專利名稱：光發(fā)生器系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文獻大體上涉及ー種光發(fā)生器和操作并使用該光發(fā)生器的方法。更具體地，本文獻涉及ー種使用固態(tài)發(fā)射器并具有如同太陽模擬器一樣應(yīng)用的光發(fā)生器。
背景技術(shù)：
光發(fā)生器是用于為可能需要特定亮度、光譜或其他光特性的各種應(yīng)用產(chǎn)生各種類型發(fā)光條件的設(shè)備。光發(fā)生器可用在多種應(yīng)用中，包括但不限于，評估和處理光敏產(chǎn)品、以高精度和通用性控制光化學(xué)反應(yīng)以及比色試驗。光發(fā)生器的ー個特定應(yīng)用是作為太陽模擬器，太陽模擬器是用于模擬太陽輻射的設(shè)備。盡管以下大量論述涉及太陽模擬器，但應(yīng)理解，至少ー些所描述的原理和改進將適用于其他光發(fā)生器應(yīng)用。太陽模擬器可用在多種應(yīng)用中，包括但不限于，確定設(shè)備或物體暴露于陽光時的響應(yīng)。太陽模擬器允許以可控和再現(xiàn)性的方式隨意執(zhí)行這種測試。太陽模擬器的普通應(yīng)用是性能測試和光(“PV”)電池和模塊的分類。在該申請中，太陽模擬器的基本要求是提供合理的陽光近似值，使得PV設(shè)備的性能能夠符合要求，并且能夠根據(jù)室內(nèi)生產(chǎn)計量學(xué)估計模塊的室外性能。這種測試在光電設(shè)計和制造領(lǐng)域以及エ廠和現(xiàn)場的質(zhì)量保證方面是有用的。模擬器的優(yōu)點在于，模擬器可提供用于獲得性能測量的條件的再現(xiàn)性設(shè)置。重要的是能夠在現(xiàn)場安裝之前以及現(xiàn)場測試時確定并優(yōu)化電池性能。太陽模擬器的其他應(yīng)用包括性能測試和防曬霜或其他紫外線(UV)保護產(chǎn)品的產(chǎn)品質(zhì)量控制、測定材料的耐氣候性和抗褪色性、油漆飾面的顔色匹配的質(zhì)量保證、以及室外設(shè)計和通常用于化妝容貌較為重要的室外的其他產(chǎn)品的性能測試。在這些應(yīng)用中，在全部光譜范圍內(nèi)與實際陽光的光譜配色可能是不必要的。在加速有效期時，可能需要超過典型太陽輻射的測試強度。太陽模擬器通常包括發(fā)光的來源或多個來源、指引光和相關(guān)驅(qū)動器和控制器的傳送光學(xué)器件。傳送光學(xué)器件的設(shè)計影響諸如PV模塊等目標(biāo)上的光的散度和均勻性。原型源為短弧氙燈。還存在氙燈的替代物，包括汞燈、汞氙燈、石英鹵素?zé)?、金屬鹵化物燈和鎢絲燈。使用燈的傳統(tǒng)太陽模擬器會具有在文獻中廣為證明的許多限制或難點，包括與標(biāo)稱太陽光譜的不良光譜配色、能力、穩(wěn)定性、通用性、費用和尺寸。最近，固態(tài)發(fā)射器已獲得一些有關(guān)太陽模擬器關(guān)注。盡管似乎已取得一些改進，但是利用固態(tài)發(fā)射器的當(dāng)前理論上和已知的太陽模擬器仍繼續(xù)具有有關(guān)不良光譜配色、亮度的一致性、測試應(yīng)用的通用性、控制系統(tǒng)的復(fù)雜性等限制或難點。缺乏通用性會嚴重限制各個太陽模擬器能夠?qū)崿F(xiàn)何種測量(方法、系統(tǒng)和應(yīng)用)，并且還能夠限制與其益處相比的費
為了更好地理解現(xiàn)有太陽模擬器的限制，理解太陽輻射和用于太陽模擬器的當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)是有用的，特別是與用于光(PV)電池或模塊(太陽能電池或模塊)的太陽模擬器有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。太陽近似是具有飛600° K的協(xié)調(diào)色溫(CCT)的熾熱源。獲得的光譜從紫外線跨越到紅外線(IR)。陽光通過由地球大氣呈現(xiàn)的ー些強吸收帶被太陽和地球大氣過濾。獲得的光譜因此高度結(jié)構(gòu)化，并覆蓋紫外線至紅外線。作為I. 5總輻射的氣團或AMI. 5G已知的陽光“標(biāo)準(zhǔn)”光譜功率分布被編撰在標(biāo)準(zhǔn)ASTM G173-03中。