Kinesiska vetenskapsakademin gör framsteg inom LED-solsimuleringsteknik

Solstrålning från marken påverkas i hög grad av miljöfaktorer som atmosfär, tid, geografi och klimat. Det är svårt att få stabilt, repeterbart och kontrollerbart solljus i tid, och det kan inte uppfylla kraven för kvantitativa experiment, instrumentkalibrering och prestandatestning. Därför används solsimulatorer ofta som experimentell eller kalibreringsutrustning för att simulera de fysiska och geometriska egenskaperna hos solstrålning.

Lysdioder (LED) har gradvis blivit en het ljuskälla för solsimulatorer på grund av deras höga effektivitet, miljöskydd, säkerhet och stabilitet. För närvarande realiserar LED-solsimulatorn huvudsakligen simuleringen av 3A-egenskaper på ett specifikt plan och det föränderliga markens solspektrum. Det är svårt att simulera de geometriska egenskaperna hos solljus under kravet på en solkonstant (100mW/cm2) belysning.

Nyligen designade Xiong Daxis team från Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology, Chinese Academy of Sciences, ett distribuerat enkristall-COB-paket med hög värmeledningsförmåga baserat på en högeffekts vertikal struktur smalbandig LED-ljuskälla för att uppnå en stabil effekt på hög optisk effekttäthet.

Figur 1 Grafisk sammanfattning av solsimulatorn

Samtidigt föreslås en metod för att koncentrera ljus med full bländare av högeffekts-LED genom att använda en superhemisfärisk chiming-lins, och en uppsättning av krökt multi-source integrerat kollimeringssystem byggs för att slutföra kollimeringen och homogeniseringen av fullspektrumljuskälla i volymområdet. . Forskarna använde polykristallina kiselsolceller för att utföra kontrollerade experiment på utomhus solljus och en solsimulator under lika förhållanden, för att verifiera solsimulatorns spektrala noggrannhet och azimutala konsistens.

Den solsimulator som föreslagits i denna studie uppnår klass 3A-belysning med 1 solkonstant instrålning i ett testplan på minst 5 cm x 5 cm. I mitten av strålen, inom arbetsavståndet 5 cm till 10 cm, är irradiansvolymens rumsliga inhomogenitet mindre än 0,2%, den kollimerade strålens divergensvinkel är ±3° och irradiansens tidsinstabilitet är mindre än 0,3%. Enhetlig belysning kan uppnås inom volymutrymmet, och dess utgående stråle uppfyller cosinuslagen i testområdet.



Figur 2 LED-arrayer med olika toppvåglängder

Dessutom utvecklade forskarna också godtycklig mjukvara för solspektrumanpassning och styrning, som för första gången realiserade den samtidiga simuleringen av markens solspektrum och solorienteringen under olika förhållanden. Dessa egenskaper gör det till ett viktigt forskningsverktyg inom områdena solcellsindustri, fotokemi och fotobiologi.



Fig. 3 Instrålningsfördelningen av målytan vinkelrätt mot strålen när arbetsavståndet är 100 mm. (a) Normaliserad 3D-modellfördelning av uppmätta strömvärden; (b) Fördelningskarta för klass A (mindre än 2 %) irradiansinhomogenitet (gult område); (c) Klass B (mindre än 5%) irradiansinhomogenitet Distributionskarta över enhetlighet (gult område); (D) riktiga skott av ljusfläck

Forskningsresultaten publicerades i Solar Energy under titeln LED-baserad solsimulator för terrestra solspektra och orienteringar.