Academia Chinesa de Ciências avança na tecnologia de simulação solar LED

A radiação solar terrestre é muito afetada por fatores ambientais como atmosfera, tempo, geografia e clima. É difícil obter luz solar estável, repetível e controlável a tempo e não pode atender aos requisitos de experimentos quantitativos, calibração de instrumentos e testes de desempenho. Portanto, simuladores solares são frequentemente utilizados como equipamentos experimentais ou de calibração para simular as propriedades físicas e geométricas da radiação solar.

Os diodos emissores de luz (LEDs) tornaram-se gradualmente uma fonte de luz quente para simuladores solares devido à sua alta eficiência, proteção ambiental, segurança e estabilidade. Atualmente, o simulador solar LED realiza principalmente a simulação das características 3A em um plano específico e a mudança do espectro solar do solo. É difícil simular as características geométricas da luz solar sob a exigência de uma iluminação solar constante (100mW/cm2).

Recentemente, a equipe de Xiong Daxi do Instituto de Engenharia e Tecnologia Biomédica de Suzhou, Academia Chinesa de Ciências, projetou um pacote COB de cristal único de alta condutividade térmica distribuído com base em uma fonte de luz LED de banda estreita de estrutura vertical de alta potência para alcançar uma saída estável de alta densidade de potência óptica.

Figura 1 Resumo gráfico do simulador solar

Ao mesmo tempo, é proposto um método de concentração de luz com abertura total de LED de alta potência usando uma lente de chiming super-hemisférica, e um conjunto de sistema de colimação integral curvado de múltiplas fontes é construído para completar a colimação e homogeneização do fonte de luz de espectro total na faixa de espaço de volume. . Os pesquisadores usaram células solares de silício policristalino para conduzir experimentos controlados com luz solar externa e um simulador solar em igualdade de condições, verificando a precisão espectral e a consistência azimutal do simulador solar.

O simulador solar proposto neste estudo atinge iluminação classe 3A com 1 irradiância solar constante em um plano de teste de pelo menos 5cm x 5cm. No centro do feixe, dentro da distância de trabalho de 5cm a 10cm, a falta de homogeneidade espacial do volume de irradiância é inferior a 0,2%, o ângulo de divergência do feixe colimado é de ±3° e a instabilidade do tempo de irradiância é inferior a 0,3%. A iluminação uniforme pode ser alcançada dentro do espaço do volume e seu feixe de saída satisfaz a lei do cosseno na área de teste.



Figura 2 Matrizes de LED com diferentes comprimentos de onda de pico

Além disso, os pesquisadores também desenvolveram um software arbitrário de ajuste e controle do espectro solar, que pela primeira vez realizou a simulação simultânea do espectro solar terrestre e da orientação solar sob diferentes condições. Essas características o tornam uma importante ferramenta de pesquisa nas áreas da indústria solar fotovoltaica, fotoquímica e fotobiologia.



Fig. 3 A distribuição da irradiância da superfície alvo perpendicular ao feixe quando a distância de trabalho é de 100 mm. (a) Distribuição normalizada do modelo 3D dos valores de corrente medidos; (b) Mapa de distribuição da inomogeneidade de irradiância classe A (menos de 2%) (área amarela); (c) Inomogeneidade de irradiância classe B (menos de 5%) Mapa de distribuição de uniformidade (área amarela); (D) foto real do ponto de luz

Os resultados da pesquisa foram publicados na Solar Energy sob o título de simulador solar baseado em LED para espectros e orientações solares terrestres.