De Chinese Academie van Wetenschappen boekt vooruitgang in LED-zonnesimulatietechnologie

Zonnestraling op de grond wordt sterk beïnvloed door omgevingsfactoren zoals atmosfeer, tijd, geografie en klimaat. Het is moeilijk om op tijd stabiel, herhaalbaar en regelbaar zonlicht te verkrijgen, en het kan niet voldoen aan de eisen van kwantitatieve experimenten, instrumentkalibratie en prestatietests. Daarom worden zonnesimulators vaak gebruikt als experimentele of kalibratieapparatuur om de fysieke en geometrische eigenschappen van zonnestraling te simuleren.

Lichtgevende diodes (LED's) zijn geleidelijk een hete lichtbron geworden voor zonnesimulators vanwege hun hoge efficiëntie, milieubescherming, veiligheid en stabiliteit. Momenteel realiseert de LED-zonnesimulator voornamelijk de simulatie van 3A-karakteristieken op een specifiek vlak en het veranderende grondzonnespectrum. Het is moeilijk om de geometrische kenmerken van zonlicht te simuleren onder de eis van een constante zonne-verlichting (100 mW/cm2).

Onlangs ontwierp het team van Xiong Daxi van het Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology, Chinese Academie van Wetenschappen, een gedistribueerd COB-pakket met één kristal met hoge thermische geleidbaarheid, gebaseerd op een krachtige verticale structuur smalbandige LED-lichtbron om een ​​stabiele output van hoge optische vermogensdichtheid.

Figuur 1 Grafische samenvatting van de zonnesimulator

Tegelijkertijd wordt een methode voorgesteld voor het concentreren van licht met volledige opening van krachtige LED's door gebruik te maken van een super-hemisferische kloklens, en wordt een reeks gebogen integrale collimatiesystemen met meerdere bronnen gebouwd om de collimatie en homogenisatie van de lichtbronnen te voltooien. lichtbron met volledig spectrum in het volumeruimtebereik. . De onderzoekers gebruikten zonnecellen van polykristallijn silicium om gecontroleerde experimenten uit te voeren met zonlicht buiten en een zonnesimulator onder gelijke omstandigheden, waarbij de spectrale nauwkeurigheid en azimutale consistentie van de zonnesimulator werden geverifieerd.

De in dit onderzoek voorgestelde zonnesimulator bereikt klasse 3A-verlichting met 1 constante zonnestraling in een testvlak van minimaal 5 cm x 5 cm. In het midden van de straal, binnen een werkafstand van 5 cm tot 10 cm, is de ruimtelijke inhomogeniteit van het bestralingsvolume minder dan 0,2%, de gecollimeerde bundeldivergentiehoek is ± 3 ° en de instabiliteit van de bestralingstijd is minder dan 0,3%. Binnen de volumeruimte kan een uniforme verlichting worden bereikt, en de uitgangsbundel voldoet aan de cosinuswet in het testgebied.



Figuur 2 LED-arrays met verschillende piekgolflengten

Daarnaast ontwikkelden de onderzoekers ook willekeurige aanpassings- en besturingssoftware voor het zonnespectrum, die voor het eerst de gelijktijdige simulatie van het grondzonnespectrum en de zonne-oriëntatie onder verschillende omstandigheden realiseerde. Deze kenmerken maken het tot een belangrijk onderzoeksinstrument op het gebied van de fotovoltaïsche industrie, fotochemie en fotobiologie.



Fig. 3 De stralingsverdeling van het doeloppervlak loodrecht op de straal wanneer de werkafstand 100 mm is. (a) Genormaliseerde 3D-modelverdeling van gemeten stroomwaarden; (b) Verspreidingskaart van klasse A (minder dan 2%) inhomogeniteit van de bestraling (geel gebied); (c) Klasse B (minder dan 5%) inhomogeniteit in stralingssterkte Verspreidingskaart van uniformiteit (geel gebied); (D) echte opname van de lichtvlek

De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Solar Energy onder de titel LED-gebaseerde zonnesimulator voor terrestrische zonnespectra en -oriëntaties.