CN101290340B - Led太阳模拟器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能光伏器件检测技术，具体地说是一种可以模拟AM1.5标准太阳光谱，可以用来测试太阳电池或者小型光伏组件在25℃、AM1.5标准太阳的照射下发电效率的LED太阳模拟器。本发明运用各种颜色的LED，使总体的混合光谱范围覆盖从近红外到近紫外的太阳光谱，并通过调节LED的个数和通过LED的电流强度来达到太阳光谱各个波段的光强，实现完整的太阳光谱的模拟。最后调节LED的总个数，达到实验室太阳光模拟的条件，实现AM1.5标准太阳(即光辐射强度为1000W/m2)光的合成。

Description

LED太阳模拟器
技术领域
本发明涉及太阳能光伏器件检测技术，具体地说是一种可以模拟AM1.5标准太阳光谱，可以用来测试太阳电池或者小型光伏组件在25℃、AM1.5标准太阳的照射下发电效率的LED太阳模拟器。
背景技术
太阳电池光伏发电技术现在已经得到了广泛的应用，尤其是小型光伏组件更是和人们的生活息息相关，应用到各种各样的领域中。然而小型光伏组件的测量、测试却没有与之相适合的发电效率测试仪器，这就导致了生产商各有各的测试仪器，各有各的测量方法，仪器的准确性很差，误差很大。在这样的情况下，我们很有必要开发一款能够最大程度准确模拟太阳辐射光谱的太阳模拟器。因此，我们摒弃了目前在小型光伏组件测试中普遍应用的碘钨灯气体光源，另辟蹊径，采用固体照明元件LED复合光技术来实现最大程度的完全太阳光模拟，开发了LED太阳模拟器。
发明内容
本LED太阳模拟器具有全光谱模拟太阳的功能，将打破现在普遍应用的碘钨灯或者气体光源来模拟太阳的局部光谱的功能障碍，用固态照明器件LED最大化地模拟出AM1.5标准太阳的光谱，使小型光伏组件的测试变得精确，使测量方法变得统一，为光伏发电技术早日走进百姓家奠定更加良好的基础。
按照本发明提供的技术方案，所述LED太阳模拟器包括：
一个LED光源系统，用于发出光线；
一个光学混合系统，位于LED光源系统所发出的光的光路上，用于将LED光源系统中各个不同颜色的LED所发出的单色光混合成模拟太阳光谱的复色光；
一个光谱修正系统，位于光学混合系统发出的复色光的光路上，用于减弱或增强复色光中某些光谱的光强度，使复色光更接近于太阳光谱；
一个控制器，根据设定的参数值，修改温度和湿度补偿值，以及对复色光进行调整，并且对检测到的数据进行分析运算后，将结果送至小型液晶显示器上显示；
一个检测台，位于光谱修正系统的光路上，用于放置待检的物品。
光学混合系统包括多组棱镜与透镜，所述棱镜主要用来分光，实现各种颜色光的分离，经过去掉多余光谱或增强定光谱后，由透镜将分散的光混合在一起，实现光的合成。
在光谱修正系统所发出的光线的光路上设置聚光器，通过聚光器的光学聚焦使光均匀地集中在检测台上的一个设定的区域。
在所述光谱修正系统中，有一块透明玻璃位于光学混合系统后方，在透明玻璃的表面粘贴特定颜色的光学薄膜或滤光片，以增强或减弱特定光谱的光，使复色光接近太阳辐射光谱。
在模拟器上设置光强校正系统，利用该光强校正系统调节复色光的输出口与检测台间的距离，以达到标准太阳的光强。
在控制器的输出端连接键盘；操作键盘，通过改变某种颜色的LED的电流来改变该段光谱的光强，以修正光谱；通过键盘操作，以控制整台仪器的工作状态，实现仪器的开关或检测/结果输出的控制。
在控制器的输出端连接小型液晶显示器，直接显示太阳电池的效率。
在光源系统上设置散热器，所述散热器利用管道与散热器外机相互连接。
