CN104457981A - 一种新颖的led太阳模拟器光谱匹配方案 - Google Patents

一种新颖的led太阳模拟器光谱匹配方案 Download PDF

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孙健刚
李果华
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Abstract

本发明涉及一种利用不同峰值波长的大功率LED进行匹配AM1.5条件下的太阳光光谱方案。本方案中采用五种大功率高显色指数的白光LED、660nmLED、730nmLED、850nmLED、940nmLED光源作为太阳模拟器的子光源，根据国家标准针对光伏行业的太阳模拟器的性能要求，匹配出出射光在各个波段的辐照分布符合AM1.5条件下的分布。利用样条插值法在Matlab中对高显色指数的白光LED光谱数据进行分波段计算处理，计算相应波段内的辐照量，长波段的辐照量采用660nmLED、730nmLED、850nmLED、940nmLED进行补偿，最后通过对比各波段内标准辐照值和单颗LED在相应波段的实际辐照值，采取不同电流驱动，达到光谱的精确匹配。

Description

一种新颖的LED太阳模拟器光谱匹配方案
技术领域
本发明属于照明技术领域，涉及利用一种人工光源匹配太阳光的技术方法。
背景技术
太阳模拟是利用人工光源模拟太阳光辐照特性的一门技术。在光伏产业中应用的中小型太阳模拟器是光伏产业中检测与定标的必不可少的设备。早期的太阳模拟器的光源主要是碳弧灯,其优点在于它的光谱分布和太阳光谱最为接近,缺点在于电极材料易损耗,易造成溅射污染而影响试件的光学性能。当前用于光伏检测定标的太阳模拟器大多用氙灯作为光源,其优点是工作状态稳定、光电参数一致性好、亮度高、发光效率高以及能够形成对称分布的配光曲线、光谱范围比较接近真实太阳光谱分布等。但其不足同样制约了其通用性,氙灯太阳模拟器体积大、成本高、能耗大。这使得其不能应用到光伏小型、微型电池组件的试验与生产中。在大型组件的应用中,氙灯模拟器耗电更多。在小型、微型组件的测量中一般用卤钨灯代替标准太阳模拟器,而卤钨灯的光谱分布与太阳光谱分布相差甚远。
LED作为当世纪新型的节能、低碳、环保照明光源，其丰富的波长使得它具有匹配太阳光光谱的能力且光谱匹配程度高的能力。另外LED寿命长，稳定性高等优点也保证了太阳模拟器寿命长和辐照的稳定性高等方面的优越性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种光源，其光谱分布要符合国家标准中AM1.5条件下太阳模拟器光谱分布的要求。
为解决上诉技术问题，本发明采用五种大功率高显色指数的白光LED、660nmLED、730nmLED、850nmLED、940nmLED光源作为LED太阳模拟器的子光源。根据国家标准针对光伏行业的太阳模拟器的性能要求，匹配出模拟器出射光在各个波段的辐照分布符合AM1.5条件下的标准分布。在Matlab软件中利用样条插值法对高显色指数的白光LED光谱数据进行分波段计算处理，计算相应波段内的总辐照量，由于白光光谱无法覆盖AM1.5条件下的全波段，因此在长波段的辐照量采用660nmLED、730nmLED、850nmLED、940nmLED进行补偿，最后通过对比各波段内标准辐照值和单颗LED在相应波段的实际辐照值，确定各波段所需LED的颗数，最后采取电流大小不一的恒流电源分别驱动，达到光谱的精确匹配。
匹配方法说明：
400nm-500nm和500nm-600nm采用白光LED匹配，白光所具备的条件是采用芯片发出峰值波长为460nm-462nm的紫光激发荧光粉，产生较长波长且连续的光，使得白光LED出射的光在400nm-500nm和500nm-600nm波段内的辐照值比例接近1:1.08。计算方法：通过LED光谱测试仪测得白光LED在额定工作电流下的光谱数据，通过Matlab样条插值计算方法，分别算出光谱曲线与波长坐标在400nm-500nm和500nm-600nm范围内所围成的面积，两者计算得出比例结果。