高輻照度太陽光模擬器

參數(shù)：

光斑直徑：10mm-300mm實際上光斑可以做無限大

光強：10sun-3000sun 

光源：氙燈或者金屬鹵素燈

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

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高輻照度太陽模擬器滿足大面積太陽光匯聚所具有的太陽光輻照特性,并能根據(jù)實際研究需求調(diào)節(jié)焦平面大小及焦平面輻照強度。

高輻照度太陽光模擬器是聚光型太陽光模擬器,聚光系統(tǒng)是該太陽光模擬器的核心組成部分。

雖然太陽能是取之不盡、用之不竭的能源，但是太陽能的能量密度低，每平方米的輻射能約1400 瓦，如果考慮天候和日夜的差別，太陽能每平方米的輻射能平均只剩不到300瓦。為此可通過聚光的方式獲得較高的能量密度，將太陽能轉化為熱能進行應用。在太陽能熱利用領域根據(jù)其能源轉換方式的不同，可分為太陽能熱發(fā)電和太陽能熱化學應用。

根據(jù)聚光系統(tǒng)的不同太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)可分為槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)、塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)和碟式太陽能發(fā)電系統(tǒng)。槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)利用槽形拋物面反射鏡,將太陽輻射聚焦到真空管集熱器,聚光比通常在10-100之間,運行溫度400℃。塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)利用大量定日鏡將太陽光聚焦到裝在中央塔上的接收器上，塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的聚光比可達1500，吸熱器溫度為800℃～1300℃。碟式太陽能發(fā)電聚光鏡聚光比最高達4000 以上,吸熱器最高溫度約為1500℃。

太陽能熱化學應用主要有:熱化學制氫、二氧化碳捕獲。熱化學制氫是以水蒸氣為反應物，金屬氧化物（如ZnO、TiO₂等）為催化劑通過兩步法將水蒸氣分解為氫氣和氧氣，反應溫度一般在2000℃左右。二氧化碳捕獲同樣是金屬氧化物催化的兩步法反應，反應物為二氧化碳和水蒸氣，反應生成氫氣和一氧化碳，反應所需最高溫度為1640℃。

太陽常數(shù)

太陽常數(shù)（SO):地球位于一個天文單位（近似等于日地平均距離約15億千米)時，在大氣層外垂直于太陽輻射平面上，單位面積所接收的太陽輻射量。太陽常數(shù)包括含可見光在內(nèi)的所有波段的太陽輻射。人造地球衛(wèi)星表面測得的數(shù)據(jù)最小值近似為1.361kW/㎡，最大值近似為1.36kW/m2，比最小值高0.1%。

太陽光譜

太陽輻射可以看做是溫度為5800K的黑體輻射。太陽輻射在經(jīng)過大氣層時強度減弱，大氣層中的化學物質(zhì)與一定波長的光發(fā)生反應并將其吸收，臭氧吸收大部分的短波光線，水蒸氣吸收長波光線，最終到達地表的太陽能輻射中的近紫外線和遠紅外線十分有限。

太陽光模擬器簡介

太陽是影響地球環(huán)境因子(如溫度、濕度、風等)之源，太陽模擬是利用人工光源模擬太陽光輻照特性的一門技術。太陽模擬器是在室內(nèi)模擬不同大氣質(zhì)量下太陽光輻照特性的一種試驗或定標設備。由于地面自然光在輻照穩(wěn)定性、輻照均勻性以及測量時間有限制，所以在太陽能利用的實驗室研究階段，通常用太陽光模擬器代替地面實際太陽光。

在航天領域中，太陽光模擬器是完成航天技術中衛(wèi)星的熱平衡試驗，檢測衛(wèi)星的熱設計關鍵的設備。在太陽能光伏科學與工程中，太陽光模擬器被用于太陽能電池的檢測與標定。太陽光模擬器也可以用于遙感技術室內(nèi)模擬太陽光譜輻照、建材行業(yè)中材料的耐輻射老化試驗。高輻射太陽模擬器還可以用于試驗太陽能集熱器的性能、用于照射植物生長的人下太陽房。一些實驗室已在環(huán)境模擬室、車輛性能試驗和*用產(chǎn)品試驗領域大規(guī)模應用高輻射太陽模擬器。太陽模擬器也被廣泛的用于太陽熱發(fā)電系統(tǒng)的實驗研究，用于模擬實現(xiàn)不同地域，不同季節(jié)的太陽輻照度。

