概述

太陽光模擬器是一種能夠模擬太陽光照射條件的設備，主要用于實驗室環境中對太陽能相關材料和設備進行性能測試。這類模擬器能夠提供與自然太陽光譜相似的光照，同時還能精確控制光照強度和照射角度，以滿足不同測試需求。

對于被歸類為太陽光模擬器的光源，必須根據三個標準之一進行評估，并符合其中規定的規范。提供太陽模擬器標準的三個組織是：

ASTM International（ASTM E927-19 用于光伏設備電氣性能測試的太陽光模擬器標準分類）

日本工業標準（JIS C 8904-9 太陽光模擬器性能要求）

國際電工委員會（IEC 60904-9：2020 太陽光模擬器特性分類）

雖然這些標準之間存在細微的差異，但它們的整體方法和分類系統在很大程度上是相同的。

太陽光模擬器等級評價指標

l                      光譜與太陽光譜匹配

l                      照射的空間不均勻性

l                      照射的時間不穩定性

在每個區域，太陽光模擬器將獲得 A 到 C 之間的評級（在的 IEC 標準中為 A+ 和 C），具體取決于其性能。A 是可以達到的評級，C 是的評級。因此，太陽模擬器的總評級為 3 個字母的等級，例如 ABB。為清楚起見，這些分級的順序必須按以下順序排列：光譜匹配、空間不均勻性和時間不穩定性。例如，太陽模擬器可能被授予 ABB 評級，表明它已獲得光譜匹配 A、空間不均勻性 B 和時間不穩定性 B。下面我們將回顧在每個性能測試中實現分類的要求，以及它們的計算方式。科迎法電氣太陽光模擬器是根據 IEC 60904-9：2020 標準進行測量的，因此我們以此為基礎，但所有三個標準的原則都是通用的。

光譜匹配到太陽光譜

太陽模擬器光譜應近似于地球上接收到的光的光譜，即太陽模擬器發出的紫外線、藍光、綠光、紅光和紅外光的相對強度理想情況下應與從太陽接收到的光的相對強度相同。由于太陽接收到的光因位置、一天中的時間、天氣、一年中的時間等幾個因素而有很大差異，因此這在某種程度上變得復雜。為了簡化和標準化問題，定義了一系列參考太陽光譜，例如 AM1.5 光譜。太陽光模擬器是根據 ATSM G1-5 和 IEC 173 中定義的 AM03.60904G 光譜輻照度標準測量的。

IEC 60904-9：2020 標準僅考慮了 300 nm 至 1200 nm 之間的波長范圍。這主要是因為大多數太陽能電池技術的響應度都在這個范圍內。是由小帶隙材料（如鍺或氮化銦）制成的電池，它們可以吸收波長高達 1800 nm 的光。這部分光譜被分成六個“區間”，每個區間包含大致相同水平的太陽輻照度（舊標準仍然使用 6 個區間，但每個區間的大小基于波長間隔，而不是每個區間包含的輻照度百分比）。

如何找到太陽光模擬器的光譜匹配等級

使用光譜輻射計測量來自太陽模擬器的模擬輻照度

對 300 nm 至 1200 nm 之間的總輻照度進行積分

計算每個 bin 中總輻照度的百分比

最后，將測得的百分比除以每個波長區間的標準給出的百分比。此比率稱為光譜匹配

所有區間都必須在給定的范圍內才能實現相應的分類，例如，如果區間 1 – 5 的光譜匹配為 1.12 （A+），但區間 6 的光譜匹配為 0.65（B 類），則光譜匹配的測量值將為 B 類。

光譜匹配計算必須在太陽光模擬器測試平面中測試區域”內的至少四個位置進行。此測試區域是分類測量和有效的區域。這將是您放置要測試的設備的區域。這四個位置通常選擇在測試區域的外邊緣。每個位置都分配了一個分類，光譜匹配的總體太陽模擬器分類由性能低的位置決定。這可確保整個測試區域的光譜輻照度不會隨測試區域的變化而變化。因此，只要您的設備位于測試區域內，橫向設備位置就不會影響您的結果。

標準中沒有對太陽模擬器的總輻照度提出要求。然而，標準化的 AM1.5G 太陽光譜的總綜合輻照度為 1000 W/m2這通常被稱為 1 個太陽強度，大多數太陽模擬器至少能夠達到這個輻照度。

輻照度的空間不均勻性

從太陽接收到的光在平面上具有均勻的強度（忽略陰影等局部效果）。換句話說，在一小塊區域內，陽光是均勻分布的。太陽光模擬器還應產生均勻的光輸出。通常使用均質光學元件來實現這一點。高空間均勻性對于太陽光模擬器很重要，因為不均勻的光強度會使測量位置變得依賴性，這是我們要避免的。

通過將光強度測量設備（例如參考太陽能電池或光電二極管）移動到太陽模擬器的測試平面上來評估輻照度的不均勻性，以構建其測量的光強度的二維網格。如果光線分布均勻，則此測量值在整個測試區域內不應發生太大變化。

所需的探測器特性和掃描參數取決于測試區域的大小和太陽光模擬器的預期用途（例如，對于光伏電池或模塊，單結或多結器件）。大輻照度點和小輻照度從格網中獲取，并使用以下方程計算空間不均勻性。

時間不穩定性

時間不穩定性表示太陽光模擬器的光輸出強度隨時間變化的程度。高時間不穩定性將使測量的可重復性降低，并可能使結果看起來有噪聲。時間不穩定性可能是由許多與太陽光模擬器硬件相關的因素引起的，例如電源中的噪聲或放電燈中的電弧顫振。這種閃爍可以在非常短的時間尺度（不到一秒）內出現，也可以在較長的時間尺度（幾天或幾周）內以強度漂移的形式出現。因此，時間不穩定性分為短期不穩定性 （STI） 或長期不穩定性 （LTI）。