Le rayonnement solaire terrestre est grandement affecté par des facteurs environnementaux tels que l’atmosphère, le temps, la géographie et le climat. Il est difficile d’obtenir un ensoleillement stable, reproductible et contrôlable à temps, et il ne peut pas répondre aux exigences des expériences quantitatives, de l’étalonnage des instruments et des tests de performance. 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 (LED) sont progressivement devenues une source de lumière chaude pour les simulateurs solaires en raison de leur haute efficacité, de la protection de l’environnement, de la sécurité et de la stabilité. À l’heure actuelle, le simulateur solaire LED réalise principalement la simulation des caractéristiques 3A sur un plan spécifique et le spectre solaire au sol changeant. Il est difficile de simuler les caractéristiques géométriques de la lumière du soleil sous l’exigence d’un éclairage constant solaire (100mW / cm2).
Récemment, l’équipe de Xiong Daxi de l’Institut de génie biomédical et de technologie de Suzhou, Académie chinoise des sciences, a conçu un boîtier COB monocristallin à haute conductivité thermique distribué basé sur une source lumineuse LED à bande étroite à structure verticale haute puissance pour obtenir une sortie stable de densité de puissance optique élevée.
Figure 1 Résumé graphique du simulateur solaire
Dans le même temps, une méthode de concentration de la lumière avec une ouverture complète de LED haute puissance à l’aide d’une lentille carillon super-hémisphérique est proposée, et un ensemble de systèmes de collimation intégrale multi-sources incurvés est construit pour compléter la collimation et l’homogénéisation de la source lumineuse à spectre complet dans la gamme d’espace de volume. . Les chercheurs ont utilisé des cellules solaires en silicium polycristallin pour mener des expériences contrôlées sur la lumière du soleil extérieure et un simulateur solaire dans des conditions égales, vérifiant la précision spectrale et la cohérence azimutale du simulateur solaire.
Le simulateur solaire proposé dans cette étude atteint un éclairage de classe 3A avec 1 irradiance constante solaire dans un plan d’essai d’au moins 5cm x 5cm. Au centre du faisceau, dans la distance de travail de 5 cm à 10 cm, l’inhomogénéité spatiale du volume d’irradiance est inférieure à 0,2%, l’angle de divergence du faisceau collimé est de ±3 ° et l’instabilité du temps d’irradiance est inférieure à 0,3%. Un éclairage uniforme peut être obtenu dans l’espace de volume et son faisceau de sortie satisfait à la loi du cosinus dans la zone d’essai.
Figure 2 Réseaux de LED avec différentes longueurs d’onde de crête
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 Distribution de l’irradiance de la surface cible perpendiculaire au faisceau lorsque la distance de travail est de 100 mm. a) Distribution normalisée du modèle 3D des valeurs de courant mesurées; b) Carte de répartition de l’inhomogénéité de l’irradiance de classe A (moins de 2 %) (zone jaune); c) Classe B (moins de 5 %) irradiance inhomogénéité Carte de répartition de l’uniformité (zone jaune); (D) prise de vue réelle de la tache lumineuse
Les résultats de la recherche ont été publiés dans Solar Energy sous le titre de simulateur solaire à base de LED pour les spectres et les orientations solaires terrestres.
