一种脉冲太阳光模拟器的制作方法

1.本实用新型涉及光学仪器领域，具体来说，涉及一种脉冲太阳光模拟器。


背景技术：

2.太阳光模拟器是用于太阳能电池组件电性能测试的重要装备，目前的太阳光模拟器主要采用氙灯作为模拟器的光源。氙灯的发光谱与太阳光谱比较接近，通过太阳光模拟器滤光片可以实现高精度的氙灯光源的太阳光模拟器与太阳光谱的光谱匹配度在2％以内。
3.现有的太阳光模拟器，通常采用两支氙灯，共同作为太阳光模拟器的光源；但是，这样的双灯太阳光模拟器，其测试幅面最大仅1.2*2.2米，难以满足更大的辐照面积需求。并且，现有的太阳光模拟器通常采用电流反馈的方案，采集氙灯的工作电流以作为反馈信息，但是，仅采集氙灯的工作电流不一定能真实反映氙灯的模拟太阳光输出情况，导致模拟太阳光输出稳定性差。此外，现有的脉冲氙灯组件，可能存在氙灯灯管固定不稳定，散热性能差等缺陷，这些缺陷甚至可能造成氙灯灯管粉碎性爆炸。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的不足之处，本实用新型提供一种脉冲太阳光模拟器，包括电控模块、暗室及脉冲光源；
5.所述暗室为内部涂有吸光涂层的封闭腔体，用于提供光路通道并吸收有效辐照面之外的光线；
6.所述脉冲光源安装在所述暗室的一端，用于作为模拟太阳光的光源，所述暗室的另一端用于作为待测太阳能电池组件的测试面；
7.所述脉冲光源包括四个结构相同且对称分布的脉冲氙灯组件，每个脉冲氙灯组件均包括一个氙灯管；
8.所述暗室内部还设置有若干个挡光光阑；
9.所述电控模块包括脉冲控制模块及测试控制模块，所述脉冲控制模块用于控制并监测所述脉冲光源的工作，所述测试控制模块用于采集待测太阳能电池组件的相关数据，以完成测试。
10.在一些实施例中，每个所述脉冲氙灯组件还包括一个设置在氙灯管旁的标准太阳能电池片；所述标准太阳能电池片用于采集对应的氙灯管的光强信号，并将其反馈到所述脉冲控制模块中。
11.在一些实施例中，所述脉冲控制模块包括主控模块、氙灯驱动模块、储能模块及触发模块；
12.所述主控模块分别与氙灯驱动模块、储能模块及触发模块连接，所述主控模块用于接收外部接口信号，并向其他各模块发送控制指令，以及采集其他各模块产生的各类信号；
13.所述氙灯驱动模块包括四个氙灯驱动子模块及对应的四个恒流控制电路，每个所述恒流控制电路用于根据标准太阳能电池片反馈的光强信号以及主控模块提供的基准信号，控制对应的氙灯驱动子模块输出电流到对应的氙灯管；
14.所述储能模块包括四组超级电容组，所述触发模块包括四个触发单元，每个触发单元从对应的超级电容组取电，用于产生高压脉冲，以点亮对应的氙灯管。
15.在一些实施例中，每个所述脉冲氙灯组件还包括灯罩、反光体、绝缘板及两个灯座；所述灯罩为长方体结构，所述灯罩的顶面开设有出光口，所述绝缘板固定在所述灯罩内部的底面上，两个所述灯座分别固定在所述绝缘板的上方两侧，所述氙灯管的两端分别与两个灯座电连接，且两个灯座与脉冲控制模块电连接，所述反光体固定在所述绝缘板的上方中部，且所述反光体的上方形成有凹槽，所述氙灯管安装在所述反光体的凹槽内。
16.在一些实施例中，每个所述脉冲氙灯组件还包括标片盒，所述标片盒固定安装在所述灯罩内部的一个侧面上，所述标片盒内安装有标准太阳能电池片及温度传感器，所述标准太阳能电池片及温度传感器均与外部的控制设备电连接；所述标片盒的安装侧的表面上开设有多个散热孔，所述灯罩的表面上开设有散热口，散热口的位置与标片盒的散热孔的位置对应；所述标片盒朝向所述灯罩内部的一侧的表面上安装有弱光片。
