الأكاديمية الصينية للعلوم تحقق تقدمًا في تكنولوجيا محاكاة الطاقة الشمسية بتقنية LED

يتأثر الإشعاع الشمسي الأرضي بشكل كبير بالعوامل البيئية مثل الغلاف الجوي والوقت والجغرافيا والمناخ. من الصعب الحصول على ضوء شمس مستقر وقابل للتكرار ويمكن التحكم فيه في الوقت المناسب، ولا يمكنه تلبية متطلبات التجارب الكمية ومعايرة الأجهزة واختبار الأداء. ولذلك، غالبا ما تستخدم أجهزة محاكاة الطاقة الشمسية كمعدات تجريبية أو معايرة لمحاكاة الخصائص الفيزيائية والهندسية للإشعاع الشمسي.

أصبحت الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs) تدريجيًا مصدرًا للضوء الساخن لمحاكاة الطاقة الشمسية نظرًا لكفاءتها العالية وحماية البيئة وسلامتها واستقرارها. في الوقت الحاضر، يحقق جهاز محاكاة الطاقة الشمسية LED بشكل أساسي محاكاة خصائص 3A على مستوى معين والطيف الشمسي الأرضي المتغير. من الصعب محاكاة الخصائص الهندسية لضوء الشمس في ظل متطلبات الإضاءة الشمسية الثابتة (100 ميجاوات/سم2).

في الآونة الأخيرة، قام فريق Xiong Daxi من معهد سوتشو للهندسة الطبية الحيوية والتكنولوجيا، الأكاديمية الصينية للعلوم، بتصميم حزمة COB بلورية مفردة ذات موصلية حرارية عالية موزعة على أساس مصدر ضوء LED ضيق النطاق ذو هيكل رأسي عالي الطاقة لتحقيق خرج ثابت من الطاقة العالية. كثافة الطاقة الضوئية

الشكل 1: ملخص رسومي لمحاكاة الطاقة الشمسية

في الوقت نفسه، تم اقتراح طريقة لتركيز الضوء بفتحة كاملة من مصابيح LED عالية الطاقة باستخدام عدسة رنين نصف كروية فائقة، وتم إنشاء مجموعة من نظام الموازاة المتكامل متعدد المصادر المنحني لإكمال الموازاة والتجانس مصدر ضوء كامل الطيف في نطاق مساحة الصوت. . استخدم الباحثون الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون متعدد البلورات لإجراء تجارب مضبوطة على ضوء الشمس الخارجي ومحاكي الطاقة الشمسية في ظل ظروف متساوية، والتحقق من الدقة الطيفية والاتساق السمتي لمحاكي الطاقة الشمسية.

يحقق جهاز محاكاة الطاقة الشمسية المقترح في هذه الدراسة إضاءة من الدرجة 3A مع إشعاع شمسي ثابت واحد في مستوى اختبار لا يقل عن 5 سم × 5 سم. في مركز الشعاع، ضمن مسافة العمل من 5 سم إلى 10 سم، يكون عدم التجانس المكاني لحجم الإشعاع أقل من 0.2%، وزاوية انحراف الشعاع المتوازية هي ±3°، وعدم استقرار وقت الإشعاع أقل من 0.3%. يمكن تحقيق الإضاءة الموحدة داخل مساحة الحجم، ويفي شعاع الإخراج الخاص بها بقانون جيب التمام في منطقة الاختبار.



الشكل 2: صفائف LED ذات أطوال موجية مختلفة

بالإضافة إلى ذلك، طور الباحثون أيضًا برنامجًا عشوائيًا لتركيب الطيف الشمسي والتحكم فيه، والذي حقق لأول مرة محاكاة متزامنة للطيف الشمسي الأرضي واتجاه الشمس في ظل ظروف مختلفة. هذه الخصائص تجعلها أداة بحثية مهمة في مجالات صناعة الطاقة الشمسية الكهروضوئية والكيمياء الضوئية والبيولوجيا الضوئية.



الشكل 3: توزيع إشعاع السطح المستهدف بشكل عمودي على الحزمة عندما تكون مسافة العمل 100 مم. (أ) توزيع نموذج ثلاثي الأبعاد عادي للقيم الحالية المقاسة؛ ( ب ) خريطة توزيع عدم تجانس الإشعاع من الفئة A (أقل من 2٪) (المنطقة الصفراء)؛ (ج) الفئة ب (أقل من 5٪) خريطة توزيع عدم تجانس الإشعاع للتوحيد (المنطقة الصفراء)؛ (د) لقطة حقيقية لبقعة الضوء

تم نشر نتائج البحث في مجلة الطاقة الشمسية تحت عنوان جهاز محاكاة الطاقة الشمسية المعتمد على LED لأطياف واتجاهات الطاقة الشمسية الأرضية.