高輻照太陽光模擬器發(fā)展概況

光斑面積：1cm-30cm實際光斑可以做無限大

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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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,為平行光全光譜太陽能模擬器，這種模擬器設計較為復雜，包括聚光系統(tǒng)、光學積分器原件、準直鏡組件、冷卻學系統(tǒng)、光學系統(tǒng)機械結構、電源及控制系統(tǒng)及水冷用于人造衛(wèi)星等航天器的測試實驗。美國早在1959年開始研制大型空間太陽光模擬器，并進行了改造，用離軸光學系統(tǒng)代替了同軸光學系統(tǒng)，之后，歐空局、日本、俄羅斯、印度等國先后建立了太陽光模擬器并對氙燈點燃技術、積分器形狀和準直鏡加工技術進行了改進。其中，歐空局建立的ESTEC模擬器均勻輻照為中6000mm×5000mm，輻照面不均勻度為±4%、體不均勻度為±6%，光譜為未經(jīng)過濾光的氙燈光譜，輻照度為1625W/m2，它代表了大型空間太陽模擬器的先進水平。

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

瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院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，包含第二個線性焦點。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以下被截斷。系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)目標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。

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

2011年，瑞士保羅謝勒研究所對原有太陽光模擬器進行了評估和改造，氙燈在長時間使用后最大功率由15KW降低為12.2KW;聚光鏡靠近氙燈的部分表面鍍膜剝落，主要原因是局部熱負荷過大;系統(tǒng)在焦點附近增加了勻光裝置，使焦平面輻照度分布更加均勻。

Daniel s. Codd等研制了低成本太陽光模擬器。該模擬器用7個1.5KW體育場用金屬鹵化物燈作為光源，并選用原廠配備的標準聚光鏡進行一次匯聚，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構，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。這種新型設計、高熱流的太陽光模擬器來研究熔鹽的光學融合和光的吸收性能。

我國于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年開始建設國內(nèi)*大的空間太陽能模擬器KM8。空間太陽光模擬器的輻射強度較低一般為1670W/m2。努美科技于2022年為某光熱發(fā)電企業(yè)制造的65KW聚光式太陽光模擬器系統(tǒng)，最大能流密度≤1MW/m2，光電轉(zhuǎn)化效率不低于40%。

國外高輻照度太陽光模擬器技術發(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用較少，且其設計參數(shù)與國際相比存在一定的差距，為滿足太陽光高溫熱利用研究的需求，需設加大對高輻照度太陽光模擬器研發(fā)。高輻照太陽光模擬器發(fā)展概況