17.在一些实施例中，每个所述脉冲氙灯组件还包括两个散热风扇，两个散热风扇分别安装在所述灯罩内部的两个侧面上，且所述灯罩用于安装散热风扇的两个侧面上均开设有多个散热孔。
18.在一些实施例中，每个所述脉冲氙灯组件还包括安装在所述灯罩的出光口处的若干个滤光片。
19.在一些实施例中，所述脉冲光源还包括外壳以及安装在外壳上的底板、透光玻璃、光阑，四个所述脉冲氙灯组件均安装在外壳内部；
20.四个所述脉冲氙灯组件的底面均安装在所述底板上，且四个所述脉冲氙灯组件对称分布，每个所述脉冲氙灯组件的长度方向均与底板的一个侧边平行；
21.所述透光玻璃及光阑均安装在与所述底板相对的一侧，且所述光阑安装在所述透光玻璃的外侧，所述光阑用于提升出光的均匀性。
22.本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的脉冲太阳光模拟器，采用四个氙灯管的结构，大大提高了辐照面积；且氙灯管的安装稳定、散热性能好；且对于每个脉冲氙灯组件均通过标准太阳能电池片，采用光反馈的方案，采集其光强信号并反馈到控制设备，相比于采用电流反馈的方案，能更好地获取氙灯的模拟太阳光输出情况；因此，本实用新型能够大大提升太阳光模拟器的辐照度的稳定性、辐照强度、辐照面积等性能，能够测试大幅面的太阳能组件电池。
附图说明
23.图1为本实用新型提供的脉冲太阳光模拟器的外观示意图；
24.图2为图1中的脉冲太阳光模拟器的工作示意图；
25.图3a和图3b为挡光光阑的示意图；
26.图4为脉冲氙灯组件的外观示意图；
27.图5为脉冲氙灯组件的爆炸图；
28.图6为脉冲光源的外观示意图；
29.图7为脉冲光源的爆炸图；
30.图8为脉冲控制模块的模块连接示意图。
具体实施方式
31.为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实施方式，进一步阐述本实用新型是如何实施的。
32.参照图1和图2所示，本实用新型提供了一种脉冲太阳光模拟器，包括电控模块、暗室20及脉冲光源10；暗室20为内部涂有吸光涂层的封闭腔体，用于提供光路通道并吸收有效辐照面之外的光线；脉冲光源10安装在暗室20的一端，用于作为模拟太阳光的光源，暗室20的另一端用于作为待测太阳能电池组件的测试面；脉冲光源10包括四个结构相同且对称分布的脉冲氙灯组件，每个脉冲氙灯组件均包括一个氙灯管2；暗室20内部还设置有若干个挡光光阑21；电控模块包括脉冲控制模块及测试控制模块，脉冲控制模块用于控制并监测脉冲光源10的工作，测试控制模块用于采集待测太阳能电池组件的相关数据，以完成测试。
33.进一步参照图3a和图3b所示，暗室20内部可设置两个挡光光阑21，用于拦截大角度的光线，以使得暗室20内的光路如图2所示，最终在测试面上形成2m*3m的光斑；暗室20内部的吸光涂层为黑色涂层，用于吸收300nm～1800nm光线，杜绝发散光线通过多路反射到辐照面，防止干扰。
34.进一步参照图4和图5所示，每个脉冲氙灯组件包括灯罩1、氙灯管2、反光体3、绝缘板4及两个灯座5；灯罩1为长方体结构，灯罩1的顶面开设有出光口，绝缘板4固定在灯罩1内部的底面上，两个灯座5分别固定在绝缘板4的上方两侧，氙灯管2的两端分别与两个灯座5电连接，且两个灯座5与脉冲控制模块电连接，反光体3固定在绝缘板4的上方中部，且反光体3的上方形成有凹槽，氙灯管2安装在反光体3的凹槽内；绝缘板4可采用高绝缘耐压耐热电木板材料制成，以确保安全运行。
