Chińska Akademia Nauk czyni postępy w technologii symulacji oświetlenia słonecznego LED

Na ziemskie promieniowanie słoneczne duży wpływ mają czynniki środowiskowe, takie jak atmosfera, czas, położenie geograficzne i klimat. Uzyskanie w odpowiednim czasie stabilnego, powtarzalnego i kontrolowanego światła słonecznego jest trudne i nie spełnia wymagań eksperymentów ilościowych, kalibracji przyrządów i testowania wydajności. Dlatego symulatory słoneczne są często wykorzystywane jako sprzęt eksperymentalny lub kalibracyjny do symulacji właściwości fizycznych i geometrycznych promieniowania słonecznego.

Diody elektroluminescencyjne (LED) stopniowo stały się źródłem gorącego światła w symulatorach słonecznych ze względu na ich wysoką wydajność, ochronę środowiska, bezpieczeństwo i stabilność. Obecnie symulator energii słonecznej LED realizuje głównie symulację charakterystyki 3A na określonej płaszczyźnie i zmieniającego się widma słonecznego w gruncie. Trudno jest symulować geometryczne właściwości światła słonecznego przy założeniu stałego oświetlenia słonecznego (100 mW/cm2).

Niedawno zespół Xionga Daxi z Instytutu Inżynierii i Technologii Biomedycznej w Suzhou Chińskiej Akademii Nauk zaprojektował rozproszony pakiet monokrystalicznego COB o wysokiej przewodności cieplnej, oparty na wąskopasmowym źródle światła LED o dużej mocy i strukturze pionowej, aby osiągnąć stabilną moc wyjściową o wysokiej gęstość mocy optycznej.

Rysunek 1 Graficzne podsumowanie symulatora słońca

Jednocześnie zaproponowano metodę skupiania światła przy pełnej aperturze diod LED dużej mocy przy użyciu superpółkulistej soczewki brzęczącej oraz zbudowano zestaw zakrzywionych integralnych systemów kolimacyjnych z wieloma źródłami w celu zakończenia kolimacji i homogenizacji światła źródło światła o pełnym spektrum w zakresie przestrzeni objętościowej. . Naukowcy wykorzystali ogniwa słoneczne z krzemu polikrystalicznego do przeprowadzenia kontrolowanych eksperymentów na świetle słonecznym na zewnątrz i na symulatorze słońca w równych warunkach, weryfikując dokładność widmową i spójność azymutalną symulatora słońca.

Symulator słoneczny zaproponowany w tym badaniu osiąga oświetlenie klasy 3A przy 1 stałym natężeniu promieniowania słonecznego w płaszczyźnie testowej o wymiarach co najmniej 5 cm x 5 cm. W środku wiązki, w odległości roboczej od 5 cm do 10 cm, niejednorodność przestrzenna natężenia napromieniowania jest mniejsza niż 0,2%, kąt rozbieżności skolimowanej wiązki wynosi ± 3°, a niestabilność czasowa napromieniowania jest mniejsza niż 0,3%. W obrębie przestrzeni objętościowej można uzyskać równomierne oświetlenie, a jego wiązka wyjściowa spełnia prawo cosinusa w obszarze testowym.



Rysunek 2 Tablice LED o różnych szczytowych długościach fal

Ponadto badacze opracowali także oprogramowanie do dowolnego dopasowywania i kontrolowania widma słonecznego, które po raz pierwszy umożliwiło jednoczesną symulację ziemskiego widma słonecznego i orientacji słońca w różnych warunkach. Te cechy sprawiają, że jest to ważne narzędzie badawcze w dziedzinie fotowoltaiki słonecznej, fotochemii i fotobiologii.



Rys. 3 Rozkład natężenia napromienienia powierzchni docelowej prostopadle do wiązki przy odległości roboczej wynoszącej 100 mm. (a) Znormalizowany rozkład modelu 3D zmierzonych wartości prądu; (b) Mapa rozkładu klasy A (poniżej 2%) niejednorodności natężenia promieniowania (obszar żółty); (c) Niejednorodność natężenia napromieniowania klasy B (mniej niż 5%) Mapa rozkładu jednorodności (obszar żółty); (D) prawdziwe ujęcie plamki świetlnej

Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Solar Energy pod tytułem oparty na diodach LED symulator słoneczny do badania widm i orientacji ziemskiego słońca.