無(wú)電極燈的制作方法
【專利摘要】一種適于在太陽(yáng)模擬器中使用的無(wú)電極放電燈，具有盡可能遵從AM1.5G標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)射光譜。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方案，燈包括石英燈泡，其填充有惰性氣體例如N2、He、Ne、Ar、Kr、Xe或它們的混合物，以及第一和第二活性成分，第一活性成分為銻或鉍的鹵化物或銻鹵化物的混合物；而第二活性成分為SnI2或以下元素鹵化物的混合物：In、Sn、Ag、Bi、Cu。優(yōu)選地，所述鹵化物是溴化物、碘化物或氯化物，這是由于其較好的揮發(fā)性。
【專利說(shuō)明】無(wú)電極燈
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及放電燈，特別是用于模擬太陽(yáng)光的放電燈，以及涉及這種燈在光伏系統(tǒng)的測(cè)試表征中作為源的使用。
【背景技術(shù)】
[0002]高強(qiáng)度放電燈(HID燈)是最廣泛使用的照明方式之一。無(wú)電極燈是一種通過(guò)使用RF或微波能量在密封的透明燈泡內(nèi)獲得放電的放電燈。無(wú)電極燈的燈泡包含化學(xué)惰性的氣體以及一種或多種活性成分，例如汞、硫、碲、或金屬鹵化物。
[0003]與有電極燈相比，無(wú)電極燈具有更長(zhǎng)的壽命并且在其整個(gè)壽命中保持均勻的光譜特性。雖然需要射頻電源，但是它們使用結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單的燈泡，不需要高成本的玻璃-金屬界面。此外，它們可以使用與金屬電極化學(xué)不相容的填充組合物。
[0004]很多HID燈填充有含汞的組合物。這對(duì)于所考慮的光發(fā)射是有利的，但是汞是有毒且對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)，預(yù)計(jì)它的使用將受到限制或者在將來(lái)逐漸淘汰。已知其它用于填充無(wú)電極燈的燈泡組合物的變體。由US5606220可知含有硒或硫的填充物，而US6633111描述了含有SnI2的填充物。W008120171A和US6469444B公開(kāi)了硫與銻鹵化物一起使用的填充物。US5866981公開(kāi)了包含稀土和諸如碘化銻(SbI3)或碘化銦的金屬鹵化物的組分，W010044020.US2010117533描述了包含一氧化物化合物和金屬鹵化物的填充物。這些文獻(xiàn)通常關(guān)注用于一般照明應(yīng)用的燈，并致力于提供具有高發(fā)光效率和顯色性的填充物。
[0005]使用太陽(yáng)模擬器對(duì)光伏系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試和表征，該太陽(yáng)模擬器包括設(shè)計(jì)用于模擬自然太陽(yáng)光照明的特性的光源。為了確保準(zhǔn)確和可重復(fù)的測(cè)試結(jié)果，希望模擬的太陽(yáng)光應(yīng)當(dāng)與地面接收到的太陽(yáng)光的強(qiáng)度和光譜匹配。存在幾個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)旨在規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化太陽(yáng)模擬器的光譜特性，例如IEC60904、ASTMG173和IS09845-1，以及用于光伏元件的測(cè)試協(xié)議，例如IEC601215、IEC61646。這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定例如固定取向的陸上應(yīng)用的光伏系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)在規(guī)定的誤差內(nèi)遵從表I所給的AM1.5G光譜。
