太阳光模拟器|光谱匹配度、SPC与SPD的全面解析

 

 

在光学测试技术持续进步的背景下，对模拟自然光照条件的精准度要求日益提升。太阳光模拟器作为复现标准太阳光谱的核心设备，其光谱性能直接决定了测试数据的可靠性。本文聚焦光谱匹配度、光谱覆盖率（SPC）、光谱偏离率（SPD）三大关键指标，解析其在测试中的作用机制。Luminbox 太阳光模拟器凭借先进准直技术与均匀光斑设计，精准复现 AM1.5G 标准光谱，实现稳定辐照输出，为各类光谱测试场景提供高效可靠的解决方案。

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太阳光模拟器的核心挑战

随着相关技术的迭代发展，不同被测对象的光谱响应特性差异显著，对太阳光模拟器的光谱精准度提出了更高要求。光谱匹配度、覆盖率与偏离率作为评估模拟器性能的核心参数，从不同维度共同决定了模拟光谱与 AM1.5G 标准光谱的契合度，进而影响被测对象关键性能参数的测量精度。

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太阳光模拟器光谱的三大评价指标

 

光谱匹配度：评估光谱的核心指标

 

光谱匹配度是评价太阳光模拟器光谱的关键指标，它通过对比各波长区间内太阳光模拟器光谱辐照度占比与标准太阳光谱（AM1.5G）辐照度占比来衡量。

 

 

根据IEC60904-9:2020标准，太阳光模拟器的光谱匹配度通过将光谱辐照度与AM1.5G标准光谱在以下6个波长区间的占比偏差进行对比，划分为四个等级：A⁺、A、B、C，该指标是筛选高精度模拟器的基础依据。

 

 

太阳光模拟器主要采用三种光源，分别为卤素灯、氙灯及 LED 灯。

 

 

本研究使用3台氙灯模拟器（A、B、C）的光谱匹配度均为A⁺级，但其光谱辐照度在6个波长区间（300~1200 nm）的占比与AM1.5G存在差异，如下图所示：

3 台太阳光模拟器的光谱辐照度曲线

 

 

模拟器A：光谱曲线最接近AM1.5G，尤其在600~950 nm和960~1200 nm波段，辐照度与标准光谱的偏离较小。

 

 

模拟器B：在300~350 nm波段几乎无辐照度输出，且在680~1000 nm范围内存在多个尖峰和低谷，1000~1100 nm处出现明显长低谷。

 

 

模拟器C：在680~1000 nm波段尖峰更高、低谷更深，1000~1100 nm处同样存在长低谷，整体波动幅度大于模拟器B。

 

 

3台太阳光模拟器的光谱匹配度表

 

 

模拟器A：各区间匹配度最接近100%（96.67%~108.78%），偏离幅度最小。

 

 

模拟器B：在300~470 nm超匹配（100.59%），但在561~657 nm低匹配（94.07%）。

 

 

模拟器C：在657~772 nm和772~919 nm显著高匹配（109.77%、104.33%），但在919~1200 nm严重低匹配（89.41%）。

 

光谱覆盖率(SPC):量化光谱完整性的关键指标

 

光谱覆盖率（SPC）用于评估太阳光模拟器光谱在300~1200 nm范围内对AM1.5G标准光谱的覆盖程度，其计算公式为：

 

 

ESM(λ)：太阳光模拟器在波长λ下的光谱辐照度

 

 

EAM1.5(λ)：AM1.5G标准光谱在波长λ下的辐照度

 

 

3台太阳光模拟器的SPC表

 

 

所有模拟器SPC均接近100%，验证了氙灯光源的宽谱连续性。

 

 

SPC无法反映光谱分布的局部缺陷（如模拟器B在300~350 nm的辐照度缺失）。

 

 

光谱偏离率(SPD):揭示光谱失配的核心参数

 

光谱偏离率（SPD）是量化太阳光模拟器光谱与AM1.5G标准光谱绝对偏差的核心指标，其计算公式为：

 

 

ESM(λ)：模拟器在波长λ下的光谱辐照度

 

 

EAM1.5(λ)：AM1.5G标准光谱辐照度

 

 

3台太阳光模拟器的SPD表

 

 

模拟器A的低SPD（15.09%）直接反映其光谱曲线与AM1.5G的高度吻合。

 

 

模拟器B的高SPD（30.20%）源于：300-350nm波段辐照度完全缺失；680-1000nm存在多个剧烈波动峰谷。

模拟器C的SPD（27.39%）虽略优于B，但680-1000nm尖峰振幅更大，1000-1100nm低谷更显著。

 

 

SPD是光谱匹配度的必要补充：A⁺级匹配度仅保证宏观合规，SPD<20%才能确保微观偏差可控。

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研究结论

 

太阳光模拟器的性能评估已从单一的光谱匹配度扩展至光谱匹配度、SPC与SPD的多维协同优化。研究表明，即使设备达到A⁺级光谱匹配度，若SPD偏高或SPC不足，仍可能导致关键测试数据的偏差。

 

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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太阳光模拟器通过先进的光源设计与动态校准技术，实现了光谱匹配度AAA级、SPC接近100%与SPD<15%的卓越性能，为光伏组件标定、材料老化研究等场景提供了实验室级精准度的解决方案。

原文出处:《太阳光模拟器光谱对光伏组件 I-V 特性测试的影响分析》 

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