CN107965709A - 一种太阳光模拟系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳光模拟系统,包括光源阵列组、和光源阵列组相对应的匀光阵列组、匀光器一、匀光器二和准直透镜组,光源阵列组设置于匀光阵列组进光端的一侧,匀光阵列组的出光端分别分布于匀光器一的左侧以及上、下两侧,匀光器一的出光端一侧设置有匀光器二,匀光器二的入光端与匀光器一的出光端相对,匀光器二出光端一侧设置有准直透镜组,本发明结构合理,使用方便,光谱范围可达300nm~1500nm,且光谱匹配度高,体积小,不均匀度≤3%,平行半角≤0.5度。

Description

一种太阳光模拟系统
技术领域
本发明涉及光学技术领域,具体涉及一种太阳光模拟系统。
背景技术
太阳模拟器是一种在室内模拟太阳光的设备,在光伏行业,它主要用于太阳电池和组件的电性能测试、光老化试验,热板耐久试验等。
目前用于模拟太阳光的人工光源主要是与太阳光光谱较为接近的卤钨灯、氙灯等光源,因为发光原理的制约,存在着体积大、光谱匹配精度低、时间稳定性差、均匀度不好、能量利用率低,准直性差等缺陷,且其可用光谱范围只有300nm~1100nm,这对于硅晶体系太阳能电池/组件等光谱响应范围比较窄的测试没有问题;但是对于光谱响应范围超过1100nm的前后结、多结、半导体化合物等和新型薄膜太阳能电池测试,就不能实现全光谱范围的完全响应。还有一些使用LED混色方法模拟太阳光的,采用的是事先计算,提前储存数据,需要什么样的太阳光光谱时,只需要调出储存的数据就可以了;但是这种方式没有考虑LED的衰减,LED的损坏,光学系统的误差等对光谱的持续影响,随着时间的推移光谱必然会改变。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单,使用方便,光谱匹配度高,准直性好,均匀度高的太阳光模拟系统。
本发明的任务是这样完成的,一种太阳光模拟系统,其特征在于:包括光源阵列组、和光源阵列组相对应的匀光阵列组、匀光器一、匀光器二和准直透镜组,光源阵列组设置于匀光阵列组进光端的一侧,匀光阵列组的出光端分别分布于匀光器一的左侧以及上、下两侧,匀光器一的出光端一侧设置有匀光器二,匀光器二的入光端与匀光器一的出光端相对,匀光器二出光端一侧设置有准直透镜组。
优选的,匀光器二为空心或实心,空心的匀光器二其内部镀有高反膜,匀光器二的水平端和竖向端的结合处设置有斜披,匀光器二的进光端面与匀光器二的出光端面相垂直,匀光器二的出光端一侧设置有准直透镜组,准直透镜组由透镜一和透镜二组成,透镜一的进光面与匀光器二的出光面相对,透镜一的出光面与透镜二的进光面相对。
优选的,透镜一或透镜二可为双凸透镜、平凸透镜或凹凸透镜,透镜一的出光面为凸面,透镜二的出光面为凸面,透镜一和透镜二表面均镀有紫外增透膜。
优选的,匀光器一其中两个侧面的光源阵列组为不同颜色波段的LED芯片,另一侧面的光源阵列组为区别于另外两个光源阵列组的其他颜色波段的LED芯片、白光光源或近红外光光源。
优选的,匀光阵列组为由锥形光棒阵列或复眼透镜阵列组成的阵列组。
优选的,匀光器一内设置有滤光片,滤光片为长波通滤光片或短波通滤光片。
优选的,匀光器一的形状为长方体,匀光器一其中相对的两个面为正方形面,在其相对的两个正方形面之间的匀光器一内部设置有一排倾斜的滤光片,滤光片之间相互平行设置。
优选的,匀光器一的形状为正方体,匀光器一内设置有呈空间X形的滤光片。
