Chinesische Akademie der Wissenschaften macht Fortschritte in der LED-Solarsimulationstechnologie

Die Sonneneinstrahlung am Boden wird stark von Umweltfaktoren wie Atmosphäre, Zeit, Geographie und Klima beeinflusst. Es ist schwierig, rechtzeitig stabiles, wiederholbares und kontrollierbares Sonnenlicht zu erhalten, und es kann die Anforderungen quantitativer Experimente, Instrumentenkalibrierung und Leistungstests nicht erfüllen. Daher werden Sonnensimulatoren häufig als Versuchs- oder Kalibrierungsgeräte verwendet, um die physikalischen und geometrischen Eigenschaften der Sonnenstrahlung zu simulieren.

Leuchtdioden (LEDs) haben sich aufgrund ihrer hohen Effizienz, Umweltschutz, Sicherheit und Stabilität nach und nach zu einer beliebten Lichtquelle für Sonnensimulatoren entwickelt. Derzeit realisiert der LED-Sonnensimulator hauptsächlich die Simulation von 3A-Eigenschaften auf einer bestimmten Ebene und dem sich ändernden Bodensonnenspektrum. Es ist schwierig, die geometrischen Eigenschaften des Sonnenlichts unter der Voraussetzung einer konstanten Sonnenbeleuchtung (100 mW/cm2) zu simulieren.

Kürzlich hat das Team von Xiong Daxi vom Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften ein verteiltes Einkristall-COB-Paket mit hoher Wärmeleitfähigkeit entwickelt, das auf einer schmalbandigen Hochleistungs-LED-Lichtquelle mit vertikaler Struktur basiert, um eine stabile Ausgangsleistung zu erzielen optische Leistungsdichte.

Abbildung 1 Grafische Zusammenfassung des Sonnensimulators

Gleichzeitig wird eine Methode zur Konzentration von Licht mit voller Apertur von Hochleistungs-LEDs unter Verwendung einer superhemisphärischen klingenden Linse vorgeschlagen und ein Satz gekrümmter integrierter Kollimationssysteme mit mehreren Quellen gebaut, um die Kollimation und Homogenisierung des Lichts zu vervollständigen Vollspektrum-Lichtquelle im Volumen-Raum-Bereich. . Die Forscher verwendeten polykristalline Silizium-Solarzellen, um kontrollierte Experimente mit Sonnenlicht im Freien und einem Sonnensimulator unter gleichen Bedingungen durchzuführen und dabei die spektrale Genauigkeit und azimutale Konsistenz des Sonnensimulators zu überprüfen.

Der in dieser Studie vorgeschlagene Sonnensimulator erreicht eine Beleuchtungsklasse 3A mit einer konstanten Einstrahlungsstärke von 1 Sonne 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 Divergenzwinkel des kollimierten Strahls beträgt ±3° und die Instabilität der Bestrahlungszeit beträgt weniger als 0,3 %. Innerhalb des Volumenraums kann eine gleichmäßige Ausleuchtung erreicht werden und sein Ausgangsstrahl erfüllt das Kosinusgesetz im Prüfbereich.



Abbildung 2 LED-Arrays mit unterschiedlichen Spitzenwellenlängen

Darüber hinaus entwickelten die Forscher auch eine Software zur Anpassung und Steuerung beliebiger Sonnenspektren, die erstmals die gleichzeitige Simulation des Bodensonnenspektrums und der Sonnenausrichtung unter verschiedenen Bedingungen realisierte. Diese Eigenschaften machen es zu einem wichtigen Forschungsinstrument in den Bereichen Solar-Photovoltaik-Industrie, Photochemie und Photobiologie.



Abb. 3 Die Bestrahlungsstärkeverteilung der Zieloberfläche senkrecht zum Strahl bei einem Arbeitsabstand von 100 mm. (a) Normalisierte 3D-Modellverteilung der gemessenen Stromwerte; (b) Verteilungskarte der Bestrahlungsinhomogenität der Klasse A (weniger als 2 %) (gelber Bereich); (c) Inhomogenität der Bestrahlungsstärke der Klasse B (weniger als 5 %) Verteilungskarte der Gleichmäßigkeit (gelber Bereich); (D) echte Aufnahme eines Lichtflecks

Die Forschungsergebnisse wurden in Solar Energy unter dem Titel LED-basierter Sonnensimulator für terrestrische Sonnenspektren und -orientierungen veröffentlicht.