CN104812132A - 光伏led阵列模拟光源的设计方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光伏LED阵列模拟光源的设计方法及其装置，首先在天气良好的情况下，利用调色卡测试户外自然阳光的色调，再根据自然光的色调，找出不同波长的暖色LED灯，将其组合起来；并且在同一时刻的户外环境中，将混合LED灯光与自然光进行比对，使混合LED灯光的色调与自然光保持一致；最后将这些不同暖光的LED灯装在铝板上，同时在输入部分加入恒流驱动装置，以保证LED灯的使用寿命；并且，铝板的背面必须加入循环水流管道，以便给铝板散热，防止LED灯过热而损坏，甚至出现更大的安全事故；并调节可控恒流源的电流调节LED的亮暗程度，使得模拟光源模仿不同时刻的太阳光；最后，用辐照仪和温度传感器感测LED发出的辐照和温度。

Description

光伏LED阵列模拟光源的设计方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种光伏模拟光源，尤其是一种利用LED阵列设计光伏模拟光源的方法及其装置。

背景技术

自然界的太阳光因受到日地距离、大气层、天气、时间等因素的影响，太阳光谱和辐照强度存在不可预测的变化。太阳光模拟器是模拟太阳光辐照特性的试验与测试设备，利用太阳光模拟器，可以在实验室内模拟自然太阳光，可获得稳定、可控的模拟太阳光，已广泛应用于航天器的空闻环境模拟试验、太阳电池的检测与标定、工程材料的老化试验等领域。

目前，用于模拟太阳光的人工光源主要是与太阳光谱分布较为接近的卤钨灯、氙灯等光源，因其发光原瑷的制约，存在着光谱匹配精度低、时间稳定性差、系统结构复杂、价格昂贵、使用寿命短等缺陷。

卤钨灯是通过在灯内惰性气体中添加微量的卤素物质，利用其化学反应制成的一种热辐射光源。利用卤钨灯作为太阳光模拟器光源存在以下问题：①与太阳光谱适配度低；②窄可控输出范围；③光学系统设计复杂等。

氙灯是一种气体放电灯，在高压脉冲作用下，气体发生雪崩过程，继而形成稳定的弧光放电。利用氙灯设计的太阳光模拟器，因氙灯的色温约为6000K，光色接近太阳光，能达到较高的太阳光适配度；其次，氙灯的光响应速度快，不需预热就能达到稳定光输出，能同时满足稳态翻瞬态两种工作方式的设计需求。在太阳光适配度方面较为理想，但也存在以下问题:：①驱动控制复杂；②稳定性较差；③光学系统复杂等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种光伏LED阵列模拟光源的设计方法及其装置，能够很好的解决光谱相应不足、光学设计系统复杂、价格昂贵以及更换代价高等问题。

本发明所采用的技术方案为：一种光伏LED阵列模拟光源的设计方法，包括以下步骤：

1)利用调色卡测试户外自然光的色调；

2)根据自然光的色调选择多个不同波长的LED光源；

3)将多个LED光源按照阵列方式排列并进行混光；

4)将经过混光的LED光源所产生的色调与自然光的色调进行比较，使混光后的LED光源的色调与自然光保持一致。

为了防止模拟光源产生的温度偏低或者辐照偏高，本发明所述所述的步骤2)中，LED光源的功率为1～3瓦；

本发明所述的步骤3)中，LED光源包括红、橙、黄、绿、青、蓝、紫色；LED光源按照七彩光的排列方式进行阵列排列，所述的排列方式为：LED光源依次按照红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的顺序排列成多个圆圈，最外圈为红色光源，最内圈为紫色光源；所有排列后的LED光源的中心间距均为0.8～1.2cm；其中每一个色系的光源的圆圈圈数至少为一圈；实际圈数根据光伏LED阵列模拟光源的大小进行确定；所述的每一圈的LED光源分别由同一个恒流驱动装置控制。

本发明经过混光的LED光源所产生的色调直接通过调色卡进行测试，并将所测的色调直接与步骤1)中所测得的自然光的色调进行比较；并通过调整LED光源的数量使混光后的LED光源的色调与自然光保持一致。

同时本发明还提供了一种光伏LED阵列模拟光源的设计方法所用到的装置，包括多个LED光源；所述的LED光源按照阵列方式排列设置在铝基板上；排列后的LED光源组成多个LED灯组；所述的每个LED灯组的输入端均连接驱动装置；所述的铝基板的背面设置有散热装置。