35.氙灯管2可采用图示的长弧氙灯，在一个具体实施例中，氙灯管2的输出光脉冲正常为10ms，最大可以达到20ms；在10ms的脉冲时间内平均的输出光功率为150000w。该氙灯管2可以以15s的时间间隔进行发光，正常使用寿命大概可以达到60000次。此氙灯管2的瞬间注入电流达到：500-600a，电压：500v-800v。
36.优选地，每个脉冲氙灯组件还包括标片盒6，标片盒6固定安装在灯罩1内部的一个侧面上，标片盒6内安装有标准太阳能电池片16及温度传感器，标准太阳能电池片16及温度传感器均与外部的控制设备电连接；标片盒6的安装侧的表面上开设有多个散热孔，灯罩1的表面上开设有散热口，散热口的位置与标片盒6的散热孔的位置对应；标片盒6朝向灯罩1内部的一侧的表面上安装有弱光片7。
37.标片盒6中的标准太阳能电池片16，作为氙灯管2恒光的重要反馈传感器，其目的是为了减少不同的氙灯管2之间的干扰，保证氙灯管2辐照度稳定性。但是，由于标准太阳能电池片16靠近氙灯管2，其接受到的辐照度为数千瓦每平方米，如果直接暴露在外，标准太阳能电池片16的寿命会大大缩减；因此，本实用新型在标准太阳能电池片16前设置了弱光片7，以进行减光处理，弱光片7可选用采用金属蒸镀工艺的中性全波段衰减滤光片，且通过率控制在10％左右；标片盒6中还另外设置了温度传感器，以实现温度反馈，并通过散热孔
进行散热。
38.优选地，每个脉冲氙灯组件还包括两个散热风扇8，两个散热风扇8分别安装在灯罩1内部的两个侧面上，且灯罩1用于安装散热风扇8的两个侧面上均开设有多个散热孔。通过设置两个散热风扇8以进行风冷散热，避免氙灯2过热。
39.优选地，每个脉冲氙灯组件还包括安装在灯罩1的出光口处的若干个滤光片9。滤光片9可为图示的三个，且三个滤光片9整体通过一个安装结构，安装在灯罩1的出光口处。且滤光片9可通过螺丝结构进行拆换。
40.进一步参照图6和图7所示，脉冲光源10还包括外壳11以及安装在外壳11上的底板12、透光玻璃13、光阑14，四个脉冲氙灯组件均安装在外壳11内部；四个脉冲氙灯组件的底面均安装在底板12上，且四个脉冲氙灯组件对称分布，每个脉冲氙灯组件的长度方向均与底板12的一个侧边平行；透光玻璃13及光阑14均安装在与底板12相对的一侧，且光阑14安装在透光玻璃13的外侧，光阑14用于提升出光的均匀性；透光玻璃13的数量可为图示的三个，并安装在外壳11端部的框架结构中。
41.本实用新型提供的太阳光模拟器，其脉冲光源10采用四氙灯设计，可将辐照面积提高到2*3米，能够满足航空航天级太阳电池组件的测试需求；辐照度为1367w/m2，电压最大到200v，电流最大到20a。每个脉冲氙灯组件均能够能单独控制及调节，且每个脉冲氙灯组件的控制回路是相同的，降低了设备的复杂度，保证设备工作的可靠性，不同的脉冲氙灯组件之间的工作协调由脉冲控制模块完成。
42.可以理解的是，图1中示出了一个中控机和两个电容柜；脉冲控制模块及测试控制模块可公用一个主控平台，主控平台可由中控机和采集卡组成，是整机的核心控制部分，主要完成指令发送、数据处理、测试显示、数据记录、接口控制等任务，以实现整个设备的控制及数据处理和结果显示功能。脉冲控制模块的主要硬件部分可安装在一个电容柜中，具体用于完成电源升压变换、储能部件储能控制、氙灯高压触发、脉冲输出控制等功能。测试控制模块的主要硬件部分可安装在另一个电容柜中，具体用于完成光强辐照度、温度检测及待测太阳能电池组件的伏安特性测试。
43.进一步参照图8所示，脉冲控制模块包括主控模块100、氙灯驱动模块400、储能模块200及触发模块300。
44.具体地，对于脉冲控制模块，可通过485通信方式设置储能模块电压，氙灯驱动电流，准备和待机状态等；同时提供io控制接口，可通过io控制脉冲闪光时长及闪灯时序。
