Die Sonneneinstrahlung am Boden wird stark von Umweltfaktoren wie Atmosphäre, Zeit, Geographie und Klima beeinflusst. Es ist schwierig, stabiles, wiederholbares und kontrollierbares Sonnenlicht rechtzeitig zu erhalten, und es kann die Anforderungen quantitativer Experimente, Instrumentenkalibrierung und Leistungstests nicht erfüllen. Daher werden Sonnensimulatoren häufig als Versuchs- oder Kalibriergeräte verwendet, um die physikalischen und geometrischen Eigenschaften der Sonnenstrahlung zu simulieren.
Leuchtdioden (LEDs) sind aufgrund ihrer hohen Effizienz, ihres Umweltschutzes, ihrer Sicherheit und Stabilität allmählich zu einer heißen Lichtquelle für Sonnensimulatoren geworden. Derzeit realisiert der LED-Sonnensimulator hauptsächlich die Simulation von 3A-Eigenschaften auf einer bestimmten Ebene und des sich ändernden Bodensolarspektrums. Es ist schwierig, die geometrischen Eigenschaften des Sonnenlichts unter der Anforderung einer sonnenkonstanten (100mW/cm2) Beleuchtung zu simulieren.
Vor kurzem hat das Team von Xiong Daxi vom Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften ein verteiltes Einkristall-COB-Gehäuse mit hoher Wärmeleitfähigkeit entwickelt, das auf einer schmalbandigen LED-Lichtquelle mit vertikaler Struktur mit hoher Leistung basiert, um eine stabile Leistung mit hoher optischer Leistungsdichte zu erreichen.
Abbildung 1 Grafische Zusammenfassung des Sonnensimulators
Gleichzeitig wird eine Methode zur Konzentration von Licht mit voller Blende von Hochleistungs-LED unter Verwendung einer super-hemisphärischen Chiming-Linse vorgeschlagen, und ein Satz gekrümmter Multi-Source-Integralkollimationssystem wird gebaut, um die Kollimation und Homogenisierung der Vollspektrum-Lichtquelle im Volumenraumbereich zu vervollständigen. . Die Forscher verwendeten polykristalline Silizium-Solarzellen, um kontrollierte Experimente mit Sonnenlicht im Freien und einem Sonnensimulator unter gleichen Bedingungen durchzuführen und die spektrale Genauigkeit und azimutale Konsistenz des Sonnensimulators zu überprüfen.
Der in dieser Studie vorgeschlagene Sonnensimulator erreicht eine Beleuchtung der Klasse 3A mit einer konstanten Sonneneinstrahlungsstärke von 1 in einer Testebene von mindestens 5 cm x 5 cm. In der Mitte des Strahls, innerhalb des Arbeitsabstands von 5 cm bis 10 cm, beträgt die räumliche Inhomogenität des Bestrahlungsvolumens weniger als 0,2%, der kollimierte Strahldivergenzwinkel beträgt ±3° und die Instabilität der Bestrahlungsstärkezeit beträgt weniger als 0,3%. Innerhalb des Volumenraums kann eine gleichmäßige Ausleuchtung erreicht werden, und sein Ausgangsstrahl erfüllt das Kosinusgesetz im Testbereich.
Abbildung 2 LED-Arrays mit unterschiedlichen Spitzenwellenlängen
Darüber hinaus entwickelten die Forscher auch eine beliebige Solarspektrum-Fitting- und Steuerungssoftware, die erstmals die gleichzeitige Simulation des Bodensolarspektrums und der Sonnenausrichtung unter verschiedenen Bedingungen realisierte. Diese Eigenschaften machen es zu einem wichtigen Forschungswerkzeug in den Bereichen Solar-Photovoltaik-Industrie, Photochemie und Photobiologie.
Abb. 3 Die Bestrahlungsstärkeverteilung der Zielfläche senkrecht zum Strahl bei einem Arbeitsabstand von 100 mm. (a) Normalisierte 3D-Modellverteilung der gemessenen Stromwerte; b) Verbreitungskarte der Klasse A (weniger als 2 %) der Bestrahlungsstärke inhomogenität (gelber Bereich); c) Klasse B (weniger als 5 %) Bestrahlungsstärke Inhomogenität Verteilungskarte der Gleichmäßigkeit (gelber Bereich); (D) echte Aufnahme des Lichtflecks
Die Forschungsergebnisse wurden in Solar Energy unter dem Titel LED-basierter Sonnensimulator für terrestrische Sonnenspektren und Orientierungen veröffentlicht.
