碳酸盐型盐湖卤水的模拟太阳池结晶试验

在碳酸盐型盐湖提锂工艺中,太阳池是一个重要组成部分,目的是储存太阳能能量以结晶析出碳酸锂。文章利用加热方法首次在实验室条件下进行模拟太阳池结晶试验,试验的蒸发量随着温度的升高而加大,但蒸发量的不同对析盐结晶影响不大。在不同时间段模拟试验中,24h时间段的Mg2+析盐浓度较Li+大,且随着时间的延长逐渐降低,而Li+则相反;Mg2+析出速率随着时间的增加而逐渐降低,而Li+析出速率基本保持一致。在不同温度模拟试验中,卤水主要组分总析出率与温度的升高呈正相关,卤水中CO32-和Li+的浓度降低速度大于其他组分,CO32-和Li+的析出率远大于其他组分,析出主要矿物鉴定结果均为扎布耶石。

模拟太阳灯人体医学鉴定试验

当今潜艇的技术性能迅速提高,潜航时间也随之不断延长,为此指战员可能较长时间晒不到太阳,导致紫外线(uv)照射不足,影响艇员健康。模拟太阳灯(简称太阳灯)由长春光机所研制,试图按装在潜艇舱室内,以弥补艇员uv照射的不足。本试验旨在通过人体实际照射,观察对人体功能的影响,以确定能否在潜艇上使用。

基于单色LED补偿白光LED技术的模拟太阳光谱研究

提出一种基于单色LED补偿白光LED技术,模拟日光在可见光范围内的光谱。实际调研了大功率单色LED现状,采用光子在二维空间内联合态密度函数作为单色LED的光谱辐射模型,建立LED模拟仿真数据库。通过求解超定方程组的非负最小二乘解,优化选择不同峰值波长以及半高宽的单色LED与白光LED组合,实现对目标光谱的匹配及太阳光谱的再现。对比研究了白光LED补偿技术和纯单色LED组装技术,并分析了不同种类LED组合对太阳光谱的模拟情况。结果表明,白光LED补偿技术拟合太阳光谱相关指数达到90.74%,优于纯单色LED组装技术。并且当单色LED种类减少时,白光LED补偿技术相比纯单色LED组装技术可以实现更好的模拟效果。该方法对实现基于LED类日光照明具有较好的指导意义。

氙灯模拟太阳光谱滤光片的研制

通常太阳模拟器选用大功率短弧氙灯来模拟太阳光,但氙灯光谱在近红外波段区域与真实的太阳光谱存在差异,根据光谱差异的大小,通过选择合适的薄膜材料并采用真空镀膜的方法,研制出0.3～2.5μm波段范围的光学滤光片,对短弧氙灯光谱进行了校正,把波长在0.8～1.1μm之间偏离太阳光谱的辐射次峰滤掉,校正后的光谱辐照分布接近太阳光谱,其辐照匹配度符合AM1.5太阳光谱的A级匹配标准。

基于5 kW太阳能模拟器的热化学反应器热性能研究

文章基于5 kW非共轴聚光型模拟器自行设计了太阳能热化学反应器,并建立了聚集辐照下反应器热性能数学模型。采用该模型计算并探究了太阳能模拟器功率、反应器内壁材料发射率、工作压力和进气速度对反应器内温度分布的影响规律。结果表明:增加太阳能模拟器功率以及反应器内壁面发射率将导致沿反应器中心线分布的温度升高;在同一进气速度下,随着工作压力的增加,沿反应器中心线分布的温度会升高;在同一工作压力下,随着进气速度的增加,沿反应器中心线分布的温度也会升高。该研究结果对反应器参数优化及其热应力分析具有一定的参考意义。