45.主控模块100分别与氙灯驱动模块400、储能模块200及触发模块300连接，主控模块100用于接收外部接口信号，并向其他各模块发送控制指令，以及采集其他各模块产生的各类信号。主控模块100即为图1中示出的主控平台，作为控制中心，由脉冲控制模块与测试控制模块公用；可设计7寸触摸屏，用于参数设置及状态监测，方便查看该脉冲太阳光模拟器实时运行状态及电流电压等参数。
46.氙灯驱动模块400包括四个氙灯驱动子模块401及对应的四个恒流控制电路402，每个恒流控制电路402用于根据标准太阳能电池片16反馈的光强信号以及主控模块100提供的基准信号，控制对应的氙灯驱动子模块401输出电流到对应的氙灯管2。不同的脉冲氙灯组件的恒定光强控制，是通过光负反馈控制来实现的，即通过采样氙灯管2输出的光强作为反馈信号，控制氙灯管2的工作电流，来实现氙灯管2输出光强的稳定性。通过取样氙灯管
2输出的光强信号，通过负反馈方式直接反馈到源端的恒流控制电路402，屏蔽了整个控制回路中的干扰，从而精准地控制氙灯管2输出光强的稳定性。
47.储能模块200包括四组超级电容组201，触发模块300包括四个触发单元301，每个触发单元301从对应的超级电容组201取电，用于产生高压脉冲，以点亮对应的氙灯管2。
48.储能模块200具体还包括充电回路和放电回路，充电回路中可包括升压电路，考虑到氙灯2的工作和触发电压要求，升压倍率可设定为2.5倍，输出峰值电压为直流777v，以为超级电容组201充电。由于氙灯工作电压高且耗能较大，采用多个超级电容串并联以形成超级电容组201来实现储能，电容充电采用pwm脉宽调制方式来控制充电回路电流，同时在充电回路设置有电流互感器，实时监测充电电流大小，来保证电容充电和工作的可靠性。超级电容组401分为四组，分别为四个氙灯2供电，且能独立控制打开和关断，当单个氙灯故障时，不会影响其他氙灯。放电回路用于当设备关机停止运行时，需要将超级电容组的电释放，以保证安全，其放电的方式有3种：a、控制板控制igbt放电；b、设备总电源断电后nc触点吸合，电容放电；c、电容正负极连接有100k/10w的固定负载，会使电容缓慢放电。通过三种放电方式的配合，就一定能保证设备静止状态时，超级电容组401为不带电状态。
49.触发模块300通过隔离线圈产生25kv左右的高压脉冲，用于为氙灯2气体激活产生电弧放电，从而点亮氙灯。触发模块300从超级电容组401进行取电，其电压在dc700v左右，通过高压触发器产生25kv左右的高压。因此触发线圈的升压倍数需控制在350倍左右即可，不需要其他特殊触发器。
50.另外，对于测试控制模块，可包括微控制器模块、电子负载模块和传感器模块，当接收到主控平台的测试命令后，由微控制器模块控制电子负载模块进行伏安特性曲线扫描，获取待测太阳能电池组件的伏安特性参数，并同步检测辐照度数据及温度数据，向主控平台发送测试结果。
51.综上，本实用新型提供的脉冲太阳光模拟器，采用四个氙灯管的结构，大大提高了辐照面积；且氙灯管的安装稳定、散热性能好；且对于每个脉冲氙灯组件均通过标准太阳能电池片，采用光反馈的方案，采集其光强信号并反馈到控制设备，相比于采用电流反馈的方案，能更好地获取氙灯的模拟太阳光输出情况；因此，本实用新型能够大大提升太阳光模拟器的辐照度的稳定性、辐照强度、辐照面积等性能，能够测试大幅面的太阳能组件电池。
52.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。