大型陽光模擬器

大型陽光模擬器是一種在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中模擬太陽光照射的關(guān)鍵工具。它通過利用強(qiáng)光源、透鏡、反射器和熱控制系統(tǒng)來產(chǎn)生與太陽輻射相似的光譜、強(qiáng)度和溫度條件，從而為光電器件測試、太陽能研究和材料表征等領(lǐng)域提供精確可靠的光源。

大型陽光模擬器可在目標(biāo)區(qū)域產(chǎn)生高強(qiáng)度，均勻的照明。通常，高功率陽光模擬器使用橢圓形反射鏡來捕獲來自反射鏡內(nèi)部弧光燈源的光，這種布置會產(chǎn)生具有明亮外部區(qū)域和黑暗中心的光圖案。這種不均勻性在許多應(yīng)用中是不可接受的，因此，迫使我們的許多爭對手使用涉及擴(kuò)散器的設(shè)計(jì)來減少不均勻性。這導(dǎo)致目標(biāo)區(qū)域上的強(qiáng)度降低和光譜失真。  

針對這些問題，Sciencetech的解決方案是使用*的反射鏡系統(tǒng)，將光“折疊”到目標(biāo)平面上，從而有效地減少損失的光，而幾乎不會出現(xiàn)光譜畸變，還可以確保輸出光束中沒有色差。

此外，每個(gè)Sciencetech的產(chǎn)品均可定制，以適合您的要求。全反射陽光模擬器的設(shè)計(jì)允許在功率和均勻性之間進(jìn)行權(quán)衡。較低的功率可以實(shí)現(xiàn)較高的均勻性；或當(dāng)降低均勻性時(shí)可以增加功率。

介紹具有IV測試設(shè)備的SCIENCETECH超高效陽光模擬器 UHE-NL-150。我們制造了許多其他種類，并且此演示也適用于我們的其他類型。

設(shè)計(jì)和制造了三十多種陽光模擬器，如下表所示。

Solar Simulator		Target Size				Working Distance		Uniformity	Collimation Half Angle
		Square  Side		Circ. Diameter
		Inches	cm	Inches	cm	Inches	cm	Class	Degrees
Steady-State	SF300A	0.7	1.8	1	2.5	3-4	13	A	1
	SF150B	0.7	1.8	1	2.5	3-4	7.5	B	1
	SF150C	0.7	1.8	1	2.5	3-4	7.5	C	1
	SF300B	1.4	3.6	2	5	3-4	13	B	1
	SF300C	1.4	3.6	2	5	3-4	7.5	C	1
	SLB-150A	1	2.5	1	2.5	4	10	A	12
	SLB-150B	1.5	3.8	1.5	3.8	6	15	B	12
	SLB-300A	1.5	3.8	1.5	3.8	6	15	A	12
	SLB-300B	2	5	2	5	8	20	B	12
	SS150	1.4	3.6	2	5	27	68	A	2.5
	SS0.5kW	2.1	5.2	3	7.5	18	45	A	3
	SS1.0kW	3.5	8.8	5	12.5	30	75	A	3
	SS1.6K	4.3	11	6.2	16	36	90	A	3
	SS2.5K	5.6	14	7.8	20	42	105	A	3
	SS0.5kW-UV	2.1	5.3	3	7.5	18	45	A	3
	SS1.0kW-UV	3.5	8.8	5	12.5	35.2	88	A	3
	SS1.6kW-UV	4.5	11.3	6.4	16	50	125	A	3
	SS2.5kW-UV	5.6	14.1	8	20	42	105	A	3
	SFR1.6K	6.3	16	8.5	21.5	~12	30	B	0.7
	SFR3.0K	8.4	21	11.5	29.5	~12	30	B	0.7
	UHE-15A	3	7.6	3	7.6	22	55	A	5
	UHE-15-I	5	12.7	5	12.7	22	55	B	5
	UHE-15-II	4	10	4	10	18	45	B	5
	UHE-15-III	6	16	6	16	24	60	B	5
	UHE-15-IV	5	12.7	5	12.7	24	60	B	5
	UHE-16	6.3	16	6.3	16	23	58	A	5
	UHE-33	12	33	12	33	44	110	A	5
	UHE-45	18	45	18	45	44	110	A	5
	Solar LightLine A1	1	2.5	1	2.5	4	10	A	10
	Solar LightLine A4	1	2.5	1	2.5	4	10	A	10
	SL-38A-WS	1.5	3.8	1.5	3.8	10	25	A	10
	SL-50A-WS	2.0	5.0	2.0	5.0	10	25	A	10
	SL-60A-WS	2.4	6.0	2.4	6.0	10	25	A	10
	LASI	20	50	20	50	40	100	C	10
	TOPS	8.4	21	12	30	25	72	B	~20
Flash	PSS1	40	100	40	100	40	100	A	not collimated
	PSS1.5	60	150	60	150	40	100	A	not collimated
	PSS2	80	200	80	200	40	100	A	not collimated
Flash Concentrator	FSSC 200-4000 Suns	2	5	2	5	~0.5	~1.2	A	15

