Kitajska akademija znanosti napreduje v tehnologiji sončne simulacije LED

Na sončno sevanje tal močno vplivajo okoljski dejavniki, kot so atmosfera, čas, geografija in podnebje. Težko je pravočasno pridobiti stabilno, ponovljivo in nadzorovano sončno svetlobo ter ne more izpolniti zahtev kvantitativnih poskusov, kalibracije instrumentov in testiranja delovanja. Zato se sončni simulatorji pogosto uporabljajo kot eksperimentalna ali kalibracijska oprema za simulacijo fizikalnih in geometrijskih lastnosti sončnega sevanja.

Svetleče diode (LED) so postopoma postale vroč vir svetlobe za solarne simulatorje zaradi njihove visoke učinkovitosti, zaščite okolja, varnosti in stabilnosti. Trenutno solarni simulator LED v glavnem realizira simulacijo značilnosti 3A na določeni ravnini in spreminjajočega se zemeljskega sončnega spektra. Težko je simulirati geometrijske značilnosti sončne svetlobe pod zahtevo po konstantni sončni svetlobi (100 mW/cm2).

Pred kratkim je skupina Xiong Daxija z Inštituta za biomedicinsko inženirstvo in tehnologijo Suzhou Kitajske akademije znanosti zasnovala porazdeljen monokristalni paket COB z visoko toplotno prevodnostjo, ki temelji na visoko zmogljivem vertikalnem strukturnem ozkopasovnem viru svetlobe LED, da bi dosegel stabilno izhodno moč visoke gostota optične moči.

Slika 1 Grafični povzetek solarnega simulatorja

Hkrati je predlagana metoda koncentriranja svetlobe s polno zaslonko LED visoke moči z uporabo super-hemisferične zvončaste leče in zgrajen je niz ukrivljenega integralnega kolimacijskega sistema z več viri za dokončanje kolimacije in homogenizacije vir svetlobe s polnim spektrom v obsegu prostora. . Raziskovalci so uporabili polikristalne silicijeve sončne celice za izvajanje nadzorovanih poskusov na zunanji sončni svetlobi in sončnem simulatorju pod enakimi pogoji, s čimer so preverili spektralno natančnost in azimutno skladnost sončnega simulatorja.

Sončni simulator, predlagan v tej študiji, doseže osvetlitev razreda 3A z 1 konstantnim sončnim obsevanjem v preskusni ravnini velikosti najmanj 5 cm x 5 cm. V središču žarka, znotraj delovne razdalje od 5 cm do 10 cm, je prostorska nehomogenost volumna obsevanja manjša od 0,2 %, kolimirani kot divergence žarka je ±3 °, nestabilnost časa obsevanja pa je manjša od 0,3 %. Enakomerno osvetlitev je mogoče doseči znotraj prostornine, njegov izhodni žarek pa ustreza kosinusu v testnem območju.



Slika 2 LED nizi z različnimi vrhovi valovnih dolžin

Poleg tega so raziskovalci razvili tudi poljubno programsko opremo za prilagajanje in nadzor sončnega spektra, ki je prvič realizirala hkratno simulacijo zemeljskega sončnega spektra in sončne orientacije pod različnimi pogoji. Zaradi teh značilnosti je pomembno raziskovalno orodje na področjih solarne fotovoltaične industrije, fotokemije in fotobiologije.



Slika 3 Porazdelitev obsevanja ciljne površine pravokotno na žarek, ko je delovna razdalja 100 mm. (a) normalizirana 3D modelska porazdelitev izmerjenih trenutnih vrednosti; (b) karta porazdelitve nehomogenosti obsevanosti razreda A (manj kot 2 %) (rumeno območje); (c) nehomogenost obsevanosti razreda B (manj kot 5 %). Karta porazdelitve enakomernosti (rumeno območje); (D) pravi posnetek svetlobne točke

Rezultati raziskave so bili objavljeni v reviji Solar Energy pod naslovom LED-based solar simulator for terrestrial solar spectras and orientations.