太阳光模拟器光谱匹配技术丨从传统单光源到多源协同的发展与演进

太阳光模拟器作为模拟太阳光的关键设备，在众多领域发挥着不可替代的作用。其核心技术——光谱匹配技术，直接决定了模拟太阳光的质量，进而影响相关研究和测试的准确性。Luminbox太阳光模拟器以先进的光谱匹配技术，精准复现AM1.5G光谱并保持稳定辐照，为实验室提供高效可靠的全场景光照测试方案。

光谱匹配技术核心要点

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传统光源太阳光模拟器光谱匹配

传统光源太阳光模拟器光谱匹配技术主要有单光源与多光源两种方式。单光源时，特制滤光片至关重要，其基于薄膜干涉原理工作，不同用途对应特定滤光片，如AM0、AM1.5 滤光片。若采用多光源，则采用滤光片拼接多个光源光谱提升匹配度，像组合氙灯、钨丝灯光谱后再用滤光片调整，使光谱更接近真实太阳光谱。

LED 光源的智能组合

随着LED 技术的发展，LED太阳光模拟器成为研究热点。LED 光谱窄且种类繁多，通过组合不同峰值波长的 LED，并调整其驱动电流，可实现对太阳光谱的高度模拟。为提高光谱可调性，如图可优先考虑单色窄带LED。

光谱匹配技术的研究进展

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传统光源模拟器的突破与创新

在传统光源太阳光模拟器方面，众多研究成果显著。例如，脉冲式光伏组件太阳光模拟器，通过拼接滤光片提高了光谱空间均匀性，使光谱匹配度达到A 级标准。气象辐射计量检测用太阳光模拟器，在300nm - 1100nm 波长范围内实现了对 AM1.5 太阳光谱的 A 级匹配，且辐照性能良好。三谱段太阳光模拟器的光谱修正组件，使用多种滤光片精确调整光谱，光谱性能优异，与AM0 光谱最大偏差优于 A 级标准。

光谱修正组件结构布局图

传统光源太阳光模拟器的光谱匹配性能表

表格展示了2012-2022 年间部分传统光源太阳模拟器的关键参数。其光源大多采用氙灯与滤光片组合的形式，光谱范围跨度为300nm-1700nm。模拟光谱包含 AM1.5G、AM0 等类型，光谱匹配度处于 0.8-1.2 区间，光谱等级多达到 A 级。不同年份的模拟器在参数上有所不同，体现出了太阳模拟器技术在这一时期的发展与演变。

多源模拟器的发展与演进

多源太阳光模拟器早期性能存在局限，后续通过不同光源组合设计不断优化。早期研究中，氙灯与钨丝灯组合的模拟器虽实现了AM0 光谱匹配，但存在过滤不完全问题。后续研究中，研究人员将氙灯模拟器升级为三源太阳光模拟器，能够在宽波长范围内精确匹配AM0 太阳光谱。

综上所述，多源太阳模拟器多使用氙灯提供可见光和紫外范围的辐照度，使用其他光源提供红外范围的辐照度，早期多使用传统光源进行组合，比如钨丝灯、钨卤灯和卤素灯等，后来随着LED技术的发展，出现了传统光源和 LED 组合的形式，进一步提高了太阳模拟器的光谱匹配性能。如下表所示为多源太阳模拟器光谱匹配性能对比。

三源太阳光模拟器图

多源太阳光模拟器的光谱匹配性能表

LED 模拟器的崛起与优势

LED 太阳光模拟器近年来发展迅猛。丹麦科技大学研发的太阳能电池测试平台，光谱匹配度高且性能优异。模块化光谱可调的LED 太阳光模拟器具有光谱失配度低、便于扩展辐照面积的优势。可扩展模块化的LED 太阳光模拟器整体光谱匹配度高，能够满足大面积印刷有机太阳能电池的测试需求。基于混光系统的LED 太阳光模拟器光谱合成技术，其光谱匹配度远优于A 级标准。

光谱匹配技术的未来展望

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未来太阳光模拟器光谱匹配技术研究重点包括：

光谱范围扩展：随光伏技术发展，太阳能电池光谱响应范围扩大，需在红外和紫外波段拓展光谱，以满足新型电池测试需求；

光谱保真度提升：要求模拟器光谱形状、积分能量与太阳光谱高度匹配，且小波长范围内无高强度尖峰，实现更精确模拟；

评估标准优化：采用更严格标准评估光谱匹配性能，进一步提高与标准太阳光谱的契合度，推动技术发展。

Luminbox太阳光模拟器

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Luminbox太阳光模拟器采用先进光束准直技术与高均匀光斑设计，精准复现AM1.5G太阳光谱，辐照输出稳定，为实验室提供高效可靠的光照测试解决方案。

AAA级性能：光谱匹配度符合IEC60904-9标准AAA级，可达实验室校准精度；

长效稳定：优化光源设计大幅降低维护频率，减少校准与停机时间，提升实验效率；

应用场景：可选配光学滤镜，灵活模拟室内外日光环境，满足多元测试需求。

未来，随着光谱匹配技术在扩展光谱范围、提升光谱保真度和采用更严格标准评估等方面的持续进步，Luminbox太阳光模拟器也将在光伏产业、航天技术等领域发挥更为重要的作用，为人类对太阳能的利用和探索提供更有力的支持。

原文出处:《Advances in spectral matching techniques for solar simulators》

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