這為數(shù)據(jù)集，其代表在USA大陸的平均緯度且在海平面時USA大陸平均大氣條件下的理想陽光(包括直接輻射和間接輻射)。進ー步假設(shè)，中午時在陽光路徑上的總氣團所在的緯度朝向太陽傾斜的平面上的輻照度是正頭頂上的氣團(“AM”)的I. 5倍。這限定了判斷太陽模擬器可対照的標(biāo)稱分光照度。具有可在某些情況下應(yīng)用的其他可能標(biāo)準(zhǔn)，例如AM100—地外輻射ー和AMI. 5D—僅為直接輻射。通常，全光譜太陽模擬器的目標(biāo)是提供這種輻射的合理再現(xiàn)。注意，該標(biāo)準(zhǔn)輻照度(AMI. 5G)包括具有O. 53度對向角的直射陽光和散射陽光，其具有更為寬廣的對向角，該對向角由大氣條件影響，但多半包含在15度范圍內(nèi)。通常稱為“I個太陽”、采取AMl. 5大氣條件的中午時分的太陽輻照度的標(biāo)準(zhǔn)水平被認為是lkW/m2，盡管這有些武斷，這是由于ASTM標(biāo)準(zhǔn)提供了略微更小且可以是近似O. 995的值。根據(jù)慣例，盡管衛(wèi)星觀測到的平均值接近為1362W/m2 (這將改變ASTM模型)，但大氣頂部的平均太陽輻射被認為具有1366W/m2的輻照度?？傊_值因具有更長期周期性變化的地球軌道的偏心而將在一年不同時間有些變化。用于光電太陽模擬器的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)(例如ffiC 60904-9, ASTM E927-05，JISC 8912)將標(biāo)準(zhǔn)光譜分成六個波段，并僅僅考慮每個波段內(nèi)的功率的比例，而不關(guān)心光譜功率在波段內(nèi)如何分布。模擬器于是按照它們的輸出與標(biāo)準(zhǔn)陽光相比如何好而根據(jù)三個標(biāo)準(zhǔn)被劃分光譜配色、輸出區(qū)域上的亮度均勻性和隨著時間的穩(wěn)定性。分類包括A、B和C，A對于光譜配色、空間均勻性和穩(wěn)定性大體上是最好的。光譜型極限A、B和C在下文中進ー步論述。并未詳細說明方向性和波段外輻射。表I :太陽模擬器的分類標(biāo)準(zhǔn)
權(quán)利要求
1.一種光發(fā)生器系統(tǒng)，包括 多個固態(tài)發(fā)射器(SSE)； 用于控制所述SSE的光譜穩(wěn)定性的穩(wěn)定性控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光發(fā)生器系統(tǒng)，其中所述穩(wěn)定性控制系統(tǒng)包括 功率調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)供應(yīng)到所述多個SSE的子集的功率； 連接到所述功率調(diào)節(jié)器以對所述SSE子集提供恒流的恒流電路； 連接到所述恒流電路的電流調(diào)節(jié)設(shè)定點；以及 被構(gòu)造成基干與所述SSE的狀態(tài)相關(guān)的計量設(shè)定所述調(diào)節(jié)設(shè)定點的控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光發(fā)生器系統(tǒng)，其中所述穩(wěn)定性控制系統(tǒng)進一歩包括 結(jié)壓監(jiān)控器，該結(jié)壓監(jiān)控器檢測所述SSE子集的至少ー個結(jié)點的電壓，并對所述控制器提供用于調(diào)節(jié)所述調(diào)節(jié)設(shè)定點的計量數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光發(fā)生器系統(tǒng)，其中所述穩(wěn)定性控制系統(tǒng)進一歩包括 溫度傳感器，該溫度傳感器檢測所述SSE子集的至少ー個結(jié)點的溫度，并對所述控制器提供用于調(diào)節(jié)所述調(diào)節(jié)設(shè)定點的計量數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光發(fā)生器系統(tǒng)，其中所述多個SSE包括密封劑，所述光發(fā)生器系統(tǒng)進ー步包括 被構(gòu)造成冷卻所述密封劑和所述至少一個固態(tài)發(fā)射器中的至少ー個的熱管理系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光發(fā)生器系統(tǒng),其中所述熱管理系統(tǒng)包括氣體冷卻系統(tǒng),該氣體冷卻系統(tǒng)包括 氣體輸送系統(tǒng)；和 被構(gòu)造成接收來自所述氣體輸送系統(tǒng)的氣體并將該氣體引導(dǎo)越過所述密封劑的氣體噴嘴。
