太阳光模拟器氙光光源模块

太阳光模拟器氙光光源模块

太阳光模拟器一种用于为室内实验室或测试设施产生模仿自然阳光的光谱和辐照度的照明的设备。太阳光由波长范围较宽的电磁波谱组成，其中包括了人眼无法感知的部分，如无线电波，微波，红外线（IR），紫外线（UV），X射线和伽马射线等。这些人眼不可见的部分对于某些其他的接收器很重要，如光伏电池和植物中的叶绿素，因此有时不能省略。太阳光模拟技术的目标是在足够的波长范围内产生接近日光的光谱。由于不受环境与时间的限制，太阳光模拟器广泛用于太阳能光电池及其他光电材料的光电特性测试及光生物化学相关测试。

太阳光谱的标准

Air Mass 1.5

由于大气层的吸收和散射，太阳光在穿过大气层后在地球上不同位置的辐射并不相同。通常使用Air Mass来评估大气层的散射和吸收对太阳光的影响。Air mass系数定义为在地球表面的某一点，太阳光经过大气层的路径长度与太阳光从天顶入射（与地面垂直的正上方）时经过大气层到达海平面的路径长度（即太阳光穿越大气层到达海平面所需的最短的路径）的比值。可一阶近似为AM = 1/cos(z)，其中z为天顶角, 即太阳光与垂直与地面的直线的夹角。表示方法为“AM”后跟具体数值，如AM1.5。

ASTM G173-03 AM1.5

AM1.5光谱的计算需要大量的基础物理学、大气科学及气象学等学科的知识。一种的AM1.5参考光谱由ASTM（美国材料和试验协会）在其最新标准ASTM G173-03所制定，该光谱表示在一组特定的大气条件下，特定方向的地表的太阳辐射，由SMARTS模型计算得出。另外，该光谱有AM1.5D与AM1.5G的区别，AM1.5D仅为穿过大气层直达地面的辐射，而AM1.5G包含直达辐射与大气层散射的辐射，更接近实际地表的太阳辐射。下图列出了AM0，AM1.5G以及另外一种常用于近似表示阳光的5000K黑体辐射的光谱。

如何选择太阳光模拟器？

评价太阳光模拟器光束质量的三个主要特性是光谱匹配程度、辐照空间均匀性和辐照时间稳定性。在国际标准ASTM，IEC和JIS中规定，将太阳光模拟器依据这三个特性的表现分为A，B，C三个等级。三个特性的评价均为A的是Class AAA太阳光模拟器。三个国际标准中严格的规定可参见下表：

由于 Class A 所规定的误差范围较大，所以很多公司会提出自己的标准，并用 Class A+, A++, A+++来表示。此外辐照强度和光束发散角度也是需要考虑的重要光学参数。

氙灯与氙光作为太阳光模拟器光源的对比

在室内使用人造光源模拟太阳光的概念最早应用于1960年NASA的喷气推进实验室（JPL）的太空环境测试舱，当时选用了氙气弧光灯作为光源。此后氙灯一直作为太阳光模拟器的主要光源，直到如今（2020）被大规模应用于光伏模块的检测。氙光作为一种固体光源，相比于氙灯具有寿命长，启动时不需要预热，无高气压造成的安全隐患等优点。早期的氙光由于光功率较低而限制了其在太阳光模拟器中的使用，最近高功率的氙光技术的研发逐渐解决了这个问题。基于氙光的太阳光模拟器还可以通过调光技术模拟任意的AM光谱，并具有更高的光效与更加紧凑的体型等优点，很有潜力代替传统光源。

氙光能提供这些更好的效益

作为许多摄影照明用具制造商的重要合作伙伴，科迎法一直专注于具有高发光密度和接近太阳光谱的氙光。而科迎法的太阳光模拟器的光源模块则在保留以上优势的同时，将光谱拓展到300nm-1200nm，其中300-400nm的近紫外光与1100-1200nm的近红外光确保被测光伏电池模块能程度地吸收太阳光谱。光谱匹配程度为±2%，低于Class A ±25%的标准。预计使用寿命可以达到10,000小时以上，是普通氙灯（400小时）的25倍