중국과학원, LED 태양광 시뮬레이션 기술 발전

지상 일사량은 대기, 시간, 지리, 기후 등 환경적 요인에 의해 크게 영향을 받습니다. 안정적이고 반복 가능하며 제어 가능한 햇빛을 제때 얻기 어렵고 정량적 실험, 장비 교정 및 성능 테스트 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 따라서 태양광 시뮬레이터는 태양 복사의 물리적, 기하학적 특성을 시뮬레이션하기 위한 실험 또는 교정 장비로 자주 사용됩니다.

발광 다이오드(LED)는 고효율, 환경 보호, 안전성 및 안정성으로 인해 점차 태양광 시뮬레이터의 뜨거운 광원이 되었습니다. 현재 LED 태양광 시뮬레이터는 주로 특정 평면의 3A 특성과 변화하는 지상 태양광 스펙트럼의 시뮬레이션을 실현합니다. 태양광 상수(100mW/cm2) 조명 요구 사항 하에서 태양광의 기하학적 특성을 시뮬레이션하는 것은 어렵습니다.

최근 중국 과학원 쑤저우 생물의학 공학 기술 연구소의 Xiong Daxi 팀은 고출력 수직 구조 협대역 LED 광원을 기반으로 하는 분산형 고열 전도성 단결정 COB 패키지를 설계하여 높은 출력을 안정적으로 달성했습니다. 광전력 밀도.

그림 1 태양광 시뮬레이터의 그래픽 요약

동시에, 초반구형 차밍 렌즈를 사용하여 고출력 LED의 전체 조리개로 빛을 집중시키는 방법을 제안하고, 곡선형 다중 소스 일체형 시준 시스템 세트를 구축하여 시준 및 균질화를 완성합니다. 볼륨 공간 범위의 전체 스펙트럼 광원. . 연구진은 다결정 실리콘 태양전지를 사용하여 동일한 조건에서 실외 햇빛과 태양광 시뮬레이터에 대한 통제된 실험을 수행하여 태양광 시뮬레이터의 스펙트럼 정확도와 방위각 일관성을 검증했습니다.

본 연구에서 제안한 솔라 시뮬레이터는 최소 5cm x 5cm 크기의 테스트 평면에서 1개의 태양광 상수 조도를 갖는 클래스 3A 조명을 달성합니다. 빔 중심에서 5cm ~ 10cm의 작동 거리 내에서 방사량 공간 불균일성은 0.2% 미만이고, 시준된 빔 발산 각도는 ±3°이며, 방사 시간 불안정성은 0.3% 미만입니다. 체적 공간 내에서 균일한 조명을 얻을 수 있으며 출력 빔은 테스트 영역의 코사인 법칙을 충족합니다.



그림 2 다양한 피크 파장을 갖는 LED 어레이

또한 연구진은 임의의 태양 스펙트럼 피팅 및 제어 소프트웨어도 개발했는데, 이는 최초로 서로 다른 조건에서 지상 태양 스펙트럼과 태양 방향의 동시 시뮬레이션을 실현했습니다. 이러한 특성으로 인해 태양광발전 산업, 광화학, 광생물학 분야에서 중요한 연구 도구가 됩니다.



그림 3 작동 거리가 100mm일 때 빔에 수직인 대상 표면의 방사 조도 분포. (a) 측정된 전류 값의 정규화된 3D 모델 분포; (b) 클래스 A(2% 미만) 방사조도 불균일성의 분포 맵(노란색 영역); (c) 클래스 B(5% 미만) 방사조도 불균일성 균일성 분포 맵(노란색 영역); (D) 광점의 실제 사진

이번 연구 결과는 'LED 기반 태양광 시뮬레이터 for 지상파 태양 스펙트럼 및 방향'이라는 제목으로 Solar Energy지에 게재됐다.