一种非均匀分布led光源太阳模拟器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于太阳光伏领域，尤其涉及一种非均匀分布LED光源太阳模拟器。
【背景技术】
[0002]太阳模拟器，是一种室内人工装置，主要作用是模拟太阳光照射在太阳光敏感器件上；在光伏领域中，太阳模拟器主要用于太阳电池的电性能检测和老化测试。太阳模拟器有三个主要指标:光谱与AM1.5标准光谱的匹配度、辐照均匀度和辐照稳定度，地面使用的太阳模拟器被要求在辐照面上达到标准辐照度，即1000W/m2。
[0003]传统的太阳模拟器以卤钨灯或氙灯作为光源，但目前市场上已经出现了 LED光源的太阳模拟器。LED光源以其极长的使用寿命、优异的光电效率、可拟合的光谱和安全的工作电压等优势，正逐渐取代传统的卤钨灯和氙灯光源。
[0004]LED灯珠是利用半导体电致发光技术实现的发光器件，单个LED灯珠的辐照功率一般只有0.5W左右，特征光谱也很窄，而太阳模拟器根据辐照面尺寸的不同需要有几百到几千瓦的辐照功率，其光谱也覆盖从紫外到红外波段的广泛区域，因此太阳模拟器的LED光源由成千上万颗、不同颜色的LED灯珠组成。
[0005]LED光源应用在太阳模拟器上，其主要难点是如何让每一种颜色的LED灯光在辐照面上实现足够高的辐照均匀度。只有这样，不同颜色的LED灯光在辐照面上叠加后，辐照面不同位置点的光谱才能达到一致，光谱一致是实现光谱匹配度的基础条件；而且由于每一种光都是均匀辐照，那么它们复合形成的复色光也必然是均匀辐照。
[0006]LED光源的太阳模拟器，如果没有采取改善辐照均匀度的措施，一般会在辐照面上形成中心强四周弱的辐照分布，这是由于照射在中心区域的LED灯珠个数比照射在边缘区域的多。在现有的技术中，通过在LED光源上添加非成像光学系统，或调试不同区域的LED灯珠的工作电流，以实现辐照均匀度，然而由于LED灯珠的数量成千上万，这两种方法会造成太阳模拟器结构复杂、光能利用率降低、调试难度和工作量极大增加等等诸多缺陷。
【发明内容】
[0007]本实用新型旨在解决上述问题，提供一种LED灯珠不均匀分布的非均匀分布LED光源太阳模拟器。
[0008]本实用新型所述的一种非均匀分布LED光源太阳模拟器，包括LED光源系统，散热平台，总控制器，灯组控制器，电源，反馈电池和测试台；所述灯组控制器均与总控制器电连接；所述LED光源系统固定于散热平台上；总控制器与电源电连接；测试台位于LED光源系统正对面；反馈电池设置于测试台上任意一侧，与总控制器电连接；LED光源系统由若干组不均匀分布的LED灯组组成；LED光源系统包括若干种颜色的灯组；每个灯组由若干同种颜色且不均匀分布的LED灯珠串联而成；每个灯组均与一个灯组控制器相连接；所述灯组中同种颜色的灯组以并联方式与总控制器相连接。
[0009]本实用新型所述的非均匀分布LED光源太阳模拟器，所述每组灯组中最边缘的串联电连接的三个相邻的LED灯珠两两之间的最小距离，不大于最中心的串联电连接的三个相邻LED灯珠两两之间最小距离的90% ;所述LED光源系统上最边缘的三个相邻灯组两两之间的最小距离，不大于最中心的三个相邻灯组两两之间最小距离的90%。
[0010]本实用新型所述的非均匀分布LED光源太阳模拟器，所述LED光源系统与测试台间的垂直距离为5cm?50cm。
[0011]本实用新型所述的非均匀分布LED光源太阳模拟器，所述电源设置有多个电压档位，分别为每种颜色的LED灯珠供电。