太陽常數(shù)和陽光模擬 

在各種研究領(lǐng)域中，以兩種方式測量了來自太陽的輻射。太陽常數(shù)是在垂直于入射角的平面上入射到地球大氣表面的光的輻照度或強(qiáng)度。

世界氣象組織已將該值定義為大氣外1366.7W / m 2。

由于大氣中的吸收和散射效應(yīng)，太陽在地球表面的輻照度在不同條件下會發(fā)生變化，因此，關(guān)于輻照度，許多其他常數(shù)很重要。 

Solar Spectrum *	Filter	Power Density  (mW/cm2)	Transmission %
In Space	AM0	137	61.3%
Direct solar spectrum at 0o zenith angle	AM1.0D	104	67%
Global solar spectrum at 0o zenith angle	AM1.0G	100	66.7%
Direct solar spectrum at 48.2o zenith angle	AM1.5D	93	65%
Global solar spectrum at 48.2 o zenith angle	AM1.5G	100	58.5%
Direct solar spectrum at 60.1o zenith angle	AM2.0D	71	57.3%

* All Measurements are at sea level, excluding AM0

在大氣層以下，太陽發(fā)出的輻射可分為兩個(gè)部分：來自太陽本身的直接輻射，以及來自天空其余部分的散射輻射，包括從地面反射回來的一部分。調(diào)整陽光模擬器以模仿各種環(huán)境下的太陽光譜分布；為此，可使用空氣質(zhì)量（AM）濾鏡更改和完善來自氙弧燈光源的光譜分布。

在討論濾鏡時(shí)，使用直接（D）濾鏡模仿直接輻射光譜，并通過使用將兩個(gè)分量一起模仿的全局（G）濾鏡來匹配包括散射的天空和地面輻射在內(nèi)的總輻射。 

上表給出了在許多可以模擬的常見條件下兩種Sciencetech濾光片類型的1 SUN輻照度值，以及相對于250-2500nm之間未濾光的近似透射率值。

 Sciencetech的AM濾波器設(shè)計(jì)為可在標(biāo)準(zhǔn)條件下單獨(dú)使用，盡管它們也可以串聯(lián)排列以產(chǎn)生其他光譜分布。我們比賽使用的許多陽光模擬器系統(tǒng)都要求串聯(lián)使用濾波器以達(dá)到與Sciencetech濾波器相同的性能，例如，串聯(lián)使用AM0和AM1.0濾波器以獲得AM1.0光譜分布，而Scientifictech的AM1.0濾波器可以單獨(dú)使用以獲得相同的結(jié)果，從而減少了功率損耗并減少了其他濾波器的成本。

大多數(shù)陽光模擬器都使用氙弧燈，這使系統(tǒng)能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈的準(zhǔn)直光束，類似于5.8K黑體。兩者之間大的區(qū)別是氙弧線出現(xiàn)在電弧光譜中，而大氣吸收則在太陽光譜中，這在800-1100nm范圍內(nèi)尤為突出，這是因?yàn)闊舻木€輸出強(qiáng)度很高。AM0濾光片可以降低這種影響，從而使特定頻段的平均水平與大氣層上方的太陽水平相匹配，優(yōu)于±25％，盡管使用實(shí)用的濾光片不可能*消除氙氣線，同時(shí)保留光譜的其余部分。AM1.0、1.5和2.0濾光片還可以針對不同的海平面條件修改光譜的可見光和紫外線部分，

左圖顯示了全反射陽光模擬器的典型輸出光譜。這些光譜輻照度曲線結(jié)合了氙弧燈光源，空氣質(zhì)量過濾器和光束均化器內(nèi)部使用的反射鏡的光譜曲線。

實(shí)際輸出光譜可能會因燈的狀況和空氣過濾器的制造公差而有所不同。為了簡化我們的光譜曲線與ASTM E927-10標(biāo)準(zhǔn)曲線的直觀比較，將模擬器的輸出歸一化為相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)光譜。