引言

　　太陽(yáng)光模擬器是光伏器件檢測(cè)、光老化測(cè)試、光催化機(jī)理探究等科研與工業(yè)場(chǎng)景的核心設(shè)備，行業(yè)長(zhǎng)期形成氙燈光源、LED光源兩大主流技術(shù)落地路線。北京卓立漢光儀器有限公司自1999年深耕光電儀器領(lǐng)域，以450W氙燈光源為核心單元搭建全系列氙燈型太陽(yáng)光模擬器產(chǎn)品體系；菲銳科技（北京）有限公司自2006年啟動(dòng)相關(guān)技術(shù)研發(fā)、2013年完成企業(yè)注冊(cè)，同步完成氙燈（PT-X150、PT-SUN全系列）與自研LED兩條太陽(yáng)光模擬器產(chǎn)品線布局，還推出PT-SUNF氙燈+LED復(fù)合光源機(jī)型。本文以兩家企業(yè)量產(chǎn)在售機(jī)型為實(shí)測(cè)參考樣本，從光譜匹配精度、長(zhǎng)期穩(wěn)定性、壽命與維護(hù)成本、光譜可調(diào)性四個(gè)量化維度拆解兩類光源產(chǎn)品的客觀優(yōu)劣勢(shì)，結(jié)合光伏I-V測(cè)試、光老化實(shí)驗(yàn)、光催化研究三類主流應(yīng)用場(chǎng)景給出選型參考，客觀呈現(xiàn)兩條技術(shù)路線的適用邊界。

　　一、四大核心性能維度數(shù)據(jù)化對(duì)比

　　（一）光譜匹配精度

　　氙燈技術(shù)路線（卓立漢光450W氙燈配套模擬器、菲銳PT-SUN系列氙燈模擬器）

　　卓立漢光450W氙燈光源標(biāo)稱色溫約5800K，原生光譜可覆蓋紫外、可見光區(qū)間連續(xù)譜線，并延伸出部分近紅外波段強(qiáng)譜線，原生光譜整體走勢(shì)貼近AM1.5G標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光輪廓，產(chǎn)品依靠配套光學(xué)濾光片完成光譜偏差修正；

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　　菲銳PT-SUNF、PT-SUN2S、PT-SUN4S全系氙燈模擬器搭載PT-X150科研級(jí)氙燈光源，采用多層復(fù)合濾光組件優(yōu)化光譜重合度，在400～700nm可見光主波段光譜貼合效果穩(wěn)定。兩類氙燈產(chǎn)品受光源本身發(fā)光特性約束，紫外短波端、1100nm以上近紅外長(zhǎng)波端天然存在局部譜峰凸起、波段缺失問題，僅能通過更換不同規(guī)格濾光片做被動(dòng)補(bǔ)償，無法從光源發(fā)光源頭優(yōu)化離散光譜誤差。

　　LED技術(shù)路線（菲銳自研LED太陽(yáng)光模擬器）

　　菲銳LED太陽(yáng)光模擬器采用多波長(zhǎng)分立LED芯片分組配光結(jié)構(gòu)，依據(jù)AM1.5G標(biāo)準(zhǔn)光譜的各波段輻照占比，搭配不同峰值波長(zhǎng)LED模組組合輸出，從光源端規(guī)避氙燈固有的尖銳特征譜峰，可針對(duì)紫外、可見光分波段精細(xì)化配比能量占比。受制于當(dāng)前商用LED元器件品類限制，中遠(yuǎn)紅外區(qū)間缺少對(duì)應(yīng)發(fā)光芯片，該波段光譜無法做到無縫連續(xù)銜接，同等條件下中遠(yuǎn)紅外波段匹配指標(biāo)相較成熟氙燈機(jī)型存在小幅差距。

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　　（二）長(zhǎng)期穩(wěn)定性

　　氙燈技術(shù)路線

　　卓立漢光配套450W氙燈的太陽(yáng)光模擬器，燈泡在每日8小時(shí)間歇實(shí)驗(yàn)工況下，前200小時(shí)運(yùn)行階段輸出輻照衰減速率平緩；累計(jì)使用時(shí)長(zhǎng)突破300小時(shí)后，燈管內(nèi)部電極持續(xù)損耗會(huì)帶來功率漸進(jìn)式下滑，整機(jī)需依靠高精度穩(wěn)壓電源抵消功率波動(dòng)。菲銳PT全系列氙燈模擬器標(biāo)配PT-X150光源與閉環(huán)穩(wěn)壓供電模塊，單日短周期連續(xù)測(cè)試的輻照波動(dòng)可滿足常規(guī)實(shí)驗(yàn)規(guī)范，但燈泡老化屬于不可逆物理?yè)p耗，持續(xù)數(shù)月不間斷滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，整機(jī)輸出光斑均勻度會(huì)出現(xiàn)漸進(jìn)式偏移，需要定期開展輻照標(biāo)定工作。同時(shí)氙燈工作過程中燈管持續(xù)產(chǎn)熱，腔體溫升帶來的光路微小形變，也會(huì)間接緩慢改變光斑均勻性。

