Det kinesiske vitenskapsakademiet gjør fremskritt innen LED-solsimuleringsteknologi

Jordsolstråling er sterkt påvirket av miljøfaktorer som atmosfære, tid, geografi og klima. Det er vanskelig å oppnå stabilt, repeterbart og kontrollerbart sollys i tide, og det kan ikke oppfylle kravene til kvantitative eksperimenter, instrumentkalibrering og ytelsestesting. Derfor brukes solsimulatorer ofte som eksperimentelt eller kalibreringsutstyr for å simulere de fysiske og geometriske egenskapene til solstråling.

Lysemitterende dioder (LED) har gradvis blitt en varm lyskilde for solsimulatorer på grunn av deres høye effektivitet, miljøvern, sikkerhet og stabilitet. For tiden realiserer LED-solsimulatoren hovedsakelig simuleringen av 3A-karakteristikker på et spesifikt plan og det skiftende solspekteret på bakken. Det er vanskelig å simulere de geometriske egenskapene til sollys under kravet om en solkonstant (100mW/cm2) belysning.

Nylig designet Xiong Daxis team fra Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology, Chinese Academy of Sciences, en distribuert en-krystall COB-pakke med høy varmeledningsevne basert på en høyeffekt vertikal struktur smalbånds LED-lyskilde for å oppnå en stabil utgang med høy optisk effekttetthet.

Figur 1 Grafisk oppsummering av solsimulatoren

Samtidig foreslås en metode for å konsentrere lys med full blenderåpning av høyeffekts LED ved å bruke en super-halvkuleformet kimingslinse, og et sett med buet multi-kilde integrert kollimeringssystem er bygget for å fullføre kollimeringen og homogeniseringen av fullspektret lyskilde i volumområdet. . Forskerne brukte polykrystallinske silisiumsolceller til å utføre kontrollerte eksperimenter på utendørs sollys og en solsimulator under like forhold, for å verifisere spektralnøyaktigheten og asimutkonsistensen til solsimulatoren.

Solsimulatoren som er foreslått i denne studien oppnår klasse 3A belysning med 1 solar konstant irradians i et testplan på minst 5cm x 5cm. I midten av strålen, innenfor arbeidsavstanden på 5 cm til 10 cm, er irradiansvolumet romlig inhomogenitet mindre enn 0,2%, den kollimerte stråledivergensvinkelen er ±3°, og irradianstidsustabiliteten er mindre enn 0,3%. Ensartet belysning kan oppnås innenfor volumrommet, og dens utgangsstråle tilfredsstiller cosinusloven i testområdet.



Figur 2 LED-arrayer med forskjellige toppbølgelengder

I tillegg utviklet forskerne også vilkårlig solspektrumtilpasnings- og kontrollprogramvare, som for første gang realiserte samtidig simulering av jordsolspekteret og solorienteringen under forskjellige forhold. Disse egenskapene gjør det til et viktig forskningsverktøy innen solcelleindustrien, fotokjemi og fotobiologi.



Fig. 3 Innstrålingsfordelingen til måloverflaten vinkelrett på strålen når arbeidsavstanden er 100 mm. (a) Normalisert 3D-modellfordeling av målte strømverdier; (b) Fordelingskart av klasse A (mindre enn 2 %) irradiansinhomogenitet (gult område); (c) Klasse B (mindre enn 5 %) irradiansinhomogenitet Distribusjonskart for uniformitet (gult område); (D) ekte skudd av lysflekk

Forskningsresultatene ble publisert i Solar Energy under tittelen LED-basert solsimulator for terrestriske solspektre og orienteringer.