优选的,匀光器一的形状为长方体,匀光器一内部的上、下两侧,对称设置有呈V字形的滤光片。
本发明结构合理,使用方便,光谱范围可达300nm~1500nm,且光谱匹配度高,体积小,不均匀度≤3%,平行半角≤0.5度。
附图说明
图1是本发明的主视图;
图2为滤光片的一种结构示意图;
图3为滤光片的另一种结构示意图。
图面说明:1、光源阵列组,2、匀光阵列组,3、匀光器一,4、匀光器二,5、水平端,6、竖向端,7、滤光片,8、准直透镜组,9、透镜一,10、透镜二,11、斜坡。
具体实施方式
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
结合附图详细描述本发明的技术方案,一种太阳光模拟系统,包括光源阵列组1、和光源阵列组相对应的匀光阵列组2、匀光器一3、匀光器二4和准直透镜组8,光源阵列组设置于匀光阵列组进光端的一侧,匀光阵列组的出光端分别分布于匀光器一的左侧以及上、下两侧,匀光器一的出光端一侧设置有匀光器二,匀光器二的入光端与匀光器一的出光端相对,匀光器二出光端一侧设置有准直透镜组,光源阵列组发出的光分别在匀光阵列组中经过多次反射后形成光束,然后到匀光器一中经过反射和滤波后,发射到匀光器二后经过多次反射和准直后,以超高均匀度的多束光线输出,输出光线发射到准直透镜组,经准直透镜组准直后,最终以高均匀度高准直度的平行光输出,相比使用传统光源的方式或者将同样数量的光源分布在一个面,进行滤波的结构,本发明通过三个不同的光源阵列组,三组不同的光源阵列组通过匀光器一匀光和不同的滤波片滤波后,复合到一起,从而使得整个结构体积小巧,紧凑,从而解决了目前太阳光模拟系统体积大、光谱匹配精度低、均匀度不好、能量利用率低,准直性差等缺陷。
匀光器一其中两个侧面的光源阵列组为不同颜色波段的LED芯片,另一侧面的光源阵列组为区别于另外两个光源阵列组的其他颜色波段的LED芯片、白光光源或近红外光光源,匀光阵列组为由锥形光棒阵列或复眼透镜阵列组成的阵列组,优选的,锥形光棒阵列是由多个同体积同大小的锥形光棒平行排列组成的锥形光棒阵列,光源入射至锥形光棒阵列中,经过多次的反射后,形成均匀度较好的光束输出,优选的,复眼透镜阵列是由两列复眼透镜阵列平行排列,第一列复眼透镜阵列中的各个小单元透镜的焦点与第二列的复眼透镜阵列中对应的小单元透镜的中心重合,两列复眼透镜的光轴互相平行,从而达到能量利用率高的匀光效果。
匀光器二为空心或实心,空心的匀光器二其内部镀有高反膜,减少了光能量的损耗,匀光器二的水平端5和竖向端6的结合处设置有斜披11,匀光器二的进光端面与匀光器二的出光端面相垂直,匀光器二的出光端一侧设置有准直透镜组,准直透镜组由透镜一9和透镜二10组成,透镜一的进光面与匀光器二的出光面相对,透镜一的出光面与透镜二的进光面相对,透镜一或透镜二可为双凸透镜、平凸透镜或凹凸透镜,透镜一的出光面为凸面,透镜二的出光面为凸面,透镜一和透镜二表面均镀有紫外增透膜,可以最大限度提高光的透射率,减少光能量损耗。
匀光器一内设置有滤光片7,滤光片为长波通滤光片或短波通滤光片,以得到所需要的波段的光,匀光器一可选择的形状为长方体,匀光器一内部的上、下两侧,对称设置有呈V字形的滤光片,当匀光器一的形状为长方体且匀光器一其中相对的两个面为正方形面时,在其相对的两个正方形面之间的匀光器一内部设置有一排倾斜的滤光片,滤光片之间相互平行设置,当匀光器一的形状为正方体时,匀光器一内设置有呈空间X形的滤光片,三组不同波长的光源经过滤光片后可以得到所需要的波段范围的光,然后再汇合到一起,得到与太阳光谱匹配度较高的波段的光谱,使用上述三种结构,将不同波段的光源以多个阵列的形式进行排列,可以使得光谱匹配度高。
