太阳能电磁中IV特性检测方案

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LED光源稳态太能光模拟器 技术参数 班固科技Bamboo Technology 3A级LED光源稳态太阳光模拟器LED Solar Simulator 武汉班固科技有限公司 班固科技Bamboo Technology LED太阳模拟器是指 光源使用寿命长 使用LED光源替代传统使用的氙灯作为光源的太阳能模拟器 光普、光强精确可调 闪烁时间精确可控稳定性、可靠性高 LED光源具有氙灯光 使用 灵活性好 源不可比拟的可靠性。稳定性、灵活性及长使用寿命等特点。 系统架构高度集成与模块化 班固科技Bamboo Technology 型号 BG-LED-AAA-100S BG-LED-AAA-210S 模拟器等级： Class AAA 光源 LED 输出光束尺寸 100x100mm 210x210mm 典型输出功率 0.1 to 110 mW/cm2 (0.1 to 1.1 SUN)可调 光谱范围 350nm~ 1150nm 350nm~ 1150nm 光谱匹配等级 A 时间不稳定性等级 A 均匀性等级 A 可测参数 Voc， Isc， FF， Imax， Vmax， Pmax，n，Rs， Rsh 闪光时间 20ms~60s(风冷)20ms~常亮(电子制冷) 供电电源 AC 220V/ 50Hz 设备尺寸 29cm x 34cm x 57cm 42cm x 37cm x 38cm 班固科技Bamboo Technology LLED的发光原理是发光材料电致发光，其本质是发光二极管，经过封装后是一种全固态光源。 What is a LED? Epox y lens/case . Wire bond Reflective cavity Semiconductor die Anil LED单色性强，由于是单一能级光出的光子，波长比较单一，光衰不会改变输出波长。 Post Leadframe + Flat spot + + Anode Cathode ANODE CATHODE (long) (short) ANODE CATHODE 冗余灯组设计，单个灯珠不以最大功率运行，实时监测运行电压、电流、温度保证设备可靠运行 班固科技Bamboo Technology 氙灯使用寿命一般在1000小时左右，在实际使用中高电压高电流冲击下灯丝闪光几万次以后就发黑老化效率降低需要更换。LED使用寿命超过10000小时，使用寿命不受闪烁次数影响。 在商业上氙灯占据了过去20年的太阳能模拟器市场，其技术已经高度成熟，氙灯在前期购买成本相对便宜，但是考虑在设备整体使用生命周期内结合氙灯耗材购买成本、设备运行成本、维护和安全处置成本，氙灯光源的太阳能模拟器整体成本仍然要比LED光源太阳能模拟器要高。 光强、光谱、|闪烁频率精确可控 班固科技Bamboo Technology LED太阳能模拟器采用多组不同波长 -220V- 降压电源 (<30v) Lamp1 压控恒流源 GND LED灯珠组成的光源系统，每组灯珠采 Lamp2 压控恒流源 用独立的恒流源控制，因此可精确控制 GND Lamp3 GND Lamp4 定，可以配置为在宽动态范围内以连续， 压控恒流源 GND 闪光或脉冲模式工作，同时保持所需的 LampN 压控恒流源 光谱分布，满足客户对不同测试方案的 GND 需求。 班固科技Bamboo Technology 光源类型 性能指标 LED光源 氙灯光源 光源类型 固态光源 气态光源 使用寿命 超过10000小时 1000小时左右 维护成本 低、单个灯珠价格相对较低 高、单个灯管更换通常超过5000元 脉冲宽度 脉宽可以任意调整 短脉冲氙灯<50ms、长脉冲氙灯<200ms 稳定性 好 较差 参数调整 方便调整 不能 稳态、瞬态一体 可以 不能 环境适应能力 常温即可 一定的温度和湿度(滤光片) 班固科技Bamboo Technology 光源类型 性能指标 氙灯 (单片电池) LED (单片电池) 氙灯 (稳态组件) LED (稳态组件) 整机功率 1.7 0.5 107 16 光源寿命 100，000次 50，000，000，000次* 1000小时 6-10万小时 更换光源价格(万元) 1 0.2 1×16 6.4 能量消耗比 3.4 6.7 光源寿命比 0.0000002 0.0125 班固科技Bamboo Technology 随着LED技术的发展，在光谱拟合覆盖和成本等方面已经可以满足模拟太阳光的要求，是LED新兴的应用方向。当前，国外已经有基于LED的太阳模拟器设备应用，但在国内还鲜有见到。 基于LED的太阳模拟器和太阳能电池测试设备具有可持续稳态发光，使用寿命长，且光谱可调等特点，很好的匹配了太阳能电池新材料的开发及其应用发展，是太阳能电池测试设备产业升级方向之一。 太阳能电池在早期是基于单晶硅和多晶硅材料，晶体硅材料对光照响应速度快，一般在几毫秒到十几毫秒即可达到输出峰值，与此配套的太阳能测试设备通常采用脉冲式氙灯作为光源，氙灯的发光光谱跟太阳光非常接近，不做处理就可用于模拟太阳光。