太阳能模拟器滤光片am0所有专业(编辑修改稿)

太阳能模拟器滤光片am0所有专业(编辑修改稿)内容摘要：

不稳定度等 [1]太阳模拟器是模拟空间太阳辐照环境的设备，能够较准确地模拟太阳辐照的准直性、均匀性和光谱特性。 其中大型太阳模拟器特别适用于外形复杂、伸展在外空间的大型天线和月球探测器以及新型号初样阶段的热平衡试验，能够较真实地验证航天器的热模型，为热模型的优化设计提供了依据 [2]；而中小型太阳能模拟器在工程中特别是在光伏工程中对于太阳能电池板的检测中起到了十分重要的作用，是整个光电池测试系统中不可或缺的一环，是对太阳能电池检测与标定的关键。 而太阳模 拟器中的核心部件 — 太阳模拟器滤光片的性能往往决定了太阳模拟器的好坏 [3]。 太阳能模拟器的发展 我国从 1965 年开始设计研制太阳模拟器 ,先后研制了 KM2 太阳模拟器 ,KFT高精度小型太阳模拟器和 KM4太阳模拟器等太阳模拟设备 ,并成功地应用于整星和部件的热真空试验，目前拥有 KM6 太阳模拟器。 日本的 NASDA[19]太阳能模拟器采用水平点燃氙灯方式，光轴系统为离轴系统。 美国从 1959 年开始研制大型太阳模拟器。 德国 1983 年建成大型太阳模拟器。 欧空局 1983 年在荷兰建成的大型太阳模拟器。 该太阳模拟器 代表了当今大型太阳模拟器的先进水平。 此外 ,俄罗斯、印度等国也建成了大型的太阳模拟器用于航天器试验 [47]。 国内研究太阳能模拟器的单位主要有上海光机所、长春光机所、北京卫星环境工程研究所 (主要研究大型太阳模拟器 )和西安交通大学等。 太阳能模拟器滤光片的研究现状 太阳能模拟器滤光片主要应用于小型太阳能模拟器。 滤光片的性能好坏往往决定了太阳模拟器的等级。 国内的模拟器生产处于起步阶段，西安交通大学太阳能研究所和陕西众森电能科技有限公司、西安长信科技有限责任公司都在研制 A西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 2 类太阳能模拟器。 随着我国对 航天技术和太阳能产业的长期规划与投资，太阳能模拟器将有广阔的发展。 作为太阳能模拟器核心部件的滤光片也将得到迅猛发展，市场前景广阔。 在 AM0滤光片方面，国内目前有西安工业大学，长春理工学院和西安交通等进行过一些研究，还并没有大量相应的开发实验。 国外主要有 Seiencetech,ABET Technologies,Newports等公司生产 AM0的太阳模拟器滤光片，在国内也活跃着一些诸如深圳市宇航数码科技有限公司，上海尔元试验设备有限公司等生产太阳模拟器 AM0滤光片的厂商 [812]。 大气质量 AM其照 太阳入射角度的不同分为 AM0、AMlD、 、 AM2D、。 滤光片的种类分别有 81090、 81098109 8190 81094。 81090滤光片可应用于除了 Global滤光片以的所有大气质量的模拟。 本次研制重点针对于研究 AM0， 即 81090滤光片。 本文研究内容及章节安排 本课题主要研究内容：首先通过获取的标准大气质量光谱 (AM0)和氙灯辐照度光谱，得到滤光片 (81090)的透射率曲线；根据获得曲线的具体参数设计膜系并选取膜料，通过基础实验确定 镀制膜系的工艺参数；镀制膜系并测试其光谱透射率曲线，将滤光片应用于太阳能模拟器对其辐照匹配度进行分析并确定滤光片等级。 本文第一章为绪论，主要介绍了太阳能模拟器和太阳能模拟器滤光片发展过程和现状；第二章介绍了大气质量、太阳能模拟器滤光片所涉及的国家规范、相关大气质量光谱的获取和实际氙灯辐照度曲线的测量，进一步获得了所镀滤光片的透射率曲线，为滤光片下一步的镀制确定 了指导标准；第三章主要介绍了膜料的选择和膜系的设计、优化、敏感层 及其允差分析；第四章介绍了滤光片的镀制情况，简要介绍了膜厚监控所采取的方法； 第五章介绍了太阳能模拟器滤光片的测试工作， 81090滤光片的辐照匹配度测试分析；第六章对本文的工作进行了总结。 2 太阳能模拟器滤光片曲线的获取和指标的确定 3 2 太阳模拟器滤光片曲线的获取和指标的确定 大气质量 (Air Mass)简介 大气质量 (AM)指实际观察者与太阳之间路径中的空气质量与假设该观察者位于海平面上 (在标准大气压下 )， 太阳正位于头顶时可能存在的空气质量之比。 太阳光谱总辐射分为 AM0 标准太阳光谱总辐射和 标准太阳光谱总辐射。 AM0 是日地平均距离处地球大气层外的太阳光谱总辐射量。 此时的太阳总辐射量称之 为一个太阳常数 ， 其定义为在此处垂直于太阳辐射光的单位面积上 ， 单位时间内接收的太阳辐射量，其值 177。 AM0 滤光片的太阳模拟器多为大型太阳模拟器。 表示为太阳处于天顶角约为 176。 时在地面上的太阳光谱总辐射量。 地面不同接收条件下太阳辐照度分为法向直接日射辐照度视场角为 176。 的直接日射表测得的数值相同 [13,14]。 图 是氙灯与太阳光谱辐照度 (每单位面积每单位波长的功率 )的曲线。 Air Mass 滤波器： Air Mass 的 作用是修改 光谱，从而模拟在不同环境下的光谱近似分布。 