太阳模拟器能够重现太阳光的光谱、强度和均匀性，从而在可控且可重复的条件下测试光伏电池和材料。LED太阳模拟器通过将多种波长的LED组合成一个可调谐阵列来实现这一目标，该阵列能够近似模拟标准AM1.5G参考光谱，波长范围约为300-1200纳米（并延伸至短波红外波段以进行完整的光谱匹配分级）。与传统模拟器使用的氙弧灯相比，LED具有每通道光谱控制、更长的使用寿命、即时稳定的输出以及无需预热等优点，因此它们目前在新型光伏测试设备中占据主导地位。性能根据IEC 60904-9标准从三个维度（光谱匹配、空间均匀性和时间稳定性）进行评级，得出常见的A/B/C级，而“AAA”级则代表所有三个维度均表现最佳。
| 光谱带 | 模拟器中的角色 | 技术主导的LED |
|---|---|---|
| 紫外光（350–400 纳米） | AM1.5短波端；紫外线耐久性测试 | 紫外LED（365/405纳米） |
| 可见光（400–700 纳米） | 大部分太阳辐照度；硅光伏响应 | 可见光LED |
| 近红外（700–1100 nm） | 硅电池响应尾部；光谱匹配的关键 | 红外/近红外LED |
| 短波红外（1100–1700 纳米） | 扩展了对串联/薄膜电池的匹配范围 | 短波红外发光二极管 |
LED太阳能模拟器的工作原理
AM1.5G光谱是标准的地面参考光谱：在特定大气质量下到达地面的太阳光，强度归一化至1000 W/m²（“一个太阳”）。它并非平坦的光谱——它从可见光波段开始上升，在绿红波段达到峰值，然后逐渐衰减至近红外波段，并伴有大气吸收的特征性凹陷。
LED模拟器通过组合多个窄带LED通道（每个通道在其各自频段内提供功率）并平衡它们的驱动电流，直至总输出逐频段匹配参考光谱，从而重现该光谱形状。由于每个通道均可独立控制，因此可以对光谱进行调谐、调光甚至调制，以模拟不同的条件（例如云层、一天中的时间、AM0空间光谱）。阵列经过排列和扩散，以确保在测试平面上具有空间均匀性，并由稳定的恒流电子设备驱动以确保时间稳定性——这是另外两个评分标准。
应用程序
光伏电池和组件测试
主要用途。模拟器用于在标准单太阳光照条件下测量电池或组件的效率、I-V曲线、填充因子和温度系数。精确的光谱匹配至关重要，因为电池的响应与波长相关——如果模拟器的光谱偏蓝或偏红，都会影响效率读数。多结电池和串联电池对光谱匹配的要求更高，因为每个子电池都响应不同的波段，而宽光谱LED阵列（紫外到短波红外）正是在此发挥作用。
材料耐久性和耐候性
涂料、纺织品、聚合物和塑料需暴露于模拟阳光下，以评估其抗紫外线性能、色牢度和热/光老化性能。光谱中的紫外线和近红外线部分是此类降解测试的主要驱动因素。
太阳能系统及组件验证
整个系统——包括面板、逆变器和电池——在动态高强度照明下进行压力测试，以验证其在各种条件下的响应能力，然后再进行现场部署。
标准和光谱匹配类
LED 太阳能模拟器根据IEC 60904-9（以及相关的 ASTM E927 和 JIS C 8912）的三个独立标准进行分级：
- 光谱匹配度——在定义的波长范围内，输出信号与 AM1.5G 信号的匹配程度。
- 空间不均匀性——测试平面上辐照度的均匀程度。
- 时间不稳定性——输出随时间推移的稳定性。
每个标准都评为A、B或C级，因此顶级模拟器为“ AAA ”（三个标准均为 A 级）。与固定光谱氙气灯相比，LED 更容易实现 A 级光谱匹配，因为可以对各个通道进行微调以填充或平坦光谱区间，并且在恒流驱动下也能轻松保持时间稳定性。
为什么LED灯取代了氙弧灯？
| 因素 | LED模拟器 | 氙弧灯 |
|---|---|---|
| 光谱控制 | 每个通道均可调谐 | 固定光谱，氙峰很强（需要滤波） |
| 寿命 | 20,000–50,000+ 小时 | 约1000-2000小时（灯） |
| 热身/稳定性 | 即时启动，稳定 | 需要预热；灯泡老化后会漂移 |
| 调制 | 快速、单通道调光 | 有限的 |
| 光谱峰 | 光滑、可构建 | 清晰的近红外氙线扭曲匹配 |
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常见问题解答
什么是太阳模拟器？
太阳模拟器是一种能够重现太阳光（包括其光谱、强度和均匀性）的设备，因此可以在受控、可重复的条件下测试光伏电池和材料，而不是在变化无常的真实太阳光下进行测试。它的目标是模拟标准 AM1.5G 参考光谱，强度为一个太阳高度角（1000 W/m²）。
LED太阳能模拟器是如何模拟阳光的？
它们结合了多个窄带LED通道，覆盖紫外到近红外波段（以及用于全范围调光的短波红外波段），并平衡每个通道的输出，直到总和光谱逐波段匹配AM1.5G参考波段。独立的通道控制功能允许进行调谐、调光和动态条件模拟。
AM1.5频谱是什么？
AM1.5G（“全球大气质量1.5”）是标准的陆地太阳参考光谱——穿过1.5个大气压到达地面的太阳光，强度标准化为1000 W/m²。光伏电池的性能就是以此光谱为基准进行评定的，因此模拟器的任务就是使其与该光谱相匹配。
什么是太阳能模拟器A级、B级和C级？
根据IEC 60904-9标准，模拟器根据三个标准进行评级：光谱匹配度、空间非均匀性和时间不稳定性，每个标准分别评为A、B或C级。在所有三个标准中均达到A级的模拟器被称为“AAA”，即最高等级。LED模拟器更容易达到A级光谱匹配度，因为可以对各个通道进行微调。
为什么在太阳模拟器中使用LED灯而不是氙气灯？
LED灯提供逐通道光谱控制（因此您可以构建AM1.5光谱形状，而不是过滤固定形状），使用寿命长达20,000至50,000小时以上，而氙气灯的寿命约为1,000至2,000小时，LED灯无需预热即可立即稳定输出，并且调制速度快。氙气灯具有尖锐的近红外峰值，会随着老化而导致光谱匹配失真和漂移。
LED太阳能模拟器需要哪些波长的光？
它需要覆盖整个太阳光谱：紫外线（~350-400 纳米）、整个可见光（400-700 纳米）和近红外（700-1100 纳米），以实现硅电池的响应；扩展到短波红外（1100-1700 纳米），以实现完整的 IEC 光谱匹配等级，以及实现超出硅范围的串联/薄膜电池的响应。
LED太阳能模拟器可以测试多结电池吗？
是的——而且这是一项关键优势。多结和串联电池包含多个子电池，每个子电池响应不同的波段，因此匹配整个光谱范围至关重要。采用具有通道控制功能的宽光谱LED阵列（紫外到短波红外）可以平衡每个子电池所需的波段。
相关指南
- 工业紫外LED指南——光谱中的紫外部分
- 短波红外LED照明指南——将光谱匹配扩展到硅以外的领域
- LED波长指南：从紫外光到红外线——完整光谱图
- 机器视觉照明——相关的多波长照明
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