技术领域本发明涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种太阳模拟器。
背景技术：
准直式太阳模拟器一般用在太阳能低能流密度测试领域，用来直接模拟室外的太阳光，追求的是与室外太阳光一样的均匀性与平行性。准直式太阳模拟器的光源发出的光线具有一定张角，该张角使得光路中透镜的孔径比增大，即透镜的直径与焦距的比值增大，偏离了孔径比的最佳值，光线的透过特性变差，另外模拟器中的匀光部件和准直部件对入射到表面的光线的平行性有一定的要求，光线的平行性越好，匀光部件和准直部件的光学效率越高，该张角还会影响光线通过匀光部件和准直部件的光学效率，因此，如何提高准直式太阳模拟器的光线透过性和整体效率是一个需要研究的课题。另外，准直式太阳模拟器整个系统要遵循光瞳衔接原理，灯罩口径不能太大，深度不能太深，这样灯罩内表面对光线的拦截率不高，导致整体效率低(一般系统效率小于12％，例如我国最先进的模拟器KM6系统整体效率为10.5％)，显著推高了系统成本、降低了性能。虽然碟式太阳模拟器的聚光比高、整体效率高(一般系统整体效率大于20％，例如明尼苏达大学的模拟器整体效率为29％)，但由于碟式太阳模拟器光源的张角较大，其不适合直接作为光源应用于准直式太阳模拟器，否则将影响准直式模拟器的光线透过性和光学部件效率，因此，如何在提高准直式太阳模拟器的光线透过性和光学部件效率的同时，提高模拟器的整体效率也是一个需要研究的课题。再者，传统准直式太阳模拟器一般采用离轴反射式的准直系统，系统制造、安装、调试复杂并且造价昂贵。并且太阳能室内测试领域还没有一款能够实现同时涵盖高、中、低能流密度测试的多用途太阳模拟器。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种整体效率高、光线透过性和光学部件效率高、结构简单、成本低的多用途太阳模拟器。(二)技术方案本发明提供了一种太阳模拟器，所述太阳模拟器为准直式太阳模拟器，其包括：光源、光线张角修正装置、光强匀化装置和光线准直装置，其中，所述光源发出的光线形成一圆形光斑6，由所述圆形光斑发出的光线具有第一张角θ；所述圆形光斑发出的具有第一张角的光线入射至所述光线张角修正装置，所述光线张角修正装置将所述具有第一张角的光线修正为近似平行光线7，修正后的近似平行光线7由所述光线张角修正装置射出；由所述光线张角修正装置发出的近似平行光线7入射至所述光强匀化装置，所述光强匀化装置对近似平行光线的光强进行匀化，匀化后的近似平行光线7转换为发散光线8并由所述光强匀化装置射出；由所述光强匀化装置发出的发散光线8入射至所述光线准直装置，所述光线准直装置将发散光线8转换为平行光线9，所述平行光线9作为太阳模拟器模拟的太阳光。优选地，所述光线张角修正装置为复合抛物面聚光器3，所述复合抛物面聚光器下端开口，所述具有第一张角的光线由所述下端开口入射至所述复合抛物面聚光器3，经所述复合抛物面聚光器内表面反射后成为所述近似平行光线7，由所述复合抛物面聚光器上端开口射出。优选地，所述光线张角修正装置为光学透镜，所述光学透镜为平凸、双凸球面透镜的组合或者一个双凸非球面镜。优选地，所述光源包括灯源1和灯罩，所述灯罩为N层、每层M个椭球灯罩2组成的灯罩阵列，其中，1≤N≤10，1≤M≤50，所有椭球灯罩的第一焦点位于同一球面上，其第二焦点重合于所述球面的球心，在每个椭球灯罩的第一焦点处放置一灯源1，灯源1发出的光线经过椭球灯罩内表面反射后汇聚在椭球灯罩的第二焦点，形成所述圆形光斑6，所有灯源1发出的光线形成第一张角θ，使得所述圆形光斑发出的光线具有第一张角θ，其中所述第一张角θ小于等于90度。优选地，所述光线准直装置为两片相互垂直设置的线性菲涅尔透镜5，线性菲涅尔透镜的面型为球面或非球面。优选地，所述光线准直装置为一片圆形菲涅尔透镜、实体透镜或曲面反射镜，圆形菲涅尔透镜的面型为球面或非球面。优选地，所述太阳模拟器为准直式和碟式两用的太阳模拟器，所述光线张角修正装置、光强匀化装置和光线准直装置为一整体可拆卸结构，所述整体可拆卸结构从太阳模拟器拆卸后，所述光源形成的圆形光斑6作为点光源，形成一碟式太阳模拟器，当所述整体可拆卸结构安装于太阳模拟器后，所述光源形成的圆形光斑6作为上游光源，形成一准直式太阳模拟器。优选地，所述整体可拆卸结构从太阳模拟器拆卸后，形成一碟式太阳模拟器，所述光源发出的光线具有90度张角。优选地，所述光强匀化装置为光学积分器4，所述光学积分器4包括相互对称配置的场镜组透镜阵列和投影镜组透镜阵列。优选地，所述灯源1为短弧氙灯、短弧汞灯、短弧钠灯或短弧镝灯。