高輻照太陽光模擬器發(fā)展概況

參數(shù)：

光斑直徑：10mm-300mm實(shí)際上光斑可以做無限大

光強(qiáng)：10sun-3000sun  

光源：氙燈或者金屬鹵素?zé)?/span>

調(diào)節(jié)：可單燈單獨(dú)使用，單獨(dú)調(diào)節(jié)輸出功率，也可一起調(diào)節(jié)

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太陽光模擬器最早用于模擬大氣層外表面的空間太陽輻射,這種模擬器設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，包括聚光系統(tǒng)、光學(xué)積分器組件、準(zhǔn)直鏡組件、冷卻學(xué)系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)、電源及控制系統(tǒng)及水冷用于人造衛(wèi)星等航天器的測(cè)試實(shí)驗(yàn)。美國(guó)很早開始研制大型空間太陽光模擬器，之后，歐空局、日本、俄羅斯、印度等國(guó)先后建立了太陽光模擬器并對(duì)氙燈點(diǎn)燃技術(shù)、積分器形狀和準(zhǔn)直鏡加工技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)。其中，歐空局建立的ESTEC模擬器均勻輻照為中6000mm×5000mm，它代表了大型空間太陽模擬器的水平。

太陽光模擬器除用于航天領(lǐng)域外,集聚式太陽光模擬器也用于高溫材料的測(cè)試，為模擬太陽能熱發(fā)電吸熱器環(huán)境提供條件，并為太陽能熱化學(xué)研究提供反應(yīng)所需的光照及溫度環(huán)境。

瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院D.Hirsch等用200KW高壓氙燈作為光源，采用2D-CPC及其漸開線的橢圓槽式反射器的聚光系統(tǒng)，高壓氙弧燈置于橢圓橫截面的槽式聚光鏡水平軸上,模擬器的焦平面垂直于橢圓的主軸，包含第二個(gè)線性焦點(diǎn)。為了保證反射光線的角度在45度范圍內(nèi)，聚光鏡在距焦平面上9.2cm以下被截?cái)?。系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)目標(biāo)沿主軸的距離或燈的電功率，來調(diào)節(jié)能量,能流密度以及溫度。模擬器輻射功率75kW,輻照度峰值超過4250 kW/m2，溫度將近3000K。

高輻照太陽光模擬器發(fā)展概況

瑞士保羅謝勒研究所J.Petrasch等用10支15KW短弧氙燈作為光源，每個(gè)氙燈均用回轉(zhuǎn)橢球鏡進(jìn)行聚光,將聚光鏡匯聚的光線疊加的到一個(gè)區(qū)域內(nèi)獲得高輻照強(qiáng)度。J.Petrasch 等利用CCD相機(jī)及輻照度測(cè)試儀對(duì)焦平面的輻照度分布進(jìn)行了測(cè)試，焦平面輻射功率50KW，輻射強(qiáng)度成高斯分布，輻照度峰值達(dá)到11MW/m2，平均輻照強(qiáng)度為6.8MW/m2。

Daniel s. Codd等研制了低成本太陽光模擬器。該模擬器用7個(gè)1.5KW體育場(chǎng)用金屬鹵化物燈作為光源，并選用原廠配備的標(biāo)準(zhǔn)聚光鏡進(jìn)行一次匯聚，由于該聚光鏡雜散光較多，模擬器安裝了二次聚光系統(tǒng)。二次聚光系統(tǒng)由六塊拋光鋁板圍成錐形結(jié)構(gòu)，每塊鋁板的加工成雙曲漸近線形狀，光線通過鋁板的反射匯聚到孔徑為380mm的輸出面上。輸出面輻照度峰值大于60 kW/m2，平均輻照度為45 kW/m2。這種新型設(shè)計(jì)、高熱流的太陽光模擬器來研究熔鹽的光學(xué)融合和光的吸收性能。

我國(guó)于1965年開始研制太陽光模擬器，先后研制了KM2、KM3、KM4和KM6大型空間太陽光模擬器和KFTA小型高精太陽光模擬器，并于2013年開始建設(shè)國(guó)內(nèi)*大的空間太陽能模擬器KM8。空間太陽光模擬器的輻射強(qiáng)度較低一般為1670W/m2。

努美科技于2024年為國(guó)內(nèi)高校制造的100KW聚光太陽光模擬器系統(tǒng)，核心區(qū)峰值能流密度達(dá)到12MW/㎡以上。

國(guó)外高輻照度太陽光模擬器技術(shù)發(fā)展較為成熟，且焦平面功率、輻照度值及最高溫度均較高，而國(guó)內(nèi)現(xiàn)有太陽光模擬器主要為平行光全光譜太陽光模擬器，高輻照度太陽光模擬器應(yīng)用較少，且其設(shè)計(jì)參數(shù)與國(guó)際相比存在一定的差距，為滿足太陽光高溫?zé)崂醚芯康男枨?，需設(shè)加大對(duì)高輻照度太陽光模擬器研發(fā)。