目前氙灯的应用已经非常成熟，也是太阳能电池测试设备的主流光源，但是氙灯的一个首要缺点是寿命较短，需要经常更换，其次是氙灯的输出光谱不可调节，个别光谱段跟太阳光的匹配度不高 班固科技Bamboo Technology 铝背场太阳能电池结构示意图 图1太阳模拟器与 AM1.5G的光谱辐照度分布图 ●目前模拟太阳光一般都采用氙灯，因为氙灯的发光光谱跟太阳光谱非常相近，几乎不用调整就可以直接用来模拟太阳光照，技术上也很成熟，简单实用。氙灯光谱如左图所示 氙灯光谱虽然跟太阳光相近，但在某些频段上相差还是比较大的，比如上图中红色圆圈标识的部分，其辐照能量明显高于太阳光谱 班固科技 新材料新工艺对太阳能模拟器的挑战 Bamboo Technology 随着太阳能电池材料与新工艺研发的快速发展，这些新材料新工艺在太阳能电池成本、弱光发电和提高发电效率等方面弥补了晶体硅电池的不足。但是对光照的响应速度却不尽相同，有的需要光照50~100ms以上时间才可以达到电气输出峰值，这就需要新型的太阳能电池测试设备来与之配合，虽然稳态氙灯也可以满足应用需求，但是成本较高，而且同样需要面临寿命较短需要经常更换的问题。 不同于传统氙灯光源，LED光源模拟太阳光是通过频谱拼接拟合的方法实现的，就是说通过多个光谱段的LED来拼接模拟太阳光。这个方法的优势是光谱拼接的精细程度是可调的，实际应用中可以根据需求设定光谱匹配的精细程度，来实现成本和光谱匹配度的平衡。 右图给出了用12个LED光谱段来拼接的太阳光谱图，若使用更多的LED可以得到更加匹配的光谱曲线，明显优于氙灯光谱的匹配度(测试结果为A+) 班固科技Bamboo Technology 徐锐 市场部经理 电话：17362370213 地址：湖北省武汉市江夏区通达广场21楼 邮箱： xurui@bamboost.com.cn 扫一扫 联系我 致力于LED光源太阳能模拟器的研发与推广产品国内领先国际先进 随着 LED 产业的发展成熟，驱动、散热、混光、控制等问题逐步得到解决，LED 太阳光模拟器已经逐渐成为太阳光模拟器未来发展的方向。我国是光伏产业大国，也是 LED 制造大国，研制 LED 太阳光模拟器，不仅有助于降低太阳能电池生产测试的成本，而且有助于产业间和合作共赢。采用稳定可靠的 LED 太阳光模拟器作为测试时的标准光源，对于提升产品品质也有重要意义。同时，LED 光源的高安全性，也使得其更适合实验教学。武汉班固科技有限公司也联合国内科研院所成功研发出国内首台基于LED光源的太阳光模拟器，整体性能不输国外同类产品，产品满足IEC 60904-9，JIS 8904-9和ASTM E927-10关于光谱匹配度，辐射空间均匀性和时间不稳定性的AAA要求,那么今天我们就对比一下氙灯与LED太阳光模拟器的各自优势与区别一、氙灯太阳光模拟器图1-1氙灯是一种高强度气体放电灯，通过瞬间产生的高压使气体发生电离，形成放电通道，产生电弧光，然后在较低的工作电压下保持稳定的弧光放电。氙灯光谱图如下图1-1 所示，红线是氙灯发光的光谱，黄线是标准太阳光光谱，可以看出，氙灯发光的光谱与标准太阳光十分近似，只是在部分波长有很高的尖峰。 利用氙灯作为太阳光模拟器的光源存在的主要优点如下：光谱匹配度高，氙灯的色温在 6000K 左右，与太阳光十分近似，从上图 1-1 中可以看出，氙灯光谱与AM1.5g 标准太阳光光谱十分近似，光谱匹配度很高；氙灯的光响应速度快，氙灯是通过瞬间产生的 20kV 高压脉冲将氙气电离形成发光的电弧，不需要预热就能达到稳定的光输出；氙灯的发光亮度十分高，具有很高的发光效率，十分适合制作大面积的太阳光模拟器。利用氙灯制作太阳光模拟器也有一些缺陷：一是氙灯需要高达 20kV 的电压来启动，具有一定的危险性，不适合实验教学场合使用；二是稳定性较差，氙灯需要 20kV 的高压来启动，启动器在长时间容易发生故障，而且灯泡容易失效，故障率相对较高；三是光学结构复杂，氙灯的光谱中有许多远远偏离的尖峰，需要设计复杂的滤光结构将这些尖峰过滤掉。二、LED太阳光模拟器LED 全称是发光二极管，是一种能够发光的半导体器件，LED 的主要发光部件是由 PN 结组成的，PN 结由电子（带负电）多的 N 型半导体和空穴（带正电）多的 P 型半导体结合而成，当向 PN 结施加正向电压时，电子就会移动并在结合部再次结合，在结合的过程中产生大量的能量，而这些能量以光的形式释放出来。LED 的发光是自发辐射的过程，其发光的波长仅仅与 PN 的材料有关，而与电流的大小无关。对于白光LED，通常是由蓝光 LED 激发黄色荧光粉从而形成白光。利用 LED 作为太阳光模拟器的光源具有如下优点：光谱范围广，目前市场上已有多种波长的 LED 成熟产品，通过不同波长的 LED 组合，可覆盖太阳光的整个光谱范围；安全稳定可控，LED 工作的电压很低，使用低压恒流源驱动，相对于氙灯采用高压脉冲启动，更加安全稳定可控；使用寿命长，LED 光源的寿命约为几万小时，远比卤钨灯氙灯等光源寿命长；亮度调节范围广，LED 的亮度可以通过电流来控制，电流的大小仅仅影响 LED 发光的亮度，不会影响 LED 发光的波长，因此LED 太阳光模拟器的总辐照度调节范围很大。利用 LED 光源制作太阳光模拟器也有一些缺点：单个 LED 的发光光谱范围十分有限，为了与太阳光光谱匹配，需要用很多 LED 进行组合，因此需要对各种 LED 进行独立的驱动，最终组合成太阳光，因此采用 LED 光源制作的太阳光模拟器的驱动电源会比较复杂。另外，多种不同 LED 光线之间的混光，以及 LED 的散热等问题也是需要考虑到的缺陷。三、两者在参数性能上对比四、两者在工业化使用成本对比数据来自科研研究