非补偿式全固体光源LED太阳模拟器制造技术

本发明专利技术涉及一种利用大功率LED作为光源的太阳模拟器，适用于光伏、农业科学、生物、建材等领域。本发明专利技术从LED太阳模拟器的光源选择、光谱匹配、光学系统、LED光源驱动模式进行详细论述。光源部分采用300nm-1100nm波段内所有峰值波长的LED。光谱匹配根据国际标准对各波段内光谱辐照度的分布结合AM1.5条件下太阳光光谱的分布进行匹配。光学系统采用多次聚光的方法进行设计，并实现各类不同波长光的充分混合，结合LED光源阵列局部单独控制方式实现有效辐照面上的辐照不均匀度和辐照不稳定度。该设计方法能够实现LED太阳模拟器在有效辐照面上实现IEC60904-9-2007规定的AAA级标准。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新能源装备领域，研制了一款非补偿式全固体光源LED太阳模拟器。
技术介绍
太阳模拟是利用人工光源模拟太阳光辐照特性的一门技术。太阳模拟器的应用领域非常广泛，大型太阳模拟器是航天技术中卫星空间环境模拟的主要组成部分，主要用于完成卫星的热平衡试验，检验卫星的热设计。中小型太阳模器用于卫星姿态控制的太阳敏感器地面模拟试验与标定及地球资源卫星多光谱扫描仪太阳光谱辐照响应的地面定标，同时中小型太阳模拟器在光伏科学与工程过程中也是必不可少的设备之一。这种类型的太阳模拟器可用于太阳电池的检测与标定、遥感技术中室内模拟太阳光谱辐照以及农业科学中研究植物发育和培育良种、建材行业中材料的耐辐照老化试验等。特别是近年来随着适合于人体健康保健用太阳光装置的研制成功，进一步推动了的研究人工太阳模拟技术。在光伏产业中应用的中小型太阳模拟器是光伏产业中检测与定标的必不可少的设备。早期的太阳模拟器的光源主要是碳弧灯，其优点在于它的光谱分布和太阳光谱最为接近，缺点在于电极材料易损耗，易造成溅射污染而影响试件的光学性能。当前用于光伏检测定标的太阳模拟器大多用氙灯作为光源，其优点是工作状态稳定、光电参数一致性好、亮度高、发光效率高以及能够形成对称分布的配光曲线、光谱范围比较接近真实太阳光谱分布等。但其不足同样制约了其通用性，氙灯太阳模拟器体积大、成本高、能耗大、维护成本高。这使得其不能应用到光伏小型、微型电池组件的试验与生产中。在大型组件的应用中，氙灯模拟器耗电更多，维护成本巨大。在小型、微型组件的测量中一般用卤钨灯代替标准太阳模拟器，而卤钨灯的光谱分布与太阳光谱分布相差甚远。目前国内外使用的太阳模拟器的光源均采用氙灯作为光源，具有寿命短、成本高、体积大等缺陷。光伏组件用氙灯太阳模拟器具有体积大、功耗大的缺点，利用LED作为太阳模拟器的光源，能够很大程度上的缩小太阳模拟器的体积和减小使用功率，达到稍便携、节能、维护成本低的特点。因此，设计一款适用于任何尺寸的光伏电池片和光伏组件测试的用以LED作为光源的太阳模拟器迫在眉睫。本专利技术设计了一款LED太阳模拟器，适用于任何尺寸的光伏电池片和光伏组件的测试。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够同时实现输出的辐照强度达到1000W/m2、光谱匹配度< 25%、辐照不均匀度< 2%和辐照不稳定度< 2%的适用于任何尺寸的光伏电池和光伏组件测试用LED太阳模拟器。本专利技术要解决的技术问题是提供一种光源，其光谱分布要符合国际标准IEC60904-9-2007中AM1.5条件下太阳模拟器光谱分布的要求。为解决有效辐照面上达到1000W/m2的辐照强度要求，本专利技术采用的是大功率LED作为LED太阳模拟器的光源，并结合多次聚光的光学系统进行多次聚光处理，最终达到辐照强度的指标要求。为解决光谱匹配问题，本专利技术采用300nm-1100nm波段范围内所有不同波长的LED进行光谱的匹配。300nm-400nm采用AM1.5光谱辐照度数据进行匹配，400nm-1100nm采用IEC标准进行匹配。根据百纳米范围内的光谱辐照度，利用规定范围内的多种LED光源进行辐照度的匹配，最后实现全波段的光谱匹配。为解决有效辐照面上辐照不均匀度的要求，本专利技术采用LED光源阵列局部控制模式，结合方形高反射率反射腔结构。通过采用将LED光源阵列分割，局部控制的方法，达到有效辐照面的辐照不均匀度的技术指标要求。为解决有效辐照面上辐照不稳定度的要求，本专利技术在LED控制方面采用稳流驱动方法进行实现。