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多光源阵列太阳光模拟器

发布时间:2023-09-11

多光源阵列太阳光模拟器要解决的是单台设备照不过来的大面积光面问题。科迎法多光源阵列太阳光模拟器把多组独立光源按线性阵列排布,由若干片小光面拼成一整片连续稳定的测试光面;单组灯功率 1–3kW,辐照面积 1m×1m 采用 4 组光源,面积更大时按项目定制。每套灯配独立的 EPS 实时反馈控制维持恒功率输出,1000 小时光强衰减小于 10%,长时间连续照射下整片光面保持在 600–1200W/m² 的可调区间内。这套方案适合大面积组件与阵列级测试,下文从拼面原理、单组配置与选型口径逐条说明。

多光源阵列太阳光模拟器产品实拍

产品定位

大面积光照的难点不在单台设备能出多少光,而在整片光面能不能保持同一水平。把一只光源做大,中心与边缘的差距会同步放大,有效面积反而上不去;按需把多组光源并排拼起来,每一片都由独立光路控制,整片光面的尺寸与均匀度才能同时站住。多光源阵列太阳光模拟器就沿这条思路设计:按目标面积决定组数,1m×1m 用 4 组光源,光源以线性阵列排布,空间分布先在计算机上模拟,再落地成实际排布。它服务的是组件级与阵列级测试:样品大到一只灯照不过来,或要求整片光面的辐照条件一致。单台与阵列两种拼面思路,太阳光模拟器总览都有对应机型。

技术参数

项目参数
光源数量按辐照面积配置,1m×1m 用 4 组
单组灯功率1–3kW
排布方式线性阵列排布,计算机模拟空间分布
辐照强度600–1200W/m²(范围内可调)
波段400–1100nm
辐照面积1m×1m(其他面积按需定制)
光谱匹配度A级
辐照度不均匀性≤±2%,A级
不稳定性LTI ≤±2%,A级
光强衰减1000 小时小于 10%(采用 EPS)
光源寿命1000h+
光源质保1000h
控制方式触摸屏 / 程控(按需选配)
供电按现场电力条件按需定制

各系列机型的辐照面积、组数与整机规格横向对照,见太阳光模拟器产品中心。

三大核心指标与光谱等级

多组光源拼成一整片光面之后,指标判读的对象从单台设备变成整个光面,三项指标也随之有了新的重点。

光谱匹配度(AM1.5G)

多光源阵列的头一道关卡是各组光谱要一致。每套灯独立输出,若组与组之间光谱分布有差异,拼起来的光面就会出现分区色偏,样品跨区摆放时测得的数值失去可比性。因此每组光源都按同一份 AM1.5G 标准光谱校核,各波段占比的比值统一落在判据区间内。AM1.5G 在 400–1100nm 有效波段内的标准占比如下表,判读时以这张表为分母逐段比对。本机型波段覆盖 400–1100nm,光谱匹配度为 A级。

波长范围(nm)占有效波段内积分辐照度的百分比
400–50018.4%
500–60019.9%
600–70018.4%
700–80014.9%
800–90012.5%
900–110015.9%

辐照不均匀性

这一项在阵列机型上的难处不在于把单组灯做匀,而在于把若干组光拼成一片之后仍然均匀。线性阵列排布决定了光与光的重叠方式,相邻光源的交叠区要靠计算机模拟出的空间分布来核对,避免出现规律性的亮暗带。辐照面积 1m×1m 采用 4 组光源,边缘区域通过排布间距与反光碗角度补偿,使整片光面的高低差收在 A级要求之内。本机型辐照度不均匀性 ≤±2%,为 A级。

时间不稳定性

多组灯同时工作,最怕某一组先漂。每套灯配独立的 EPS 实时反馈控制,把输出功率锁在设定值上,单组不漂,整片光面才不漂。1000 小时连续运行下光强衰减小于 10%,长期不稳定性 LTI ≤±2%,为 A级。

本机型等级:光谱匹配度、辐照度不均匀性与长期不稳定性 LTI 三项均为 A级,三项全 A 的配置对应 AAA级。

读那张分布表,重点是把六个波段当作六个独立的口子:任何一个口子超出判据区间,整片光面的光谱匹配都会受影响,而不是靠其余五个波段拉平均分。这也是各组光谱要统一校核的原因。

