CN209748500U - 一种聚光式太阳模拟器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及太阳模拟器测试装置领域，尤其涉及一种聚光式太阳模拟器。包括光源电控装置、光源、菲涅尔透镜和光传感器。工作时光源电控装置使光源发光，其中一部分光照射在光传感器上；光传感器根据接收到的光的强弱，反馈信号；光源电控装置根据反馈信号调整光源的供电功率使光源发光功率改变，使预定区域的辐照度在预定时间段内保持在稳定预设值，满足辐照度及其不稳定度的要求。本申请采用菲涅尔透镜对光源发出的光进行处理，其成本低廉且透镜众多的表面纹理可以将反射光切割和发散，解决了复眼透镜和凸透镜组成本昂贵，结构复杂，精度要求高，光束在透镜表面多次反射后容易形成鬼像从而加剧辐照不均匀度的问题。

Description

一种聚光式太阳模拟器

技术领域

本申请涉及太阳模拟器测试装置领域，尤其涉及一种聚光式太阳模拟器。

背景技术

太阳模拟器是模拟自然太阳光的光谱和辐照度的设备，是一种室内人工光源，用于模拟太阳光照射太阳电池，以对其进行电性能测试，广泛应用于光伏器件的电性能参数和耐久性测量。

太阳模拟器通常至少包括光源、光源电控装置、光传感器；工作时，接收到测试命令后，光源电控装置使光源发光，其中一部分光会照射在光传感器上；光传感器会根据接收到的光的强弱，反馈信号；光源电控装置会根据反馈的信号，调整对光源的供电功率从而使光源发光功率改变，最终使预定区域的辐照度在预定时间段内稳定保持在预设值，从而满足辐照度及其不稳定度的要求。为了使光源发出的光，尽可能多的到达预定区域，同时兼具较好的辐照不均匀度，现有的太阳模拟器使用复眼透镜和凸透镜组对氙灯、LED灯，也有LED加卤素灯，氙灯加LED灯等等组合起来的光源发出的光进行处理。

但是复眼透镜和凸透镜组成本昂贵，结构复杂，精度要求高，光束在透镜表面多次反射后容易形成鬼像从而加剧辐照不均匀度。

实用新型内容

本申请提供了一种聚光式太阳模拟器，用于解决复眼透镜和凸透镜组成本昂贵，结构复杂，精度要求高，光束在透镜表面多次反射后容易形成鬼像从而加剧辐照不均匀度的问题。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种聚光式太阳模拟器，包括光源电控装置、光源、菲涅尔透镜和光传感器，所述光源电控装置与所述光源和所述光传感器电性连接；

所述菲涅尔透镜和所述光传感器设置在所述光源的同一侧，且位于光源的光照区域内；

所述光源至少为一个；

所述菲涅尔透镜至少为一个。

可选的，所述菲涅尔透镜的形状为圆形或者矩形。

可选的，所述菲涅尔透镜为点聚焦菲涅尔透镜或线聚焦菲涅尔透镜。

可选的，所述点聚焦菲涅尔透镜的聚焦形状为斑点。

可选的，所述线聚焦菲涅尔透镜的聚焦形状为条形。

可选的，所述光传感器为封装的太阳电池。

可选的，所述光源包括氙灯和或LED灯。

本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果：

本申请提供了一种聚光式太阳模拟器，包括光源电控装置、光源、菲涅尔透镜和光传感器，光源电控装置与光源和光传感器电性连接；菲涅尔透镜和光传感器设置在光源的同一侧，且菲涅尔透镜与光源发出的光线垂直设置，因为光源发出的光是发散的，所以菲涅尔透镜的个数不限于一个，可以根据光线的出射角度来放置菲涅尔透镜，使竟可能多的光线汇聚到预定区域。工作时，接收到测试命令后，光源电控装置控制光源发光，其中一部分光会照射在光传感器上；光传感器会根据接收到的光的强弱，反馈信号；光源电控装置会根据反馈的信号，调整对光源的供电功率从而使光源发光功率改变，最终使预定区域的辐照度在预定时间段内稳定保持在预设值，从而满足辐照度及其不稳定度的要求。为了使光源发出的光，尽可能多的到达预定区域，同时兼具较好的辐照不均匀度，本申请采用菲涅尔透镜对氙灯、LED灯等光源发出的光进行处理，其成本低廉且菲涅尔透镜众多的表面纹理可以将反射光切割和发散，解决了复眼透镜和凸透镜组成本昂贵，结构复杂，精度要求高，光束在透镜表面多次反射后容易形成鬼像从而加剧辐照不均匀度的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种聚光式太阳模拟器的侧视图。

