[发明专利]太阳能模拟器

说明书

本发明涉及一种太阳能模拟器(10)，其包括光源阵列，所述光源阵列包括LED光源(12)和至少一个非LED光源(14)，其中‑由所述太阳能模拟器(10)覆盖的红外光波长范围的至少一部分仅由所述非LED光源(14)覆盖，并且其中‑太阳能模拟器(10)提供的辐照度的大于50％的辐照度由LED光源(12)提供。申请用于在太阳能测试装置中人工再生太阳光，以用于测试太阳能电池、遮阳板和其它产品。

技术领域

本发明涉及一种太阳能模拟器，即，一种通过人造光源提供照明从而近似于自然阳光的装置。这种太阳能模拟器(solar simulator)可以是太阳能测试装置，并且例如用于在实验室条件下提供可控的室内测试设备，用于测试太阳能电池、遮阳板、塑料以及其它材料、装置和产品。

背景技术

在用于再现人工阳光的解决方案之中，氙气光源或其它人工光源被大量用作标准太阳能模拟器的光源。其中氙弧灯尤其昂贵，并且提供大多数应用所不需要的高通量。汞氙气灯曾经是早期太空太阳能模拟器中另一种广泛使用的光源。然而，汞弧灯的能量发射范围较窄。US2006176694提出了一种解决方案，根据该解决方案，太阳能模拟器将汞灯和卤素灯结合，卤素灯中的一些进一步设置有滤波器，以限制这些卤素灯和汞灯的红外光发射量，从而补偿卤素灯在较短波长(蓝色和UV部分)的微弱辐射。WO2012096565A1提出了一种太阳能模拟器，其包括高强度放电(HID)灯类型和卤素灯类型，这些类型灯被同时应用并且被设置有红外滤波器装置以提供近似于辐照的太阳光的光混合物。

发光二极管灯(LED)是基于电致发光现象的半导体光源，当沿p-n结的正向电偏置时，其发出窄光谱的光。LED的优势使其最近成为太阳能模拟器的合适光源：其中，其具有长达50,000至100,000小时的超长使用寿命，其可以在几微秒内非常快地被控制，并且具有相对较窄的单色输出光谱(白光LED除外)，并且有多种颜色和波长可供选择，这意味着将多种所需颜色组合，可以使LED紧密匹配应用光谱，并且它们紧凑、能耗低。

例如，CN105864718中提出了一种LED太阳能模拟器光学系统，该光学系统使用LED，所述LED具有300-1100nm波段内的各种峰值波长。具有相同峰值波长的所有LED集成到带有透镜的模块中。而且，在US2016238204中，基于LED的模拟器光源使用至少一个衍射元件对各个LED组的离散光谱输出进行光谱上的组合，以在工作表面处形成宽光谱输出。US2013021054A1和DE102011002960B3还提出了仅包含LED光源的太阳能模拟器。

这些以及其它基于LED的太阳能模拟器提供了需要满足有关太阳能模拟器性能要求的国际标准的模拟器，所述国际标准包括IEC60904-9 Ed2或Ed3，其指定了太阳能模拟器的光谱应如何扩展到1200nm。在这种情况下，为太阳能模拟器提供可以提供波长1000nm以上的光的LED不是可靠的技术，而且非常昂贵。更具体地，在1000nm以上，通常使用两个LED，特别地它们各自的峰值波长值在1050nm和1200nm处，这两个LED价格都很昂贵。

而且，存在基于卤素的太阳能模拟器，其中LED用于完成低于约550nm的光谱。然而，由于使用卤素提供太阳能模拟器的总辐照度的85％以上，因此，它们容易出现稳定性、热和光源寿命问题。实际上，重要的是使太阳能模拟器所照射的太阳能电池板具有相对稳定的温度，以便正确地测量太阳能电池板的性能。利用基于卤素的太阳能模拟器，卤素灯需要花费约1-3秒的时间来加热灯丝并使其稳定，因此，实际的辐照时间高达几秒钟，在此过程中，发射对产生热的太阳能电池板进行辐照的光。因此，卤素灯的辐照持续时间远远长于仅几百毫秒的测量时间(太阳能模拟器通常使用约10毫秒至500毫秒的脉冲光或闪光灯)。

需要提供太阳能模拟器，其可以覆盖包括超过1000nm且至少高达1200nm的波长范围的太阳光谱，这比100％LED方案成本低。

本发明的目的还在于提供一种针对太阳能模拟器的方案，其不会在太阳能模拟器照射的太阳能电池板中产生过多的热，特别是在IR波长范围内。