什么是太阳光谱？如何在实验室复现太阳光？

最新推荐文章于 2025-12-05 15:38:50 发布

原创最新推荐文章于 2025-12-05 15:38:50 发布 · 638 阅读

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太阳是地球最主要的能量来源，理解太阳光的本质特性，尤其是其光谱分布，对于太阳能技术、材料研究、环境科学等众多领域至关重要。而太阳光模拟器，作为在实验室内精准复现太阳光的关键设备，使试验研究能够不受天气、时间和地点限制地开展。下文，紫创测控luminbox将深入探讨太阳光谱的本质，并解析太阳光模拟器如何复现阳光。

一、什么是太阳光谱？

太阳光谱的波长分布

太阳光谱是指太阳发射的完整电磁辐射分布，涵盖从紫外线到红外线的连续波长范围。当太阳光通过棱镜或光栅时会发生色散，形成按波长有序排列的特征光谱，自然界中的彩虹就是其直观体现。太阳光谱不仅包含可见光波段，其本质是由连续谱和大量夫琅和费吸收线组成。这些谱线如同太阳的独特指纹，通过分析其特征，科学家能够解析太阳大气的化学成分、温度、压力和运动状态等关键参数。

太阳辐射能量主要分布在红外区、可见光区和紫外区。受地球大气中臭氧、水汽等分子的选择性吸收影响，到达地面的太阳辐射波段通常局限于0.295-2.5微米范围，短于0.295微米和长于2.5微米的辐射则难以穿透大气层。

二、标准太阳光谱

AM0、AM 1.5示意图和AM0、AM 1.5G光谱图

太阳辐射在穿越地球大气层时会发生显著变化，因此我们根据阳光穿过大气的路径长度，定义了不同的“大气质量”（Air Mass, AM）。为了建立统一的测试和比较基准，科学界定义了几种标准太阳光谱。

1. 地外太阳光谱AM0

AM0光谱是指在地球大气层之外接收到的太阳光谱，这里的“0”表示阳光没有穿过任何大气层。此光谱的总辐照度值约为1366 W/m²（或约136.1 mW/cm²），这个值也被称为“太阳常数”。AM0光谱是设计和校准航天器、卫星以及国际空间站上太阳能电池板的基准。

2. 标准地面光谱 AM1.5G

在地球表面，最常使用的标准光谱是AM1.5G。

AM1.5：表示阳光穿过大气的路径长度是垂直穿过时的1.5倍（对应太阳与天顶夹角约48.2°），这是一个公认的中纬度地区平均值。

G：代表“全球”，意味着该光谱包括了直射阳光和经过大气散射的漫射天空光。

AM1.5G光谱的总辐照度为1000 W/m²（或100 mW/cm²），它是测试和评估地面光伏组件（如太阳能电池板）性能的国际标准基准。诸如ASTM G-173和IEC 60904-3等权威标准均定义了AM1.5G光谱，确保了全球测试结果的可比性。

三、如何在实验室内复现太阳光？

紫创测控luminbox太阳光模拟器的光谱匹配图

太阳光模拟器是利用人工光源在实验室内复现太阳光的设备，核心围绕太阳光的光谱分布、辐照度、光照均匀性三大关键特性展开。

首先明确目标光谱，按需选择AM0或 AM1.5G。再选用LED、卤素灯或氙灯作为光源；

接着通过定制滤光片模拟大气中水分子、CO₂的吸收效应，搭配光谱仪实时校准，确保光谱匹配度符合标准；

随后设定1000W/㎡标准辐照度，用功率反馈系统稳定输出，同时控温防光源产热干扰；

最后借积分球、透镜组优化光路，让测试区域辐照度差异≤±5%，最终还原等效自然光。

综上，太阳光谱的精准解析与模拟是新能源、材料科学等领域的核心基础。太阳光模拟器通过复现AM0、AM1.5G等标准光谱及关键辐射参数，可突破自然条件对实验的限制，为科学研究与工业测试提供关键平台。该技术不仅推动了光伏材料、光催化及环境模拟等领域的标准化发展，也成为了太阳辐射相关研究坚实的实验支撑，助力相关领域的理论创新与技术突破。

Luminbox 全光谱小面积 LED 太阳光模拟器

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