Čínska akadémia vied dosahuje pokrok v technológii simulácie slnečnej energie LED

Pozemné slnečné žiarenie je výrazne ovplyvnené environmentálnymi faktormi, ako je atmosféra, čas, geografia a klíma. Je ťažké získať stabilné, opakovateľné a kontrolovateľné slnečné svetlo v čase a nemôže spĺňať požiadavky kvantitatívnych experimentov, kalibrácie prístroja a testovania výkonu. Preto sa solárne simulátory často používajú ako experimentálne alebo kalibračné zariadenia na simuláciu fyzikálnych a geometrických vlastností slnečného žiarenia.

Svetelné diódy (LED) sa pre svoju vysokú účinnosť, ochranu životného prostredia, bezpečnosť a stabilitu postupne stali zdrojom horúceho svetla pre solárne simulátory. V súčasnosti LED solárny simulátor realizuje najmä simuláciu 3A charakteristík na konkrétnej rovine a meniace sa zemské slnečné spektrum. Je ťažké simulovať geometrické charakteristiky slnečného svetla pri požiadavke slnečného konštantného (100 mW/cm2) osvetlenia.

Nedávno tím Xiong Daxi z Inštitútu biomedicínskeho inžinierstva a technológie v Suzhou Čínskej akadémie vied navrhol distribuovaný monokryštálový COB balík s vysokou tepelnou vodivosťou založený na vysokovýkonnom úzkopásmovom LED svetelnom zdroji s vertikálnou štruktúrou, aby sa dosiahol stabilný výkon s vysokým optická hustota výkonu.

Obrázok 1 Grafické zhrnutie solárneho simulátora

Súčasne sa navrhuje metóda koncentrácie svetla s plnou apertúrou vysokovýkonnej LED diódy pomocou super-hemisférickej chimérovej šošovky a zostavuje sa sústava zakriveného viaczdrojového integrálneho kolimačného systému na dokončenie kolimácie a homogenizácie plnospektrálny zdroj svetla v objemovom priestore. . Výskumníci použili polykryštalické kremíkové solárne články na vykonávanie kontrolovaných experimentov na vonkajšom slnečnom svetle a solárnom simulátore za rovnakých podmienok, pričom overili spektrálnu presnosť a azimutálnu konzistenciu solárneho simulátora.

Solárny simulátor navrhnutý v tejto štúdii dosahuje osvetlenie triedy 3A s 1 konštantným slnečným žiarením v testovacej rovine s rozmermi aspoň 5 cm x 5 cm. V strede lúča, v rámci pracovnej vzdialenosti 5 cm až 10 cm, je priestorová nehomogenita objemu ožiarenia menšia ako 0,2 %, uhol divergencie kolimovaného lúča je ± 3° a časová nestabilita ožiarenia je menšia ako 0,3 %. V objemovom priestore je možné dosiahnuť rovnomerné osvetlenie a jeho výstupný lúč spĺňa kosínusový zákon v testovacej oblasti.



Obrázok 2 LED polia s rôznymi špičkovými vlnovými dĺžkami

Okrem toho výskumníci tiež vyvinuli ľubovoľný softvér na prispôsobenie a riadenie solárneho spektra, ktorý po prvýkrát realizoval simultánnu simuláciu pozemného slnečného spektra a slnečnej orientácie za rôznych podmienok. Tieto vlastnosti z neho robia dôležitý výskumný nástroj v oblasti solárneho fotovoltaického priemyslu, fotochémie a fotobiológie.



Obr. 3 Distribúcia ožiarenia cieľového povrchu kolmo na lúč pri pracovnej vzdialenosti 100 mm. (a) Normalizované rozloženie 3D modelu nameraných hodnôt prúdu; b) Mapa distribúcie triedy A (menej ako 2 %) nehomogenity ožiarenia (žltá oblasť); c) trieda B (menej ako 5 %) nehomogenita ožiarenia Mapa distribúcie rovnomernosti (žltá oblasť); (D) skutočný záber svetelného bodu

Výsledky výskumu boli publikované v Solar Energy pod názvom solárny simulátor na báze LED pre terestriálne slnečné spektrá a orientácie.