太陽輻射模擬包括空間輻射模擬和地面輻射模擬。其主要作用是提供與太陽光相匹配的、均勻的、準直或匯聚、穩(wěn)定的具有一定輻照度的光源。技術指標包括不同大氣質(zhì)量條件下的太陽光譜特性、太陽光輻照度、太陽光準直角、輻照不均勻度、輻照不穩(wěn)定度等方面。空間輻射的模擬在光線的平行度、譜能分布的允差、輻射強度的均勻性都有比較嚴格的要求;相對而言，地面輻射的模擬對光線的平行度沒有要求，其它兩項要求比較低。

太陽模擬器按照應用領域的不同分為對大氣質(zhì)量為AM0的空間太陽模擬器和大氣質(zhì)量為AM1.5的地面太陽模擬器。按照實驗目的及要求的不同，分為熱效應太陽模擬器和全光譜太陽模擬器。按其出口光線，分為準直型太陽模擬器和非準直型太陽模擬器，非準直型又分為集聚型和發(fā)散型。按照光源的性能，分為脈沖和穩(wěn)態(tài)兩種形態(tài)。按照其規(guī)模，分為大型、中型以及小型太陽模擬器。按照其用途，分為通用性和專用型。

空間太陽模擬器一般為大型全光譜準直型太陽模擬器，主要應用于航天領域；地面太陽模擬器一般為中小型專用太陽模擬器，廣泛應用于不同的領域。

聚光式太陽光模擬器

聚光型太陽模擬器模擬的是實際大面積太陽光匯聚后的太陽輻照度，由于實際匯聚的太陽光非平行光，因此，一般沒有勻光和準直系統(tǒng)。大面積太陽光匯聚一般用于太陽能塔式發(fā)電及太陽能熱化學應用，因此其輻照度較高，一般為成千甚至上萬個太陽常數(shù)。

聚光式太陽模擬器主要由聚光系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)組成。由于集聚型太陽光模擬器的目標是模擬高輻照度太陽光，聚光系統(tǒng)是其最重要的組成部分，其他系統(tǒng)用于輔助聚光系統(tǒng)進行工作。

聚光系統(tǒng)主要是由光源以及聚光系統(tǒng)組成的。光源發(fā)出的光經(jīng)過聚光鏡直接匯聚或先經(jīng)聚光鏡反光再經(jīng)過聚光器將光線匯聚在合適的焦面上。濾光片根據(jù)實際需要適時添加，考慮到成本及其性能，一般沒有勻光和準直系統(tǒng)。

現(xiàn)有高輻照度太陽光模擬器的聚光系統(tǒng)主要有兩種，一，多光源聚光系統(tǒng)，即采用多個光源，并將其匯聚到同一區(qū)域內(nèi)，通過疊加的方式獲得高輻照強度；二，單一光源聚光系統(tǒng)，即只采用一個光源，利用聚光系統(tǒng)進行匯聚，以獲得高輻照強度。

多光源系統(tǒng)每個光源均配有聚光系統(tǒng)，因此其設備較多，安裝較復雜，對系統(tǒng)的加工要求非常高。但多光源可通過調(diào)節(jié)光源個數(shù)及光源功率的方式調(diào)節(jié)輻照度大小，其靈活性較高；而且每個光源的功率可調(diào)，可采用風冷，聚光效果更好。而且，太陽光模擬器中光源溫度較高，對聚光鏡表面有較強的腐蝕性，功率越高腐蝕性越強，所以光源聚光系統(tǒng)的加工要求較高。

單光源聚光系統(tǒng)設備較少，方便控制，可靠性高，但大功率光源需采用風冷確保光源能夠長期安全運行。而且，太陽光模擬器中光源溫度較高，對聚光鏡表面有較強的腐蝕性，功率越高腐蝕性越強，所以光源聚光系統(tǒng)的加工要求較高。