太阳模拟器技术新突破：卤素-LED混合光源的大面积应用研究

 

在新能源材料研发与光电器件测试领域，人工复现太阳光辐射特性的太阳模拟器已成为关键技术装备。国际标准对光谱匹配、空间均匀性与时间稳定性的严苛要求，推动着光源技术的持续革新。本文聚焦一种基于卤素灯与LED 协同的混合式太阳模拟器，深度解析其光学架构设计、性能测试及中大面积场景的应用潜力，为Luminbox 研发高精度太阳模拟器提供可复现的理论模型与实验依据。

太阳模拟器的性能标准与技术演进

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(a) 混合式模拟器光谱与ASTM 1.5G 对比；(b) 各波长区间辐照度百分比

太阳模拟器的核心价值，在于对太阳光辐射特性的精准复现。国际标准 IEC 60904-9 与 ASTM E927 以三大指标构建技术门槛：

光谱匹配：衡量实测光谱与标准光谱的吻合度（A 级：0.75-1.25，覆盖 400-1100nm）

空间不均匀性：辐照面强度差异（A 级：＜2%）

时间不稳定性：长 / 短期辐照波动（A 级：长时＜2%，短时＜0.5%）

传统光源面临双重挑战：氙灯虽光谱连续但成本高、红外能量过剩；LED 光源波长可调却受限于非连续光谱，大面积应用成本激增。

混合式技术通过卤素灯与LED 的协同，成为平衡成本与性能的理想路径 —— 卤素灯提供红外基底，LED 精准补光可见波段，在中大面积测试场景中展现独特优势。

混合式太阳模拟器的光学架构与设计创新

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(a) 光源布局；(b) 光源空间布局的光线追踪模拟

多光源协同的光谱优化策略

采用复合光源系统：6 盏 1000W 卤素灯（2900K，提供红外基底）、10 盏 300W 白光 LED（6500K，平衡色温）、12 盏功率色光 LED（含 450nm 蓝光、750nm 品红光、850nm 红外光），覆盖 300-1100nm 波段。通过 DIALux 仿真优化光源布局，形成 “中心红外强基底 + 边缘可见光合围” 的复合光场，实现 600cm² 测试面的辐照均匀性预校准。

机械系统与智能控制设计

轻量化金属框架集成动态调节功能：垂直升降模块（0.8-1.5m，辐照度 1-1.58Sun 可调）、水平旋转机构（±45°，配合反射罩二次匀光）、模块化光源舱（卤素灯数字调光器 + LED 恒流驱动）。电路设计遵循 NBR 5410 标准，采用三相平衡供电与过载保护，总功耗 9.7kW，兼顾稳定性与成本。

混合式太阳模拟器的性能测试

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太阳模拟器在2500cm² 测试面光强分布（1kW/m²，z=80cm）

光谱匹配度

通过实测，400-1100nm 波段 SM=1.29（IEC B 级）。蓝光 LED 将 450nm 波段辐照占比从 12% 提升至 18%，红外 LED 将 800-1100nm 能量占比从 45% 降至 32%，更贴近AM1.5G 标准。

空间均匀性

2500cm² 全区域 SNU=4.6%（IEC B 级），600cm² 核心区 SNU 低至 1.5%（超越 A 级标准），得益于环形光源布局与铝制反射罩匀光，边缘与中心光强差异控制在±1.5% 以内。

时间稳定性

5 分钟长时波动 0.8%、1 分钟短时波动 0.17%（均达 A 级标准），LED 固态特性与卤素灯热管理设计（铝制散热鳍片+ 温控风扇）有效抑制温漂，满足连续老化测试需求。

混合式太阳模拟器的技术应用

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600cm² 有效测试面积：覆盖主流商用组件尺寸，适配材料涂布、涂层老化等中面积测试需求。

宽光谱兼容性：基础配置覆盖300-1100nm，可通过滤光片扩展至 1200nm 以上，适配钙钛矿、多结电池等新型器件。

模块化升级潜力：支持后期加装紫外LED 模块（280-400nm），扩展至 UV 固化、生物光照等多元场景。

综上所述，混合式太阳模拟器凭借卤素- LED 协同设计，成功突破中大面积均匀性技术瓶颈，为新能源材料研发与光电器件测试带来高性价比解决方案。在新型光电器件对宽光谱、高精度测试需求激增的背景下，混合式太阳模拟器技术展现出强劲的迭代潜力。未来，Luminbox将继续以技术为锚点，深耕光模拟领域，为行业发展注入更多创新动能。

Luminbox全光谱卤素灯太阳模拟器

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Luminbox全光谱卤素灯太阳模拟器专为科研、工业测试等领域打造，致力于精准模拟太阳光环境，其采用先进的全光谱卤素灯技术，能近乎真实地还原太阳光谱。

全光谱范围: 300nm-1200nm

设计结构灵巧便于安装

配备电压电流调节功能

符合GJB150.7A-2009、VW/DIN75220、BMWPR306标准

 

 

Luminbox全光谱卤素灯太阳模拟器，通过优化卤素灯的光谱输出和稳定性，在保证高精度模拟太阳光谱的同时，显著提升了能效比和使用寿命，为太阳能测试提供了更具竞争力的选择。