[0006]在所屬領(lǐng)域，已知使用氙放電燈或者放電燈與鹵素?zé)舻牟煌M合來(lái)提供與太陽(yáng)光照緊密匹配的發(fā)射光譜。在某些情況下，這種匹配可以通過(guò)使用適合的濾鏡來(lái)提高。US320281UUS20100073011和US7431466描述了這種太陽(yáng)模擬器的實(shí)施例。
[0007]這些太陽(yáng)模擬器提供了具有與太陽(yáng)發(fā)射相匹配的光譜的光，但這是以組合幾個(gè)光源和濾鏡為代價(jià)的。因此，需要一種能夠直接產(chǎn)生與太陽(yáng)光譜緊密匹配的光的燈，其為與現(xiàn)有技術(shù)方案相比更緊湊、經(jīng)濟(jì)和高能效的形式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本發(fā)明，這些目的通過(guò)作為獨(dú)立權(quán)利要求的主題的燈來(lái)實(shí)現(xiàn)，而從屬權(quán)利要求涉及優(yōu)選實(shí)施方案和有用的變化。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0009]借助于以舉例方式提供的實(shí)施例的描述及附圖的展示將能夠更好地理解本發(fā)明，其中:
[0010]圖1概念性地簡(jiǎn)單展示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的放電燈。
[0011]圖2至9顯示了根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例和實(shí)施方案的放電燈的發(fā)射光譜。相對(duì)于以nm計(jì)的波長(zhǎng)繪制縱坐標(biāo)上的相對(duì)光強(qiáng)度。發(fā)射光譜疊加于標(biāo)準(zhǔn)AM1.5G太陽(yáng)光譜(虛線)。
【具體實(shí)施方式】
[0012]等離子體燈本身在本領(lǐng)域是已知的，這里將概略地討論它們的結(jié)構(gòu)和制造。圖1顯示了適于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的放電燈的一種可能結(jié)構(gòu)。該燈包括透明密封的燈泡20，其包封的體積24中填充有適合的填充組分，如下文中所示。燈泡20放置在提供有射頻能量的電磁外殼32中，以便使填充物達(dá)到光及紅外發(fā)射的等離子體狀態(tài)。
[0013]在一種典型的實(shí)現(xiàn)方式中，磁控管40產(chǎn)生適當(dāng)強(qiáng)度的射頻信號(hào)，并通過(guò)波導(dǎo)35和開(kāi)口 36耦合到腔室32中。這種變體是有利的，因?yàn)榫哂屑sIkW功率的、在開(kāi)放的2.45GHz頻段內(nèi)發(fā)射的磁控管是容易以誘人的價(jià)格獲得的，但是本發(fā)明能夠以任何適當(dāng)?shù)膶⒓?lì)功率耦合到燈泡中以便在燈泡中產(chǎn)生光和紅外發(fā)射等離子體的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，本發(fā)明可以在UHF頻段或者以其它頻率，例如LF或HF頻段使用固態(tài)RF源。也可想象到在燈泡中插入電極，并通過(guò)放電向填充物傳送能量。
[0014]本發(fā)明也不局限于特定的I禹合布置。實(shí)際上，波導(dǎo)35和開(kāi)口 36可以米用任何適當(dāng)?shù)男问?。在一種可能的變化中，波導(dǎo)35可以整個(gè)被禁止，且磁控管或RF源可以直接耦合到外殼32。根據(jù)激勵(lì)輻射的頻率，耦合可能包括磁性元件、鐵氧體(ferrite)芯或類似物。
[0015]電磁外殼32的目的是約束射頻場(chǎng)并將其集中到燈泡20上。然而，在本發(fā)明的實(shí)施方案中，可以省去(suppress)外殼32:例如，如果燈被全部包封在更大的系統(tǒng)中。在其它情況下，外殼可包括光反射和光透射表面，以便投射光束。在典型的例子中，外殼32可以是調(diào)諧到磁控管頻率的電磁腔室，其壁由導(dǎo)電網(wǎng)格或板網(wǎng)制成，以便將RF能量集中到燈泡20上，同時(shí)允許光輸出。
[0016]可選地，使用電馬達(dá)60通過(guò)絕緣桿26驅(qū)動(dòng)燈泡轉(zhuǎn)動(dòng)。這對(duì)于防止在燈泡自身的表面上形成熱點(diǎn)是有用的。