7.—種固態(tài)發(fā)射器兀件,包括 至少ー個固態(tài)發(fā)射器； 覆蓋所述至少ー個固態(tài)發(fā)射器的密封劑；以及 被構(gòu)造成冷卻所述密封劑和所述至少一個固態(tài)發(fā)射器中的至少ー個的熱管理系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固態(tài)發(fā)射器元件，其中所述熱管理系統(tǒng)包括被構(gòu)造成冷卻所述密封劑的第一熱管理系統(tǒng)和被構(gòu)造成冷卻所述至少一個固態(tài)發(fā)射器的第二熱管理系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固態(tài)發(fā)射器元件，其中所述熱管理系統(tǒng)包括氣體冷卻系統(tǒng)，該氣體冷卻系統(tǒng)包括 氣體輸送系統(tǒng)；和 被構(gòu)造成接收來自所述氣體輸送系統(tǒng)的氣體并將該氣體引導(dǎo)越過所述密封劑的氣體噴嘴。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固態(tài)發(fā)射器元件，其中所述氣體噴嘴包括翼剖面，以對氣體流動提供附壁效應(yīng)。
11.ー種固態(tài)發(fā)射器模塊，包括 多個固態(tài)發(fā)射器元件； 多個光學(xué)元件；以及 支撐結(jié)構(gòu)，其中所述支撐結(jié)構(gòu)被構(gòu)造為使得每ー個固態(tài)發(fā)射器元件垂直于光發(fā)射的預(yù)期方向定向，并且所述多個光學(xué)元件被構(gòu)造成沿著所述光發(fā)射的預(yù)期方向引導(dǎo)來自每ー個固態(tài)發(fā)射器兀件的光。
12.—種固態(tài)發(fā)射器模塊,包括 多個固態(tài)發(fā)射器元件； 多個光學(xué)器件；以及 支撐結(jié)構(gòu)， 其中所述支撐結(jié)構(gòu)被構(gòu)造為使得每ー個固態(tài)發(fā)射器元件相對于光發(fā)射的預(yù)期方向平坦定向，并且所述多個光學(xué)元件被構(gòu)造成沿著所述光發(fā)射的預(yù)期方向引導(dǎo)來自每ー個固態(tài)發(fā)射器兀件的光。
13.—種固態(tài)發(fā)射器模塊,包括 多個固態(tài)發(fā)射器元件；以及 用于在基本徑向編組中支撐所述多個固態(tài)發(fā)射器元件的支撐結(jié)構(gòu)； 其中所述支撐結(jié)構(gòu)被構(gòu)造為使得每ー個固態(tài)發(fā)射器元件被定位在所述徑向編組的側(cè)部。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的固態(tài)發(fā)射器模塊，其中所述固態(tài)發(fā)射器成群布置在所述徑向編組的所述側(cè)部處。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的固態(tài)發(fā)射器模塊，其中所述支撐結(jié)構(gòu)合并有光學(xué)元件。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的固態(tài)發(fā)射器模塊，其中所述支撐結(jié)構(gòu)合并有用于將冷卻空氣分布到所述光學(xué)器件的空氣通路。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的固態(tài)發(fā)射器模塊，其中所述支撐結(jié)構(gòu)能具有多個小平面，至少3個并且高達至少16個小平面。