如 图 ， 主要有以下几种 Air Mass 滤波器 ： 图 氙灯光谱分布和太阳光谱分布曲线 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 4 图 太阳入射角对应的大气质量 AM 0： 校正光谱使之接近大气层外的太阳光谱分布。 AM 1 Direct： 校正光谱使之接近于太阳光直接垂直射向地面时的光谱分布。 AM Direct： 校正光谱使之接近于太阳光直接。 AM 2 Direct：校正光谱使之接近于太阳光直接。 AM Global：校正光谱使之接近于太阳 光直接 射时的光谱分布。 太阳能模拟器滤光片国家规范 太阳能模拟器通用规范 [15](GBT )本标准规定了 AM0和 阳光谱辐照度分布的太阳模拟器的通用技术要求及其级别和类型的划分。 此标准适用于太阳光伏能源用太阳能模拟器。 太阳能模拟器的级别由它的各个单项技术指标的最低级别确定，划分为 A、 B、 C三个级别，见 表。 表 太阳能模拟器等级分类 (％ ) 特性 A B C 光谱匹配（每个波长范围实际测试的总辐照度的百分比与标准光谱辐照度腹部 的百分比的比率） ~ ~ ~ 辐照不均匀度 2~+2 5~+5 10~+10 辐照不稳定度 2~+2 5~+5 10~+10 从上表可知，滤光片应用效果要达到 A类模拟器的要求，必需使得光谱匹配度介 ~。 而辐照不稳定度由模拟器灯源等系统决定。 辐照不均匀 性主要决定于拟器的光学系统。 光谱匹配度指 每个波长范围内实际测出 总辐照度的西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 5 百分比与下表列的标准辐照度分布的百分比相比较得出。 因此，只要滤光片修正氙灯光谱使之达到辐照分布表 (表 )中的百分比，则该滤光片达到 A类滤光片的要求。 表 标准光谱辐照度分布 波长范围 /um 波长 ~ ~ ~ ~ ~ ~ 太阳能模拟器滤光片曲线的获取 曲线获取相关仪器 采用荷兰 Avantes AvaSpec系列光谱仪。 入射光由一个标准的SMA905接口进入光学平台，经一 个球面镜准直，然后由一平面光栅分光，经由第二块球面镜聚焦到一维线性探测器阵列上。 光纤光谱仪的应用非常 广泛。 氙灯光谱 太阳辐照度光谱的测试是在西安众森电能科技有限公司 XJCM系列测试仪上测试的。 辐照度曲线由 Avantes微型光纤光谱仪测试。 图 谱辐照度曲线。 图 氙灯光谱幅度分布图 表 是分析得到氙灯光谱辐照度分布。 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 6 表 实测氙灯光谱辐照度分布表 光谱范围 /um 波长 到 之间总 辐照度的百分比 ~ ~ ~ ~ ~ 275 ~ 从图 和表 可以看出，氙灯在 ~ 和 ~ 波段范围内其光谱辐照度分布占的百分比非常非常大，超过总体辐照度分布的一半多。 这即是氙灯的特点，相对于标准光谱辐照度之间的匹配度来讲，氙灯光谱匹配度最大达到 ， 超过已经超过 C 标准。 所以对氙灯光谱的修正是非常重要的。 AM0 标准辐照度曲线 滤光片应用效果要达到 A类模拟器的要求，必需使得光谱匹配度介于 ～。 因为辐照不稳定度由模拟器灯源等系统决定。 辐照不均匀性主要决定于模拟器的光学系统，其次是光片的不均匀性。 光谱匹配度及每个波长范围内实际测出的总辐照度的百分比与表 出。 因此，只要滤光片修正氙灯光谱使之达到辐照度分布表中的百分比，则该滤光片达到 A类滤光片的要求。 81090滤光片透过率曲线也可以由已知氙灯去曲线和标准大气质量 AM0、 AMl辐照度曲线来求得。 这里不做进一步计算， 仅给出由上述方法算 得的滤光片透射率曲线， 如 图。 图 81090型滤光片光谱透过率曲线 从图中可以看出，优化后的膜系在通带内有很平滑的透过率，透射率均值大于 95％ ，符合设计要求。 在截止带内，首先其最低透射小于 10％ ，而且由于滤光片和玻璃基底的共同作用，保留了极小部分的紫外光的作用，达到指定的要求。 太阳能模拟器滤光片的指标要求 0204060801001200 200 400 600 800 1000 1200系列1西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 7 本次研制的滤光片是 AM0型滤光片是 负滤光片。 负滤光片又叫带阻滤光片，它从一光谱范围内除去某一波段，而在反射带的两侧连接两个高透射带。 负滤光片的特性 由极小透射率 T曲 线 、对应于透射率极小值的波长 h、以及反射带区域的半宽度 ω所表征。 其基本光学特性要求如下： 在 300～ 650nm波段内，平均透过率Ta≥90%，在 650～ 1200nm波段范围内是一个带阻滤光片，在 930nm处的透过率约为 15%，半宽度为 350nm。 本章小结 首先介绍了大气质量 (Air Mass)的背景理论和相关太阳能模拟器滤光片国家规范。 利用光纤光谱仪测得了实验用氙灯光谱辐照度曲线。 根据标准大气质量辐照度光谱标准曲线和实测氙灯辐照度光谱曲线，获得 Air Mass滤光片 (AM0)透过率曲线。 最后给出了这种滤光片的指标参数要求。 为下一章的膜系设计打下了基础。 3 膜料选择和膜系设计 8 3 膜料选择和膜系设计 膜料选择。