根据有效面积内的标准辐照分布算出400nm-500nm波段内的标准总辐照值和单颗白光在该波段的实际总辐照值推算出白光LED所需的颗数。对600nm-700nm波段，采用白光LED和660nmLED联合匹配，白光光谱在400nm-700nm均有分布，通过之前在400nm-600nm光谱匹配得出白光LED颗数，算出白光LED在600nm-700nm波段内的总辐照值，再与有效辐照面内600nm-700nm波段内的标准辐照值对比，得出相差的辐照值，采用同样的方法算出660nmLED在600nm-700nm波段内的辐照值，与差值对照得出所需颗数，最后通过调整驱动660nmLED电流的大小使得在600nm-700nm波段内达到总辐照值的匹配。对于在700nm-800nm、800nm-900nm、900nm-1100nm波段分别采用730nmLED、850nmLED、940nmLED分别进行匹配，由于这三种LED的谱线宽度较窄，光谱均分布均在对应的波段内，因此，这三个波段的匹配均按各波段内的标准辐照值除以单颗LED在各自波段内的实际辐照值确定颗数。最后将相同波段的LED串连，根据理论计算适当调节各自的驱动电流大小，达到各波段辐照值的精确匹配。
本发明的有益效果：
一、本发明所诉的匹配方案摒弃了传统的氙灯作为太阳模拟器的光源，省去了研制特定的符合AM1.5条件下光谱分布的滤光片。
二、利用LED作为模拟器的光源，体现低碳、环保、节能等优势。
具体实施方式
根据400nm-500nm和500nm-600nm波段内的辐照值比例1:1.08选取合适的高显色指数的白光LED。利用光谱分析系统分别测出高显色指数白光LED、660nmLED、730nmLED、850nmLED、940nmLED光源在额定工作电流下的光谱图，保存光谱数据。根据有效面积内的标准辐照分布算出400nm-500nm波段内的标准总辐照值和单颗白光在该波段的实际总辐照值推算出白光LED所需的颗数。对600nm-700nm波段，采用白光LED和660nmLED联合匹配，白光光谱在400nm-700nm均有分布，通过之前在400nm-600nm光谱匹配得出白光LED颗数，算出白光LED在600nm-700nm波段内的总辐照值，再与有效辐照面内600nm-700nm波段内的标准辐照值对比，得出相差的辐照值，采用同样的方法算出660nmLED在600nm-700nm波段内的辐照值，与差值对照得出所需颗数，最后通过调整驱动660nmLED电流的大小使得在600nm-700nm波段内达到总辐照值的匹配。对于在700nm-800nm、800nm-900nm、900nm-1100nm波段分别采用730nmLED、850nmLED、940nmLED分别进行匹配，由于这三种LED的谱线宽度较窄，光谱均分布均在对应的波段内，因此，这三个波段的匹配均按各波段内的标准辐照值除以单颗LED在各自波段内的实际辐照值确定颗数。最后将相同波段的LED串连，根据理论计算适当调节各自的驱动电流大小，达到各波段辐照值的精确匹配。
本发明能够达到的指标：在400nm-1100nm波段，光谱匹配程度能够达到国家A级标准。

Claims (3)

1.LED太阳模拟器光谱匹配方案，其特征在于：包括五种大功率高显色指数的白光LED、660nmLED、730nmLED、850nmLED、940nmLED光源；采用电流大小不同的恒流电源驱动；采用分波段独立匹配方法；LED光源采用3W的白光LED、850nmLED、940nmLED和1W的660nmLED、730nmLED。
2.根据权利要求1，所诉光谱匹配方案是匹配波长范围在400nm-1100nm内的各波段的辐照值，匹配方法是400nm-500nm和500nm-600nm采用白光LED匹配；600nm-700nm采用白光LED和660nmLED匹配；700nm-800nm采用730nmLED匹配；800nm-900nm采用850nmLED匹配；900nm-1100nm采用940nmLED匹配。
3.根据权利要求2，所诉要求的高显色白光所具备的的条件为在400nm-500nm和500nm-600nm波段内的辐照值比例应接近1:1.08。
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