图2为本申请实施例提供的一种聚光式太阳模拟器的俯视图。

附图标记说明：

1、光源电控装置；2、光源；3、菲涅尔透镜；4、光传感器；5、预定区域；6、信号线；7、光线。

具体实施方式

太阳模拟器，是一种室内人工光源，用于模拟太阳光照射太阳电池，以对其进行电性能测试。IEC根据辐照不均匀度、光谱不匹配度、辐照不稳定度三大指标将太阳模拟器划分为三个A、B、C等级，其中A级是最好的。

示例性的，如图1所示为本申请提供的一种聚光式太阳模拟器的结构示意图，用于解决复眼透镜和凸透镜组成本昂贵，结构复杂，精度要求高，光束在透镜表面多次反射后容易形成鬼像从而加剧辐照不均匀度的问题。

一种聚光式太阳模拟器，包括光源电控装置、光源、菲涅尔透镜和光传感器。

太阳模拟器的基本原理是利用人工光源模拟太阳光辐射，以克服太阳受时间和气候影响，并且总辐照度不能调节等缺点，广泛应用于航空、航天、光伏、农业等领域。

光源电控装置1的作用是根据反馈信号调节光源2输出光的功率，光线改变后再次经过菲涅尔透镜的处理，实现更多光线能到达预定区域，使预定区域5的辐照度在预定时间段内保持稳定的预设值，并兼具较好的辐照不均匀度的效果。光源电控装置1根据光源2不同而不同，其内部构成与原理是本行业内技术人员普遍熟知的，其外形结构也是多种多样的，在本申请中就不再赘述。

光源2就是模拟太阳光的人工发光体，其可以产生光线7，示例性的，如图2所示为本申请提供的一种聚光式太阳模拟器的俯视图，从图中就可以看出一圈一圈发散的光线，然后经过菲涅尔透镜3的处理，菲涅尔透镜只会将平行光聚焦成斑点或条形，对一般的发散光线，只会起到聚拢作用而不会形成光斑，光传感器4感应到光线后会发出反馈信号，反馈信号传输到光源电控装置1，光源电控装置1根据反馈信号调节光源2输出光的功率，达到使预定区域5的辐照度在预定时间段内保持稳定的预设值，实现更多光能到达预定区域，并兼具较好的辐照不均匀度的效果。

可选的，光源2包括氙灯或LED灯。氙灯是利用氙气放电而发光的电光源。其特点是辐射光谱能量分布与日光相接近；连续光谱部分的光谱分布几乎与灯输入功率变化无关，在寿命期内光谱能量分布也几乎不变；灯的光、电参数一致性好，工作状态受外界条件变化的影响小；灯一经燃点，几乎是瞬时即可达到稳定的光输出；灯灭后，可瞬时再燃点；灯的光效较高，电位梯度较小。

LED灯的特点如下：工作电压很低；工作电流很小；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。

光传感器4在本申请中用于接收经菲涅尔透镜3处理过后的光源2的光线，并发出反馈信号，因为光传感器4与光源电控装置1之间有信号线6的连接，光传感器4可以将发出的反馈信号发送到光源控制装置，光源控制装置根据光传感器4的反馈信号调节光源2的输出功率，光线改变后再次经过菲涅尔透镜的处理，实现更多光线能到达预定区域，使预定区域5的辐照度在预定时间段内保持稳定的预设值，并兼具较好的辐照不均匀度的效果。

为了使光源2发出的光，尽可能多的到达预定区域5，同时兼具较好的辐照不均匀度，现有技术会使用复眼透镜和凸透镜组对光源2发出的光进行处理，但是复眼透镜和凸透镜组成本昂贵，结构复杂，精度要求高，光束在复眼透镜和凸透镜组表面多次反射后容易形成鬼像从而加剧辐照不均匀度，所以本申请在光源2与光传感器4之间设置至少一个菲涅尔透镜3，以解决上述问题。

