Čínská akademie věd dosáhla pokroku v technologii simulace slunečního záření LED

Pozemní sluneční záření je výrazně ovlivněno faktory prostředí, jako je atmosféra, čas, geografie a klima. Je obtížné získat stabilní, opakovatelné a kontrolovatelné sluneční světlo v čase a nemůže splnit požadavky kvantitativních experimentů, kalibrace přístrojů a testování výkonu. Proto se solární simulátory často používají jako experimentální nebo kalibrační zařízení pro simulaci fyzikálních a geometrických vlastností slunečního záření.

Světelné diody (LED) se díky své vysoké účinnosti, ochraně životního prostředí, bezpečnosti a stabilitě postupně staly zdrojem horkého světla pro solární simulátory. V současné době LED solární simulátor realizuje především simulaci 3A charakteristik na konkrétní rovině a měnící se pozemní sluneční spektrum. Je obtížné simulovat geometrické charakteristiky slunečního světla při požadavku konstantního slunečního osvětlení (100 mW/cm2).

Nedávno tým Xiong Daxi z Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology, Čínská akademie věd, navrhl distribuovaný vysoce tepelně vodivý monokrystalový COB balíček založený na vysoce výkonném úzkopásmovém LED světelném zdroji s vertikální strukturou pro dosažení stabilního výkonu s vysokým optická hustota výkonu.

Obrázek 1 Grafické shrnutí solárního simulátoru

Současně je navržena metoda koncentrace světla s plnou aperturou vysoce výkonné LED diody pomocí superhemisférické chimingové čočky a je postavena sada zakřiveného vícezdrojového integrálního kolimačního systému pro dokončení kolimace a homogenizace plnospektrální zdroj světla v objemovém prostoru. . Vědci použili polykrystalické křemíkové solární články k provádění řízených experimentů na venkovním slunečním světle a solárním simulátoru za stejných podmínek, přičemž ověřovali spektrální přesnost a azimutální konzistenci solárního simulátoru.

Solární simulátor navržený v této studii dosahuje osvětlení třídy 3A s 1 konstantním slunečním zářením v testovací rovině alespoň 5 cm x 5 cm. Ve středu paprsku, v pracovní vzdálenosti 5 cm až 10 cm, je prostorová nehomogenita objemu ozařování menší než 0,2 %, úhel divergence kolimovaného paprsku je ±3° a nestabilita doby ozáření je menší než 0,3 %. V objemovém prostoru lze dosáhnout rovnoměrného osvětlení a jeho výstupní paprsek splňuje kosinový zákon v testovací oblasti.



Obrázek 2 LED pole s různými špičkovými vlnovými délkami

Kromě toho výzkumníci také vyvinuli libovolný software pro montáž a řízení slunečního spektra, který poprvé realizoval současnou simulaci pozemního slunečního spektra a sluneční orientace za různých podmínek. Tyto vlastnosti z něj činí důležitý výzkumný nástroj v oblasti solárního fotovoltaického průmyslu, fotochemie a fotobiologie.



Obr. 3 Rozložení ozáření cílového povrchu kolmo k paprsku při pracovní vzdálenosti 100 mm. (a) Normalizované rozdělení 3D modelu naměřených hodnot proudu; (b) Mapa rozložení třídy A (méně než 2 %) nehomogenity ozáření (žlutá oblast); c) Třída B (méně než 5 %) nehomogenita ozáření Mapa distribuce uniformity (žlutá oblast); (D) skutečný záběr světelné skvrny

Výsledky výzkumu byly publikovány v Solar Energy pod názvem solární simulátor na bázi LED pro pozemní sluneční spektra a orientace.