基于DBN耦合模型的太阳辐照度模拟

在低碳经济的发展趋势下,太阳辐射的精确模拟对于光伏发电行业至关重要。影响太阳辐射的因素十分复杂,其与许多要素之间都存在复杂的非线性关系,这使得太阳辐射的模拟变得相对复杂。目前已有研究表明,机器学习模型能够很好地模拟太阳辐射,可挖掘出太阳辐射和各种影响因素之间的数学关系。文中基于支持向量回归(SVR)、随机森林(RF)、贝叶斯岭回归(BR)、梯度提升树(GBDT)、BP神经网络(BP)等五种机器学习模型,采用2020年1月—2021年4月位于河南的4个光伏发电站的真实卫星数据及地面观测数据进行机器学习建模以及地面太阳辐射模拟。由于传统单一模型的模拟精度较低,为提升模拟精度,通过引入DBN深度信念网络对五种模型模拟的结果进行二次建模,最终得到4个站点的高精度太阳辐射模拟值。研究结果表明,DBN耦合模型能够有效提取不同机器学习模型模拟结果的特征,其模拟效果和鲁棒性显著优于单一机器学习模型。

大辐照面高均匀度反射式太阳模拟系统设计

为了实现对大辐照面、高辐照均匀度太阳光斑的模拟,设计了一种大口径反射式准直太阳模拟器光学系统。根据太阳模拟系统的工作原理,以扩大辐照面、提高辐照均匀度的同时保证较高的辐照度为目标,提出了由复合光源、光学积分器、消串扰光阑、视场光阑和离轴反射准直镜等组成的光学系统总体设计方案,建立了太阳模拟器光学系统的光线传播矩阵模型,分析了入射光角度与子透镜间缝隙对辐照面的影响规律,并据此设计了具有消串扰光阑的光学积分器,消除了大角度杂散光,抑制了准直镜离轴角对辐照均匀度的影响。仿真结果表明:在Φ500 mm的辐照面内,辐照度优于一个太阳常数,达到1 579 W/m2,辐照均匀度优于98.07%,满足了大辐照面、高辐照均匀度太阳模拟器的设计要求。

基于自由曲面的聚焦型太阳模拟器设计

聚焦型太阳模拟器可以获得高倍汇聚的太阳辐射光斑,在太阳能热发电及热化学研究领域具有重要应用。为了获得均匀的太阳辐射光斑,提出了基于非成像光学的自由曲面聚光镜设计方法。详细阐述了设计原理与具体方法。设计了自由曲面聚光镜,并将其与包容角相同的非共轴椭球聚光镜进行对比。通过仿真分析验证了设计方法的正确性。仿真结果表明:使用额定功率为6 kW的氙灯作为光源时,自由曲面聚光镜构成的单灯太阳模拟器可以在直径为60 mm的目标面内提供平均辐照度为274.4 kW/m^(2)的光斑,与非共轴椭球太阳模拟器相比,光斑不均匀度从18.28%下降到5.69%;七灯太阳模拟器可以产生平均辐照度为1.65 MW/m^(2)的光斑,光斑不均匀度从13.19%下降到5.79%。

硫化锑太阳电池的数值模拟分析

利用Afors-het一维器件模拟仿真软件,研究传统CdS/Sb2S3异质结太阳电池器件中Sb2S3吸收层和CdS缓冲层厚度、带隙、吸收层受主浓度以及缺陷对电池性能的影响。结果表明,一定厚度的吸收层可以提高器件的短路电流密度,但过厚的吸收层会减小填充因子。研究CdS薄膜发现,过厚的CdS对电池的开路电压,短路电流密度以及填充因子损害较大。Sb2S3最优的带隙宽度在1.5~1.6 eV之间。提高Sb2S3受主浓度可以有效改善开路电压,但施主缺陷态密度与缺陷态在能级中能量的增加将会使电池效率降低。同时模拟结果表明,当吸收层中载流子寿命达到10-7s时,电池的短路电流密度可以得到明显改善。