采用高稳定效果的稳流电源实现有效辐照面上高要求的辐照不稳定度的要求。【附图说明】下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术作进一步的详细说明。图1是本专利技术的光伏电池片和光伏组件测试用LED太阳模拟器的光学系统结构。图2为LED太阳模拟器光源阵列驱动电路示意图。图3为单个稳流电路的工作原理示意图。技术指标 本专利技术能够达到IEC60904-9-2007标准中规定的最高技术指标要求。本专利技术能够达到下列指标:a)福照度1000 ff/m2 ； b)光谱匹配:满足AM1.5光谱辐照度分布； c)辐照不均匀度彡2.0% ； d)福照不稳定度<2.0%。以上所述为本专利技术专利的优选实施例，并非因此限制本专利技术专利的范围，凡是利用本专利技术专利及附图内容所做的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关
，均包括在本专利技术专利的保护范围之内。【具体实施方式】根据辐照强度要求，本专利技术采用的LED光源均采用5W额定功率的LED。组合形成阵列面光源结构作为模拟器的光源。并结合聚光透镜和采用进口的高反射率的镜面铝材料制作反射腔，形成多次的聚光效果，提高LED的光能利用率，降低产热量，提高模拟器性能。本专利技术实现的LED太阳模拟器光学系统包括不同峰值波长的大功率LED、聚光透镜、绒面钢化玻璃板、高反射率镜面金属方形反射腔、辐照面；所述聚光透镜采用的是内全反射透镜(TIR)，对LED光源进行聚光作用。所诉的绒面钢化玻璃板是将LED出射的光形成杂散光，将所有波长的光进行首次的混合。所述的高反射率镜面金属方形反射腔作用是将外围光能进行汇聚，并将不同波长的光通过镜面反射多次混合，形成混合光，最后通过反射腔的出光口辐射至辐照面。光谱匹配方面:在300nm-400nm波长范围内，采用7种不同峰值波长的LED进行光谱的匹配；400nm-500nm波长范围内，采用8种不同峰值波长的LED进行光谱的匹配；500nm-600nm波长范围内，采用3种不同峰值波长的LED进行光谱的匹配；600nm-700nm波长范围内，采用2种不同峰值波长的LED进行光谱的匹配；800nm-900nm波长范围内，采用1种峰值波长的LED进行光谱的匹配；900nm-1100nm波长范围内，采用1种峰值波长的LED进行光谱的匹配。根据波段内标准的光谱辐照度调整各个波段内的对应LED的光强值，达到全波段光谱的匹配。辐照不均匀度方面:采用LED光源阵列局部控制方法，实现有效辐照面上辐照不均匀度的调整。根据辐照面上的辐照度情况，调整LED光源阵列中的局部光强。实现均匀辐照。辐照不稳定度方面:LED驱动采用稳流驱动方法，克服开启电压的不一致性，达到LED稳定一致的光输出效果。本专利技术采用的稳流驱动电路包括AC-DC开关电源、LM317三端稳压管、精密可调电阻及散热器。通过AC-DC开关电源获得电路中所需的电压值，开关电源输出端接LM317电压输入端，在LM317电压调节端和电压输出端之间并联一个精密可调电阻，最后通过电压输出端连接到线路中，通过调整精密可调的阻值，达到需求的驱动电流值。LM317的电压调节端和电压输出端之间存在一个基准电压1.25V，驱动电路中电流的确定为1=1.25V/R，R为并联在电压调节端和电压输出端之间的精密可调电阻。【主权项】1.非补偿式全固体光源LED太阳模拟器，其特征在于:模拟器光源采用固体光源LED，LED光源包含300nm-1100nm波长范围内所有不同波长的LED ;LED光源采用阵列结构；光学系统采用混光、均光、聚光系统；LED光源采用局部单独驱动模式。2.根据权利要求1所诉，LED太阳模拟器采用的LED光源包括各类单色光LE本文档来自技高网...

【技术保护点】
非补偿式全固体光源LED太阳模拟器，其特征在于:模拟器光源采用固体光源LED，LED光源包含300nm‑1100nm波长范围内所有不同波长的LED；LED光源采用阵列结构；光学系统采用混光、均光、聚光系统；LED光源采用局部单独驱动模式。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙健刚，朱孔硕，李果华，
申请(专利权)人：李果华，
类型：发明
国别省市：江苏;32