多光源阵列太阳光模拟器参数

光源与光学系统

阵列机型的光学设计重点,落在如何把若干片光拼成一片。光源按线性阵列排布,每组配一只反光碗,负责把单组光的边缘补起来。排布间距不是等分出来的:先在计算机上模拟空间分布,把各组光的交叠区投影到工作面,再按模拟结果确定间距与安装高度。重叠不足会出现暗带,重叠过多会在交叠处堆出亮斑,两者都会拉低辐照不均匀性。各组光源共用一套工作距离与出光方向,使拼出来的光面处在同一平面;波段覆盖 400–1100nm,配合各组的光谱校核,确保拼面后光谱不分区。

电气控制与安全保护

  1. 每套灯配独立的 EPS 实时反馈控制,输出功率按设定值锁定,单组漂移不影响整片光面。
  2. 每套光源系统可实时输出模拟量信号至采集器,便于记录各组工作状态。
  3. 光强在 600–1200W/m² 范围内可调,各组按同一设定值工作,避免组间出现强度差。
  4. 供电回路按组数配置,开关电源、继电器、空气开关与浪涌保护器分工明确,电压异常时先行分流。
  5. 灯源箱外盖一旦开启,安全锁即刻断开灯源供电。
  6. 柜内温度传感器与自锁系统联动,超限先锁定;散热为主动风冷,停机后风扇延时断电带走余热,夜间无人值守的连续照射由此可行。
  7. 快门控制时间覆盖 0.1S 至 9990 小时,光照时长按试验方案设定。

可选配置

下列项目由项目需求决定,与阵列规模和配电相关的部分建议在方案阶段一并确定。

  • 光源组数扩展:按目标辐照面积增加组数,1m×1m 之外的面积按需定制。
  • 单组功率配置:在 1–3kW 范围内按辐照强度要求选定。
  • 阵列分区控制:把整片光面按组分区点亮,按测试段分段加载。
  • 组间功率监控:逐组读取实时功率与漂移,便于定位异常组。
  • 大面积均匀度扫描工装:沿整片光面布点测量,输出辐照度分布图。
  • 升降或龙门支架:按工作面高度与样品进出方式配置。

应用场景

多光源阵列太阳光模拟器的主场景是大面积组件与阵列级测试。光伏组件的尺寸远大于电池片,一只灯照不满整个面,用 4 组或更多光源拼出的 1m×1m 及以上光面,能让整块组件同时接受同一条件的照射,效率测试与老化加速试验可在室内完成。阵列级测试还包括整片光面的均匀性考核:把多片样品按格位铺满工作面,比较各格位的测试结果,可以直接看出光面的一致性。大面积光催化与环境研究方向上,反应器或批量样品需要整片均匀照射,覆盖能力比单台设备更适配;生物化学与光电材料特性测试中需要成组样品同时受光时,也会用到这类设备。大面积组件测试平台的搭建实录,可参见光伏组件老化测试平台。

配套系统

阵列机型的配套重点在多组数据的采集与记录。每套光源系统可实时输出模拟量信号至采集器,配合记录各组工作状态。需要读出电学参数时,可用 IV 测试软件或太阳能电池测量系统,读取 ISC、VOC、PMAX、FF、EFF、Im、Vm、RS、RSH、Jsc 等参数,并支持正逆扫描、暗电流与多重迭图,数据可导出为 TXT 文件。标准电池(2×2cm 照光面积)用于工作面的辐照度比对,光面越大越需要在不同位置抽查。样品需在无水无氧条件下受光时,可接入手套箱环境,覆盖锂电材料、半导体、超级电容、OLED 与 MOCVD 等场景。

选型参数怎么看

阵列机型的选型顺序与单灯机型不同,先定面积,再看组数,最后校核等级。其一是辐照面积,按样品或整片工作面的尺寸确定,1m×1m 采用 4 组光源,其他面积按需定制;面积同时决定组数、总功率与配电容量。其二是组数与单组功率,单组功率在 1–3kW 之间按辐照强度要求选定,面积越大越适合用多组中等功率分摊,而不是让单组硬扛。其三是辐照强度,600–1200W/m² 的可调区间要覆盖常用工作点。其四是等级,本机型三项指标均为 A级。面积一旦变动,前三项都要重算,因此要按未来一两年的样品规划一次定足。单灯能覆盖的中小面积,可对照氙灯稳态太阳光模拟器。

选型须知与常见问题

Q1:为什么大面积光面要用多组灯,而不是把一只灯做大?

