太阳能光源模拟器的制作方法

本实用新型涉及一种太阳能光源模拟器，特别涉及一种改进的太阳能光源模拟器，属于太阳能光源模拟器领域。

背景技术：

太阳模拟器是采用人造光源模拟太阳光进行生产、测试等过程的设备，其模拟的太阳光应当具有均匀性、稳定性以及光谱相似性等特点，其基本原理是利用人工光源模拟太阳光辐射，从而克服太阳光辐射受时间、气候影响，以及总辐照度不能调节等缺点，广泛应用于光伏电池片测试领域。性能良好的太阳模拟器能够保障生产工艺的实现，提高产品的质量。

技术实现要素：

本实用新型太阳能光源模拟器公开了新的方案，采用改进的光源处理方案提供均匀、稳定的模拟太阳光谱，解决了现有方案模拟效果不好以及性能不高的问题。

本实用新型太阳能光源模拟器包括模拟光源、光源处理装置、光线投影装置，模拟光源包括短弧氙灯，短弧氙灯设在椭圆曲面反光杯内，光源处理装置包括滤光片、匀光器，光线投影装置包括若干反射镜、投影镜头，短弧氙灯发射的光线经椭圆曲面反光杯聚光到焦点，焦点前的光路上设有滤光片，焦点上设有匀光器，经滤光、匀光的光线投射到反射镜上反射至投影镜头变成平行光叠加在测试面上。

进一步，本方案的光源处理装置还包括光谱调节机构，光谱调节机构包括多种滤光调节片，上述多种滤光调节片的透光波长阈值不相同，滤光调节片设在滤光片前的光路上调节光源的光谱分量。

更进一步，本方案的光谱调节机构包括机构支架，机构支架上设有竖起的安装板，安装板上沿模拟光源的光柱周向设有多种光谱调节单元，光谱调节单元包括步进电机，步进电机的输出轴上设有滤光调节片，滤光调节片在步进电机的驱动下沿光柱的径向进入或退出光路。

再进一步，本方案的测试面是三结叠层电池板，光谱调节机构包括三种滤光调节片。

又进一步，本方案的上述三种滤光调节片中的每种滤光调节片包括两片透光波长阈值相同的滤光调节片。

再进一步，本方案的测试面是四结叠层电池板，光谱调节机构包括四种滤光调节片。

进一步，本方案的光源处理装置的滤光片是分光滤光片，分光滤光片将光源分成长波光源、短波光源，经分光滤光片反射的短波光源经反射镜反射后通过可变光圈、滤光调节片导入匀光器，经分光滤光片透射的长波光源通过可变光圈、滤光调节片导入匀光器，滤光调节片调节透射光的波长阈值。

更进一步，本方案的模拟光源包括模拟光源单元A、模拟光源单元B，光源处理装置包括滤光单元A、滤光单元B、匀光器。滤光单元A包括分光滤光片A，分光滤光片A将模拟光源单元A的光源分成长波光源A、短波光源A，短波光源A经反射镜反射后通过可变光圈、短波滤光调节片A导入匀光器，长波光源A通过可变光圈、长波滤光调节片A导入匀光器，短波滤光调节片A与长波滤光调节片A的透光波长阈值不相同。滤光单元B包括分光滤光片B，分光滤光片B将模拟光源单元B的光源分成长波光源B、短波光源B，短波光源B经反射镜反射后通过可变光圈、短波滤光调节片B导入匀光器，长波光源B通过可变光圈、长波滤光调节片B导入匀光器，短波滤光调节片B与长波滤光调节片B的透光波长阈值不相同。

更进一步，本方案的匀光器包括多个石英光导管，石英光导管的一端接收通过滤光调节片的光源，石英光导管的另一端接入匀光器本体，匀光器本体包括蝇眼透镜，蝇眼透镜包括多个子透镜，上述多个子透镜将入射光分成多个子光源。