[0012]本实用新型所述的一种非均匀分布LED光源太阳模拟器，通过将LED灯珠不均匀的空间分布设置，改变中心强四周弱的辐照分布，以此实现辐照均匀度。本实用新型所述太阳模拟器不用添加非成像光学系统、不用调试大量LED灯珠的工作电流，解决了原有技术结构复杂、光能利用率低、调试难度和工作量大的缺陷，且易于实现、结构简单，适于推广应用。
【附图说明】
[0013]图1为非均匀分布LED光源太阳模拟器结构示意图；
[0014]图2为LED光源系统上灯珠排布及电路示意图；
[0015]其中:l-a颜色灯珠串联而成的灯组、2-b颜色灯珠串联而成的灯组、3-灯组控制器、4-总控制器、5-电源、6-辐照面、7-待测太阳电池；8_测试台、9-反馈电池、10_散热
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【具体实施方式】
[0016]本实用新型所述的一种非均匀分布LED光源太阳模拟器，如图1所示包括LED光源系统，散热平台10，总控制器4，灯组控制器3，电源5，反馈电池9和测试台8 ;所述灯组控制器3均与总控制器4电连接；所述LED光源系统固定于散热平台10上；总控制器4与电源5电连接；测试台8位于LED光源系统正对面；反馈电池9设置于测试台8上任意一侦牝与总控制器4电连接；LED光源系统由若干组不均匀分布的LED灯组组成；LED光源系统包括若干种颜色的灯组；每个灯组由若干同种颜色且不均匀分布的LED灯珠串联而成；每个灯组均与一个灯组控制器3相连接；所述灯组中同种颜色的灯组以并联方式与总控制器4相连接。所述每组灯组中最边缘的串联电连接的三个相邻的LED灯珠两两之间的最小距离，不大于最中心的串联电连接的三个相邻LED灯珠两两之间最小距离的90% ;所述LED光源系统上最边缘的三个相邻灯组两两之间的最小距离，不大于最中心的三个相邻灯组两两之间最小距离的90%。所述LED光源系统与测试台8间的垂直距离为5cm?50cm。所述电源5设置有多个电压档位，分别为每种颜色的LED灯珠供电。所述多种颜色的LED灯珠，其颜色的种类及每种颜色LED灯珠的总数量，及距离测试台8的高度，根据辐照面6尺寸、光谱要求和辐照度要求在光学仿真软件中获得。
[0017]如图1、图2所示，一种非均匀分布LED光源的太阳模拟器，包括a、b两种颜色的LED灯珠，散热平台10，总控制器4，灯组控制器3，电源5，反馈电池9，测试台8。本案例中，辐照面6尺寸是20*30cm，辐照度为lOOOw/m2，并且要求光谱中b颜色的灯光所占比例是a颜色灯光的两倍。由光学软件zemax中仿真获得，这两种颜色的LED灯珠如图1所示的位置分布在24*36cm的区域内，a颜色LED灯珠数量为99颗，b颜色LED灯珠数量为170颗，距离辐照面6的高度是15cm;两种颜色的LED灯珠，其电路结构是先串联成为灯组，且每个灯组上有一个控制电流的灯组控制器3，各灯组再并联接入总控制器4 ;a颜色灯组共11个，都是由空间位置毗邻的、9个a颜色的LED灯珠串联而成，每个灯组工作电压为29.7V ;b颜色灯组共10个，都是由空间位置毗邻的、9个b颜色的LED灯珠串联而成，每个灯组工作电压为49.3V ;所有LED灯珠固定在散热平台10上；总控制器4分别控制两种颜色灯组的总工作电流；电源5与总控制器4电连接，有30V和50V两个电压档位，分别为a、b颜色的LED灯组供电；测试台8位于辐照面6上，用于放置被测物体；反馈电池9位于辐照面6上，与总控制器4电连接，实时反馈当前辐照度给总控制器4。
[0018]为了实现辐照均匀度，每种颜色的LED灯珠在远离辐照面6中心的区域，分布密度大于靠近辐照面6中心的区域，以使边缘区域的辐照度与中心区域的相等；这种不均匀分布的实施形式是:每种颜色的灯组的位置以X轴为中心对称，最上端的三个相邻a颜色灯组两两之间的最小距离为3cm，最上端的三个相邻b颜色灯组两两之间的最小距离为3.2cm,而无论a颜色和b颜色在最中心的三个相邻灯组两两之间最小距离的为3.6cm，计算可知其距离比例分别为88.9%和83.3%，均小于90%。