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本发明的太阳模拟器具有以下有益效果：(1)由于光线张角修正装置对光线张角进行修正，提高了光线透过率和光线通过匀光部件和准直部件的效率；(2)采用光线张角较大的光源，既可以提高光线拦截率，降低光源的光线损失，提高能源利用率，又不会导致光线的透过率和匀光部件和准直部件效率降低；(3)准直部件采用两片相互垂直设置的线性菲涅尔透镜，成本低廉、安装调节简单快捷；(4)该太阳模拟器可一机两用，可方便在准直式和碟式太阳模拟器之间转换，对于需要使用两种太阳模拟器的场合，方便快捷，降低了使用成本。附图说明图1为本发明实施例的太阳模拟器结构图；图2为本发明实施例的复合抛物面聚光器修正光线张角的示意图；图3为本发明实施例的两片线性菲涅尔透镜的正视图；图4为本发明实施例的两片线性菲涅尔透镜的俯视图。【符号说明】1-灯源；2-椭球灯罩；3-复合抛物面聚光器；4-光学积分器；5-线性菲涅尔透镜；6-圆形光斑；7-近似平行光线；8-发散光线；9-平行光线；θ-第一张角。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。图1为本发明第一实施例的太阳模拟器结构图，本发明第一实施例的一种太阳模拟器，该太阳模拟器为准直式太阳模拟器，其包括：光源、光线张角修正装置、光强匀化装置和光线准直装置，其中，光源发出的光线形成一圆形光斑6，由该圆形光斑发出的光线具有第一张角θ；该圆形光斑发出的具有第一张角的光线入射至光线张角修正装置，光线张角修正装置将该具有第一张角的光线修正为近似平行光线7，修正后近似平行光线7由光线张角修正装置射出；由光线张角修正装置发出的近似平行光线7入射至光强匀化装置，光强匀化装置对近似平行光线的光强进行匀化，匀化后的近似平行光线7转换为发散光线8并由光强匀化装置射出；由光强匀化装置发出的发散光线8入射至光线准直装置，光线准直装置将发散光线8转换为平行光线9，该平行光线9作为太阳模拟器模拟的太阳光。请同时参见图2，图2为本发明实施例的复合抛物面聚光器修正光线张角的示意图，该光线张角修正装置采用复合抛物面聚光器3(CompoundParabolicConcentrator，CPC)，CPC下端开口，该具有第一张角的光线由该下端开口入射至CPC，经CPC内表面反射后成为近似平行光线7，由CPC上端开口射出。CPC的倾角、下端开口尺寸和上端开口尺寸可根据第一张角的大小进行调整，以使得第一张角大小不同的光线经CPC进行张角修正后，均可转换为近似平行光线，优选地，该近似平行光线具有5度左右的张角。在传统的准直式太阳模拟器中，由于光源形成的圆形光斑6发出的光线具有第一张角θ(在图1和图2中，为清楚简要地示出圆形光斑6，将圆形光斑6简化为一个点)，使得太阳模拟器后续光路中透镜的孔径比增大并偏离最佳值，光线的透过性变差，同时还会使得后续光路中匀光部件和准直部件的光学效率降低，从而影响整个模拟器的性能。而本发明实施例的太阳模拟器，由于CPC对光线张角进行了修正，通过CPC的光线转换为近似平行光线，从而后续光路中透镜可以保持较小的孔径比，提高光线的透过率，光线通过后续光路中匀光部件和准直部件的效率也大为提高，提高了太阳模拟器整体效率和性能。其中，该光线张角修正装置还可采用光学透镜，该光学透镜可以为平凸、双凸球面透镜的组合或者一个双凸非球面镜，光学透镜的面型可根据第一张角的大小进行调整，以使得第一张角大小不同的光线经光学透镜进行张角修正后，均可转换为近似平行光线，优选地，该近似平行光线具有5度左右的张角。其中，该光强匀化装置采用光学积分器4，该光学积分器4包括相互对称配置的场镜组透镜阵列和投影镜组透镜阵列，二组透镜阵列的小透镜的相对孔径、焦距、厚度相同，互在对方的焦点处，小透镜的形状可以为圆形、方形或者多边形，优选与所需的平行光线形成的光场形状相同或相似的形状，可以提高光线的利用率。优选地，场镜组透镜阵列和投影镜组透镜阵列的透镜元素的两个面分别为二次曲面与平面，该曲面的面型为球面或者非球面。圆形光斑发出的具有第一张角的光线的光强为类高斯分布，CPC只修正光线张角而不会改变其光强分布，要得到所需的大面积均匀光线必须对CPC发出的近似平行光线的光强进行匀化，在本实施例中利用光学积分器4对光强进行匀化，投射到光学积分器表面的近似平行光线7经场镜组透镜阵列的透镜元素分割，投影镜组透镜阵列的透镜元素成像，将近似平行光线的照度分布不均匀的辐照面进行均匀化，形成一辐照度均匀分布的辐照面。本发明第二实施例的太阳模拟器，为了达到简要说明的目的，上述第一实施例中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。