一種非均勻分布led光源太陽模擬器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于太陽光伏領(lǐng)域，尤其涉及一種非均勻分布LED光源太陽模擬器。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽模擬器，是一種室內(nèi)人工裝置，主要作用是模擬太陽光照射在太陽光敏感器件上；在光伏領(lǐng)域中，太陽模擬器主要用于太陽電池的電性能檢測和老化測試。太陽模擬器有三個(gè)主要指標(biāo):光譜與AM1.5標(biāo)準(zhǔn)光譜的匹配度、輻照均勻度和輻照穩(wěn)定度，地面使用的太陽模擬器被要求在輻照面上達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)輻照度，即1000W/m2。
[0003]傳統(tǒng)的太陽模擬器以鹵鎢燈或氙燈作為光源，但目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)了 LED光源的太陽模擬器。LED光源以其極長的使用壽命、優(yōu)異的光電效率、可擬合的光譜和安全的工作電壓等優(yōu)勢，正逐漸取代傳統(tǒng)的鹵鎢燈和氙燈光源。
[0004]LED燈珠是利用半導(dǎo)體電致發(fā)光技術(shù)實(shí)現(xiàn)的發(fā)光器件，單個(gè)LED燈珠的輻照功率一般只有0.5W左右，特征光譜也很窄，而太陽模擬器根據(jù)輻照面尺寸的不同需要有幾百到幾千瓦的輻照功率，其光譜也覆蓋從紫外到紅外波段的廣泛區(qū)域，因此太陽模擬器的LED光源由成千上萬顆、不同顏色的LED燈珠組成。
[0005]LED光源應(yīng)用在太陽模擬器上，其主要難點(diǎn)是如何讓每一種顏色的LED燈光在輻照面上實(shí)現(xiàn)足夠高的輻照均勻度。只有這樣，不同顏色的LED燈光在輻照面上疊加后，輻照面不同位置點(diǎn)的光譜才能達(dá)到一致，光譜一致是實(shí)現(xiàn)光譜匹配度的基礎(chǔ)條件；而且由于每一種光都是均勻輻照，那么它們復(fù)合形成的復(fù)色光也必然是均勻輻照。
[0006]LED光源的太陽模擬器，如果沒有采取改善輻照均勻度的措施，一般會在輻照面上形成中心強(qiáng)四周弱的輻照分布，這是由于照射在中心區(qū)域的LED燈珠個(gè)數(shù)比照射在邊緣區(qū)域的多。在現(xiàn)有的技術(shù)中，通過在LED光源上添加非成像光學(xué)系統(tǒng)，或調(diào)試不同區(qū)域的LED燈珠的工作電流，以實(shí)現(xiàn)輻照均勻度，然而由于LED燈珠的數(shù)量成千上萬，這兩種方法會造成太陽模擬器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、光能利用率降低、調(diào)試難度和工作量極大增加等等諸多缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型旨在解決上述問題，提供一種LED燈珠不均勻分布的非均勻分布LED光源太陽模擬器。
[0008]本實(shí)用新型所述的一種非均勻分布LED光源太陽模擬器，包括LED光源系統(tǒng)，散熱平臺，總控制器，燈組控制器，電源，反饋電池和測試臺；所述燈組控制器均與總控制器電連接；所述LED光源系統(tǒng)固定于散熱平臺上；總控制器與電源電連接；測試臺位于LED光源系統(tǒng)正對面；反饋電池設(shè)置于測試臺上任意一側(cè)，與總控制器電連接；LED光源系統(tǒng)由若干組不均勻分布的LED燈組組成；LED光源系統(tǒng)包括若干種顏色的燈組；每個(gè)燈組由若干同種顏色且不均勻分布的LED燈珠串聯(lián)而成；每個(gè)燈組均與一個(gè)燈組控制器相連接；所述燈組中同種顏色的燈組以并聯(lián)方式與總控制器相連接。
[0009]本實(shí)用新型所述的非均勻分布LED光源太陽模擬器，所述每組燈組中最邊緣的串聯(lián)電連接的三個(gè)相鄰的LED燈珠兩兩之間的最小距離，不大于最中心的串聯(lián)電連接的三個(gè)相鄰LED燈珠兩兩之間最小距離的90% ;所述LED光源系統(tǒng)上最邊緣的三個(gè)相鄰燈組兩兩之間的最小距離，不大于最中心的三個(gè)相鄰燈組兩兩之間最小距離的90%。
[0010]本實(shí)用新型所述的非均勻分布LED光源太陽模擬器，所述LED光源系統(tǒng)與測試臺間的垂直距離為5cm?50cm。
[0011]本實(shí)用新型所述的非均勻分布LED光源太陽模擬器，所述電源設(shè)置有多個(gè)電壓檔位，分別為每種顏色的LED燈珠供電。
