La Academia de Ciencias de China avanza en la tecnología de simulación solar LED

La radiación solar terrestre se ve muy afectada por factores ambientales como la atmósfera, el tiempo, la geografía y el clima. Es difícil obtener luz solar estable, repetible y controlable a tiempo y no puede cumplir con los requisitos de experimentos cuantitativos, calibración de instrumentos y pruebas de rendimiento. Por ello, los simuladores solares se suelen utilizar como equipos experimentales o de calibración para simular las propiedades físicas y geométricas de la radiación solar.

Los diodos emisores de luz (LED) se han convertido gradualmente en una fuente de luz caliente para los simuladores solares debido a su alta eficiencia, protección ambiental, seguridad y estabilidad. En la actualidad, el simulador solar LED realiza principalmente la simulación de características 3A en un plano específico y el espectro solar terrestre cambiante. Es difícil simular las características geométricas de la luz solar bajo el requisito de una iluminación solar constante (100 mW/cm2).

Recientemente, el equipo de Xiong Daxi del Instituto de Ingeniería y Tecnología Biomédica de Suzhou, Academia de Ciencias de China, diseñó un paquete COB monocristalino distribuido de alta conductividad térmica basado en una fuente de luz LED de banda estrecha de estructura vertical de alta potencia para lograr una salida estable de alta densidad de potencia óptica.

Figura 1 Resumen gráfico del simulador solar

Al mismo tiempo, se propone un método para concentrar la luz con apertura total de LED de alta potencia mediante el uso de una lente de timbre súper hemisférica, y se construye un conjunto de sistema de colimación integral curvo de múltiples fuentes para completar la colimación y homogeneización de la fuente de luz de espectro completo en el rango espacial volumétrico. . Los investigadores utilizaron células solares de silicio policristalino para realizar experimentos controlados con luz solar exterior y un simulador solar en igualdad de condiciones, verificando la precisión espectral y la consistencia azimutal del simulador solar.

El simulador solar propuesto en este estudio logra una iluminación clase 3A con 1 irradiancia solar constante en un plano de prueba de al menos 5 cm x 5 cm. En el centro del haz, dentro de la distancia de trabajo de 5 cm a 10 cm, la falta de homogeneidad espacial del volumen de irradiancia es inferior al 0,2%, el ángulo de divergencia del haz colimado es de ±3° y la inestabilidad del tiempo de irradiancia es inferior al 0,3%. Se puede lograr una iluminación uniforme dentro del espacio volumétrico y su haz de salida satisface la ley del coseno en el área de prueba.



Figura 2 matrices de LED con diferentes longitudes de onda máximas

Además, los investigadores también desarrollaron un software de ajuste y control del espectro solar arbitrario, que por primera vez realizó la simulación simultánea del espectro solar terrestre y la orientación solar en diferentes condiciones. Estas características lo convierten en una importante herramienta de investigación en los campos de la industria solar fotovoltaica, la fotoquímica y la fotobiología.



Fig. 3 La distribución de irradiancia de la superficie objetivo perpendicular al haz cuando la distancia de trabajo es de 100 mm. (a) Distribución del modelo 3D normalizado de los valores actuales medidos; (b) Mapa de distribución de la falta de homogeneidad de irradiancia de clase A (menos del 2%) (área amarilla); (c) Inhomogeneidad de irradiancia de clase B (menos del 5%) Mapa de distribución de uniformidad (área amarilla); (D) toma real del punto de luz

Los resultados de la investigación se publicaron en Solar Energy bajo el título Simulador solar basado en LED para orientaciones y espectros solares terrestres.