其中，该光源包括灯源1和灯罩，该灯罩为N层、每层M个椭球灯罩2组成的灯罩阵列，其中，1≤N≤10，1≤M≤50，所有椭球灯罩的第一焦点位于同一球面上，第二焦点重合于该球面的球心，在每个椭球灯罩的第一焦点处放置一灯源1，灯源1发出的光线经过椭球灯罩内表面反射后汇聚在椭球灯罩的第二焦点，形成该圆形光斑6，所有灯源1发出的光线形成第一张角θ，使得该圆形光斑发出的光线具有第一张角θ，其中该第一张角θ小于等于90度。优选地，椭球灯罩的口径为250mm～1000mm，离心率为0.80～0.93；灯源1为短弧氙灯、短弧汞灯、短弧钠灯或短弧镝灯。传统的准直式太阳模拟器，由于对辐照平面上光线的均匀性与准直性的要求，光源的光线张角比较小，一般为20～30度，这种光源的灯罩对光线的拦截率不高，光源的光线损失较大，能源利用率很低；如果光源的光线张角过大，会影响辐照平面上光线的平行性与准直性，导致光线的透过率和效率降低。而本实施例的太阳模拟器，由于采用光线张角修正装置对光线张角进行修正，从而可以采用光线张角较大的光源，例如光线张角等于90度光源，这样既可以提高光线拦截率，降低光源的光线损失，提高能源利用率，又不会导致光线的透过率和效率降低，进一步提高了太阳模拟器整体效率和性能。本发明第三实施例的太阳模拟器，为了达到简要说明的目的，上述任一实施例中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。参照图3和图4，其中，该光线准直装置为两片相互垂直设置的线性菲涅尔透镜5。传统的准直式太阳模拟器一般采用反射式离轴准直装置，反射镜面一般为非球面，大型反射式准直镜需要将小块准直镜进行拼接，造价昂贵、安装调节复杂。而本实施例采用两片相互垂直设置的线性菲涅尔透镜5，成本低廉、安装调节简单快捷，其工作原理为：将光线沿着坐标轴XYZ进行分解，其中Z方向为垂直于菲涅尔透镜的方向，光线通过第一片线性菲涅尔透镜时将X或Y方向的值变换到Z方向，另一个方向的值不变，通过两片线性菲涅尔透镜可以分别将XY两个方向上的值变换到Z方向，光线的方向就全部转换到Z方向，则光线经过两片线性菲涅尔透镜后变为了平行光。此外，该光线准直装置还可采用一片圆形菲涅尔透镜、实体透镜或曲面反射镜；线性菲涅尔式透镜和圆形菲涅尔透镜的面型为球面或非球面。本发明第四实施例的太阳模拟器，为了达到简要说明的目的，上述任一实施例中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。其中，该太阳模拟器为准直式和碟式两用的太阳模拟器，该光线张角修正装置、光强匀化装置和光线准直装置为一整体可拆卸结构，当该整体可拆卸结构从太阳模拟器拆卸后，该光源形成的圆形光斑6作为点光源，形成一碟式太阳模拟器，当该整体可拆卸结构安装于太阳模拟器后，该光源形成的圆形光斑6作为上游光源，形成一准直式太阳模拟器。优选地，当作为碟式太阳模拟器时，光源形成光线具有90度张角，以更加真实地模拟户外碟式聚光器的聚光特性。本发明第四实施例的太阳模拟器，既可以将圆形光斑6作为点光源而作为碟式太阳模拟器使用，又可以将圆形光斑6作为上游光源，作为准直式太阳模拟器使用，一机两用，可方便在两种太阳模拟器之间转换，对于需要使用两种太阳模拟器的场合，方便快捷、降低了使用成本。至此，已对本发明的太阳模拟器进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构和形状，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：(1)光线张角修正装置、光强匀化装置和光线准直装置还可采用其他类型的元件，只要能实现相同的功能即可；(2)本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值；(3)实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围；(4)上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。综上所述，本发明的太阳模拟器，由于光线张角修正装置对光线张角进行修正，提高了光线的透过率，光线通过匀光部件和准直部件的效率也大为提高，提高了太阳模拟器整体效率和性能；并且采用光线张角较大的光源，既可以提高光线拦截率，降低光源的光线损失，提高能源利用率，又不会导致光线的透过率和效率降低，进一步提高了太阳模拟器整体效率和性能；准直部件采用两片相互垂直设置的线性菲涅尔透镜，成本低廉、安装调节简单快捷；一机两用，可方便在两种太阳模拟器之间转换，对于需要使用两种太阳模拟器的场合，方便快捷、降低了使用成本。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。