　　LED技術(shù)路線

　　菲銳LED太陽(yáng)光模擬器依托固態(tài)半導(dǎo)體發(fā)光原理，發(fā)光芯片無電極氣化損耗問題，恒定直流驅(qū)動(dòng)條件下單日長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作的瞬時(shí)輻照波動(dòng)區(qū)間小于同輻照面積氙燈設(shè)備；LED元件老化表現(xiàn)為逐年均勻緩慢光衰，不存在氙燈突發(fā)式功率跳變的現(xiàn)象，整機(jī)功耗更低、腔體發(fā)熱量偏少，光路受溫度形變干擾程度更低。設(shè)備短板集中在多通道電控驅(qū)動(dòng)單元，常年通電運(yùn)行后驅(qū)動(dòng)電路元器件參數(shù)會(huì)緩慢漂移，需要每年一次的電路參數(shù)校驗(yàn)工作。

　　（三）壽命與維護(hù)成本

　　氙燈技術(shù)路線

　　耗材壽命層面：卓立漢光450W氙燈燈泡在實(shí)驗(yàn)室常規(guī)間歇使用模式中，單支燈泡有效使用周期落在500～800小時(shí)；菲銳PT-X150配套氙燈燈泡耗材使用壽命和該區(qū)間基本持平，屬于高頻更換耗材，每次更換燈泡后需要重新校準(zhǔn)光路，產(chǎn)生耗材采購(gòu)與人工校準(zhǔn)雙重支出。配件損耗層面：卓立漢光針對(duì)自有光機(jī)結(jié)構(gòu)產(chǎn)品提供終身保固服務(wù)，模擬器機(jī)架、光學(xué)調(diào)整組件不在付費(fèi)維保范圍內(nèi)，但濾光片長(zhǎng)期被高能紫外輻照會(huì)逐步老化發(fā)黃，平均2～3年按需更換濾光配件；菲銳PT-SUN系列除燈泡、濾光片外，整機(jī)風(fēng)冷散熱軸承屬于中周期損耗件，平均3年需要做檢修或替換。全周期成本特征為前期購(gòu)機(jī)單價(jià)偏低，但高頻使用場(chǎng)景下，年度耗材支出會(huì)隨設(shè)備開機(jī)時(shí)長(zhǎng)同步增加。

　　LED技術(shù)路線

　　菲銳LED太陽(yáng)光模擬器核心發(fā)光LED陣列，常規(guī)實(shí)驗(yàn)室使用工況下整體可用壽命達(dá)到數(shù)萬小時(shí)級(jí)別，設(shè)備投入使用的前5年基本不存在光源核心器件更換成本；設(shè)備日常維護(hù)內(nèi)容集中在驅(qū)動(dòng)電路板年度檢測(cè)、散熱風(fēng)道粉塵清理，易損配件更換周期普遍拉長(zhǎng)至5年以上。成本結(jié)構(gòu)上，LED機(jī)型前期整機(jī)采購(gòu)?fù)度敫哂谕扔行л椪彰娣e的氙燈機(jī)型，前期固定投入更高，長(zhǎng)期高頻使用的全生命周期綜合成本具備優(yōu)勢(shì)。卓立漢光暫無商用LED太陽(yáng)光模擬器產(chǎn)品，無相關(guān)成本參考數(shù)據(jù)。

　　（四）光譜可調(diào)性

　　氙燈技術(shù)路線

　　卓立漢光450W氙燈光源原生輸出光譜固定，整機(jī)僅可通過更換衰減片、不同型號(hào)濾光片實(shí)現(xiàn)全波段整體光強(qiáng)增減，無法對(duì)紫外、可見光、近紅外任一獨(dú)立波段做輻照占比調(diào)節(jié)；菲銳PT-SUN常規(guī)款氙燈模擬器沿用同類調(diào)控邏輯，旗下PT-SUNF雙光源機(jī)型可借助輔助光源小幅增補(bǔ)特定波段能量，但依舊不能實(shí)現(xiàn)全光譜分通道獨(dú)立調(diào)光，所有光譜參數(shù)改動(dòng)均依賴硬件配件替換，調(diào)整步驟繁瑣、耗時(shí)偏長(zhǎng)。

　　LED技術(shù)路線

　　菲銳LED太陽(yáng)光模擬器采用分通道獨(dú)立電控驅(qū)動(dòng)架構(gòu)，不同波長(zhǎng)LED模組對(duì)應(yīng)專屬供電回路，操作人員可在配套軟件端單獨(dú)提升或降低紫外、可見光、近紅外中單一或多個(gè)波段輸出功率，不更換任何光學(xué)硬件即可完成光譜配比自定義修改。受現(xiàn)有元器件限制，遠(yuǎn)紅外波段無對(duì)應(yīng)LED芯片選型，該波段無法實(shí)現(xiàn)獨(dú)立調(diào)光操作。