[0017]燈泡自身優(yōu)選由石英、或者任何能夠經(jīng)受高工作溫度，例如600-900°C，并且與填充物化學(xué)相容的適合透明材料制成。根據(jù)所期望的功率，燈泡的尺寸可在0.5cm3到IOOcm3之間變化，通常約10-30cm3。對(duì)于填充壓力，燈泡通常在標(biāo)準(zhǔn)溫度下以IO-1OOhPa的壓力下進(jìn)行填充，工作時(shí)的壓力例如在0.1MPa到2MPa(l到20巴絕對(duì)值)之間。
[0018]本發(fā)明旨在提供一種適合用于太陽(yáng)模擬器的放電燈，其發(fā)射光譜盡可能地遵從AM1.5G標(biāo)準(zhǔn)。相對(duì)于傳統(tǒng)的照明應(yīng)用，本發(fā)明的燈的光譜在紅及紅外光，例如在700到IOOOnm范圍內(nèi)，更接近于太陽(yáng)。這些波長(zhǎng)并不會(huì)對(duì)可察覺(jué)的照度水平和顏色增加太多，但是明顯有利于光伏單元和面板的熱和電行為。本發(fā)明的源也適合于模擬其它光譜標(biāo)準(zhǔn)，例如AMG1.0。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案,燈泡填充有組合物,該組合物包含:惰性氣體,例如N2、He、Ne、Ar、Kr、Xe或它們的混合，以及第一和第二活性成分，第一活性成分為銻或鉍的鹵化物或者銻鹵化物的混合物；而第二成分優(yōu)選為SnI2，但是其它鹵化物或鹵化物的混合物:In、Sn、Ag、B1、Cu也證明是有效的替代物。優(yōu)選地，所述鹵化物是溴化物、碘化物或氯化物，由于其有利的揮發(fā)性。
[0020]試驗(yàn)表明該組合物提供了與標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光譜緊密匹配的發(fā)射，和良好的整體效率。已經(jīng)證明銻填充物在這些方面比鉍填充物優(yōu)越一些。
[0021]也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，光譜匹配可以通過(guò)添加額外的活性成分來(lái)提高，例如金屬銦，或者作為替代，銅或銀。
[0022]燈泡中活性成分的濃度可為0.1到5mg/cm3不等。在0.5到2mg/cm3濃度下獲得最好的結(jié)果。對(duì)于氣體部分，在大氣壓下以約30毫巴(mbar)的填充壓力獲得了良好的放電點(diǎn)火。該測(cè)試使用了等效結(jié)果:純氬氣、Ar/Xe混合物、或者其它惰性氣體。
[0023]【實(shí)施例1】
[0024]根據(jù)第一實(shí)施例，燈泡20是內(nèi)部容積為15.6cm3的石英球形容器，并填充有:
[0025]
【權(quán)利要求】
1.一種用于提供可見(jiàn)光和紅外輻射的放電燈，包括含有填充物的光透射燈泡，該填充物包含: 惰性氣體，其選自N2、He、Ne、Ar、Kr、Xe或它們的混合物， 第一活性成分，其由銻鹵化物、鉍鹵化物或者銻和鉍的鹵化物的混合物構(gòu)成， 第二活性成分，包含下列元素的一種或多種的鹵化物或鹵化物的混合物:1η、Sn、Ag、B1、Cu, 任選的額外活性成分，其累積質(zhì)量不超過(guò)所述主要活性成分和次要活性成分的合計(jì)質(zhì)量。
2.前述權(quán)利要求的燈，其中額外的活性成分包括金屬銦。
3.任一前述權(quán)利要求的燈，其中第一活性成分為鹵化銻或溴化銻。
4.任一前述權(quán)利要求的燈，其中第二活性成分為碘化錫或氯化銦。
5.任一前述權(quán)利要求的燈，還具有用于耦合激勵(lì)功率到燈泡中以便在燈泡中產(chǎn)生光和紅外輻射等離子體的裝置。
6.權(quán)利要求1的燈，其中所述鹵化物為溴化物和/或碘化物。
7.任一前述權(quán)利要求的燈，其中所述主要成分和所述次要成分分別具有0.1到5mg/cm3,優(yōu)選0.5到2mg/cm3的濃度。
【文檔編號(hào)】H01J61/12GK103608895SQ201180070916
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月18日
【發(fā)明者】安德烈亞斯·邁耶 申請(qǐng)人:安德烈亞斯·邁耶