本发明的优点是：传统的碘钨灯或者气体光源的光谱能量主要集中在680nm～1100nm的范围内，以红外光居多。而AM1.5太阳光谱从300nm到2500nm，能量主要集中在可见光部分，近红外光和近紫外光都占很少一部分，且近红外光多于近紫外光。由此看来，碘钨灯的光谱和太阳光谱相差甚远，确实不适合作为太阳模拟器来使用。为克服该缺点，我们绕开单光源模拟，采用单色光的混合来实现太阳光谱的合成，并且通过调光技术可以任意调节某种光所占的比例，这样就很容易地实现了AM1.5标准太阳光的模拟。LED光源所发出的初始光，经过光学混合系统将各种单色光均匀地混合在一起，然后经过光谱修正系统增强或减弱某些光，从而实现了太阳光谱的合成，通过调节光出口至检测台的距离，使投射到光伏电池片的模拟太阳光达到标准太阳的光输出(即1000W/m2)。模拟太阳光打在光伏电池上将产生一个电压和一个电流信号。智能管理芯片通过将接收到的电压、电流信号进行分析，再根据环境温度对结果进行修正，将最终结果通过LCD显示出来。光源部分最大的问题就是LED发热的处理问题，如果处理不当将严重影响测量结果和模拟器的寿命。在本设计中，采用高效率的散热方式，使产生的热量在最短的时间内最大程度地散掉，以保证该模拟器的可靠运行。
附图说明
图1为本发明LED太阳模拟器的意示图：
具体实施方式
所述LED太阳模拟器包括：一个LED光源系统9，用于发出光线；一个光学混合系统11，位于LED光源系统9所发出的光的光路上，用于将LED光源系统4中各个不同颜色的LED所发出的单色光混合成模拟太阳光谱的复色光；一个光谱修正系统12，位于光学混合系统11发出的复色光的光路上，用于减弱或增强复色光中某些光谱的光强度，使复色光更接近于太阳光谱；一个控制器，根据设定的参数值，修改温度和湿度补偿值，以及对复色光进行调整，并且对检测到的数据进行分析运算后，将结果送至小型液晶显示器上显示；一个检测台，位于光谱修正系统的光路上，用于放置待检的物品。
所述光学混合系统11包括多组棱镜与透镜，所述棱镜主要用来分光，实现各种颜色光的分离，经过去掉多余光谱或增强定光谱后，由透镜将分散的光混合在一起，实现光的合成。
在光谱修正系统所发出的光线的光路上设置聚光器13，通过聚光器13的光学聚焦使光均匀地集中在检测台1上的一个设定的区域。
在所述光谱修正系统中，有一块透明玻璃位于光学混合系统11后方，在透明玻璃的表面粘贴特定颜色的光学薄膜或滤光片，以增强或减弱特定光谱的光，使复色光接近太阳辐射光谱。
在模拟器上设置光强校正系统，利用该光强校正系统调节复色光的输出口与检测台1间的距离，以达到标准太阳的光强。所述光强校正系统为
在控制器的输出端连接键盘4；操作键盘4，通过改变某种颜色的LED的电流来改变该段光谱的光强，以修正光谱；通过键盘4操作，以控制整台仪器的工作状态，实现仪器的开关或检测/结果输出的控制。
在控制器的输出端连接小型液晶显示器3，直接显示太阳电池的效率。
在光源系统9上设置散热器8，所述散热器8利用管道7与散热器外机6相互连接。
其中，LED光源系统9是该LED太阳模拟器的核心部分，由各种LED发出的单色光来混合成类似太阳光谱的复色光，实现对AM1.5标准太阳光的模拟。
由LED(发光二极管)作为光源提供初始光，然后经过光学混合系统将各种单色光均匀地混合在一起，经过光谱修正系统减弱或增强某些光谱的光的强度，最终实现对AM1.5标准太阳光的模拟。然后通过光学聚焦使光均匀集中在一个设定的区域。
由各组棱镜，透镜组成。棱镜主要用来分光，实现各种颜色光的分离，经过去掉多余光谱或增强定光谱后，由透镜将分散的光混合在一起，实现光的合成。
位于光学混合系统后方的一块高质量透明玻璃，通过在其表面贴特定颜色的光学薄膜(滤光片)，增强或减弱特定光谱的光，使输出光接近AM1.5的太阳辐射光谱。
由于光的发散或散射等因素造成输出光强不等于AM1.5标准太阳(1000W/m2)的光强，这时可以通过调节光输出口与检测台的距离来达到标准太阳的光强。
通过操作键盘4，可以改变通过某种颜色LED的电流来改变该段光谱的光强来修正光谱；通过键盘操作，可以控制整台仪器的工作状态，实现仪器的开关或检测/结果输出的控制。其中的5为控制电路。