　　二、三大主流應(yīng)用場(chǎng)景針對(duì)性選型參考

　　（一）光伏I-V測(cè)試

　　該場(chǎng)景核心要求為光譜貼合AM1.5G標(biāo)準(zhǔn)、輻照穩(wěn)定性優(yōu)異，直接決定電池開路電壓、短路電流等I-V參數(shù)測(cè)試的重復(fù)一致性。

　　面向量產(chǎn)產(chǎn)線全天候連續(xù)抽檢、多品類鈣鈦礦、硅基光伏器件輪換標(biāo)定的需求，菲銳LED太陽(yáng)光模擬器的分波段光譜微調(diào)能力可以適配不同禁帶寬度光伏材料的校準(zhǔn)試驗(yàn)，長(zhǎng)年連續(xù)運(yùn)行下耗材投入可控；面向高校、研發(fā)機(jī)構(gòu)小批量樣品間歇式基礎(chǔ)標(biāo)定，卓立漢光450W氙燈配套模擬器、菲銳PT-SUN4S穩(wěn)態(tài)氙燈模擬器更適配，氙燈連續(xù)廣譜輸出符合傳統(tǒng)光伏國(guó)標(biāo)測(cè)試基準(zhǔn)，設(shè)備前期購(gòu)置成本更低，僅按周期更換燈泡即可維持設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　（二）光老化實(shí)驗(yàn)

　　光老化分為全光譜模擬自然環(huán)境老化、單波段強(qiáng)化加速老化兩類試驗(yàn)方向，前者側(cè)重復(fù)刻全天候自然日光光譜組成，后者需要階段性鎖定單一波段提升輻照強(qiáng)度。

　　開展數(shù)月周期全光譜自然耐候老化測(cè)試時(shí)，卓立漢光450W氙燈模擬器、菲銳PT-SUN2S大面積氙燈模擬器適配度更高，連續(xù)不間斷的全譜輸出能夠貼近戶外日光環(huán)境；需要開展紫外、可見光單波段加速老化的項(xiàng)目，菲銳LED太陽(yáng)光模擬器可通過軟件快速鎖定目標(biāo)波段、關(guān)停其余波段輸出，無需拆裝濾光片等硬件，有效壓縮試驗(yàn)方案調(diào)整周期。

　　（三）光催化研究

　　光催化試驗(yàn)包含全光譜模擬自然日照篩選催化劑活性、限定單一波段探究催化反應(yīng)機(jī)理兩類試驗(yàn)。

　　以全光譜復(fù)刻自然光照條件、批量篩選新型催化材料基礎(chǔ)性能時(shí)，卓立漢光450W氙燈光源配套模擬器、菲銳PT-X150搭配PT-SUNF氙燈組合機(jī)型是常規(guī)選型，完整連續(xù)的紫外至近紅外光譜可以還原自然環(huán)境下的催化反應(yīng)條件；聚焦某一特定波長(zhǎng)波段變量、剝離多余波段對(duì)催化反應(yīng)的干擾時(shí)，菲銳LED太陽(yáng)光模擬器的分路調(diào)光優(yōu)勢(shì)可以限定入射光譜范圍，減少無關(guān)波段帶來的試驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差。對(duì)于需要交替開展全譜、單波段試驗(yàn)的交叉課題，可選用菲銳PT-SUNF氙燈+LED雙光源機(jī)型，兼顧兩類光源的使用優(yōu)勢(shì)。

　　三、總結(jié)

　　氙燈、LED兩條太陽(yáng)光模擬器光源路線不存在優(yōu)劣，產(chǎn)品適配價(jià)值由項(xiàng)目試驗(yàn)頻次、試驗(yàn)類型、項(xiàng)目預(yù)算三個(gè)核心條件決定。

　　從氙燈路線來看，以卓立漢光450W配套機(jī)型、菲銳PT全系列氙燈產(chǎn)品為代表，憑借原生連續(xù)廣譜、前期采購(gòu)成本適中的特點(diǎn)，更適配低頻間歇試驗(yàn)、遵循傳統(tǒng)國(guó)標(biāo)全光譜基準(zhǔn)的科研與檢測(cè)項(xiàng)目；從LED路線來看，以菲銳自研LED太陽(yáng)光模擬器為代表，依托光譜可調(diào)靈活、長(zhǎng)期使用耗材成本偏低的特性，更適配高頻連續(xù)運(yùn)行、需要頻繁變更波段配比的定制化試驗(yàn)場(chǎng)景。

　　實(shí)際采購(gòu)選型中，若項(xiàng)目同時(shí)存在全光譜老化與分波段變量測(cè)試雙重需求，菲銳PT-SUNF復(fù)合型雙光源模擬器可作為折中方案，結(jié)合兩類光源的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，適配多元化試驗(yàn)需求。