太阳光模拟器概述

太阳光模拟器是一种在实验室内通过人造光源和精密光学系统，再现真实太阳光谱和辐照特性的高精度设备。它被广泛应用于科学研究、工业检测和产品开发等领域，为需要稳定、可控、可重复光照条件的实验提供了一个不受自然天气、时间和地理限制的“人造太阳”。

核心工作原理

其工作原理主要分为四个步骤：

1. 光源发光：通常采用短弧氙灯（光谱最接近日光）、LED阵列（寿命长、光谱可定制）或金属卤化物灯作为发光源。

2. 光学收集与整形：利用椭球面反射镜高效收集光线并汇聚，再通过光学积分器（如光棒）或漫射片将光斑变得高度均匀。

3. 光谱滤波与匹配：使用特制的AM1.5G滤光片对光源光谱进行“修剪”，使其与国际标准规定的太阳光谱高度吻合。

4. 光束输出：根据应用需求，通过准直透镜产生平行光（用于光伏测试），或通过聚焦透镜产生高能流密度光斑（用于光热、光化学实验）。

核心性能参数（“三大指标”）

衡量一台太阳光模拟器性能等级的关键是以下三个参数，国际通用标准（如ASTM, IEC）将其分为A、B、C三个等级：

1. 光谱匹配度 (Spectral Match)：输出光谱与标准AM1.5G太阳光谱在各个波段的吻合程度。Class A为最高等级（要求匹配度在0.75至1.25之间）。

2. 空间均匀性 (Spatial Uniformity)：在有效辐照面积内，光斑各点的辐照度的一致性。Class A要求均匀性最优（优于±2%）。

3. 时间不稳定性 (Temporal Instability)：输出光强随时间变化的稳定性。Class A要求波动极小（短期不稳定性优于±0.5%）。

一台高性能的模拟器通常被称为 “AAA级”模拟器，即三项指标均达到A级。

主要应用领域

• 光伏（PV）领域：太阳能电池的效率测试、分级、研发（如钙钛矿、异质结电池等）。

• 材料老化测试：评估材料、涂层、塑料、纺织品等在阳光下的耐候性和使用寿命。

• 光化学与光催化：研究光催化制氢、CO₂还原、污染物降解等化学反应。

• 光生物学：研究植物光合作用、紫外线对皮肤的影响等。

• 航空航天：测试航天器隔热材料、传感器等在太空环境下的耐光性。

分类

• 按光束类型：准直型、汇聚型、发散型。

• 按辐照面积：小面积（用于电池芯片）、大面积（用于组件或材料板）。

• 按光源：氙灯式、LED式、金属卤化物灯式。