本发明的工作原理:光源阵列组分别对应三种不同颜色波段的光源或LED芯片,每个阵列组由不同波段的光源或LED芯片排列组成,波段范围可以达到300nm到1500nm,覆盖太阳光谱全波段,当我们需要输出一个指定的太阳光光谱时,将此光谱数据输入控制系统中,通过控制系统控制LED芯片的开关数量以及光照强度,光源阵列组混合而成的光线经过匀光阵列组匀光后,再通过匀光器一、匀光器二复和准直透镜组复合后照射到工作台面,台面上的光谱检测器接收到光线后,检测得到实时光谱信息并反馈给控制系统,控制系统将接收到的光谱信息与需要的光谱数据进行实时比对,并向光源阵列组列发送指令,进一步调整光源阵列组的开关数量和光照强度,如此循环,实时调整优化,并最终达到符合要求的太阳光光谱。
以上显示和描述了本发明的基本原理,主要特征和优点,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。

Claims (9)

1.一种太阳光模拟系统,其特征在于:包括光源阵列组、和光源阵列组相对应的匀光阵列组、匀光器一、匀光器二和准直透镜组,光源阵列组设置于匀光阵列组进光端的一侧,匀光阵列组的出光端分别分布于匀光器一的左侧以及上、下两侧,匀光器一的出光端一侧设置有匀光器二,匀光器二的入光端与匀光器一的出光端相对,匀光器二出光端一侧设置有准直透镜组。
2.根据权利要求1所述的一种太阳光模拟系统,其特征在于:匀光器二为空心或实心,空心的匀光器二其内部镀有高反膜,匀光器二的水平端和竖向端的结合处设置有斜披,匀光器二的进光端面与匀光器二的出光端面相垂直,匀光器二的出光端一侧设置有准直透镜组,准直透镜组由透镜一和透镜二组成,透镜一的进光面与匀光器二的出光面相对,透镜一的出光面与透镜二的进光面相对。
3.根据权利要求2所述的一种太阳光模拟系统,其特征在于:透镜一或透镜二可为双凸透镜、平凸透镜或凹凸透镜,透镜一的出光面为凸面,透镜二的出光面为凸面,透镜一和透镜二表面均镀有紫外增透膜。
4.根据权利要求1所述的一种太阳光模拟系统,其特征在于:匀光器一其中两个侧面的光源阵列组为不同颜色波段的LED芯片,另一侧面的光源阵列组为区别于另外两个光源阵列组的其他颜色波段的LED芯片、白光光源或近红外光光源。
5.根据权利要求1所述的一种太阳光模拟系统,其特征在于:匀光阵列组为由锥形光棒阵列或复眼透镜阵列组成的阵列组。
6.根据权利要求1所述的一种太阳光模拟系统,其特征在于:匀光器一内设置有滤光片,滤光片为长波通滤光片或短波通滤光片。
7.根据权利要求6所述的一种太阳光模拟系统,其特征在于:匀光器一的形状为长方体,匀光器一其中相对的两个面为正方形面,在其相对的两个正方形面之间的匀光器一内部设置有一排倾斜的滤光片,滤光片之间相互平行设置。
8.根据权利要求6所述的一种太阳光模拟系统,其特征在于:匀光器一的形状为正方体,匀光器一内设置有呈空间X形的滤光片。
9.根据权利要求6所述的一种太阳光模拟系统,其特征在于:匀光器一的形状为长方体,匀光器一内部的上、下两侧,对称设置有呈V字形的滤光片。
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