Det kinesiske videnskabsakademi gør fremskridt inden for LED-solsimuleringsteknologi

Jordens solstråling er stærkt påvirket af miljøfaktorer som atmosfære, tid, geografi og klima. Det er svært at opnå stabilt, repeterbart og kontrollerbart sollys i tide, og det kan ikke opfylde kravene til kvantitative eksperimenter, instrumentkalibrering og ydeevnetest. Derfor bruges solsimulatorer ofte som eksperimentelt eller kalibreringsudstyr til at simulere de fysiske og geometriske egenskaber af solstråling.

Lysemitterende dioder (LED'er) er efterhånden blevet en varm lyskilde for solsimulatorer på grund af deres høje effektivitet, miljøbeskyttelse, sikkerhed og stabilitet. På nuværende tidspunkt realiserer LED-solsimulatoren hovedsageligt simuleringen af ​​3A-karakteristika på et specifikt plan og det skiftende jordsolspektrum. Det er vanskeligt at simulere de geometriske karakteristika af sollys under kravet om en solkonstant (100mW/cm2) belysning.

For nylig designet Xiong Daxis team fra Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology, Chinese Academy of Sciences, en distribueret høj termisk ledningsevne enkeltkrystal COB-pakke baseret på en højeffekt vertikal struktur smalbåndet LED-lyskilde for at opnå et stabilt output med høj optisk effekttæthed.

Figur 1 Grafisk oversigt over solsimulatoren

Samtidig foreslås en metode til at koncentrere lys med fuld blænde af højeffekt LED ved at bruge en super-halvkugleformet kimingslinse, og et sæt buet multi-kilde integreret kollimationssystem er bygget for at fuldføre kollimeringen og homogeniseringen af fuldspektret lyskilde i volumenområdet. . Forskerne brugte polykrystallinske siliciumsolceller til at udføre kontrollerede eksperimenter på udendørs sollys og en solsimulator under lige betingelser, hvilket verificerede solsimulatorens spektrale nøjagtighed og azimutale konsistens.

Solsimulatoren foreslået i denne undersøgelse opnår klasse 3A belysning med 1 solar konstant irradians i et testplan på mindst 5cm x 5cm. I midten af ​​strålen, inden for arbejdsafstanden på 5 cm til 10 cm, er irradiansvolumenets rumlige inhomogenitet mindre end 0,2%, den kollimerede stråledivergensvinkel er ±3°, og irradiansens tidsustabilitet er mindre end 0,3%. Ensartet belysning kan opnås inden for volumenrummet, og dens udgangsstråle opfylder cosinusloven i testområdet.



Figur 2 LED-arrays med forskellige spidsbølgelængder

Derudover udviklede forskerne også vilkårlig solspektrumtilpasnings- og kontrolsoftware, som for første gang realiserede den samtidige simulering af jordens solspektrum og solorienteringen under forskellige forhold. Disse egenskaber gør det til et vigtigt forskningsværktøj inden for solcelleindustrien, fotokemi og fotobiologi.



Fig. 3 Indstrålingsfordelingen af ​​målfladen vinkelret på strålen, når arbejdsafstanden er 100 mm. (a) Normaliseret 3D-modelfordeling af målte strømværdier; (b) Fordelingskort for klasse A (mindre end 2%) irradiansinhomogenitet (gult område); (c) Klasse B (mindre end 5%) irradians inhomogenitet Fordelingskort over ensartethed (gult område); (D) ægte skud af lysplet

Forskningsresultaterne blev offentliggjort i Solar Energy under titlen LED-baseret solsimulator for terrestriske solspektre og orienteringer.