專利名稱：太陽電池陣光照設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光源，特別是一種用于模擬空間光照環(huán)境的太陽電池陣光照設(shè) 備。該設(shè)備主要用于模擬空間光照環(huán)境以檢測衛(wèi)星及其它航天航空器件、設(shè)備裝載 的大面積太陽電池陣各充電陣輸出功率的正確性，以及各子陣之間連接的匹配性和 負(fù)載工作輸出的正確性等，是航天技術(shù)中重要的地面檢測手段之一，也可用于檢驗(yàn) 諸如普通太陽電池陣發(fā)電效率等民用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽輻照條件模擬技術(shù)是研究模擬太陽光輻照特性的一門技術(shù)，其中包括不同 大氣質(zhì)量條件下的太陽光譜特性、太陽總輻照度、太陽光準(zhǔn)直角、輻照不均勻度和 輻照不穩(wěn)定度等。國內(nèi)外已有的太陽電池陣光照設(shè)備，其光源多采用短弧氙燈、碘 鎢燈等光源來模擬不同的太陽輻照條件，但通常存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高或色溫偏低 等問題，而且，對于大面積輻照來說，在某種程度上這些光源的輻射效率、太陽常 數(shù)都會(huì)受到一定的限制，不能滿足測試要求。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決以下幾個(gè)問題1、 用優(yōu)質(zhì)摻雜石英管制備的管狀連續(xù)氙燈作為光源，模擬外太空太陽輻射條件;2、 以多燈排列成燈的列陣，形成大面積、高照度、均勻照明條件；3、 釆用無變壓器、三相直接整流和脈寬調(diào)制方式構(gòu)成的輕便型大功率高穩(wěn)定驅(qū) 動(dòng)電源。4、 最后，提供一種太陽電池陣光照設(shè)備。該設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)高負(fù)載強(qiáng)度、高輻射效率和輻射接近太陽表面色溫度的大面積、高照度、均勻照明，具有高穩(wěn)定性、高 可靠性和高安全性。本實(shí)用新型技術(shù)解決方案如下 一種太陽電池陣光照設(shè)備，其特點(diǎn)是包括.-① 充分考慮、對比了管型尺寸、充氣壓、電極面型等對氙燈輻射效率、照明功 率等的影響，選用了照明效果較好的粗短型燈管制備的連續(xù)氙燈。采用高負(fù)載強(qiáng)度、 高輻射效率和輻射接近太陽表面色溫度的優(yōu)質(zhì)摻雜石英管制備的管狀連續(xù)氙燈作光 源，多根管狀連續(xù)氙燈排列成燈陣；② 采用交流三相平衡的直接整流濾波、大功率半導(dǎo)體器件斬波和脈沖寬度調(diào)制 的電源模塊給所述的管狀連續(xù)氙燈供電。所述的管狀連續(xù)氙燈是采用優(yōu)質(zhì)摻雜石英管制備的，陰極選用儲(chǔ)備型耐高溫材 料做成梭鏢形尖頭，陽極以耐熔材料加工成帶熱隔離溝的形狀。所述的燈陣是由燈車組成的，該燈車的構(gòu)成是在垂直于底盤的立柱上掛設(shè)一燈具框架，在該燈具框架中排列多個(gè)燈具，每一個(gè)燈具內(nèi)安設(shè)一根所述的管狀連續(xù) 氙燈，在所述的底盤上放置所述的電源模塊，該電源模塊與位于該燈車上的每一根 管狀連續(xù)氙燈實(shí)現(xiàn)電連接。所述的燈車的燈具框架自上而下排成兩列各N個(gè)燈具，其中N為大于或等于2的正整數(shù)，稱為第一類燈車。所述的燈車的燈具框架自上而下排成一列共N + 1個(gè)燈具，其中N為大于或等于 2的正整數(shù)，稱為第二類燈車。所述的立柱上設(shè)有多個(gè)鉤座，所述的燈具框架掛在不同的鉤座上，以改變燈具 框架在垂直方向的位置。所述的燈具在燈具框架內(nèi)有調(diào)節(jié)絲桿，以調(diào)節(jié)燈具的俯仰角和水平轉(zhuǎn)動(dòng)角度。所述的燈車底盤配有滾輪和支撐腳。所述的電源模塊是由多個(gè)下列電路構(gòu)成的三相直接橋式整流電路輸出直流的高壓端和低壓端分別接第一濾波電容的高壓 端和低壓端，第一濾波電容的低壓端接絕緣柵雙晶體管的集電極，該絕緣柵雙晶體 管的發(fā)射極經(jīng)第二濾波電容的低壓端接所述的管狀連續(xù)氙燈的一端，第一濾波電容 的高壓端經(jīng)第二濾波電容的高壓端、串聯(lián)觸發(fā)電路后接所述的管狀連續(xù)氙燈的另一 端， 一霍爾元件套在所述的第二濾波電容和所述的串聯(lián)觸發(fā)電路之間的連線上，該霍爾元件的輸出端連接振蕩器脈寬控制電路的輸入端，該振蕩器脈寬控制電路的第 二輸出端接驅(qū)動(dòng)電路的第二輸入端，該振蕩器脈寬控制電路的第一輸出端經(jīng)控制電 路接所述的驅(qū)動(dòng)電路的第一輸入端，該驅(qū)動(dòng)電路的輸出端接所述的絕緣柵雙晶體管 的基極。