本实用新型太阳能光源模拟器采用改进的光源处理方案提供均匀、稳定的模拟太阳光谱，具有模拟效果好以及性能高的特点。

附图说明

图1是太阳能光源模拟器实施例一的原理图。

图2是太阳能光源模拟器实施例一的改进型的原理图。

图3是太阳能光源模拟器实施例一的改进型的光路截面的示意图。

图4是光谱调节机构的实施例一的原理图。

图5是光谱调节机构的实施例二的原理图。

图6是光谱调节机构的实施例一的示意图。

图7是太阳能光源模拟器实施例二的原理图。

其中，110是短弧氙灯，120是椭圆曲面反光杯，210是滤光片，220是匀光器，310是反射镜，320是投影镜头，400是光谱调节机构，411是滤光调节片，412是步进电机，420是机构支架，430是安装板，510是分光滤光片，520是可变光圈，530是石英光导管。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型太阳能光源模拟器包括模拟光源、光源处理装置、光线投影装置，模拟光源包括短弧氙灯，短弧氙灯设在椭圆曲面反光杯内，光源处理装置包括滤光片、匀光器，光线投影装置包括若干反射镜、投影镜头，短弧氙灯发射的光线经椭圆曲面反光杯聚光到焦点，焦点前的光路上设有滤光片，焦点上设有匀光器，经滤光、匀光的光线投射到反射镜上反射至投影镜头变成平行光叠加在测试面上。上述方案采用改进的光源处理方案提供均匀、稳定的模拟太阳光谱，提高了模拟效果和性能。为了满足多结叠层电池板的测试要求，如图2、3所示，本方案的光源处理装置还包括光谱调节机构，光谱调节机构包括多种滤光调节片，上述多种滤光调节片的透光波长阈值不相同，滤光调节片设在滤光片前的光路上调节光源的光谱分量。基于以上方案，为了实现光谱分量的自动调节，本方案公开了一种具体的调节机构，如图6所示，光谱调节机构包括机构支架，机构支架上设有竖起的安装板，安装板上沿模拟光源的光柱周向设有多种光谱调节单元，光谱调节单元包括步进电机，步进电机的输出轴上设有滤光调节片，滤光调节片在步进电机的驱动下沿光柱的径向进入或退出光路。上述方案实现了在不同的光线波长范围内独立调整光谱分量的技术目的，大幅提高了设备的适用性，使得测试更加准确、高效。为了满足不同叠层电池板的测试要求，本方案公开了以下实例，但是并不限于其具体采用的部件数量。

实施例一

如图4所示，本方案的测试面是三结叠层电池板，光谱调节机构包括三种滤光调节片。进一步，本方案的上述三种滤光调节片中的每种滤光调节片包括两片透光波长阈值相同的滤光调节片。该两片滤光调节片布置在光柱的径向位置上，通过调节其遮挡光路的面积调节光源的光谱分量。

实施例二

如图5所示，本方案的测试面是四结叠层电池板，光谱调节机构包括四种滤光调节片。其中，每种滤光调节片都包括一片滤光调节片，该四片滤光调节片布置在水平、竖直的径向位置上，通过调节其遮挡光路的面积调节光源的光谱分量。

本方案还公开了另外一种可分光的太阳能模拟器，即光源处理装置的滤光片是分光滤光片，分光滤光片将光源分成长波光源、短波光源，经分光滤光片反射的短波光源经反射镜反射后通过可变光圈、滤光调节片导入匀光器，经分光滤光片透射的长波光源通过可变光圈、滤光调节片导入匀光器，滤光调节片调节透射光的波长阈值。基于以上方案，本方案公开了一种四节叠层电池板的检测用太阳能模拟器，如图7所示，模拟光源包括模拟光源单元A、模拟光源单元B，光源处理装置包括滤光单元A、滤光单元B、匀光器。滤光单元A包括分光滤光片A，分光滤光片A将模拟光源单元A的光源分成长波光源A、短波光源A，短波光源A经反射镜反射后通过可变光圈、短波滤光调节片A导入匀光器，长波光源A通过可变光圈、长波滤光调节片A导入匀光器，短波滤光调节片A与长波滤光调节片A的透光波长阈值不相同。滤光单元B包括分光滤光片B，分光滤光片B将模拟光源单元B的光源分成长波光源B、短波光源B，短波光源B经反射镜反射后通过可变光圈、短波滤光调节片B导入匀光器，长波光源B通过可变光圈、长波滤光调节片B导入匀光器，短波滤光调节片B与长波滤光调节片B的透光波长阈值不相同。进一步，为了实现匀光器的功能，本方案的匀光器包括多个石英光导管，石英光导管的一端接收通过滤光调节片的光源，石英光导管的另一端接入匀光器本体，匀光器本体包括蝇眼透镜，蝇眼透镜包括多个子透镜，上述多个子透镜将入射光分成多个子光源。上述匀光器能够对每个光导端面出射的光进行分割，使之变成多个子光源，每个子光源都会独立发光，并在远处叠加在一起，从而形成均匀的光斑。

