概述

太陽光模擬器是一種能夠模擬太陽光照射條件的設(shè)備，主要用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中對太陽能相關(guān)材料和設(shè)備進(jìn)行性能測試。這類模擬器能夠提供與自然太陽光譜相似的光照，同時還能精確控制光照強(qiáng)度和照射角度，以滿足不同測試需求。

對于被歸類為太陽光模擬器的光源，必須根據(jù)三個標(biāo)準(zhǔn)之一進(jìn)行評估，并符合其中規(guī)定的規(guī)范。提供太陽模擬器標(biāo)準(zhǔn)的三個組織是：

ASTM International（ASTM E927-19 用于光伏設(shè)備電氣性能測試的太陽光模擬器標(biāo)準(zhǔn)分類）

日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JIS C 8904-9 太陽光模擬器性能要求）

國際電工委員會（IEC 60904-9：2020 太陽光模擬器特性分類）

雖然這些標(biāo)準(zhǔn)之間存在細(xì)微的差異，但它們的整體方法和分類系統(tǒng)在很大程度上是相同的。

太陽光模擬器等級評價指標(biāo)

l                      光譜與太陽光譜匹配

l                      照射的空間不均勻性

l                      照射的時間不穩(wěn)定性

在每個區(qū)域，太陽光模擬器將獲得 A 到 C 之間的評級（在的 IEC 標(biāo)準(zhǔn)中為 A+ 和 C），具體取決于其性能。A 是可以達(dá)到的評級，C 是的評級。因此，太陽模擬器的總評級為 3 個字母的等級，例如 ABB。為清楚起見，這些分級的順序必須按以下順序排列：光譜匹配、空間不均勻性和時間不穩(wěn)定性。例如，太陽模擬器可能被授予 ABB 評級，表明它已獲得光譜匹配 A、空間不均勻性 B 和時間不穩(wěn)定性 B。下面我們將回顧在每個性能測試中實(shí)現(xiàn)分類的要求，以及它們的計(jì)算方式。科迎法電氣太陽光模擬器是根據(jù) IEC 60904-9：2020 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量的，因此我們以此為基礎(chǔ)，但所有三個標(biāo)準(zhǔn)的原則都是通用的。

光譜匹配到太陽光譜

太陽模擬器光譜應(yīng)近似于地球上接收到的光的光譜，即太陽模擬器發(fā)出的紫外線、藍(lán)光、綠光、紅光和紅外光的相對強(qiáng)度理想情況下應(yīng)與從太陽接收到的光的相對強(qiáng)度相同。由于太陽接收到的光因位置、一天中的時間、天氣、一年中的時間等幾個因素而有很大差異，因此這在某種程度上變得復(fù)雜。為了簡化和標(biāo)準(zhǔn)化問題，定義了一系列參考太陽光譜，例如 AM1.5 光譜。太陽光模擬器是根據(jù) ATSM G1-5 和 IEC 173 中定義的 AM03.60904G 光譜輻照度標(biāo)準(zhǔn)測量的。

IEC 60904-9：2020 標(biāo)準(zhǔn)僅考慮了 300 nm 至 1200 nm 之間的波長范圍。這主要是因?yàn)榇蠖鄶?shù)太陽能電池技術(shù)的響應(yīng)度都在這個范圍內(nèi)。是由小帶隙材料（如鍺或氮化銦）制成的電池，它們可以吸收波長高達(dá) 1800 nm 的光。這部分光譜被分成六個“區(qū)間"，每個區(qū)間包含大致相同水平的太陽輻照度（舊標(biāo)準(zhǔn)仍然使用 6 個區(qū)間，但每個區(qū)間的大小基于波長間隔，而不是每個區(qū)間包含的輻照度百分比）。

如何找到太陽光模擬器的光譜匹配等級

使用光譜輻射計(jì)測量來自太陽模擬器的模擬輻照度

對 300 nm 至 1200 nm 之間的總輻照度進(jìn)行積分

計(jì)算每個 bin 中總輻照度的百分比

最后，將測得的百分比除以每個波長區(qū)間的標(biāo)準(zhǔn)給出的百分比。此比率稱為光譜匹配

所有區(qū)間都必須在給定的范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的分類，例如，如果區(qū)間 1 – 5 的光譜匹配為 1.12 （A+），但區(qū)間 6 的光譜匹配為 0.65（B 類），則光譜匹配的測量值將為 B 類。

光譜匹配計(jì)算必須在太陽光模擬器測試平面中測試區(qū)域"內(nèi)的至少四個位置進(jìn)行。此測試區(qū)域是分類測量和有效的區(qū)域。這將是您放置要測試的設(shè)備的區(qū)域。這四個位置通常選擇在測試區(qū)域的外邊緣。每個位置都分配了一個分類，光譜匹配的總體太陽模擬器分類由性能低的位置決定。這可確保整個測試區(qū)域的光譜輻照度不會隨測試區(qū)域的變化而變化。因此，只要您的設(shè)備位于測試區(qū)域內(nèi)，橫向設(shè)備位置就不會影響您的結(jié)果。

標(biāo)準(zhǔn)中沒有對太陽模擬器的總輻照度提出要求。然而，標(biāo)準(zhǔn)化的 AM1.5G 太陽光譜的總綜合輻照度為 1000 W/m2這通常被稱為 1 個太陽強(qiáng)度，大多數(shù)太陽模擬器至少能夠達(dá)到這個輻照度。

輻照度的空間不均勻性

從太陽接收到的光在平面上具有均勻的強(qiáng)度（忽略陰影等局部效果）。換句話說，在一小塊區(qū)域內(nèi)，陽光是均勻分布的。太陽光模擬器還應(yīng)產(chǎn)生均勻的光輸出。通常使用均質(zhì)光學(xué)元件來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。高空間均勻性對于太陽光模擬器很重要，因?yàn)椴痪鶆虻墓鈴?qiáng)度會使測量位置變得依賴性，這是我們要避免的。

通過將光強(qiáng)度測量設(shè)備（例如參考太陽能電池或光電二極管）移動到太陽模擬器的測試平面上來評估輻照度的不均勻性，以構(gòu)建其測量的光強(qiáng)度的二維網(wǎng)格。如果光線分布均勻，則此測量值在整個測試區(qū)域內(nèi)不應(yīng)發(fā)生太大變化。

所需的探測器特性和掃描參數(shù)取決于測試區(qū)域的大小和太陽光模擬器的預(yù)期用途（例如，對于光伏電池或模塊，單結(jié)或多結(jié)器件）。大輻照度點(diǎn)和小輻照度從格網(wǎng)中獲取，并使用以下方程計(jì)算空間不均勻性。

時間不穩(wěn)定性

時間不穩(wěn)定性表示太陽光模擬器的光輸出強(qiáng)度隨時間變化的程度。高時間不穩(wěn)定性將使測量的可重復(fù)性降低，并可能使結(jié)果看起來有噪聲。時間不穩(wěn)定性可能是由許多與太陽光模擬器硬件相關(guān)的因素引起的，例如電源中的噪聲或放電燈中的電弧顫振。這種閃爍可以在非常短的時間尺度（不到一秒）內(nèi)出現(xiàn)，也可以在較長的時間尺度（幾天或幾周）內(nèi)以強(qiáng)度漂移的形式出現(xiàn)。因此，時間不穩(wěn)定性分為短期不穩(wěn)定性 （STI） 或長期不穩(wěn)定性 （LTI）。