經(jīng)試用表明，本實(shí)用新型的技術(shù)效果如下1、 以優(yōu)質(zhì)滲雜石英管制備的高功率管狀連續(xù)氙燈取代短弧氙燈、碘鎢燈等光源 作為太陽模擬光源，該光源具有高負(fù)載強(qiáng)度、高輻射效率和輻射接近太陽表面色溫 度。2、 釆用燈列陣和經(jīng)計(jì)算模擬的互補(bǔ)照明，在數(shù)十平方米面積受照面上，照明不均勻度在l(W左右。3、 使用處于正阻區(qū)氙燈及無變壓器三相直接整流后加脈寬調(diào)制再濾波快速調(diào)整的方法，使萬瓦級(jí)氙燈輸出不穩(wěn)定度達(dá)到±1%?？傊緦?shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)高負(fù)載強(qiáng)度、高輻射效率和輻射接近太陽表面色溫 度的大面積、高照度、均勻照明，具有高穩(wěn)定性、高可靠性和高安全性
圖1是本實(shí)用新型連續(xù)氙燈的外形圖圖2是本實(shí)用新型電源工作原理圖 圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例第一類燈車正視圖 圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例第二類燈車正視圖 圖5是圖3、圖4燈車側(cè)視圖圖6是本實(shí)用新型太陽電池陣光照設(shè)備實(shí)施例的燈列陣排布示意圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。但不應(yīng)以此限制本實(shí)用 新型的保護(hù)范圍。先請參見圖1,圖1是本實(shí)用新型連續(xù)氙燈的外形圖，氙燈燈管3采用優(yōu)質(zhì)摻 雜石英玻璃管，陰極l選用儲(chǔ)備型耐高溫材料做成，陽極2以耐熔材料加工成帶熱隔離溝的形狀以改善其髙溫輻射自冷卻性能并降低傳導(dǎo)部分的工作溫度。氙燈外還 可加設(shè)輔助電極(金屬絲)以幫助啟動(dòng)。 氙燈工作時(shí)釆用強(qiáng)迫風(fēng)冷的冷卻方式。通常，長弧氙燈都以交流巿電為電源，優(yōu)點(diǎn)是電源簡單，供電功率高，但其交 流紋波大，發(fā)光不穩(wěn)定，而用直流工作時(shí)往往由于工作電壓低而需要笨重的功率轉(zhuǎn) 換裝置，工作效率較低。本實(shí)用新型根據(jù)三相供電且要求平衡的條件，使用三相直 接整流濾波后以絕緣柵雙晶體管(IGBT)等現(xiàn)代大功率半導(dǎo)體器件對其進(jìn)行斬波并 通過PWM方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。本實(shí)用新型電源工作原理圖如圖2所示，電路的構(gòu)成三相直接橋式整流電路4輸出直流的高壓端和低壓端分別接第一濾波電容5的 高壓端和低壓端，第一濾波電容5的低壓端接絕緣柵雙晶體管6的集電極，該絕緣 柵雙晶體管6的發(fā)射極經(jīng)第二濾波電容7的低壓端接所述的管狀連續(xù)氙燈10的一 端，第一濾波電容5的高壓端經(jīng)第二濾波電容7的高壓端、串聯(lián)觸發(fā)電路9后接所 述的管狀連續(xù)氙燈10的另 一端， 一霍爾元件8套在所述的第二濾波電容7和所述的 串聯(lián)觸發(fā)電路9之間的連線上，該霍爾元件8的輸出端連接振蕩器脈寬控制電路11 的輸入端，該振蕩器脈寬控制電路11的第二輸出端接驅(qū)動(dòng)電路13的第二輸入端， 該振蕩器脈寬控制電路11的第一輸出端經(jīng)控制電路12接驅(qū)動(dòng)電路13的第一輸入 端，該驅(qū)動(dòng)電路13的輸出端接所述的絕緣柵雙晶體管6的基極。霍爾元件8對電流進(jìn)行采樣檢測，采樣所得電流信號(hào)進(jìn)入到振蕩器脈寬控制電 路11。為了組合與分解方便，電源設(shè)計(jì)采用模塊方式，每個(gè)電源模塊20由一定數(shù) 量的上述電路構(gòu)成，以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)數(shù)量的管狀連續(xù)氬燈10。所述電源模塊20具有以下優(yōu)點(diǎn)1) 功率損耗小，約在10%以下；2) 可以進(jìn)行精密調(diào)節(jié)和實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流目的，斬波器工作于20 - 35HZ,調(diào)整迅速， 便于精密控制，特別適合于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的功率輸出；3) 減小了電源的重量和體積，移動(dòng)方便。