穩(wěn)態(tài)太陽(yáng)模擬器主要是模擬地球外層空間太陽(yáng)的光輻射特性和幾何特性，主要包括太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、太陽(yáng)視直徑、太陽(yáng)光譜特性、輻照穩(wěn)定性和均勻性等，其在航天、船舶、氣象以及光伏光熱領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。目前的太陽(yáng)模擬器主要以氙燈、鹵鎢燈為光源，氙燈光源太陽(yáng)模擬器，技術(shù)比較成熟，使用范圍廣，但是氙燈光源存在發(fā)光效率低、壽命短、穩(wěn)定性差、光譜匹配度差等不足，使氙燈為光源的太陽(yáng)模擬器的性能很難提高。LED(Light Emitting Diode，LED)是一種新型半導(dǎo)體發(fā)光器件，具有節(jié)能高效、綠色環(huán)保、高穩(wěn)定性、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
穩(wěn)態(tài)太陽(yáng)模擬器面積較小，工作時(shí)電流密度大，且用于照明時(shí)往往要求大量的LED組合而成，密集度大，導(dǎo)致芯片發(fā)熱密度高。而結(jié)溫上升會(huì)導(dǎo)致光輸出減少、芯片加快蛻化、縮短器件壽命。LED的熱效應(yīng)影響LED太陽(yáng)模擬器中大功率LED光源陣列的光譜穩(wěn)定性和輻照穩(wěn)定性，所以需要找到一種切實(shí)有效的方法對(duì)大功率LED光源陣列的溫度進(jìn)行控制。
目前散熱方法主要有熱管、翅片、熱電制冷、合成微噴技術(shù)等LED發(fā)熱量大，單獨(dú)靠熱管和翅片的被動(dòng)散熱方法達(dá)不到理想散熱效果，合成微噴技術(shù)冷卻系統(tǒng)復(fù)雜成本過(guò)高，所以選擇熱電制冷方式，其工作原理為：當(dāng)電流流經(jīng)兩個(gè)不同導(dǎo)體形成的接點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生放熱和吸熱現(xiàn)象。
穩(wěn)態(tài)太陽(yáng)模擬器要求在輻照面積1.2m×1.2m的矩形區(qū)域內(nèi)的照度不小于0.02個(gè)太陽(yáng)常數(shù)，且被照面的不均勻度小于5%。模擬器系統(tǒng)主要由短弧氙燈、橢球面反射鏡、光纖傳光束、積分棒和準(zhǔn)直鏡組組成。通過(guò)軟件仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果均符合要求。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用短弧氙燈、橢球面反射鏡、光纖傳光束、積分棒和投影準(zhǔn)直透鏡組設(shè)計(jì)便攜式太陽(yáng)模擬器的方法是有效、可行的。
穩(wěn)態(tài)太陽(yáng)模擬器采用橢球面反射鏡：
短弧氙燈光源具有軸對(duì)稱(chēng)性，采用橢球面聚光鏡應(yīng)具有很大的包容角，從而獲得較高的聚光效率。對(duì)這種形式的聚光鏡，氙弧峰值亮度區(qū)位于橢球面聚光鏡的前焦點(diǎn)處，被橢球面聚光鏡無(wú)球差地成像于第二焦平面處。橢球面聚光鏡的設(shè)計(jì)就是優(yōu)選f1、f2，使橢球面聚光鏡的聚光效率和積分棒的口徑利用率較高，且第二焦點(diǎn)處的光束孔徑角不能超出光纖的數(shù)值孔徑。f1根據(jù)選用氙燈的外形尺寸確定。確定原則是氙燈泡殼與聚光鏡不相碰，保證安裝方便，要有足夠的空間供氙燈散熱。
輻照度是穩(wěn)態(tài)太陽(yáng)模擬器重要技術(shù)指標(biāo)之一，合理地完成整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)光學(xué)元件之間的光學(xué)匹配，有利于充分地利用光源發(fā)出的能量。從非成像光學(xué)系統(tǒng)出發(fā)，基于二維情況下的光學(xué)擴(kuò)展量，即拉赫不變量，分析了橢球鏡和光學(xué)積分器以及準(zhǔn)直系統(tǒng)相互之間相對(duì)孔徑的匹配，滿足了光瞳銜接原理，完成了從照明系統(tǒng)到投影成像系統(tǒng)能量信息的傳遞，進(jìn)一步提高了能量利用率。
穩(wěn)態(tài)太陽(yáng)模擬器主要用于太陽(yáng)電池單片電性能測(cè)試和太陽(yáng)電池組件光老練試驗(yàn)和熱斑耐久試驗(yàn)，通過(guò)在一定輻射總量條件下的照射，可對(duì)被測(cè)電池/組件在實(shí)際使用中的穩(wěn)定性做出評(píng)估，并以此為依據(jù)改進(jìn)生產(chǎn)工藝，向用戶提供穩(wěn)定的光伏產(chǎn)品太陽(yáng)模擬器的測(cè)試結(jié)果，不僅能夠從一定程度上反應(yīng)出電池的性能，也關(guān)系到電池最后出廠的等級(jí)，價(jià)格和使用過(guò)程中的穩(wěn)定性.因此，一臺(tái)可靠的太陽(yáng)模擬器，不僅對(duì)生產(chǎn)工藝有參考意義，更關(guān)系到產(chǎn)品的品質(zhì)和制造廠商的利潤(rùn)和信譽(yù)生產(chǎn)出來(lái)的電池/組件在市場(chǎng)上銷(xiāo)售時(shí)，會(huì)根據(jù)電池/組件的峰瓦值來(lái)確定電池/組件的市場(chǎng)流通價(jià)值。
但是，光伏電池/組件的電輸出因照射光的強(qiáng)度、光譜(不同經(jīng)度和緯度的陽(yáng)光照射下輸出的電性能皆有差異)的不同電輸出會(huì)有很大差異；此外，光伏電池/組件的電性能輸出也會(huì)隨著溫度的變化而變化。為了規(guī)范市場(chǎng)，減少商品流通中的爭(zhēng)議，特?cái)M定了IEC60904的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)市場(chǎng)上流通的光伏電池/組件的瓦數(shù)在何種測(cè)試條件下做了明確規(guī)定，即在AM1.5、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光強(qiáng)下，25攝氏度的條件下(簡(jiǎn)稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)條件STC)測(cè)試出來(lái)的瓦數(shù)為國(guó)際都認(rèn)可的數(shù)值。于是，為了適應(yīng)市場(chǎng)需求，提供標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光的設(shè)備應(yīng)用而生-太陽(yáng)模擬器。
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