3A级大型脉冲式太阳模拟器的仿真与实现

在光学仿真软件LightTools环境下设计了一种由长弧氙灯、椭球面矩形反射体、光学挡光板等部件构成的大面积、近距离的3A级大型脉冲式太阳模拟器,对椭球面矩形反射体的曲面系数和曲率,以及光学挡光板的大小、形状、位置等参数进行研究与优化,并制造了大型脉冲式太阳模拟器原型系统的实物。实测结果表明:在距离光源4 m位置的辐照面(3 m×2 m)上,平均辐照度在1000±5 W/m^(2)时获得的辐照不均匀度及辐照不稳定度分别低至1.86%和0.289%,在300~1200 nm波长范围内的光谱匹配度为0.91~1.08,达到IEC60904-9:2020标准中关于3A级太阳模拟器的要求。该原型系统的成功研制为光伏、育种、航天等领域的应用提供了技术支持和实践经验,为国家碳达峰及碳中和目标的实现提供了助力。

一种防震式太阳模拟器的设计

文章介绍了一种防震式太阳模拟器。通过采用一种钢丝绳减震器作为太阳模拟器的减震装置,有效避免了因震动引起的模拟器元器件松动以及氙灯、滤光片等关键设备破损等问题。防震式太阳模拟器用于目前开发的光伏电站现场移动检测车,能节约调试、校准时间,而且不会因为车辆行驶颠簸影响设备的测试性能,可以有效提高光伏电站现场太阳电池组件的检测效率和检测准确度。

基于AM0太阳模拟器3波段光谱独立可调的设计

为满足空间三结砷化镓太阳电池的测试要求,设计并研制出一种AM0太阳模拟器,采用氙灯和卤素灯混合光源,提供了满足AM0光谱标准的光谱范围,并且可同时独立调整3个波段(350~760 nm、760~950 nm、950~1800 nm)的相对能量,便于提高三结太阳电池的电性能测试准确度。光谱测试结果表明:本文设计AM0太阳模拟器满足A级光谱匹配标准要求,且3个波段互相独立,可以满足三结砷化镓太阳电池对不同波段的修正校准要求。

金卤灯太阳模拟设备中滤光片的设计

本文主要研究了一种采用金卤灯作为模拟太阳光源时太阳模拟设备中滤光片的设计方法。首先论述了模拟太阳光源的相对光谱辐照度比例及其光谱匹配度的计算过程。然后,根据金卤灯光谱的相对光谱辐照度比例分布,分析了滤光片的设计方法,并给出了其设计透射率曲线;计算了金卤灯光源结合滤光片后在不同波段的光谱匹配度,结果显示,光谱匹配度等级均达到了A级;对于大尺寸滤光片,为保证金卤灯光谱在不同波段的光谱匹配度等级均达到A级标准要求,滤光片的透射率曲线偏移量应控制在±10 nm范围内。最后,通过使用2000 W金卤灯结合本设计滤光片进行实际验证,最终整体光谱在各波段的光谱匹配度等级均达到了A级标准。

真空应用太阳模拟灯及其灯阵的研制

为了对某相机进行热平衡试验,并克服传统太阳模拟器结构复杂、成本较高、光效利用率低的缺点,提出了将太阳模拟灯阵整体放在真空罐内使用的研制方案。首先,对该方案所需解决的各种问题进行了理论分析,计算得出模拟灯阵的辐照度要求为635.2～905.4W/m2,光学系统效率为0.1444。分析了真空罐液氮冷却系统的导热能力,结果显示,该冷却系统温度升高ΔT为2.0741K,小于其过冷度4K,表明该冷却系统可以将太阳模拟灯阵灯的热量导出。对系统热设计进行了分析和讨论,结果表明,积分器和反射镜的温度在200℃左右,氙灯灯极温度在92℃左右,满足其长时间正常工作的条件。最后,测试了模拟灯阵的技术参数,结果显示其照度为490.37～1000.56W/m2连续可调,辐照不均匀度<±5%,辐照不稳定度<±5%/h,各项指标均满足设计指标要求。