本實(shí)用新型太陽電池陣光照設(shè)備實(shí)施例的燈陣是由燈車組成的，參見圖3、圖4和圖5，圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例第一類燈車正視圖，圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例第 二類燈車正視圖，圖5是圖3、圖4燈車的側(cè)視圖。該燈車的構(gòu)成是在垂直于底 盤18的立柱17上掛設(shè)一燈具框架14，在該燈具框架14中排列多個(gè)燈具15,每一 個(gè)燈具15內(nèi)安設(shè)一根管狀連續(xù)氙燈10,在所述的底盤18上放置所述的電源模塊20, 該電源模塊20與位于該燈車上的每一根管狀連續(xù)氙燈10實(shí)現(xiàn)電連接。所述的燈車的燈具框架14自上而下排成兩列各N個(gè)燈具15，其中N為大于或 等于2的正整數(shù)，本實(shí)施例的N-3，稱為第一類燈車24。所述的燈車的燈具框架14自上而下排成一列共N+l=4個(gè)燈具15,稱為第二 類燈車23。所述的立柱17上設(shè)有多個(gè)鉤座21,所述的燈具框架14掛在不同的鉤座21上， 以改變燈具框架14在垂直方向的位置。所述的燈具15在燈具框架14內(nèi)有調(diào)節(jié)絲桿16,以調(diào)節(jié)燈具15的俯仰角和水 平轉(zhuǎn)動(dòng)角度。所述的燈車底盤18配有滾輪19和支撐腳22。圖6是本實(shí)用新型太陽電池陣光照設(shè)備的燈列陣排布示意圖，本實(shí)施例中，兩 端各設(shè)一臺(tái)第二類燈車23，中間由5臺(tái)第一類燈車24排列構(gòu)成，共38支管狀連續(xù) 氙燈10組成燈列陣，每支燈配置一套燈具，燈具15用數(shù)控機(jī)床加工模具，然后以 拋光鋁板壓制成曲面。燈具15在燈具框架14內(nèi)可通過絲桿16調(diào)節(jié)其俯仰角，水平可轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度， 燈框整體在垂直方向可通過鉤座21作較大幅度調(diào)整。這樣保證了燈具的多種可調(diào)節(jié) 性以滿足不同的配光需求。燈車底盤18配有滾輪19便于移動(dòng)，還可以通過轉(zhuǎn)動(dòng)手輪 放下支撐腳22以固定燈車。為加強(qiáng)整個(gè)支架的穩(wěn)定性，將電源模塊20壓載在燈車底 盤上，這樣燈車在移動(dòng)中不至傾倒。參見圖3、圖4和圖5。第二類燈車23 (參見圖4 )和第一類燈車24 (參見圖3 )的管狀連續(xù)氙燈10排 列組成一個(gè)平面的燈列陣，參見圖6。每臺(tái)燈車可獨(dú)立使用，也可以組合成燈列陣， 形成大面積照明面。各個(gè)燈陣分別由相應(yīng)的電源模塊20供電、控制。為了協(xié)調(diào)各模塊的工作，使整個(gè)燈列陣的啟動(dòng)、調(diào)節(jié)、開關(guān)更為簡捷，本實(shí)施例設(shè)置了總控制柜 25，它的功能是集中配電和調(diào)節(jié)以及安全防護(hù)等。第二類燈車23主要用來彌補(bǔ)燈列陣兩側(cè)被照面上照度的不夠，減小照明不均勻度。經(jīng)測試，本實(shí)施例設(shè)備的相關(guān)參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)如下a、 輻照面積3.2x8.7m2并可根據(jù)需要增減；b、 工作距離3. 2m,也可按需要改變；c、 輻照強(qiáng)度超過O. 35太陽常數(shù)，并可連續(xù)下調(diào)至0.2太陽常數(shù)以下；d、 照明不均勻度10% -15%;綜上所述，本實(shí)用新型的太陽電池陣光照設(shè)備集成了光源、電源和配光系統(tǒng)等 方面的技術(shù)，本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)高負(fù)載強(qiáng)度、高輻射效率和輻射接近太陽表面色 溫度的大面積、高照度、均勻照明，具有高穩(wěn)定性、高可靠性和高安全性。
權(quán)利要求1、一種用于模擬空間光照環(huán)境的太陽電池陣光照設(shè)備，其特征在于包括①采用高負(fù)載強(qiáng)度、高輻射效率和輻射接近太陽表面色溫度的優(yōu)質(zhì)摻雜石英管制備的管狀連續(xù)氙燈(10)作光源，多根管狀連續(xù)氙燈(10)排列成燈陣；②采用交流三相平衡的直接整流濾波、大功率半導(dǎo)體器件斬波和脈沖寬度調(diào)制的電源模塊(20)為所述的管狀連續(xù)氙燈(10)供電。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的太陽電池陣光照設(shè)備，其特征在于所述的管狀連續(xù)氙 燈(10)是采用優(yōu)質(zhì)摻雜石英管(3)制備的，陰極(1)選用儲(chǔ)備型耐高溫材料做 成梭鏢形尖頭，陽極(2)以耐熔材料加工成帶熱隔離溝的形狀。