[0012]本實(shí)用新型所述的一種非均勻分布LED光源太陽模擬器，通過將LED燈珠不均勻的空間分布設(shè)置，改變中心強(qiáng)四周弱的輻照分布，以此實(shí)現(xiàn)輻照均勻度。本實(shí)用新型所述太陽模擬器不用添加非成像光學(xué)系統(tǒng)、不用調(diào)試大量LED燈珠的工作電流，解決了原有技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、光能利用率低、調(diào)試難度和工作量大的缺陷，且易于實(shí)現(xiàn)、結(jié)構(gòu)簡單，適于推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0013]圖1為非均勻分布LED光源太陽模擬器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為LED光源系統(tǒng)上燈珠排布及電路示意圖；
[0015]其中:l-a顏色燈珠串聯(lián)而成的燈組、2-b顏色燈珠串聯(lián)而成的燈組、3-燈組控制器、4-總控制器、5-電源、6-輻照面、7-待測太陽電池；8_測試臺、9-反饋電池、10_散熱
λΤΖΖλI 口 ο
【具體實(shí)施方式】
[0016]本實(shí)用新型所述的一種非均勻分布LED光源太陽模擬器，如圖1所示包括LED光源系統(tǒng)，散熱平臺10，總控制器4，燈組控制器3，電源5，反饋電池9和測試臺8 ;所述燈組控制器3均與總控制器4電連接；所述LED光源系統(tǒng)固定于散熱平臺10上；總控制器4與電源5電連接；測試臺8位于LED光源系統(tǒng)正對面；反饋電池9設(shè)置于測試臺8上任意一偵牝與總控制器4電連接；LED光源系統(tǒng)由若干組不均勻分布的LED燈組組成；LED光源系統(tǒng)包括若干種顏色的燈組；每個(gè)燈組由若干同種顏色且不均勻分布的LED燈珠串聯(lián)而成；每個(gè)燈組均與一個(gè)燈組控制器3相連接；所述燈組中同種顏色的燈組以并聯(lián)方式與總控制器4相連接。所述每組燈組中最邊緣的串聯(lián)電連接的三個(gè)相鄰的LED燈珠兩兩之間的最小距離，不大于最中心的串聯(lián)電連接的三個(gè)相鄰LED燈珠兩兩之間最小距離的90% ;所述LED光源系統(tǒng)上最邊緣的三個(gè)相鄰燈組兩兩之間的最小距離，不大于最中心的三個(gè)相鄰燈組兩兩之間最小距離的90%。所述LED光源系統(tǒng)與測試臺8間的垂直距離為5cm?50cm。所述電源5設(shè)置有多個(gè)電壓檔位，分別為每種顏色的LED燈珠供電。所述多種顏色的LED燈珠，其顏色的種類及每種顏色LED燈珠的總數(shù)量，及距離測試臺8的高度，根據(jù)輻照面6尺寸、光譜要求和輻照度要求在光學(xué)仿真軟件中獲得。
[0017]如圖1、圖2所示，一種非均勻分布LED光源的太陽模擬器，包括a、b兩種顏色的LED燈珠，散熱平臺10，總控制器4，燈組控制器3，電源5，反饋電池9，測試臺8。本案例中，輻照面6尺寸是20*30cm，輻照度為lOOOw/m2，并且要求光譜中b顏色的燈光所占比例是a顏色燈光的兩倍。由光學(xué)軟件zemax中仿真獲得，這兩種顏色的LED燈珠如圖1所示的位置分布在24*36cm的區(qū)域內(nèi)，a顏色LED燈珠數(shù)量為99顆，b顏色LED燈珠數(shù)量為170顆，距離輻照面6的高度是15cm;兩種顏色的LED燈珠，其電路結(jié)構(gòu)是先串聯(lián)成為燈組，且每個(gè)燈組上有一個(gè)控制電流的燈組控制器3，各燈組再并聯(lián)接入總控制器4 ;a顏色燈組共11個(gè)，都是由空間位置毗鄰的、9個(gè)a顏色的LED燈珠串聯(lián)而成，每個(gè)燈組工作電壓為29.7V ;b顏色燈組共10個(gè)，都是由空間位置毗鄰的、9個(gè)b顏色的LED燈珠串聯(lián)而成，每個(gè)燈組工作電壓為49.3V ;所有LED燈珠固定在散熱平臺10上；總控制器4分別控制兩種顏色燈組的總工作電流；電源5與總控制器4電連接，有30V和50V兩個(gè)電壓檔位，分別為a、b顏色的LED燈組供電；測試臺8位于輻照面6上，用于放置被測物體；反饋電池9位于輻照面6上，與總控制器4電連接，實(shí)時(shí)反饋當(dāng)前輻照度給總控制器4。
[0018]為了實(shí)現(xiàn)輻照均勻度，每種顏色的LED燈珠在遠(yuǎn)離輻照面6中心的區(qū)域，分布密度大于靠近輻照面6中心的區(qū)域，以使邊緣區(qū)域的輻照度與中心區(qū)域的相等；這種不均勻分布的實(shí)施形式是:每種顏色的燈組的位置以X軸為中心對稱，最上端的三個(gè)相鄰a顏色燈組兩兩之間的最小距離為3cm，最上端的三個(gè)相鄰b顏色燈組兩兩之間的最小距離為3.2cm,而無論a顏色和b顏色在最中心的三個(gè)相鄰燈組兩兩之間最小距離的為3.6cm，計(jì)算可知其距離比例分別為88.9%和83.3%，均小于90%。
