[發明專利]穩態太陽模擬器

無效

• 申請號: 201010231914.0
• 申請日: 2010-07-21
• 公開（公告）號: CN102338323A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 李紅波;祁永慶;薛永勝;張瀅清;朱小芳
• 申請（專利權）人: 上海太陽能工程技術研究中心有限公司
• 主分類號: F21S8/00
• 分類號: F21S8/00;F21V13/08;F21V17/00;F21V19/00;F21V23/00;F21V29/00;G01R31/26
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊元焱

技術領域

本發明涉及一種薄膜太陽能電池組件的測試儀器，尤其涉及一種穩態太陽模擬器。

背景技術

薄膜太陽能電池能夠節省許多制備工藝，大幅度降低硅原料的使用，具有低成本的價格優勢。在光伏建筑一體化方面，薄膜太陽能電池也占有舉足輕重的地位。因此，薄膜太陽能電池技術得到了快速發展，成為光伏產業中的一支新秀。但是薄膜太陽能電池的電性能檢測標準的制定相對比較滯后，國際IEC組織頒布的相關檢測標準仍然是直接參照晶體硅測試方法，因此對于薄膜太陽能電池的檢測儀器或設備的性能指標也沒有具體的規定。

太陽模擬器是用來模擬太陽光的設備，太陽模擬器一般分為脈沖式太陽模擬器和穩態式太陽模擬器，用于太陽能電池的電性能測試。對于大面積(晶體硅)太陽能電池組件的測試，例如1m×2m以上尺寸的大型(晶體硅)太陽電池組件的測試，通常采用脈沖氙燈為光源的脈沖式太陽模擬器，可以獲得大面積的均勻輻照度。但是對于薄膜太陽能電池測試而言，使用脈沖式太陽模擬器的最大缺點是脈沖長度過短，樣品還未來得及充分做出光響應，脈沖已經結束，光強已經迅速降低，從而導致測試結果不可靠。在實現光源長脈寬的過程中，光強的穩定性和可重復性也是脈沖式太陽模擬器所面臨的主要問題。穩態式太陽模擬器的優點是能提供連續照射的標準太陽光，存在的主要問題是穩態光源的發熱量大，比較適合于制造小面積太陽模擬器。

在光譜和光強相同的情況下，單晶/多晶硅太陽能電池的電性能測試時間一般需要幾個毫秒，而非晶硅薄膜太陽能電池的電性能測試至少需要100ms的光照時間。在申請號為01113032.6的文件中公開了一種脈沖式太陽模擬器，該模擬器的脈沖寬度為5ms，無法滿足薄膜太陽能電池的電性能測試的要求。在申請號200710177985.5的文件中還公開了一種模擬太陽照射光源的變焦裝置，其中包括：氙燈、匯聚氙燈光的球面反光鏡、光學積分器和準直鏡，對于1m×2m以上尺寸的大型太陽電池組件的測試而言，這種太陽模擬器需要的光學積分器和準直鏡的尺寸也要足夠大，會導致太陽模擬器的成本非常昂貴。

發明內容

本發明的目的，就是為了提供一種能滿足太陽能電池測試所要求的大面積范圍內的輻照均勻性、輻照穩定性和光譜匹配度等方面的技術要求的穩態太陽模擬器。

為了達到上述目的，本發明采用了以下技術方案：一種穩態太陽模擬器，包括模擬太陽光源、電源模塊和勻光裝置，模擬太陽光源產生與太陽光譜接近的模擬太陽光，電源模塊與模擬太陽光源相連向模擬太陽光源提供用于發光的恒流電源，勻光裝置設置在模擬太陽光源的前方將不均勻的模擬太陽光整合成符合規定技術指標的均勻光投射到輻照面上。

所述的模擬太陽光源包括：

殼體，其內設有支撐定位裝置；

短弧氙燈陳列，安裝在殼體內的支撐定位裝置上，提供與太陽光譜接近的模擬太陽光；

多個球面反射鏡，分別與各短弧氙燈配套設置將對應短弧氙燈發出的光反射到指定的輻照面上；

快門，設置在多個球面反射鏡的前方；

多個濾光片，分別對應于各球面反射鏡設置在快門的前方；

散熱機構，設置在支撐定位裝置后的殼體上。

所述的支撐定位裝置上對應于各短弧氙燈分別設有可使相應的短弧氙燈沿x軸方向移動的前后平移機構、沿y軸方向移動的左右平移機構、沿z軸方向移動的上下平移機構、沿y軸旋轉的俯仰角轉動機構和沿z軸旋轉的擺動角轉動機構。

所述的模擬太陽光源還包括冷卻水制冷機構，該冷卻水制冷機構設置在快門的遠離短弧氙燈的一側對快門提供制冷。

所述的球面反射鏡的反射面為拋物面或橢球面。

所述的快門與由計算機控制的傳動裝置相連。

所述的散熱機構選自風扇、冷卻水循環管路和液氮循環管路中的一種。

本發明中的短弧氙燈是一種與太陽光譜接近的穩態點光源。球面反射鏡將短弧氙燈發出的光反射到指定的輻照面上。散熱風扇能夠通過高速空氣對流對短弧氙燈及相應反射鏡進行散熱并保證短弧氙燈在正常工作溫度范圍內通電發光。快門是一種能夠快速移動、對由反射鏡發出的反射光能夠進行有效遮擋的機械裝置。濾光片是能夠使不同波段之間的光線按照預期的透過率穿過、且穿過光線的光譜符合特定的規范要求的光學玻璃片。勻光裝置是能把不均勻的光整合成符合規定技術指標的均勻光的光學系統。電源模塊是能夠保障短弧氙燈正常工作的供電系統。

球面反射鏡用于反射短弧氙燈發出的光，球面反射鏡的結構參數經過優化設計，當球面反射鏡與輻照面的距離一定時，球面反射鏡還能夠提高輻照面的輻照均勻性。