概述

太阳光模拟器是一种能够模拟太阳光照射条件的设备，主要用于实验室环境中对太阳能相关材料和设备进行性能测试。这类模拟器能够提供与自然太阳光谱相似的光照，同时还能精确控制光照强度和照射角度，以满足不同测试需求。

对于被归类为太阳光模拟器的光源，必须根据三个标准之一进行评估，并符合其中规定的规范。提供太阳模拟器标准的三个组织是：

ASTM International（ASTM E927-19 用于光伏设备电气性能测试的太阳光模拟器标准分类）

日本工业标准（JIS C 8904-9 太阳光模拟器性能要求）

国际电工委员会（IEC 60904-9：2020 太阳光模拟器特性分类）

虽然这些标准之间存在细微的差异，但它们的整体方法和分类系统在很大程度上是相同的。

太阳光模拟器等级评价指标

l                      光谱与太阳光谱匹配

l                      照射的空间不均匀性

l                      照射的时间不稳定性

在每个区域，太阳光模拟器将获得 A 到 C 之间的评级（在的 IEC 标准中为 A+ 和 C），具体取决于其性能。A 是可以达到的评级，C 是的评级。因此，太阳模拟器的总评级为 3 个字母的等级，例如 ABB。为清楚起见，这些分级的顺序必须按以下顺序排列：光谱匹配、空间不均匀性和时间不稳定性。例如，太阳模拟器可能被授予 ABB 评级，表明它已获得光谱匹配 A、空间不均匀性 B 和时间不稳定性 B。下面我们将回顾在每个性能测试中实现分类的要求，以及它们的计算方式。科迎法电气太阳光模拟器是根据 IEC 60904-9：2020 标准进行测量的，因此我们以此为基础，但所有三个标准的原则都是通用的。

光谱匹配到太阳光谱

太阳模拟器光谱应近似于地球上接收到的光的光谱，即太阳模拟器发出的紫外线、蓝光、绿光、红光和红外光的相对强度理想情况下应与从太阳接收到的光的相对强度相同。由于太阳接收到的光因位置、一天中的时间、天气、一年中的时间等几个因素而有很大差异，因此这在某种程度上变得复杂。为了简化和标准化问题，定义了一系列参考太阳光谱，例如 AM1.5 光谱。太阳光模拟器是根据 ATSM G1-5 和 IEC 173 中定义的 AM03.60904G 光谱辐照度标准测量的。

IEC 60904-9：2020 标准仅考虑了 300 nm 至 1200 nm 之间的波长范围。这主要是因为大多数太阳能电池技术的响应度都在这个范围内。是由小带隙材料（如锗或氮化铟）制成的电池，它们可以吸收波长高达 1800 nm 的光。这部分光谱被分成六个“区间”，每个区间包含大致相同水平的太阳辐照度（旧标准仍然使用 6 个区间，但每个区间的大小基于波长间隔，而不是每个区间包含的辐照度百分比）。

如何找到太阳光模拟器的光谱匹配等级

使用光谱辐射计测量来自太阳模拟器的模拟辐照度

对 300 nm 至 1200 nm 之间的总辐照度进行积分

计算每个 bin 中总辐照度的百分比

最后，将测得的百分比除以每个波长区间的标准给出的百分比。此比率称为光谱匹配

所有区间都必须在给定的范围内才能实现相应的分类，例如，如果区间 1 – 5 的光谱匹配为 1.12 （A+），但区间 6 的光谱匹配为 0.65（B 类），则光谱匹配的测量值将为 B 类。

光谱匹配计算必须在太阳光模拟器测试平面中测试区域”内的至少四个位置进行。此测试区域是分类测量和有效的区域。这将是您放置要测试的设备的区域。这四个位置通常选择在测试区域的外边缘。每个位置都分配了一个分类，光谱匹配的总体太阳模拟器分类由性能低的位置决定。这可确保整个测试区域的光谱辐照度不会随测试区域的变化而变化。因此，只要您的设备位于测试区域内，横向设备位置就不会影响您的结果。

标准中没有对太阳模拟器的总辐照度提出要求。然而，标准化的 AM1.5G 太阳光谱的总综合辐照度为 1000 W/m2这通常被称为 1 个太阳强度，大多数太阳模拟器至少能够达到这个辐照度。

辐照度的空间不均匀性

从太阳接收到的光在平面上具有均匀的强度（忽略阴影等局部效果）。换句话说，在一小块区域内，阳光是均匀分布的。太阳光模拟器还应产生均匀的光输出。通常使用均质光学元件来实现这一点。高空间均匀性对于太阳光模拟器很重要，因为不均匀的光强度会使测量位置变得依赖性，这是我们要避免的。

通过将光强度测量设备（例如参考太阳能电池或光电二极管）移动到太阳模拟器的测试平面上来评估辐照度的不均匀性，以构建其测量的光强度的二维网格。如果光线分布均匀，则此测量值在整个测试区域内不应发生太大变化。

所需的探测器特性和扫描参数取决于测试区域的大小和太阳光模拟器的预期用途（例如，对于光伏电池或模块，单结或多结器件）。大辐照度点和小辐照度从格网中获取，并使用以下方程计算空间不均匀性。

时间不稳定性

时间不稳定性表示太阳光模拟器的光输出强度随时间变化的程度。高时间不稳定性将使测量的可重复性降低，并可能使结果看起来有噪声。时间不稳定性可能是由许多与太阳光模拟器硬件相关的因素引起的，例如电源中的噪声或放电灯中的电弧颤振。这种闪烁可以在非常短的时间尺度（不到一秒）内出现，也可以在较长的时间尺度（几天或几周）内以强度漂移的形式出现。因此，时间不稳定性分为短期不稳定性 （STI） 或长期不稳定性 （LTI）。