菲涅尔透镜3多是由聚烯烃材料注压或者玻璃材质的薄片，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆。菲涅尔透镜3的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的。菲涅尔透镜3的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。其工作原理为菲涅尔透镜3连续表面部分“坍陷”到一个平面上。从剖面看，其表面由一系列锯齿型凹槽组成，中心部分是椭圆型弧线。每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同，但都将光线7集中一处，形成中心焦点，也就是菲涅尔透镜3的焦点。每个凹槽都可以看做一个独立的小透镜，把光线7调整成平行光或聚光。这种透镜还能够消除部分球形像差。菲涅尔透镜3作用有两个：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射(反射)在PIR上，第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变菲涅尔透镜3化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。

综上所述，菲涅尔透镜3不仅成本低，结构简单，精度要求低，通过在光源2上设置菲涅尔透镜3对其光线7进处理，实现更多光能到达辐照面，并兼具较好的辐照不均匀度的效果。而且由于菲涅尔透镜3众多的表面纹理将反射光切割、发散，从而不会产生鬼像。可以很好的解决使用复眼透镜和凸透镜组对光源2发出的光进行处理所产生的技术问题。

可选的，所述菲涅尔透镜3的形状为圆形或者矩形。

可选的，所述菲涅尔透镜3为点聚焦菲涅尔透镜或线聚焦菲涅尔透镜。

可选的，所述点聚焦菲涅尔透镜的聚焦形状为斑点。

可选的，所述线聚焦菲涅尔透镜的聚焦形状为条形。

可选的，所述光传感器4为封装的太阳电池。

本申请提供了一种聚光式太阳模拟器，包括光源电控装置、光源、菲涅尔透镜和光传感器，光源电控装置与光源和光传感器电性连接；菲涅尔透镜和光传感器设置在光源的同一侧，且菲涅尔透镜与光源发出的光线垂直设置，因为光源发出的光是发散的，所以菲涅尔透镜的个数不限于一个，可以根据光线的出射角度来放置菲涅尔透镜，使竟可能多的光线汇聚到预定区域。工作时，接收到测试命令后，光源电控装置控制光源发光，其中一部分光会照射在光传感器上；光传感器会根据接收到的光的强弱，反馈信号；光源电控装置会根据反馈的信号，调整对光源的供电功率从而使光源发光功率改变，最终使预定区域的辐照度在预定时间段内稳定保持在预设值，从而满足辐照度及其不稳定度的要求。为了使光源发出的光，尽可能多的到达预定区域，同时兼具较好的辐照不均匀度，本申请采用菲涅尔透镜对氙灯、LED灯等光源发出的光进行处理，其成本低廉且菲涅尔透镜众多的表面纹理可以将反射光切割和发散，解决了复眼透镜和凸透镜组成本昂贵，结构复杂，精度要求高，光束在透镜表面多次反射后容易形成鬼像从而加剧辐照不均匀度的问题。

需要说明的是，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种聚光式太阳模拟器，包括光源电控装置(1)、光源(2)、菲涅尔透镜(3)和光传感器(4)，其特征在于，所述光源电控装置(1)与所述光源(2)和所述光传感器(4)电性连接；

所述菲涅尔透镜(3)和所述光传感器(4)设置在所述光源(2)的同一侧，且位于光源(2)的光照区域内；

所述光源(2)至少为一个；

所述菲涅尔透镜(3)至少为一个。

2.根据权利要求1所述的一种聚光式太阳模拟器，其特征在于，所述菲涅尔透镜(3)的形状为圆形或者矩形。

3.根据权利要求1所述的一种聚光式太阳模拟器，其特征在于，所述菲涅尔透镜(3)为点聚焦菲涅尔透镜或线聚焦菲涅尔透镜。

4.根据权利要求3所述的一种聚光式太阳模拟器，其特征在于，所述点聚焦菲涅尔透镜的聚焦形状为斑点。

5.根据权利要求3所述的一种聚光式太阳模拟器，其特征在于，所述线聚焦菲涅尔透镜的聚焦形状为条形。

6.根据权利要求1所述的一种聚光式太阳模拟器，其特征在于，所述光传感器(4)为封装的太阳电池。

7.根据权利要求1所述的一种聚光式太阳模拟器，其特征在于，所述光源(2)为氙灯或LED灯。