太阳能模拟器是一种用灯光源来模拟太阳辐射的装置,是光伏器件室内测试的必需设备之一。由于太阳能模拟器提供的模拟光与标准测试条件要求的太阳辐射存在较大差异,光伏测试结果的准确性会受到影响。本文先是针对模拟器光学性能对光伏测试的影响进行了研究,继而在太阳能模拟器光学设计与优化方面做一些工作。本文主要内容可分为三部分:①太阳能模拟器光学性能对光伏测试的影响,包括第二章和第三章部分内容;②太阳能模拟器的光学设计与优化,包括第三章和第四章;③三种特殊模拟器的初步光学设计,包括第五章;在第一部分中,我们主要分析了太阳能模拟器的辐照均匀性和光谱失配这两大因素对光伏测试的影响:首先,通过设计辐照不均匀性实验以及引入人工神经网络黑匣子和LambertW函数,我们分析了太阳能模拟器的辐照均匀性、太阳电池的光照伏安特性和太阳电池的等效电路参数这三者之间的联系;其次,通过对太阳能模拟器的辐射光谱、太阳电池的光谱响应和太阳电池的短路电流这三者关系的理论推导,我们讨论了太阳能模拟器光谱失配及其校正方法中的一些问题。这些研究结果表明,设计性能优异的太阳能模拟器是消除光学性能对光伏测试影响最直接有效的途径。在第二部分中,我们主要研究了A级辐照均匀性和A级辐射光谱的太阳能模拟器最优化光学设计:首先,我们细致测量了常用于太阳能模拟器的脉冲氙灯的光谱特性;其次,通过使用人工神经网络与光学仿真软件TracePro相结合的方法,我们设计了一个A级辐照均匀性(<±2%)的大面积太阳能模拟器;最后,我们使用光学薄膜设计软件Macleod设计了太阳光谱拟合滤光片,使太阳能模拟器光谱失配度达到了A级(<±25%)。在第三部分中,我们对用于聚光太阳电池测试的高倍聚光太阳能模拟器,用于光伏组件耐候测试的紫外加速太阳能模拟器,以及用于薄膜电池测试的太阳能模拟器进行了初步的光学设计和分析。本文的意义在于提出了一些新的方法用于太阳能模拟器的光学设计,并使设计成果转换成了相关产品,对于提高光伏测试的准确性有着积极的意义。