用小型LCD(液晶显示器3)，直接输出太阳电池的效率，结果直接明了。
由于LED长时间工作会产生大量的热量，如果这些热量不散掉会大大影响LED光源及整个系统的寿命。该系统采用高效率的散热装置，为系统的正常工作提供保障。
控制器中的智能管理芯片采用PIC单片机作为管理芯片，将实现环境温度采集，湿度控制，温度补偿，数据处理，显示输出的重要功能。
如图所示为LED太阳模拟器的整个机体设计，1为检测台，上面接有连接器，通过导线连接至控制器的智能管理芯片，将待测物品放在上面，建立电气连接后待测物品就接入了检测系统；2是控制台，通过操作键盘可以控制光源系统9，开机或关机，是否开始检测等的控制，并且通过显示模块3可以观察测量结果；10是光学系统的支撑调整臂，可以用臂10上的旋钮14通过调整聚光器13的光输出口至被检测物品的距离，来校正辐射到被检测物品表面的光强；9为光源系统，由LED光源、光学混合系统、光学修正系统和聚光器组成，其中LED光源包含各种颜色的LED，可以发出多种颜色的光，总的光谱覆盖从近紫外到近红外的太阳光谱，光学混合系统由各种光学棱镜和透镜组成，负责将这些光收集并均匀地混合在一起，然后经过光谱修正系统12对混合后的光进行修正，减弱或增强某些光线，实现最终的AM1.5标准太阳光经聚光器13输出；6、7、8是LED光源的散热系统，采用效率高，速度快，效果好的散热器8，经过管道7将热量传递给散热器外机6，对LED进行降温，保证整个系统可靠地运行。
实际使用过程中，要将被测试的太阳电池放在检测台①上，当太阳模拟器发出的标准太阳光线照射到被测试的太阳电池上以后，在控制台②上的小型液晶显示器就显示出测试结果。

Claims (7)

1.LED太阳模拟器，其特征在于，
一个LED光源系统(9)，用于发出光线；
一个光学混合系统(11)，位于LED光源系统(9)所发出的光的光路上，用于将LED光源系统(4)中各个不同颜色的LED所发出的单色光混合成模拟太阳光谱的复色光；
一个光谱修正系统，位于光学混合系统(11)发出的复色光的光路上，用于减弱或增强复色光中某些光谱的光强度，使复色光更接近于太阳光谱；
一个控制器，根据设定的参数值，修改温度和湿度补偿值，以及对复色光进行调整，并且对检测到的数据进行分析运算后，将结果送至小型液晶显示器上显示；
一个检测台，位于光谱修正系统的光路上，用于放置待检的物品；
在光谱修正系统所发出的光线的光路上设置聚光器(13)，通过聚光器(13)的光学聚焦使光均匀地集中在检测台(1)上的一个设定的区域。
2.根据权利要求1所述的LED太阳模拟器，其特征是：光学混合系统(11)包括多组棱镜与透镜，所述棱镜用来分光，实现各种颜色光的分离，经过去掉多余光谱或增强定光谱后，由透镜将分散的光混合在一起，实现光的合成。
3.根据权利要求1所述的LED太阳模拟器，其特征是：在所述光谱修正系统中，有一块透明玻璃位于光学混合系统(11)后方，在透明玻璃的表面粘贴特定颜色的光学薄膜或滤光片，以增强或减弱特定光谱的光，使复色光接近太阳辐射光谱。
4.根据权利要求1所述的LED太阳模拟器，其特征是：在模拟器上设置光强校正系统，利用该光强校正系统调节复色光的输出口与检测台(1)间的距离，以达到标准太阳的光强。
5.根据权利要求1所述的LED太阳模拟器，其特征是：在控制器的输出端连接键盘；操作键盘，通过改变某种颜色的LED的电流来改变该段光谱的光强，以修正光谱；通过键盘操作，以控制整台仪器的工作状态，实现仪器的开关或检测/结果输出的控制。
6.根据权利要求1所述的LED太阳模拟器，其特征是：在控制器的输出端连接小型液晶显示器(3)，直接显示太阳电池的效率。
7.根据权利要求1所述的LED太阳模拟器，其特征是：在光源系统(9)上设置散热器(8)，所述散热器(8)利用管道(7)与散热器外机(6)相互连接。
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