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追光小课堂 | 平行光太阳光模拟器:从原理到应用全攻略

更新时间:2025-12-24点击次数:201

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太阳模拟器(Solar Simulator)是一种 “人工造日" 光学设备,核心目标是还原自然阳光的光谱、照度、光斑均匀度与方向性。而平行光源版本,更是专为需要高度平行光束的场景设计 —— 比如精密光学测试、光伏元件评估等,能输出 “准直度高、光斑均匀、强度稳定" 的人工太阳光,堪称实验室里的 “定向阳光复制机"。



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PART 01
核心揭秘:平行光源的工作原理 


套完整的平行光太阳模拟器,由 4 大关键部分协同运作:


  • 高亮度光源:核心动力源,常见氙灯(Xe lamp,光谱接近太阳)、LED 阵列(寿命长、光谱可调)、卤素灯 / 金属卤化物灯(成本低)

  •  光学调制系统:光束 “整形师",包含准直透镜(Collimating lens)、电弧成像系统、光管(Light Tunnel)、积分球(Integrating Sphere),负责将光线校准为平行态

  •  光谱匹配滤光片:光谱 “校准器",通过 AM1.5G、AM0、AM1.5D 等标准滤光片,让输出光谱与自然太阳光精准匹配

  • 匀光系统:光斑 “匀化器",如积分器,确保照射在测试样品上的光斑照度均匀,避免局部亮度差异影响实验结果



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PART 02

核心特点:为什么平行光源不可替代? 


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PART 03

常见分类:按 “光源类型" 和 “性能等级" 划分 



01

按照光源分类



  • 氙灯太阳模拟器:光谱接近自然太阳,应用广泛

  •  LED 太阳模拟器:光谱可调、寿命长,无电弧漂移问题

  •  卤素灯 / 金属卤化物灯:成本较低,但光谱需额外补偿才能接近太阳


02

按性能等级分类(依据 IEC 60904-9 标准)



  • 核心指标:光谱匹配度、不均匀度、稳定度是衡量太阳模拟器平行光源性能的关键标准。

  • AAA:作为高精度等级,高度适配科研实验、精密光伏器件生产测试等对光照条件要求严苛的场景。


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PART 04

典型应用:这些领域离不开它 


平行光太阳模拟器的应用场景覆盖多个高精密行业,核心包括 4 大方向:

  • 光伏(PV)测试:太阳能电池效率测试、I-V 曲线测量、光伏模块老化与性能评估

  • 光学系统测试:望远镜 / 镜头准直、成像系统远距离目标模拟

  • 材料与环境测试:材料紫外老化测试、耐光性评估

  • 航空航天:模拟空间太阳光(AM0 标准)、光学传感器标定


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PART 05

优点与局限:理性看待 “人造太阳"


01

核心优点



  • 可控性强:光谱、照度可定制,不受自然环境干扰

  • 重复性高:适合实验室科研和生产线标准化测试

  • 适用场景广:从光伏到航天,覆盖多行业高精密需求


02

待改进局限



  • 成本较高:大功率系统的购置和维护成本不菲

  • 耗材更换:氙灯系统需周期性更换灯泡

  • 能量损耗:高度平行光设计会降低系统整体能量利用率



太阳模拟器平行光源文章整理 (2) 拷贝 2.jpg



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