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的固態(tài)發(fā)射器模塊，其中所述支撐結(jié)構(gòu)合并有能插塞的電連接和氣動連接。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的固態(tài)發(fā)射器模塊，進一歩包括光傳感器，并且其中所述支撐結(jié)構(gòu)被構(gòu)造為使得所述光傳感器被定位在所述徑向裝置的中心點處。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的固態(tài)發(fā)射器模塊，其中所述支撐結(jié)構(gòu)被構(gòu)造為使得每ー個固態(tài)發(fā)射器元件垂直于光發(fā)射的預(yù)期方向定向，并且多個光學(xué)元件被構(gòu)造成沿著所述光發(fā)射的預(yù)期方向引導(dǎo)來自每ー個固態(tài)發(fā)射器元件的光。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的固態(tài)發(fā)射器模塊，其中所述支撐結(jié)構(gòu)被構(gòu)造為使得每ー個固態(tài)發(fā)射器元件相對于光發(fā)射的預(yù)期方向平坦定向，并且多個光學(xué)元件被構(gòu)造成沿著所述光發(fā)射的預(yù)期方向引導(dǎo)來自每ー個固態(tài)發(fā)射器元件的光。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的固態(tài)發(fā)射器模塊，其中所述多個光學(xué)元件能被組合成單塊組件。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的固態(tài)發(fā)射器模塊，其中所述多個光學(xué)元件還能包括用于光學(xué)傳感器的光學(xué)元件。
24.—種光生成系統(tǒng),包括 多個固態(tài)發(fā)射器元件； 用于將所述多個固態(tài)發(fā)射器元件劃分成一個或更多區(qū)域的障壁。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光生成系統(tǒng)，其中所述障壁包括反射壁，該反射壁基本垂直于所述固態(tài)發(fā)射器元件的平面布置，具有預(yù)定長度，并在所述反射障壁的長度上從所述固態(tài)發(fā)射器元件的所述平面具有預(yù)定錐度。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光生成系統(tǒng)，其中所述ー個或更多區(qū)域包括所有所述多個固態(tài)發(fā)射器元件，使得所述障壁為環(huán)繞由固態(tài)發(fā)射器元件形成的模塊的邊緣障壁。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光生成系統(tǒng)，其中所述ー個或更多區(qū)域被獨立地控制。
28.根據(jù)權(quán)利要求19所述的固態(tài)發(fā)射器模塊，其中所述光學(xué)傳感器為強度傳感器、顏色傳感器、參比池或可跟蹤的參比池，該可跟蹤的參比池能進ー步為單個元件、線性或陣列傳感器。
全文摘要
一種光生成系統(tǒng)包括多個固態(tài)發(fā)射器(SSE)和用于控制SSE的光譜穩(wěn)定性的穩(wěn)定性控制系統(tǒng)。在特定情況下，穩(wěn)定性控制系統(tǒng)可包括功率調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)供應(yīng)到多個SSE子集的功率；連接到功率調(diào)節(jié)器以對SSE子集提供恒流的恒流電路；連接到恒流電路的電流調(diào)節(jié)設(shè)定點；以及被構(gòu)造成基于與SSE的狀態(tài)相關(guān)的計量設(shè)定調(diào)節(jié)設(shè)定點的控制器。
文檔編號F21K99/00GK102918930SQ201180023859
公開日2013年2月6日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者格里·R·伍頓 申請人:Ats自動化加工系統(tǒng)公司