臨近空間（距地面20?km–100?km）因其獨特的日照與輻照條件，成為平流層飛艇、太陽能飛機等飛行器的重要能源利用區域。然而，由于臨近空間飛行器表面太陽電池布設面積大、姿態變化頻繁，傳統地面光伏模型難以準確反映其真實發電特性。本文將系統介紹通過紫創測控luminbox太陽光模擬器開展地面模擬實驗，獲取薄型晶體硅太陽電池在多種工況下的性能參數，進而對現有模型進行修正，并基于修正模型進行發電量預測的過程與方法。

實驗平臺搭建

luminbox

實驗平臺

1.核心設備：太陽光模擬器

實驗選用的太陽光模擬器是復現臨近空間光照環境的關鍵設備，其輻照強度調節范圍為640~1420 W/m2，可精準覆蓋臨近空間實際太陽輻照度區間（包含大氣層外邊界標準輻照度1367 W/m2），能模擬不同高度、時段的太陽輻照條件，為實驗提供穩定且可控的光照環境。

2.實驗系統組成

實驗平臺由太陽光模擬器、I-V 曲線測試儀、電子負載、數字電表及薄型晶體硅太陽電池組成。太陽電池背面安裝溫度探頭，確保數據采集時電池溫度穩定在25℃（標準測試溫度），避免溫度干擾實驗結果。

實驗方案設計

luminbox

將薄型晶體硅太陽電池分別以0°、30°、45°、60° 傾角放置，在各傾角下，將太陽光模擬器的輻照度從650 W/m2 逐步調整至 1400 W/m2，每間隔50 W/m2 記錄一次短路電流、開路電壓、最大功率點電流及最大功率點電壓等核心參數，形成多維度、全覆蓋的實驗數據集。

現有模型局限性分析

luminbox

太陽輻照模型

基于傳統太陽電池數學模型，計算不同傾角、輻照度下的電池參數仿真值，并與實驗數據對比。結果顯示，兩者變化趨勢基本一致，但固定輻照度下偏差顯著，且傾角越小差異越大，其中0° 傾角時短路電流與開路電壓的仿真值與實驗值偏差最大，說明現有模型未充分考慮傾角對輻照接收效率的影響，需結合實驗數據進行修正。

模型修正與驗證

luminbox

模型仿真與實驗測試最大功率點電流和電壓對比

通過實驗數據與仿真數據的比值擬合，引入角度、輻照度相關修正系數，對短路電流、開路電壓、最大功率點電流及電壓公式進行優化。修正后的模型仿真結果與實驗數據對比顯示，各傾角下短路電流、開路電壓等參數的仿真曲線與實驗曲線高度吻合，60°傾角時最大功率點電壓偏差較修正前顯著減小，證明修正后的模型能精準反映薄型晶體硅光伏電池在臨近空間的實際發電特性。

基于修正模型的發電量預測

luminbox

利用Matlab 搭建仿真平臺，結合太陽輻射模型、飛艇運動模型，分析日期、緯度、飛行高度及姿態等因素對發電量的影響：

日期影響：夏至日發電功率最大，冬至日最小，夏季發電時長顯著長于冬季；

緯度影響：春秋分赤道地區功率最高，夏至日北回歸線附近最優，冬至日南回歸線區域表現最佳，極晝地區全天發電；

高度影響：10~30 km 功率先增后減，30~50 km 略有上升，整體影響較小；

姿態影響：俯仰角增大導致功率下降，偏航角影響微弱，滾轉角變化使功率曲線由單峰轉為雙峰，正午功率降低。

綜上，本研究通過太陽光模擬器獲取的高精度實驗數據，成功對臨近空間薄型晶體硅光伏電池的電氣模型進行了系統修正，修正后的模型能更真實地反映光伏電池在變輻照、變傾角下的輸出特性。基于修正模型的發電預測結果表明，所提方法能有效評估不同飛行工況下的光伏系統性能，為臨近空間飛行器能源系統的設計優化提供理論依據與數據支撐。

Luminbox3A AAA 級太陽光模擬器

luminbox

紫創測控Luminbox 3A AAA 太陽光模擬器采用先進光束準直技術與高均勻光斑設計，輻照輸出穩定，可為實驗室提供高效可靠的光照測試解決方案。

AAA級性能：光譜匹配度符合IEC60904-9標準AAA級，可達實驗室校準精度；

長效穩定：優化光源設計大幅降低維護頻率，減少校準與停機時間，提升實驗效率；

應用場景：可選配光學濾鏡，靈活模擬室內外日光環境，滿足多元測試需求。

紫創測控Luminbox 3A AAA 級太陽光模擬器憑借對光源動態調控、光學系統精密設計的核心優勢，實現光譜匹配、空間均勻性的超嚴苛指標，重新定義高效測試體驗。為航天航空提供從單光源到全場景的定制化解決方案。