[发明专利]一种仿太阳辐射光谱LED光源的制作方法

说明书

本发明揭示了一种仿太阳辐射光谱LED光源的制作方法，通过把LED定位在方形小区间内，直接入射到混光装置内，耦合效率高；采用高反射腔制作混光装置，可以把仿太阳LED光源的辐射光谱短波长拓展到300nm以下；方形混光腔出光角度大，适合抛物反射，形成平行太阳光，而锥台混光装置出光角度小，适合于透镜，形成平行太阳光；出射的方形光斑容易拼接，以积木方式形成大面积光斑。

技术领域

本发明属于光源领域，具体涉及一种仿太阳辐射光谱LED光源的制作方法。

背景技术

太阳光是生活中最重要的光源，但由于太阳光会随着时间、天气等因素的改变而发生改变，所以模拟出稳定高效的太阳光在光伏、气象、空间技术等众多领域有着十分重要的研究前景。仿太阳光装置是一种模拟太阳光的人工光源，相对于自然光来说，太阳模拟光有很大的优势。自然光的光学参数受天气的影响很严重，且太阳光的光强值无法人工改变。近年来，太阳光模拟成为研究者的热门课题，其研究价值与发展潜力被人们所看好。

仿太阳光装置的光源随着科技的进步，经过不断地更替，新的光源被研究用来制作仿太阳光装置。下面介绍在发展历史中，几种主要的仿太阳光装置光源：

(1)金属卤素灯，它有着光谱连续性强、寿命长的优点，但其色温较低，4000K左右，且光谱匹配度较低，红外部分的光谱较强紫外部分的光谱弱。

(2)氙灯，一种高强度气体放电灯，它的光谱匹配度高，功率高，但需要高电压来启动，具有一定危险性和不稳定性。

(3)LED灯，光谱范围广，通过不同波长的LED组合，可达到太阳光的整个光谱范围；安全稳定，LED工作的电压很低，相对于氙灯需要高电压启动，更加安全稳定；使用寿命长，LED光源的寿命约为几万小时，远比其它灯作为光源寿命长。但光源需要多个LED进行组合，各种LED进行独立的驱动，驱动电源的要求比较复杂。另外，多个LED之间的混光和LED的散热也是问题。

仿太阳光装置是一种用来仿制不同条件下太阳光辐照特性的设备，是利用人工光源仿制太阳光辐照特性的一门技术，仿太阳光装置技术的发展水平对我国空间科学和光伏产业的发展至关重要。随着新兴科技的不断发展壮大，仿太阳光装置的研发应用了很多创新办法和新装置，产生了不同种类的仿太阳光装置。由于LED光源在快速发展，研究者开始利用LED作为仿太阳光装置的光源，LED相对于其他光源具有很多优点，通过组合不同波长的LED光源可以仿制太阳光的光谱特性、辐射稳定性和均匀性，同时LED仿太阳光装置具有非常强的市场规模和发展潜力。

2003年，日本的S.Kohraku和K.Kurokawa研究出一种基于LED光源的仿太阳光装置，采用4种不同波长的LED，但当时的LED功率过小，导致LED阵列的总辐照度只有10W/m2，辐照不均匀度为3％，2006年，他们通过对相关装置的改进，将总辐照度提高到100W/m2，辐照不均匀度为5％。2008年，日本Yuki Tsuno等人研究了一种LED仿太阳光装置由473nmLED、643nm LED和845nm LED组成，光源阵列结构为2304颗LED，达到了420W/m2的辐照度，他们还通过该装置测试了单晶硅太阳能电池的各项参数，得到的结果与标准数据最大差距仅为4.73％。2011年，德国D.Kolberg等人研制出了一款基本覆盖了紫外光波段至红外光波段的LED仿太阳光装置。2012年，Anon Namin等人采用4种单色LED和RGB-LED研制了一款总辐照度可达1000W/m2的LED仿太阳光装置，但此装置没有考虑光谱匹配的问题。