用来作为评估地面太阳能转换装置及器件、组件性能的入射光能量标准。

图1 AM 0、AM 1.5示意图和AM 0、AM 1.5G光谱图

AM 1.5G：AM 1.5G是指地球表面的标准光谱，其中G是Global的缩写。AM 1.5G出自于一项与太阳能相关的ASTM(American Society of Testing Materials 美国材料实验协会)标准!2]，人们为了更于对在不同时间和地点测量的太阳能转换效率进行比较，将AM 1.5G定义为太阳能转换系统标准测试的参考光谱，并规定标准的AM.5G辐照度为1000 W/m2

AM 0与AM 1.5G光谱图对比：太阳光在穿过大气层之前，到达大气上界时太阳辐射能量的99%以上分布在150~4000 nm的区间：大约50%的太阳辐射能量在可见光谱区，即波长400~780 nm；7%在紫外光谱区，波长<400 nm；43%在红外光谱区，波长>780 nm；最大能量出现在波长500 nm处，即蓝绿光波段。详见图1中AM 0的光谱图。

太阳光穿过大气层以后到达地表，这个过程中不仅辐照度会衰减，其光谱分布也发生了变化，详见图1中AM 1.5G光谱图。其中波长300 nm的光被大气层中的氧气、臭气、氮气所吸收，波长为900 nm、1100 nm、1400 nm、1900 nm的光被水蒸气吸收，1800nm及2600 nm的光被CO吸收。

在光化学实验中，为了获取AM 1.5G标准太阳光谱，常用氙灯光源搭配AM 1.5G滤光片作为太阳光的模拟光源。

二、应用领域

太阳模拟器3A解决方案广泛应用于光伏、光催化、材料科学等领域。在光伏领域，它主要用于光伏组件、光伏材料、光伏电池等产品的性能测试和质量控制；在光催化领域，它可用于模拟太阳光驱动的光催化反应过程；在材料科学领域，它可用于研究材料在太阳光照射下的光吸收、光反射、光致发光等特性。

太阳模拟器光谱辐射仪

三、产品介绍

• 太阳模拟器光谱辐射仪

iSpecSolar-PRB太阳模拟器光谱辐射仪是专门针对各种连续型辐射光源和脉冲型太阳模拟器进行光谱辐射照度的测量而研发。此款光谱辐射仪在紫外区（250~350nm）和近红外区（800~1700nm）均具有很高的量子效率，同时具有高信噪比和大动态范围，可以实现高准确度、高稳定性辐射光谱照度测量，采用了独有技术的高速多功能探头，可实时监测脉冲光强度变化。

多功能辐射探头

iSpecSolar-PRB太阳模拟器光谱辐射仪是根据JJF 1622-2017（太阳电池校准规范：光电性能）、JJF 1615-2017（太阳模拟器校准规范）和JJF 1655-2017（太阳电池校准规范：光谱响应度）专门针对太阳模拟器光谱匹配度辐射测量而设计的，测量范围覆盖 250~1700nm，适用于测量连续型和脉冲型（单次频闪或者高频短脉宽）太阳模拟器的光谱特性。可以实现每秒最高1000幅光谱的超高速测量，能够捕捉到一个脉冲周期内不同时间点的光谱强度和光脉冲平坦期，并自动返回光脉冲平坦期的光谱辐射照度测量结果，避免光脉冲上升沿或下降沿对测量造成影响。

iSpecSolar-PRB太阳模拟器光谱辐射仪可溯源到国家光伏产业计量测试中心的光谱辐射照度标准灯，溯源范围可达250~1700nm，并提供国家光伏产业计量测试中心的校准证书。

四、典型应用领域

• 太阳光谱UV灯管辐射测量

• 太阳模拟器光谱辐照度匹配度测量

• 辐射光源光谱特性分析

• 紫外老化试验光谱辐照度测量分析

• 日晒仪辐射测量

• 氙灯光谱辐射测量

软件界面

五、主要技术参数

六、典型案例应用照片

• 太阳模拟器辐照度均匀性/稳定性测试仪

太阳模拟器辐照度均匀性/稳定性测试仪是模拟太阳辐照的光源设备，在光伏行业，太阳模拟器代替太阳光源对光伏电池片进行辐照度照射以获取其光电转换特性，如短路电流（Isc）、开路电压（Voc）、最大功率（Pmax）、转换效率（η）、填充因子（FF）等，因此太阳模拟器的辐照度均匀性、稳定性直接反映了太阳能电池片的品质和性能，莱森光学开发的iSpecSolar-PV6-SST太阳模拟器辐照度均匀性/稳定性测试仪可以准确、快速的测量出瞬态和稳态的太阳模拟器的辐照度均匀性、稳定性，该测试仪器满足JJF 1622-2017（太阳电池校准规范：光电性能）、JJF 1615-2017（太阳模拟器校准规范）和JJF 1655-2017（太阳电池校准规范：光谱响应度）国家计量技术规范要求。

主要技术特点

• 实时采集显示太阳模拟器辐照度转换电压最大、最小值、平均值

• 实现了太阳模拟器器辐照度均匀性、不稳定性功能测量

• 可以设置采用点数和频率，实现在稳态模式或瞬态模式下功能测量

• 采用阻值稳定的大功率电阻作为I-V转换器，将电流信号转换成电压信号，有利于数据的快速采集

• 专业采集分析软件，数据实时记录显示

软件界面

太阳模拟器辐照度不均匀度和不稳定度的等级划分范围

主要技术参数

七、校准证书

太阳光谱辐射仪-校准证书

参考太阳电池-校准证书