其中，本发明所述的驱动装置为程控恒流驱动装置；以保证LED灯的使用寿命。所述的程控恒流驱动装置的输入端连接有变压装置；程控恒流驱动装置的输出端连接LED灯组。

本发明所述的散热装置为设置在铝基板背面的水冷却管路；所述的水冷却管路由多个U型管收尾相连后均匀分布在铝基板背面。以便给铝板散热，防止LED灯过热而损坏，甚至出现更大的安全事故。

具体的说，本发明所述的程控恒流驱动装置由电源、场效应管、二极管、采样电流电阻、电容、电感、LED光源和恒流控制器组成；所述的电源的正极与场效应管的漏极相连；场效应管的源极、电感的一端和二极管的阴极三端相连；电感的另一端、电容的一端和多个LED光源的阳极相连；采样电流电阻的一端，电容的另一端，多个LED光源的阴极和恒流控制器的一端相连；电源的负端、二极管的阳极和采样电阻的另一端相连；恒流控制器的另一端与场效应管的控制栅极相连。

本发明的有益效果是：基于LED具有光谱全彩、可控性好、稳定性强以及光输出调节范围宽等技术特色，采用多个不同光谱能量分布的LED组成面阵光源，经光学系统混光合成来模拟太阳光；本装置采用多组程控恒流源驱动不同的LED组，使得模拟光源的辐照度稳定可靠、调节快捷；通过调整各个LED组的驱动电流，可方便地实现输出光谱的分布形态，满足不同领域应用时光谱匹配度的不同要求；使用面阵光源代替氙灯，可大大简化光学系统，有效降低太阳光模拟器的制造成本；在保证工作性能的同时大大降低了成本提高了性价比，具有很好的实用价值；并且LED光衰小，使用寿命长，稳定性好且操作方便；与氙灯相比，更换方便且价格便宜。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明装置的原理框图；

图2是本发明恒流驱动装置的电路图；

图3是本发明LED光源的阵列示意图；

图4是本发明的散热装置的结构示意图。

具体实施方式

现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

图1为本实施例的装置原理框图。其中包括变压部分、驱动部分、散热部分以及LED光源部分。上述各部分之间的连接关系是：变压装置的输出端连接到恒流驱动装置，后传输到LED装置，其中散热装置与LED装置连接。

图2为本实施例的恒流驱动装置、图3为本实施例的LED连接装置和图4为本实施例的散热装置，图2、图3和图4分别对应图1的驱动部分、LED部分和散热部分。

图2中，主要由电源E、场效应管S、二极管D、采样电流电阻r电容C、LED灯和恒流控制器组成。电源E的正极与场效应管S的漏极相连；场效应管S的源极、电感L的一端和二极管D的阴极三端相连；电感L的另一端、电容C的一端和多个LED的阳极相连；采样电流电阻r的一端，电容C的另一端，多个LED的阴极和恒流控制器的一端相连；电源E的负端、二极管的阳极和采样电阻的另一端相连；恒流控制器的另一端与场效应管S的控制栅极相连。恒流驱动装置部分是利用嵌入式完成的，所用芯片为STC12C5608AD，芯片采集采样电阻r的电压后转换为电流产生控制信号驱动场效应管S工作，使得恒流驱动装置输出电流达到稳定状态。

图3中，主要由多个3W的LED灯组成的多个LED灯阵列。Led灯阵列的首尾分别是多个LED灯的阳极相连和多个LED灯的阴极相连。中间皆是由一个LED灯的阳极与另一个LED灯的阴极相连。具体的排列方式为：LED光源包括红、橙、黄、绿、青、蓝、紫色；LED光源依次按照红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的顺序排列成多个圆圈，最外圈为红色光源，最内圈为紫色光源；所有排列后的LED光源的中心间距均为1cm；

其中每一个色系的光源的圆圈圈数至少为一圈；实际圈数根据光伏LED阵列模拟光源的大小进行确定；如红色LED光源有两圈，橙色有两圈，黄色有一圈、绿色有一圈、青色有两圈、蓝色有一圈、紫色有两圈等等；若其中某一种色系的大于圈数一圈时，光源的排列顺序仍然按照最内圈为紫色，最外圈为红色排列，即两圈紫色排列完成后排列蓝色光源；蓝色光源排列完成后排列青色光源，以此类推。每一圈的LED光源分别连接一个恒流驱动装置控制；且每一圈的LED光源同时开启或同时关闭。