一种高准直的太阳模拟器设计

太阳模拟器的主要设计指标包括辐照强度、辐照均匀性、辐照稳定度及太阳光谱的匹配,然而太阳真实发射的平行光束有一定的张角(准直角),在日地平均距离处太阳的准直角为±16′,设计一高准直的太阳模拟器才能最真实反映外空间的太阳辐射,目前这种高准直太阳模拟器的研究较少,该文对准直角为±16′的太阳模拟器进行详细设计,具体指标达到辐照面积Φ50 mm,不均匀度为±8%,不稳定性为±5%/h,辐照强度达到0.1 S。

高倍聚光太阳模拟器的设计

研究了一种高倍聚光、高均匀性太阳模拟器,它主要由短弧氙灯、椭球聚光镜、高速快门和积分器构成,辐射功率超过5 kW,辐射峰值超过1 800个太阳常数(标准AM1.5∶1太阳常数=1 kW/m2)。介绍了该模拟器的光学设计,主要工程特点和仿真结果。应用蒙特卡洛光线追迹技术优化几何配置,以使光源到目标面的辐射能量转换效率最大化。仿真结果显示:在直径20 mm的圆形目标区域其平均辐射超过1 000 kW/m2,相应的辐照不均匀度小于6%。利用该装置模拟了高倍聚光太阳系统的辐射特性,为研究高效率太阳能电池的热化学过程和测试先进的高温材料提供了实验平台。

太阳模拟器用光学积分器设计

针对传统太阳模拟器普遍存在辐照均匀度较低的缺陷,改进设计了一种可以有效提高太阳模拟器辐照均匀度的光学积分器.介绍了该光学积分器的组成和工作原理;阐述了光学系统的优化设计技术;对其光机结构进行合理化设计,并使用ansys软件对光机结构进行热分析.最后,利用lightTools软件对太阳模拟器系统进行模拟仿真.结果表明:使用所设计的光学积分器后,太阳模拟器辐照不均匀度明显降低,在Φ60mm范围内小于±1%,在Φ(60～200)mm范围内小于±2%.该结果与实际检测结果一致,能够满足高准确度的使用要求.

用于太阳电池测试的太阳模拟技术

为了提高太阳模拟器的性能,更准确地测试太阳电池的特性参数,对模拟器的光源辐照利用率、辐照均匀度、辐照度与辐照稳定性的控制进行了研究。选取同轴光学系统结构作为模拟器光学系统,通过改进光学系统的结构排布,增加光积分器等方法,改善光源辐照利用率与辐照均匀度;在分析现役模拟器控制线路的基础上,采用光反馈技术对控制线路进行重新设计,提升系统对辐照度与辐照稳定性的可控性。实验结果表明:新型的太阳模拟器能有效地控制辐照度与辐照稳定性,在直径250mm范围内,标准光强为1000W/m2的条件下,辐照均匀度为2.5%,辐照稳定性<1%,较大地改进了太阳模拟器的性能。

太阳模拟器中椭球面聚光镜参数的确定

椭球面聚光镜是太阳模拟器设备的重要组成部分,其能量收集的效率决定着太阳模拟系统的能量传递效率,而太阳模拟器光学系统中的椭球面聚光镜参数一直没有理论上的设计依据,结合氙灯的发光特性并通过对MATLAB中建立的椭球面聚光镜聚光过程数值分析模型给出了椭球面聚光镜包括第一焦距、最大成像放大倍率、包容角范围及前后开口直径的确定依据,并通过在Lighttools中建立的4种仿真模型验证了理论分析的正确性.第一焦距由光源光中心高确定,最大成像放大倍率由光学积分器相对孔径及椭球镜包容角范围共同确定,椭球镜包容角范围不小于30＆#176;～120＆#176;,前开直径口由椭球镜的最大孔径角确定,后开口直径由最小孔径角和光源的径向调节量共同确定.该结论给椭球面聚光镜的设计提供了理论支撑,有利于设计完成高能量收集效率的椭球面聚光镜.