中国科学院、LEDソーラーシミュレーション技術で進歩

地上太陽放射は、大気、時間、地理、気候などの環境要因に大きく影響されます。安定した、再現性のある、制御可能な太陽光を適時に得ることは困難であり、定量的な実験、機器の校正、および性能テストの要件を満たすことができません。したがって、ソーラーシミュレーターは、太陽放射の物理的および幾何学的特性をシミュレートするための実験または校正機器としてよく使用されます。

発光ダイオード (LED) は、その高効率、環境保護、安全性、安定性により、ソーラーシミュレーター用の光源として徐々に注目を集めています。現在、LED ソーラ シミュレータは主に、特定の面での 3A 特性と変化する地上太陽スペクトルのシミュレーションを実現しています。太陽定数 (100mW/cm2) の照度の要件の下で太陽光の幾何学的特性をシミュレートすることは困難です。

最近、中国科学院蘇州生体医工学研究所のXiong Daxi氏のチームは、高出力垂直構造狭帯域LED光源をベースにした分散型高熱伝導単結晶COBパッケージを設計し、安定した高出力を実現した。光パワー密度。

図1 ソーラーシミュレーターの概要図

同時に、超半球チャイムレンズを使用して高出力LEDの全開口で光を集中させる方法が提案され、曲面多光源一体型コリメーションシステムのセットが構築され、光のコリメーションと均一化が完了します。体積空間範囲のフルスペクトル光源。 。研究者らは、多結晶シリコン太陽電池を使用して、屋外の太陽光とソーラーシミュレーターで同等の条件下で制御された実験を実施し、ソーラーシミュレーターのスペクトル精度と方位角の一貫性を検証しました。

この研究で提案したソーラーシミュレータは、少なくとも5cm×5cmのテスト面で1太陽定常放射照度でクラス3Aの照明を達成します。ビームの中心では、5cm～10cmの作動距離内で、照射量の空間的不均一性は0.2%未満、コリメートビームの発散角は±3°、照射時間の不安定性は0.3%未満です。ボリューム空間内で均一な照明を実現でき、その出力ビームはテスト領域のコサイン則を満たします。



図 2 異なるピーク波長を持つ LED アレイ

さらに、研究者らは、任意の太陽スペクトルのフィッティングおよび制御ソフトウェアも開発しました。これにより、異なる条件下での地上太陽スペクトルと太陽の方位の同時シミュレーションが初めて実現されました。これらの特性により、太陽光発電産業、光化学、光生物学の分野における重要な研究ツールとなっています。



図3 作動距離100mm時のビームに垂直なターゲット面の放射照度分布。 (a) 測定された電流値の正規化された 3D モデル分布。 (b) クラス A (2% 未満) 放射照度不均一性の分布図 (黄色の領域)。 (c) クラス B (5% 未満) 放射照度不均一性 均一性の分布図 (黄色の領域)。 (D) 光点の実際のショット

研究結果は、地上太陽スペクトルと方位のための LED ベースのソーラー シミュレーターというタイトルで Solar Energy に掲載されました。