热应用太阳模拟器光源选型：氩弧/金属卤化物/卤钨/氙灯光谱特性对比

太阳能热利用、光伏发电（PV）及聚光太阳能技术（CSP）的快速发展，对相关组件和系统的测试提出了更高要求。然而，户外测试受天气条件（如光照强度、大气透明度）的制约，难以实现可控、可重复的实验环境，因此太阳模拟器作为一种能在室内模拟太阳光的核心设备，其重要性日益凸显。Luminbox 全光谱卤素灯太阳模拟器等新型设备通过技术革新（如扩展光谱范围至300-1200nm、优化红外输出），填补了传统卤钨灯的性能缺口，为中小型实验室和工业测试提供了兼顾精度与成本的解决方案。

太阳模拟器与光源重要性

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太阳能模拟器的组成：光源、电源和光学组件。

光源是太阳模拟器的核心，其性能直接影响模拟太阳光的光谱匹配度、强度、稳定性等关键指标。

作用：在可控环境中测试太阳能热利用、光伏（PV）和聚光光学组件，解决户外测试受天气限制的问题。

标准太阳光谱

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黑体辐射光谱：太阳可近似为5800 K的黑体辐射源，通过普朗克定律描述其光谱辐射。

不同太阳光谱与黑体辐射光谱的比较

太阳光谱：

大气影响与空气质量（AM），如AM0（太空）、AM1.5（标准测试条件）。

AM0：地外光谱，用于太空光伏测试（如ASTM E490 标准）。

AM1.5：地面标准光谱，适用于大多数陆地应用（如ASTM G173-03 标准），定义为太阳光线穿过大气路径长度与垂直路径长度的比值（AM=1/cosz，z为天顶角）。

Air Mass (AM) 定义

太阳光谱分为紫外线（UV）、可见光和红外线（IR）区域。

光谱匹配的重要性：热应用对红外光谱更敏感，而光伏应用对紫外和可见光谱更敏感。

四种光源类型及光谱特性

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四种光源的光谱与标准太阳光谱（AM1.5）对比

氩弧灯：

高压氩气放电灯，光谱匹配较好，但红外区域发射较弱。需要复杂的水冷系统，使用逐渐减少。

涡流水壁氩弧灯结构示意图

金属卤化物灯：

光谱匹配良好（4000–6000 K），成本低，寿命长，但红外区域需优化。近年来成为主流选择。

金属卤化物灯结构示意图

钨卤素灯：

色温较低（2100–3350 K），红外辐射强，成本最低，但光谱匹配较差。适用于对光谱不敏感的应用。

卤钨灯结构示意图

氙弧灯：

光谱最接近太阳光（6000 K），稳定性高，但成本高，需红外过滤和高压操作。多用于高精度测试。

使用趋势：金属卤化物灯和氙弧灯占主导，金属卤化物灯因性价比高更受欢迎。

氙弧灯结构示意图

光源选择标准与流程

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光源选择流程图

标准要求：

光谱质量：与AM1.5 标准偏差≤±15%（ISO 9806）。

准直性：80% 辐射需集中在 60° 角内，入射角修正测试（IAM）需 90% 集中在 20° 内。

通量强度：平均辐照度≥700W/m?，偏差≤±50W/m?。

决策流程：

明确输出通量、目标面积和光谱敏感度。

评估光源光谱、可用性、成本、转换效率（金属卤化物灯平均24.59% 最高）和寿命（金属卤化物1000-6100 小时）。

结合标准要求（如ISO 19467）和安全因素（如氙灯高压爆炸风险）选择。

太阳能模拟器作为可再生能源研究的重要工具，其光源的选择直接影响测试的准确性和可靠性。通过对氩弧灯、金属卤化物灯、钨卤素灯和氙弧灯的全面分析，揭示了不同光源在光谱匹配性、成本、效率及安全性等方面的优劣。

Luminbox全光谱卤素灯太阳模拟器

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Luminbox全光谱卤素灯太阳模拟器专为科研、工业测试等领域打造，致力于精准模拟太阳光环境，其采用先进的全光谱卤素灯技术，能近乎真实地还原太阳光谱。

全光谱范围:300nm-1200nm

设计结构灵巧便于安装

配备电压电流调节功能

符合GJB150.7A-2009、VW/DIN75220、BMWPR306标准

Luminbox全光谱卤素灯太阳模拟器，通过优化卤素灯的光谱输出和稳定性，在保证高精度模拟太阳光谱的同时，显著提升了能效比和使用寿命，为太阳能测试提供了更具竞争力的选择。

原文出处：Light source selection for a solar simulator for thermal applications: A review

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