本方案公开了一种太阳能模拟器，太阳模拟器主要是模拟太阳光，均匀性、稳定性和光谱是其最重要指标。本方案采用短弧氙灯为光源，通过椭圆反光杯进行耦合。短弧氙灯的发光点位于椭圆反光杯的一个焦点上，氙灯发出的光被收集聚焦到了另外一个焦点。在该焦点的前方位置放有一个滤光片，可以对氙灯光谱进行调整，使得它从整体上接近太阳的光谱。在焦点位置放置有匀光器，它可以对光进行分割重组，使得单一的光源变成多个子光源投射出去，再经过投影镜头变成平行光叠加在测试面上。最后在测试面上的光满足均匀性、稳定性和光谱的要求。这种恒光源模拟器能够满足大多数单结电池片的测试要求。但是对于多结叠层电池测试而言，它对模拟器的光谱提出了特殊的要求，传统的太阳模拟器就不能满足要求。以InGaP/GaAs/Ge三结电池为例，最上层电池的材料为InGaP，它可以把太阳光中300～700nm的光转化为电，中层电池材料为GaAs，它可以将太阳光中500～900nm的光转化为电，最底层电池材料为Ge，它可以将900～1800nm的光转化为电。上述三结电池的测试，除了要求太阳模拟器能够在300～1800nm的大范围内和太阳光谱接近，还要求太阳模拟器的光谱能够在300～700nm、500～900nm、900～1800nm的三个区间独立的调整(增加和减少)。传统太阳模拟器采用单片滤光片对氙灯的光谱进行整体调节，使之在300～1800nm的广大范围内和太阳光谱接近，但是光谱分量是固定的，无法在300～700nm、500～900nm、900～1800nm这三个区间独立的调整。

为了解决以上问题，本方案在滤光片前的光路上设置一个光谱调节机构，如图2所示，光谱调节机构出的的光斑是一个环形，如图3所示，在圆环形的光斑中加三组滤光片(滤光调节片)，如图4所示，这些滤光片可以独立移动，自由地伸进或者伸出光斑。滤光片透过率曲线和各结电池区间相对应，因此当滤光片伸进光斑的时候，本结光谱分量减少，其余各结光谱分量基本不变，当滤光片伸出光斑的时候，本结光谱分量增加，其余分量基本不变。这样，便可以实现各结光谱独立可调。上述方案可以进行拓展，应用于4结、5结、6结太阳电池。例如，对于4结电池，对应的各结的滤光片如图5所示。另外，在模拟器中，滤光片可以采用步进电机进行驱动实现前后移动，如图6所示。

本方案还公开了另外一种可分光的太阳能模拟器。太阳光打到多结电池上，波长由短至长会依次被第一结、第二结、第三结、第四结吸收，转化为电能。要测试多结电池，需要太阳模拟器能够针对多结电池的每一结独立进行光强调整，并且相互要独立，不能相互产生影响。如图7所示，反光杯的内侧为椭圆，短弧氙灯的灯芯放在椭圆的一个焦点上，它发出的光会自动汇聚到另外一个焦点上。石英光导管放在椭圆的远焦点上，对氙灯的光进行收集。分光滤光片可以将氙灯的光分成长波长和短波长两部分，长波长透过，短波长被反射。可变光圈可以通过调节中心孔的直径大小对进入石英光导的光的大小进行调节。通过滤光片(滤光调节片)只让与多结电池每一结对应的光透射出来进入石英光导。图7采用2个灯和2个反射罩，2片分光滤光片，4个结滤光片(滤光调节片)把光分成与多结电池的响应区间对应的相互独立的4个波段，并进入4根石英光导。其中，每个波段都可以通过各自的可变光圈调节光强的大小。匀光器采用蝇眼系统，它由很多很小的子透镜构成。匀光器能够对每个光导端面出射的光进行分割，使之变成多个子光源，每个子光源都会独立地发光，并在远处叠加在一起，从而形成均匀的光斑。投影镜头会对匀光器上形成的每个子光源进行准直，最后打到测试面上的光变得既均匀又准直，类似太阳光。

本方案太阳能光源模拟器并不限于具体实施方式中公开的内容，实施例中出现的技术方案可以基于本领域技术人员的理解而延伸，本领域技术人员根据本方案结合公知常识作出的简单替换方案也属于本方案的范围。