太阳光模拟器作为模拟自然光照条件的核心设备，在太阳能电池测试、材料老化研究、光催化实验等领域发挥着重要作用。当前市场上，LED 与氙灯是两类主流的太阳光模拟器技术路线，二者在技术原理与核心性能上差异显著，直接决定各自的场景适配性。下文合益将从两类模拟器的技术原理、性能参数、应用场景等维度展开对比，为科研机构和工业用户提供选型参考。

一、工作原理与结构设计

1. LED 太阳光模拟器

LED 太阳光模拟器的LED 灯珠组合示意图

基于半导体电致发光原理，通过多波长 LED 灯珠组合覆盖光谱：紫外波段用 AlGaN 基 LED（200-400nm），可见光由 InGaN 蓝光、AlInGaP 红光及绿光 LED 覆盖（400-760nm），红外采用 GaAs 基 LED（800-1100nm）。模块化设计可动态调节各通道电流，精准拟合 AM1.5G 标准光谱,光学系统含混光腔和匀光积分器。

2. 氙灯太阳光模拟器

氙灯太阳光模拟器的结构图

以高压氙气放电产生连续光谱，覆盖 200-2500nm，核心结构包括氙灯、抛物面反射镜和滤光片组。其光谱接近太阳光，红外区能量过剩，需通过 AM1.5G 滤光片及全反射片修正。

二、两种光源关键性能对比

1. 光谱匹配度

LED 太阳光模拟器通过多波长组合实现高精度光谱拟合。符合 A++ 级标准的 LED 模拟器可覆盖 300-1200nm，在非晶硅薄膜测试中无需校正即可获得接近真实值的短路电流（Isc）。氙灯模拟器虽光谱连续性较好，但固有尖峰（如蓝光过剩）需依赖滤光片调整，且老化后光谱匹配度下降，在 400-700nm 波段可能导致 Isc 偏差达 14.7%。

2. 光强均匀性与稳定性

LED 太阳光模拟器通过阵列布局和光学设计实现高均匀性。大面积 LED 模拟器在 5×5 米区域内均匀性可优于 2%，特殊定制方案甚至可达 1%。其稳定性通过实时反馈系统维持，20 分钟波动≤0.5%。氙灯模拟器因灯泡结构导致中心与边缘光强差异，均匀性通常在 ±5% 左右，且受温度变化影响，长时间运行中光强波动可达 ±2% 以上。

3. 响应时间与维护成本

LED 太阳光模拟器可实现毫秒级快速开关，适合动态测试（如钙钛矿电池瞬态响应），且寿命超过 10000 小时，维护成本极低。氙灯太阳光模拟器启动需高压脉冲（20kV），冷却时间长，寿命仅 800-1000 小时，需定期更换灯泡和滤光片，长期维护成本显著高于 LED。

4. 能效与散热

LED 太阳光模拟器在能耗方面比氙灯太阳光模拟器具备优势，且散热需求低，设备不易过热。采用优化设计的 LED 模拟器能耗可降低约 70%，免维护特性减少停机时间。氙灯能耗高且散热性能差，长时间运行可能导致设备过热，影响稳定性。

三、应用场景适配性分析

用于太阳能电池测试的 LED 太阳能模拟器的概念示意图

1. LED 太阳光模拟器更适合对精度与稳定性要求高的场景：在光伏领域，可用于 PERC、HJT 等高效电池的 IV 特性测试，确保转换效率数据偏差≤0.5%；在光催化研究中，其单色光输出功能可精准定位催化剂的活性波长；长周期材料老化实验中，其稳定性能保证数据重复性。

2. 氙灯模拟器适用于对光谱连续性要求高但精度容忍度较大的场景：如汽车大灯耐候性测试、大面积涂料老化实验等。其宽光谱特性在模拟极端日照条件（如高原强紫外环境）时仍有一定优势。

LED 与氙灯太阳光模拟器的技术原理和性能存在显著差异：LED 以高精度、高稳定性及低维护成本成科研与工业主流；氙灯在高功率瞬时测试和基础应用中具备价值。未来 LED 市场份额有望持续扩大，氙灯将更多聚焦于特定高功率场景。无论选择哪种技术路线，合益光控 均可提供全场景解决方案，助力各领域在可控光照环境中实现技术突破。