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的太陽電池陣光照設(shè)備，其特征在于所述的燈陣是由燈 車組成的，該燈車的構(gòu)成是在垂直于底盤(18)的立柱(17)上掛設(shè)一燈具框架(14),在該燈具框架(14)中排列多個(gè)燈具(15),每一個(gè)燈具(15)內(nèi)安設(shè)一根 所述的管狀連續(xù)氙燈(10),在所述的底盤(18)上放置所述的電源模塊(20)，該 電源模塊(20)與位于該燈車上的每一根管狀連續(xù)氙燈(10)實(shí)現(xiàn)電連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽電池陣光照設(shè)備，其特征在于所述的燈車的燈具 框架U4)自上而下排成兩列各N個(gè)燈具(15),其中N為大于或等于2的正整數(shù)， 稱為第一類燈車(24)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽電池陣光照設(shè)備，其特征在于所述的燈車的燈具 框架(14)自上而下排成一列共N + 1個(gè)燈具(15)，其中N為大于或等于2的正整 數(shù)，稱為第二類燈車(23)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽電池陣光照設(shè)備，其特征在于所述的立柱(l7) 上設(shè)有多個(gè)鉤座(21),所述的燈具框架(14)掛在不同的鉤座(21)上，以改變燈 具框架(14)在垂直方向的位置。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽電池陣光照設(shè)備，其特征在于所述的燈具(") 在燈具框架(14 )內(nèi)有調(diào)節(jié)絲桿(16 )，以調(diào)節(jié)燈具(15 )的俯仰角和水平轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
8、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽電池陣光照設(shè)備，其特征在于所述的底盤(18)配有滾輪(19)和支撐腳(22)。
9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽電池陣光照設(shè)備，其特征在于所述的電源模塊(20)是由多個(gè)下列電路構(gòu)成的三相直接橋式整流電路(4)輸出直流的高壓端和低壓端分別接第一濾波電容(5 ) 的高壓端和低壓端，第一濾波電容(5)的低壓端接絕緣柵雙晶體管(6)的集電極， 該絕緣柵雙晶體管(6)的發(fā)射極經(jīng)第二濾波電容(7)的低壓端接所述的管狀連續(xù)氙 燈(10)的一端，第一濾波電容(5)的高壓端經(jīng)第二濾波電容(7)的高壓端、串 聯(lián)觸發(fā)電路(9)后接所述的管狀連續(xù)氙燈(10)的另一端， 一霍爾元件(8)套在 所述的第二濾波電容(7)和所述的串聯(lián)觸發(fā)電路(9)之間的連線上，該霍爾元件(8 )的輸出端連接振蕩器脈寬控制電路(11 )的輸入端，該振蕩器脈寬控制電路(11) 的第二輸出端接驅(qū)動(dòng)電路(13)的第二輸入端，該振蕩器脈寬控制電路(11)的第 一輸出端經(jīng)控制電路(12)接所述的驅(qū)動(dòng)電路(13)的第一輸入端，該驅(qū)動(dòng)電路U3) 的輸出端接所述的絕緣柵雙晶體管(6)的基極。
專利摘要一種用于模擬空間光照環(huán)境的太陽電池陣光照設(shè)備，其特點(diǎn)是包括①采用高負(fù)載強(qiáng)度、高輻射效率和輻射接近太陽表面色溫度的優(yōu)質(zhì)摻雜石英管制備的管狀連續(xù)氙燈作光源，多根管狀連續(xù)氙燈排列成燈陣；②采用交流三相平衡的直接整流濾波、大功率半導(dǎo)體器件斬波和脈沖寬度調(diào)制的電源模塊給所述的管狀連續(xù)氙燈供電。本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)高負(fù)載強(qiáng)度、高輻射效率和輻射接近太陽表面色溫度的大面積、高照度、均勻照明，具有高穩(wěn)定性、高可靠性和高安全性。
文檔編號(hào)H05B41/14GK201122571SQ200720076570
公開日2008年9月24日 申請日期2007年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月9日
發(fā)明者劉建軍, 吳睿驊, 林文正, 蔣寶財(cái), 邵若燕 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所