大面积LED太阳光模拟器的辐照均匀性优化研究

 

在材料工程、生物技术、能源科学等众多科研领域，模拟太阳光环境进行实验至关重要，随着LED 技术的快速发展，基于 LED 的太阳模拟器逐渐成为研究焦点。Luminbox全光谱大面积LED太阳模拟器，致力于满足大面积均匀光照的严格要求，以A+AA+综合性能，实现光谱精准、辐照均匀与运行稳定的三重突破，通过权威认证，为科研与工业测试提供高可靠、标准化的全光谱光照解决方案。

技术核心：

如何用LED“拼出”太阳光谱？

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澳大利亚纽卡斯尔大学的研究团队2022年在《Energies》期刊发表的成果，展示了一种基于LED的大面积太阳模拟器。该设计采用模块化六边形阵列布局，每个单元包含10种不同波长的LED（覆盖350-1100 nm），最终在640 cm²的照射区域内实现了1.7%的空间辐照不均匀性（SNI）和<0.5%的时间不稳定性（TIE），达到国际电工委员会（IEC）的Class AAA最高标准。

多色LED的精准组合

 

太阳光谱的模拟需要覆盖紫外、可见光到近红外的宽波段。研究团队选择了365 nm（紫外）、470 nm（蓝光）、505 nm（青绿）、655 nm（红光）等10种特定波长的LED，通过调整各波段的强度比例，最终合成的光谱与AM1.5G标准在350-1100 nm范围内高度吻合，各100 nm区间的光谱匹配偏差均控制在±5%以内。
 

10种不同类型LED的光谱辐照度图

六边形模块化设计

 

 

LED 采用六边形阵列布局，每个六边形单元面积约65cm2 。这种布局优势明显，能确保从最少数量的发光体中获得最佳的通量均匀性，方便不同颜色LED 在单元内灵活配置，还能通过拼接扩展照明区域。研究人员借助软件模拟优化，确定了各颜色 LED 的数量和布局，形成了高效、均匀的照明方案。

太阳模拟器的10 种选定 LED 类型的特性表

光学扩散与热管理

LED光源的强方向性可能导致局部热点。研究团队通过两层扩散片（棱镜式与微结构扩散片）对光线进行混匀，同时利用镜面反射将边缘光线重新导向测试区域，最终将SNI从初始的10%降至1.7%。此外，PCB内置导热孔与风冷散热系统，确保LED在长时间满负荷运行下保持温度稳定，避免光谱漂移。
 

空间非均匀性（SNI）与测试平面距离的关系以及模拟的辐照度地图、

性能优势：为何选择LED太阳模拟器

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超高均匀性：传统氙灯模拟器的SNI通常>5%，而LED方案可稳定控制在2%以下，尤其适合微米级有机太阳能电池的精密测试。

 

 

长寿命与低维护：LED寿命是氙灯的40倍以上，且无需频繁更换灯泡或滤光片，显著降低使用成本。

 

 

灵活的光谱调节：通过调整各LED的驱动电流，可快速切换不同光谱（如增强紫外波段用于材料老化测试），满足多样化实验需求。

 

 

节能环保：LED的能效比氙灯高30%以上，且不含汞等有害物质。

应用场景：超越光伏测试

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除了太阳能电池的I-V特性测试，LED太阳模拟器还可拓展至：

 

 

1.材料耐候性研究：模拟长期日光暴露环境，加速评估涂层、塑料等材料的光降解性能。

 

 

2.农业与生物实验：提供可控光谱与光强的“人造日光”，用于植物生长或光敏生物反应研究。

 

 

3.医疗与化妆品开发：精确控制紫外辐射强度，测试防晒剂或光疗设备的有效性。

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全光谱大面积LED太阳模拟器

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全光谱大面积LED太阳模拟器以A+AA+综合性能，实现光谱精准、辐照均匀与运行稳定的三重突破，通过权威认证，为科研与工业测试提供高可靠、标准化的全光谱光照解决方案，推动精密光学实验迈向更高精度与可重复性。

A+级光谱匹配：300-1200 nm全覆盖，误差≤1%（IEC标准）。
 

高均匀辐照：45cm×45cm区域不均匀度仅1.8%（A级）。

超稳运行：20分钟波动≤0.5%（A+级）。
 

权威认证：国家计量院校准，国际标准合规。

工业级设计：适配光伏、材料、光催化等多场景。

 

 

LED太阳模拟器的诞生，标志着光伏测试技术从“经验驱动”全面转向“数据驱动”。Luminbox全光谱大面积LED太阳模拟器的模块化设计、光谱可编程特性与长时稳定性，不仅为实验室研究提供了可追溯、可复现的光照基准，更突破了传统光源在工业级大规模测试中的效率瓶颈。

原文参考：《Optimizing the Spatial Nonuniformity of Irradiance in a Large-Area LED Solar Simulator》

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