[0019]在每種顏色的燈組中，LED燈珠以Y軸為中心對稱，a顏色最左端串聯(lián)的、三個(gè)相鄰的LED燈珠兩兩之間的最小距離為1.71cm，是最中心的串聯(lián)電連接的三個(gè)相鄰a顏色LED燈珠兩兩之間最小距離3.43cm的50% ;b顏色最左端串聯(lián)的、三個(gè)相鄰的LED燈珠兩兩之間的最小距離為1cm，是最中心的串聯(lián)電連接的三個(gè)相鄰a顏色LED燈珠兩兩之間最小距離1.7cm 的 58.8%。
[0020]按照上述方式制作的LED光源的太陽模擬器，其20*30cm內(nèi)輻照均勻度小于2%。當(dāng)某個(gè)燈組由于質(zhì)量問題出現(xiàn)輻照功率過大或過小時(shí)，調(diào)節(jié)燈組控制器3以改變其輻照功率。使用光譜儀測試光譜，b顏色的燈光所占比例與a顏色燈光所占比例的比值不一定為2，在總控制器4中分別微調(diào)兩種顏色LED燈珠的總工作電流，使光譜比值達(dá)到要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種非均勻分布LED光源太陽模擬器，包括LED光源系統(tǒng)，散熱平臺(10)，總控制器(4)，燈組控制器(3)，電源(5)，反饋電池(9)和測試臺(8);所述燈組控制器(3)均與總控制器(4)電連接；所述LED光源系統(tǒng)固定于散熱平臺(10)上；總控制器(4)與電源(5)電連接；測試臺(8)位于LED光源系統(tǒng)正對面；反饋電池(9)設(shè)置于測試臺(8)上任意一側(cè)，與總控制器(4)電連接；其特征在于:LED光源系統(tǒng)由若干組不均勻分布的LED燈組組成；LED光源系統(tǒng)包括若干種顏色的燈組；每個(gè)燈組由若干同種顏色且不均勻分布的LED燈珠串聯(lián)而成；每個(gè)燈組均與一個(gè)燈組控制器(3)相連接；所述燈組中同種顏色的燈組以并聯(lián)方式與總控制器(4)相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非均勻分布LED光源太陽模擬器，其特征在于所述每組燈組中最邊緣的串聯(lián)電連接的三個(gè)相鄰的LED燈珠兩兩之間的最小距離，不大于最中心的串聯(lián)電連接的三個(gè)相鄰LED燈珠兩兩之間最小距離的90% ;所述LED光源系統(tǒng)上最邊緣的三個(gè)相鄰燈組兩兩之間的最小距離，不大于最中心的三個(gè)相鄰燈組兩兩之間最小距離的90%。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非均勻分布LED光源太陽模擬器，其特征在于所述LED光源系統(tǒng)與測試臺(8)間的垂直距離為5cm?50cm。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非均勻分布LED光源太陽模擬器，其特征在于所述電源(5)設(shè)置有多個(gè)電壓檔位。
【專利摘要】一種非均勻分布LED光源太陽模擬器，屬于太陽光伏領(lǐng)域，包括LED光源系統(tǒng)，散熱平臺，總控制器，燈組控制器，電源，反饋電池和測試臺；其特征在于：LED光源系統(tǒng)由若干組不均勻分布的LED燈組組成；LED光源系統(tǒng)包括若干種顏色的燈組；每個(gè)燈組由若干同種顏色且不均勻分布的LED燈珠串聯(lián)而成；每個(gè)燈組均與一個(gè)燈組控制器相連接；所述燈組中同種顏色的燈組以并聯(lián)方式與總控制器相連接。通過將LED燈珠不均勻的空間分布設(shè)置，改變中心強(qiáng)四周弱的輻照分布，以此實(shí)現(xiàn)輻照均勻度。本實(shí)用新型不用添加非成像光學(xué)系統(tǒng)、不用調(diào)試大量LED燈珠的工作電流，解決了原有技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、光能利用率低、調(diào)試難度和工作量大的缺陷，且易于實(shí)現(xiàn)、結(jié)構(gòu)簡單，適于推廣應(yīng)用。
【IPC分類】H02S50/10, F21S10/00
【公開號】CN204993252
【申請?zhí)枴緾N201520736202
【發(fā)明人】劉皎, 馮云峰, 趙孟鋼, 王水威
【申請人】陜西眾森電能科技有限公司
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年9月22日