LED太阳光模拟器与氙灯太阳光模拟器对比

  随着 LED 产业的发展成熟，驱动、散热、混光、控制等问题逐步得到解决，LED 太阳光模拟器已经逐渐成为太阳光模拟器未来发展的方向。我国是光伏产业大国，也是 LED 制造大国，研制 LED 太阳光模拟器，不有助于降低太阳能电池生产测试的成本，而且有助于产业间和合作共赢。采用稳定可靠的 LED 太阳光模拟器作为测试时的标准光源，对于提升产品品质也有重要意义。同时，LED 光源的高安全性，也使得其更适合实验教学。

  国内科研院所成功研发出国内首台基于LED光源的太阳光模拟器，整体性能不输国外同类产品，产品满足IEC 60904-9，JIS 8904-9和ASTM E927-10关于光谱匹配度，辐射空间均匀性和时间不稳定性的AAA要求，那么下面我们就对比一下氙灯与LED太阳光模拟器的各自优势与区别。

  一、氙灯太阳光模拟器

  氙灯是一种度气体放电灯，通过瞬间产生的高压使气体发生电离，形成放电通道，产生电弧光，然后在较低的工作电压下保持稳定的弧光放电。红线是氙灯发光的光谱，黄线是标准太阳光光谱，氙灯发光的光谱与标准太阳光十分近似，只是在部分波长有很高的尖峰。

  利用氙灯作为太阳光模拟器的光源存在的主要优点如下：

  光谱匹配度高，氙灯的色温在 6000K 左右，与太阳光十分近似，氙灯光谱与AM1.5g 标准太阳光光谱十分近似，光谱匹配度很高；

  氙灯的光响应速度快，氙灯是通过瞬间产生的 20kV 高压脉冲将氙气电离形成发光的电弧，不需要预热就能达到稳定的光输出；

  氙灯的发光亮度十分高，具有很高的发光效率，十分适合制作大面积的太阳光模拟器。

  利用氙灯制作太阳光模拟器也有一些缺陷：

  一是氙灯需要高达 20kV 的电压来启动，具有一定的危险性，不适合实验教学场合使用；

  二是稳定性较差，氙灯需要 20kV 的高压来启动，启动器在长时间容易发生故障，而且灯泡容易失效，故障率相对较高；

  三是光学结构复杂，氙灯的光谱中有许多远远偏离的尖峰，需要设计复杂的滤光结构将这些尖峰过滤掉。

  二、LED太阳光模拟器

  LED 全称是发光二极管，是一种能够发光的半导体器件，LED 的主要发光部件是由 PN 结组成的，PN 结由电子（带负电）多的 N 型半导体和空穴（带正电）多的 P 型半导体结合而成，当向 PN 结施加正向电压时，电子就会移动并在结合部再次结合，在结合的过程中产生大量的能量，而这些能量以光的形式释放出来。LED 的发光是自发辐射的过程，其发光的波长与 PN 的材料有关，而与电流的大小无关。对于白光LED，通常是由蓝光 LED 激发黄色荧光粉从而形成白光。

  利用 LED 作为太阳光模拟器的光源具有如下优点：

  光谱范围广，目前市场上已有多种波长的 LED 成熟产品，通过不同波长的 LED 组合，可覆盖太阳光的整个光谱范围；

  安全稳定可控，LED 工作的电压很低，使用低压恒流源驱动，相对于氙灯采用高压脉冲启动，更加安全稳定可控；

  使用寿命长，LED 光源的寿命约为几万小时，远比卤钨灯氙灯等光源寿命长；

  亮度调节范围广，LED 的亮度可以通过电流来控制，电流的大小影响 LED 发光的亮度，不会影响 LED 发光的波长，因此LED 太阳光模拟器的总辐照度调节范围很大。

  利用 LED 光源制作太阳光模拟器也有一些缺点：

  单个 LED 的发光光谱范围十分有限，为了与太阳光光谱匹配，需要用很多 LED 进行组合，因此需要对各种 LED 进行的驱动，终组合成太阳光，因此采用 LED 光源制作的太阳光模拟器的驱动电源会比较复杂。另外，多种不同 LED 光线之间的混光，以及 LED 的散热等问题也是需要考虑到的缺陷。