A:单只灯的功率与灯管尺寸有限,放大灯管并不能等比放大有效光斑,反而会让中心过亮、边缘偏暗。多组光源各自带反光碗与独立光路,把光分片拼起来,每一片的均匀度都容易控住,光面尺寸还能按组数扩展。

Q2:1m×1m 要 4 组光源,用 2 组行不行?

A:组数由功率密度与均匀度共同决定。组数减少,单组要覆盖的面积变大、边缘衰减更明显,要达到同样的均匀度就得抬高单组功率,散热压力随之上升。1m×1m 采用 4 组是平衡二者后的配置。

Q3:多组灯拼起来,接缝处会不会有暗带?

A:是否出现暗带取决于排布间距与重叠量。设计阶段用计算机模拟空间分布,把相邻光源的交叠区算清楚,再按模拟结果确定间距与反光碗角度,让重叠区的辐照度补齐。这属于方案阶段定死的内容。

Q4:EPS 实时反馈控制,稳住的到底是什么?

A:稳住的是每套灯的输出功率。光源点亮后光通量会随温度与老化缓慢变化,EPS 实时反馈把实测功率与设定值持续比对并即时修正,使单组输出保持恒功率。每组都不漂,整片光面的总辐照才稳。

Q5:单组灯的功率 1–3kW,该怎么选?

A:看两件事。一是目标辐照强度,本机型 600–1200W/m² 可调,强度要求越高,单组功率需要相应放大;二是辐照面积,面积越大、组数越多,单组功率可以适当降下来。两者配合着定,不必一律按上限选。

Q6:光源用满 1000 小时后会怎样,要不要整组换?

A:1000 小时是标称寿命。采用 EPS 后,1000 小时内光强衰减小于 10%,可通过功率补偿维持;灯管老化到一定程度后补偿余地变小,建议按使用强度预留备用灯管,逐组更换。光源质保 1000h。

Q7:面积以后要扩到更大,是加灯还是换机?

A:多光源阵列本就是按面积扩展的思路设计的,先在现有框架上加组是常见做法,前提是控制柜容量、配电与散热余量还够。若目标面积远超现有框架能承载的范围,就要整机重新设计。

Q8:多光源阵列能做长时间无人值守的老化测试吗?

A:可以。每组光源独立恒功率输出,风扇断电延时可确保关机后余热散尽,无需人工留守;快门控制时间覆盖 0.1S 至 9990 小时,可按试验方案设定光照时长。建议定期读取各组输出数据。

大面积拼面的落地案例,可延伸阅读大面积太阳光模拟器。

交付、安装与售后

整机沿用统一的八环节制造流程,制造过程执行 ISO9001:2015 质量管理体系,出厂前完成第三方校准,校准报告随设备交付。阵列机型的交付多一道现场功夫:设备按排布图就位,由技术人员指导安装,逐组调试出光并校平组间光面,复核整片光面的辐照度分布,确认各组工作状态一致后再交付使用。质保期内提供完整售后;超出质保期后,可另行安排有偿上门服务。技术支持为 24 小时在线、12 小时内响应,设备全生命周期内均可获得保养与维护。

阵列组数与拼面方案确认,可联系科迎法进一步沟通。

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大面积光照的同类应用,可参考整机光照老化、光伏组件效率测试等已交付方案。想先了解大面积机型的通用规格与几种叫法的,见太阳模拟器;需要单灯覆盖中小面积、按标准款配置的,可看标准款太阳光模拟器;对光束方向在长时间内保持稳定有要求的,可看稳态高准直太阳光模拟器。

太阳光模拟器定制服务流程

需求沟通、方案选型、定制生产、交付培训、售后响应
01
需求沟通
02
方案选型
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定制生产
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交付培训
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售后响应