L'Académie chinoise des sciences progresse dans la technologie de simulation solaire LED

Le rayonnement solaire au sol est fortement affecté par des facteurs environnementaux tels que l’atmosphère, le temps, la géographie et le climat. Il est difficile d’obtenir une lumière solaire stable, reproductible et contrôlable dans le temps, et elle ne peut pas répondre aux exigences des expériences quantitatives, de l’étalonnage des instruments et des tests de performances. Par conséquent, les simulateurs solaires sont souvent utilisés comme équipement expérimental ou d’étalonnage pour simuler les propriétés physiques et géométriques du rayonnement solaire.

Les diodes électroluminescentes (DEL) sont progressivement devenues une source de lumière chaude pour les simulateurs solaires en raison de leur haute efficacité, de leur protection de l'environnement, de leur sécurité et de leur stabilité. À l'heure actuelle, le simulateur solaire à LED réalise principalement la simulation des caractéristiques 3A sur un plan spécifique et l'évolution du spectre solaire au sol. Il est difficile de simuler les caractéristiques géométriques de la lumière solaire sous l’exigence d’un éclairage solaire constant (100 mW/cm2).

Récemment, l'équipe de Xiong Daxi de l'Institut de génie et de technologie biomédicales de Suzhou, Académie chinoise des sciences, a conçu un boîtier COB monocristallin distribué à haute conductivité thermique basé sur une source de lumière LED à bande étroite à structure verticale de haute puissance pour obtenir une sortie stable de haute puissance. densité de puissance optique.

Figure 1 Résumé graphique du simulateur solaire

Dans le même temps, une méthode de concentration de la lumière avec une pleine ouverture de LED haute puissance en utilisant une lentille carillonnante super-hémisphérique est proposée, et un ensemble de systèmes de collimation intégrés multi-sources incurvés est construit pour compléter la collimation et l'homogénéisation du source de lumière à spectre complet dans la plage de volume. . Les chercheurs ont utilisé des cellules solaires en silicium polycristallin pour mener des expériences contrôlées sur la lumière solaire extérieure et sur un simulateur solaire dans des conditions égales, vérifiant ainsi la précision spectrale et la cohérence azimutale du simulateur solaire.

Le simulateur solaire proposé dans cette étude permet d'obtenir un éclairage de classe 3A avec 1 éclairement solaire constant dans un plan d'essai d'au moins 5 cm x 5 cm. Au centre du faisceau, dans une distance de travail de 5 cm à 10 cm, l'inhomogénéité spatiale du volume d'irradiation est inférieure à 0,2 %, l'angle de divergence du faisceau collimaté est de ± 3° et l'instabilité du temps d'irradiation est inférieure à 0,3 %. Un éclairage uniforme peut être obtenu dans l'espace volumique et son faisceau de sortie satisfait à la loi du cosinus dans la zone de test.



Figure 2 : matrices de LED avec différentes longueurs d'onde maximales

En outre, les chercheurs ont également développé un logiciel arbitraire d’ajustement et de contrôle du spectre solaire, qui a réalisé pour la première fois la simulation simultanée du spectre solaire au sol et de l’orientation solaire dans différentes conditions. Ces caractéristiques en font un outil de recherche important dans les domaines de l’industrie solaire photovoltaïque, de la photochimie et de la photobiologie.



Fig. 3 La distribution de l'irradiance de la surface cible perpendiculaire au faisceau lorsque la distance de travail est de 100 mm. (a) Distribution de modèle 3D normalisée des valeurs de courant mesurées ; (b) Carte de répartition de l'inhomogénéité de l'irradiation de classe A (moins de 2 %) (zone jaune) ; (c) Inhomogénéité de l'irradiation de classe B (moins de 5 %) Carte de distribution de l'uniformité (zone jaune) ; (D) photo réelle d'un point lumineux

Les résultats de la recherche ont été publiés dans Solar Energy sous le titre de simulateur solaire à LED pour les spectres et les orientations solaires terrestres.