L'Accademia cinese delle scienze fa progressi nella tecnologia di simulazione solare a LED

La radiazione solare terrestre è fortemente influenzata da fattori ambientali come l’atmosfera, il tempo, la geografia e il clima. È difficile ottenere una luce solare stabile, ripetibile e controllabile nel tempo e non può soddisfare i requisiti degli esperimenti quantitativi, della calibrazione degli strumenti e dei test delle prestazioni. Pertanto, i simulatori solari vengono spesso utilizzati come apparecchiature sperimentali o di calibrazione per simulare le proprietà fisiche e geometriche della radiazione solare.

I diodi emettitori di luce (LED) sono gradualmente diventati una fonte di luce calda per i simulatori solari grazie alla loro elevata efficienza, protezione ambientale, sicurezza e stabilità. Attualmente, il simulatore solare a LED realizza principalmente la simulazione delle caratteristiche 3A su un piano specifico e il cambiamento dello spettro solare terrestre. È difficile simulare le caratteristiche geometriche della luce solare con il requisito di un'illuminazione solare costante (100 mW/cm2).

Recentemente, il team di Xiong Daxi dell'Istituto di ingegneria e tecnologia biomedica di Suzhou, Accademia cinese delle scienze, ha progettato un pacchetto COB monocristallo distribuito ad alta conduttività termica basato su una sorgente luminosa LED a banda stretta con struttura verticale ad alta potenza per ottenere un'emissione stabile di alta potenza densità di potenza ottica.

Figura 1 Sintesi grafica del simulatore solare

Allo stesso tempo, viene proposto un metodo per concentrare la luce con l'apertura completa del LED ad alta potenza utilizzando una lente superemisferica e viene costruito un set di sistemi di collimazione integrale multi-sorgente curvi per completare la collimazione e l'omogeneizzazione del sorgente luminosa a spettro completo nell'intervallo dello spazio volumetrico. . I ricercatori hanno utilizzato celle solari in silicio policristallino per condurre esperimenti controllati sulla luce solare esterna e su un simulatore solare in condizioni uguali, verificando l’accuratezza spettrale e la coerenza azimutale del simulatore solare.

Il simulatore solare proposto in questo studio raggiunge un'illuminazione di classe 3A con 1 irradianza solare costante su un piano di prova di almeno 5 cm x 5 cm. Al centro del fascio, entro una distanza di lavoro compresa tra 5 cm e 10 cm, la disomogeneità spaziale del volume di irradianza è inferiore allo 0,2%, l'angolo di divergenza del fascio collimato è di ± 3° e l'instabilità del tempo di irradianza è inferiore allo 0,3%. È possibile ottenere un'illuminazione uniforme all'interno dello spazio volumetrico e il suo raggio di uscita soddisfa la legge del coseno nell'area di prova.



Figura 2 Matrici di LED con diverse lunghezze d'onda di picco

Inoltre, i ricercatori hanno anche sviluppato un software arbitrario di adattamento e controllo dello spettro solare, che per la prima volta ha realizzato la simulazione simultanea dello spettro solare terrestre e dell’orientamento solare in diverse condizioni. Queste caratteristiche lo rendono un importante strumento di ricerca nei campi dell'industria solare fotovoltaica, della fotochimica e della fotobiologia.



Fig. 3 La distribuzione dell'irradianza della superficie target perpendicolare al raggio quando la distanza di lavoro è di 100 mm. (a) Distribuzione del modello 3D normalizzato dei valori di corrente misurati; (b) Mappa di distribuzione della disomogeneità dell'irradianza di classe A (meno del 2%) (area gialla); (c) Disomogeneità dell'irradianza di classe B (meno del 5%) Mappa di distribuzione dell'uniformità (area gialla); (D) ripresa reale del punto luminoso

I risultati della ricerca sono stati pubblicati su Solar Energy con il titolo Simulatore solare basato su LED per spettri e orientamenti solari terrestri.