[0019]在每种颜色的灯组中，LED灯珠以Y轴为中心对称，a颜色最左端串联的、三个相邻的LED灯珠两两之间的最小距离为1.71cm，是最中心的串联电连接的三个相邻a颜色LED灯珠两两之间最小距离3.43cm的50% ;b颜色最左端串联的、三个相邻的LED灯珠两两之间的最小距离为1cm，是最中心的串联电连接的三个相邻a颜色LED灯珠两两之间最小距离1.7cm 的 58.8%。
[0020]按照上述方式制作的LED光源的太阳模拟器，其20*30cm内辐照均匀度小于2%。当某个灯组由于质量问题出现辐照功率过大或过小时，调节灯组控制器3以改变其辐照功率。使用光谱仪测试光谱，b颜色的灯光所占比例与a颜色灯光所占比例的比值不一定为2，在总控制器4中分别微调两种颜色LED灯珠的总工作电流，使光谱比值达到要求。
【主权项】
1.一种非均匀分布LED光源太阳模拟器，包括LED光源系统，散热平台(10)，总控制器(4)，灯组控制器(3)，电源(5)，反馈电池(9)和测试台(8);所述灯组控制器(3)均与总控制器(4)电连接；所述LED光源系统固定于散热平台(10)上；总控制器(4)与电源(5)电连接；测试台(8)位于LED光源系统正对面；反馈电池(9)设置于测试台(8)上任意一侧，与总控制器(4)电连接；其特征在于:LED光源系统由若干组不均匀分布的LED灯组组成；LED光源系统包括若干种颜色的灯组；每个灯组由若干同种颜色且不均匀分布的LED灯珠串联而成；每个灯组均与一个灯组控制器(3)相连接；所述灯组中同种颜色的灯组以并联方式与总控制器(4)相连接。2.根据权利要求1所述的非均匀分布LED光源太阳模拟器，其特征在于所述每组灯组中最边缘的串联电连接的三个相邻的LED灯珠两两之间的最小距离，不大于最中心的串联电连接的三个相邻LED灯珠两两之间最小距离的90% ;所述LED光源系统上最边缘的三个相邻灯组两两之间的最小距离，不大于最中心的三个相邻灯组两两之间最小距离的90%。3.根据权利要求2所述的非均匀分布LED光源太阳模拟器，其特征在于所述LED光源系统与测试台(8)间的垂直距离为5cm?50cm。4.根据权利要求3所述的非均匀分布LED光源太阳模拟器，其特征在于所述电源(5)设置有多个电压档位。
【专利摘要】一种非均匀分布LED光源太阳模拟器，属于太阳光伏领域，包括LED光源系统，散热平台，总控制器，灯组控制器，电源，反馈电池和测试台；其特征在于：LED光源系统由若干组不均匀分布的LED灯组组成；LED光源系统包括若干种颜色的灯组；每个灯组由若干同种颜色且不均匀分布的LED灯珠串联而成；每个灯组均与一个灯组控制器相连接；所述灯组中同种颜色的灯组以并联方式与总控制器相连接。通过将LED灯珠不均匀的空间分布设置，改变中心强四周弱的辐照分布，以此实现辐照均匀度。本实用新型不用添加非成像光学系统、不用调试大量LED灯珠的工作电流，解决了原有技术结构复杂、光能利用率低、调试难度和工作量大的缺陷，且易于实现、结构简单，适于推广应用。
【IPC分类】H02S50/10, F21S10/00
【公开号】CN204993252
【申请号】CN201520736202
【发明人】刘皎, 冯云峰, 赵孟钢, 王水威
【申请人】陕西众森电能科技有限公司
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年9月22日