图4为本装置的散热部。在铝板1的背面加入U形管道2，U形管内直径为6cm。通过注水的方式，形成水流。主要为LED阵列散热。图中的箭头方向为水流方向。

本实施例的光伏模拟光源led阵列的工作原理与工作过程简述如下：

本实施例的光伏模拟光源led阵列装置，采用的是50个暖黄色的LED灯。使用时，首先将Led灯组背面的散热装置打开对铝板进行散热；其次，将LED阵列正对于光伏电池板；再次，接通电源，调节恒流控制器，led阵列发光；最后，根据辐照仪和温度计显示结果调节恒流控制器，使得LED阵列达到光伏组件测试的参数进行测量。

以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (10)

1.一种光伏LED阵列模拟光源的设计方法，其特征在于包括以下步骤：

1)利用调色卡测试户外自然光的色调；

2)根据自然光的色调选择多个不同波长的LED光源；

3)将多个LED光源按照阵列方式排列并进行混光；

4)将经过混光的LED光源所产生的色调与自然光的色调进行比较，使混光后的LED光源的色调与自然光保持一致。

2.如权利要求1所述的光伏LED阵列模拟光源的设计方法，其特征在于：所述的步骤2)中，LED光源的功率为1～3瓦。

3.如权利要求1所述的光伏LED阵列模拟光源的设计方法，其特征在于：所述的步骤3)中，LED光源包括红、橙、黄、绿、青、蓝、紫色；LED光源按照七彩光的排列方式进行阵列排列，所述的排列方式为：LED光源依次按照红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的顺序排列成多个圆圈，最外圈为红色光源，最内圈为紫色光源；所有排列后的LED光源的中心间距均为0.8～1.2cm；其中每一个色系的光源的圆圈圈数至少为一圈；所述的每一圈的LED光源分别由同一个恒流驱动装置控制。

4.如权利要求1所述的光伏LED阵列模拟光源的设计方法，其特征在于：所述的步骤4)中，经过混光的LED光源所产生的色调直接通过调色卡进行测试，并将所测的色调直接与步骤1)中所测得的自然光的色调进行比较；并通过调整LED光源的数量使混光后的LED光源的色调与自然光保持一致。

5.一种如权利要求1所述的光伏LED阵列模拟光源的设计方法所用到的装置，其特征在于：包括多个LED光源；所述的LED光源按照阵列方式排列设置在铝基板上；排列后的LED光源组成多个LED灯组；所述的每个LED灯组的输入端均连接驱动装置；所述的铝基板的背面设置有散热装置。

6.如权利要求5所述的光伏LED阵列模拟光源的设计方法所用到的装置，其特征在于：所述的驱动装置为程控恒流驱动装置；所述的程控恒流驱动装置的输入端连接有变压装置；程控恒流驱动装置的输出端连接LED灯组。

7.如权利要求5所述的光伏LED阵列模拟光源的设计方法所用到的装置，其特征在于：所述的散热装置为设置在铝基板背面的水冷却管路；所述的水冷却管路由多个U型管收尾相连后均匀分布在铝基板背面。

8.如权利要求6所述的光伏LED阵列模拟光源的设计方法所用到的装置，其特征在于：所述的程控恒流驱动装置由电源、场效应管、二极管、采样电流电阻、电容、电感、LED光源和恒流控制器组成；所述的电源的正极与场效应管的漏极相连；场效应管的源极、电感的一端和二极管的阴极三端相连；电感的另一端、电容的一端和多个LED光源的阳极相连；采样电流电阻的一端，电容的另一端，多个LED光源的阴极和恒流控制器的一端相连；电源的负端、二极管的阳极和采样电阻的另一端相连；恒流控制器的另一端与场效应管的控制栅极相连。

9.如权利要求5所述的光伏LED阵列模拟光源的设计方法所用到的装置，其特征在于：所述的LED光源的功率为1～3瓦。

10.如权利要求5所述的光伏LED阵列模拟光源的设计方法所用到的装置，其特征在于：所述的LED光源包括红、橙、黄、绿、青、蓝、紫色；LED光源按照七彩光的排列方式进行阵列排列，所述的阵列方式为：LED光源依次按照红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的顺序排列成多个圆圈，最外圈为红色光源，最内圈为紫色光源；所有排列后的LED光源的中心间距均为0.8～1.2cm；其中每一个色系的光源的圆圈圈数至少为一圈；所述的每一圈的LED光源分别由同一个恒流驱动装置控制。