Chinese Academy of Sciences ก้าวหน้าในเทคโนโลยีการจำลองพลังงานแสงอาทิตย์ LED

การแผ่รังสีแสงอาทิตย์ภาคพื้นดินได้รับผลกระทบอย่างมากจากปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม เช่น บรรยากาศ เวลา ภูมิศาสตร์ และสภาพอากาศ เป็นเรื่องยากที่จะได้รับแสงแดดที่เสถียร ทำซ้ำ และควบคุมได้ทันเวลา และไม่สามารถตอบสนองข้อกำหนดของการทดลองเชิงปริมาณ การสอบเทียบเครื่องมือ และการทดสอบประสิทธิภาพได้ ดังนั้นเครื่องจำลองแสงอาทิตย์จึงมักถูกใช้เป็นอุปกรณ์ทดลองหรือสอบเทียบเพื่อจำลองคุณสมบัติทางกายภาพและทางเรขาคณิตของรังสีดวงอาทิตย์

ไดโอดเปล่งแสง (LED) ค่อยๆ กลายเป็นแหล่งกำเนิดแสงร้อนสำหรับเครื่องจำลองพลังงานแสงอาทิตย์ เนื่องจากประสิทธิภาพสูง ปกป้องสิ่งแวดล้อม ความปลอดภัย และความเสถียร ปัจจุบัน เครื่องจำลองพลังงานแสงอาทิตย์ LED ตระหนักถึงการจำลองคุณลักษณะ 3A บนระนาบเฉพาะและสเปกตรัมพลังงานแสงอาทิตย์ภาคพื้นดินที่เปลี่ยนแปลงเป็นหลัก เป็นการยากที่จะจำลองลักษณะทางเรขาคณิตของแสงแดดภายใต้ข้อกำหนดของค่าคงที่แสงอาทิตย์ (100mW/cm2)

เมื่อเร็วๆ นี้ ทีมงานของ Xiong Daxi จากสถาบันวิศวกรรมชีวการแพทย์และเทคโนโลยีซูโจว สถาบันวิทยาศาสตร์จีน ได้ออกแบบแพ็คเกจซังผลึกเดี่ยวที่มีการนำความร้อนสูงแบบกระจาย โดยใช้แหล่งกำเนิดแสง LED ย่านความถี่แคบที่มีโครงสร้างแนวตั้งกำลังสูง เพื่อให้ได้เอาต์พุตที่มีความเสถียรสูง ความหนาแน่นของพลังงานแสง

รูปที่ 1 สรุปแบบกราฟิกของเครื่องจำลองพลังงานแสงอาทิตย์

ในเวลาเดียวกัน มีการเสนอวิธีการรวมแสงด้วยรูรับแสงเต็มของ LED กำลังสูงโดยใช้เลนส์ chiming super-hemispherical และชุดของระบบ collimation อินทิกรัลแบบหลายแหล่งที่มาแบบโค้งถูกสร้างขึ้นเพื่อทำให้ collimation และการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันของ แหล่งกำเนิดแสงเต็มสเปกตรัมในช่วงปริมาตร - นักวิจัยใช้เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดโพลีคริสตัลไลน์ซิลิคอนเพื่อทำการทดลองที่มีการควบคุมบนแสงแดดกลางแจ้งและเครื่องจำลองแสงอาทิตย์ภายใต้สภาวะที่เท่ากัน เพื่อยืนยันความแม่นยำของสเปกตรัมและความสม่ำเสมอของแอซิมัททัลของเครื่องจำลองแสงอาทิตย์

เครื่องจำลองพลังงานแสงอาทิตย์ที่เสนอในการศึกษานี้บรรลุการส่องสว่างระดับ 3A พร้อมการแผ่รังสีคงที่จากแสงอาทิตย์ 1 ครั้งในระนาบทดสอบที่มีขนาดอย่างน้อย 5 ซม. x 5 ซม. ที่กึ่งกลางของลำแสง ภายในระยะการทำงาน 5 ซม. ถึง 10 ซม. ความไม่สอดคล้องเชิงพื้นที่ของปริมาตรการฉายรังสีน้อยกว่า 0.2% มุมความแตกต่างของลำแสงที่เรียงตัวกันคือ ± 3° และความไม่แน่นอนของเวลาการฉายรังสีน้อยกว่า 0.3% การส่องสว่างสม่ำเสมอสามารถทำได้ภายในพื้นที่ปริมาตร และลำแสงเอาต์พุตเป็นไปตามกฎโคไซน์ในพื้นที่ทดสอบ



รูปที่ 2 อาร์เรย์ LED ที่มีความยาวคลื่นสูงสุดต่างกัน

นอกจากนี้ นักวิจัยยังได้พัฒนาซอฟต์แวร์ควบคุมและปรับสเปกตรัมพลังงานแสงอาทิตย์ตามอำเภอใจ ซึ่งเป็นครั้งแรกที่ตระหนักถึงการจำลองสเปกตรัมพลังงานแสงอาทิตย์ภาคพื้นดินและการวางแนวพลังงานแสงอาทิตย์ภายใต้สภาวะที่ต่างกันไปพร้อมๆ กัน คุณลักษณะเหล่านี้ทำให้เป็นเครื่องมือวิจัยที่สำคัญในสาขาอุตสาหกรรมเซลล์แสงอาทิตย์ โฟโตเคมี และชีววิทยาเชิงแสง



รูปที่ 3 การกระจายรังสีของพื้นผิวเป้าหมายที่ตั้งฉากกับลำแสงเมื่อระยะการทำงานคือ 100 มม. (a) การกระจายแบบจำลอง 3 มิติที่ทำให้เป็นมาตรฐานของค่าปัจจุบันที่วัดได้ (b) แผนที่การกระจายของความไม่สอดคล้องกันของการฉายรังสีคลาส A (น้อยกว่า 2%) (พื้นที่สีเหลือง) (c) ความไม่สม่ำเสมอของการฉายรังสีคลาส B (น้อยกว่า 5%) แผนที่การกระจายของความสม่ำเสมอ (พื้นที่สีเหลือง) (D) ภาพจุดแสงจริง

ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในนิตยสาร Solar Energy ภายใต้ชื่อเครื่องจำลองพลังงานแสงอาทิตย์ที่ใช้ LED สำหรับสเปกตรัมและทิศทางแสงอาทิตย์บนบก