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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試及光生物化學(xué)相關(guān)測試。
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來評估大氣層的散射和吸收對太陽光的影響。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?？梢浑A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。一種的AM1.5參考光譜由ASTM（美國材料和試驗(yàn)協(xié)會）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？
評價(jià)太陽光模擬器光束質(zhì)量的三個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)這三個特性的表現(xiàn)分為A，B，C三個等級。三個特性的評價(jià)均為A的是Class AAA太陽光模擬器。三個國際標(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。氙光作為一種固體光源，相比于氙燈具有壽命長，啟動時(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)逐漸解決了這個問題?；?/span>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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