AM1.5G与AM1.5D标准太阳光谱：原理与差异解析

 

在太阳辐射应用研究中，标准光谱的建立是评估太阳能设备性能的核心基础。由于地球大气对太阳辐射的调制作用，地面光谱呈现显著的时空差异性，因此需要通过标准化的光谱模型为太阳能设备设计、效率测试及性能评估提供统一基准。本文系统解析常用的AM1.5G与AM1.5D标准光谱，揭示其技术内涵与应用边界。Luminbox太阳光模拟器以先进光束准直与高均匀光斑技术，精准复现AM1.5G光谱并保持稳定辐照，为实验室提供高效可靠的全场景光照测试方案。

AM1.5G光谱：

平板太阳能设备的基准测试条件

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AM1.5G 光谱的光谱辐照度（顶部）和光子通量（底部）

 

 

AM1.5G 光谱是模拟中纬度地区典型晴天条件下平板太阳能设备接收光照的标准模型，其构建基于严格的大气与几何参数设定：

大气环境参数

 

空气质量指数（AM）为 1.5，对应太阳高度角 41°（太阳光线与地平线夹角），表征大气光学厚度的典型状态；

 

 

海平面气压（1013.25 毫巴），采用 2001 年大气二氧化碳浓度（370ppm），反映特定历史时期的温室气体水平；

 

 

雾度参数设定为 500nm 波长处浊度 0.084，模拟阳光充足地区晴天的气溶胶分布特征。

物理几何条件

 

接收装置倾斜 37° 安装，使太阳入射角度与装置法线夹角为 11.2°，接近中纬度地区的典型接收倾角；

 

 

无聚光系统，接收半球视野内的全球辐射（包含直射光、天空散射光及地面反射光），总辐照度为 100mW/cm²。
该光谱通过 SMARTS 软件基于 AM0（地外光谱）计算生成，其光谱分布特性介于 “偏黄” 与 “偏蓝” 之间，精准复现了平板接收装置在晴朗无云正午时段的实际光照条件，是多数太阳能设备效率测试的基准光谱。

AM1.5D光谱：

聚光系统的直射辐射模型

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AM1.5G 和 AM1.5D 光谱的光谱辐照度比较

 

 

与 AM1.5G 光谱不同，AM1.5D 光谱专门针对聚光系统设计，其核心特征是仅包含太阳直射辐射。该光谱的技术参数如下：

辐射特性

限定太阳辐射接收范围为 5.8° 孔径角（对应太阳圆盘的立体角），排除蓝天散射光与地面反射光，仅保留直射成分；

 

 

总辐照度为 90mW/cm²，较 AM1.5G 减少 10%，差异源于散射光的剔除。

应用场景

 

适用于配备聚光光学系统（如槽式抛物面、碟式反射器）的装置，此类系统依赖定向跟踪技术确保直射光垂直入射，接收角范围较窄，无法利用环境散射辐射；

 

 

光谱差异本质上反映大气瑞利散射对短波辐射的调制作用：AM1.5G 在 300-500nm 短波区因散射贡献略高，而 AM1.5D 在 1000-2000nm 长波区因直射光能量集中表现出更高辐照度。

光谱差异的技术影响与标准化意义

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两种光谱的核心区别在于是否包含散射辐射，这对接收装置设计与性能评估产生显著影响：

装置设计导向

 

非聚光装置需优化对直射光与散射光的广谱响应，材料选择需匹配 AM1.5G 的光谱能量分布；

 

 

聚光装置则聚焦直射光利用效率，光学结构设计需结合 AM1.5D 的光谱特性，降低波长失配损耗。

标准化价值

 

权威机构将 AM1.5G 纳入设备性能测试的标准条件，成为全球通用的技术基准；

 

 

聚光系统的光谱标准仍在持续研究中，因不同聚光比（低倍、中倍、高倍）对接收角与光谱响应的要求存在差异，需建立更细分的技术规范。

研究结论

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AM1.5G 与 AM1.5D 光谱是针对不同太阳辐射应用场景建立的核心标准，其科学价值在于通过量化大气传输过程与几何条件，为设备效率评估、系统优化设计提供统一基准。随着太阳辐射利用技术向高效化、多元化发展，光谱标准的精细化研究（如高浓度 CO₂环境下的光谱修正、复杂气候条件下的模型迭代）将成为重要技术方向。理解两种光谱的技术内涵，是掌握接收装置光学设计、性能预测及标准化测试的关键基础。

 

 

Luminbox太阳光模拟器

 

 

Luminbox太阳光模拟器采用先进光束准直技术与高均匀光斑设计，精准复现AM1.5G太阳光谱，辐照输出稳定，为实验室提供高效可靠的光照测试解决方案。

 

 

AAA级性能：光谱匹配度符合IEC60904-9标准 AAA级，可达实验室校准精度；

 

 

长效稳定：优化光源设计大幅降低维护频率，减少校准与停机时间，提升实验效率；

 

 

应用场景：可选配光学滤镜，灵活模拟室内外日光环境，满足多元测试需求。

 

 

Luminbox太阳光模拟器凭借其卓越的光谱匹配性能（AM1.5G标准AAA级）为科研与工业领域提供了可靠的太阳光模拟解决方案。未来，随着光谱标准的精细化逐渐成为重要研究方向，Luminbox太阳光模拟器将在光伏测试、材料老化研究等领域展现更大的应用潜力。

原文出处:《Tables for Reference Solar Spectral Irradiances: Direct Normal and Hemispherical on 37 Tilted Surface》 

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