高輻照太陽(yáng)光模擬器發(fā)展概況

光斑面積：1cm-30cm實(shí)際光斑可以做無(wú)限大

光強：10sun-3000sun  

光源：氙燈或者金屬鹵素燈

調節：可單燈單獨使用，單獨調節輸出功率，也可一起調節。

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太陽(yáng)光模擬器最早用于模擬大氣層外表面的空間太陽(yáng)輻射,為平行光全光譜太陽(yáng)能模擬器，這種模擬器設計較為復雜，包括聚光系統、光學(xué)積分器原件、準直鏡組件、冷卻學(xué)系統、光學(xué)系統機械結構、電源及控制系統及水冷用于人造衛星等航天器的測試實(shí)驗。美國早在1959年開(kāi)始研制大型空間太陽(yáng)光模擬器，并進(jìn)行了改造，用離軸光學(xué)系統代替了同軸光學(xué)系統，之后，歐空局、日本、俄羅斯、印度等國先后建立了太陽(yáng)光模擬器并對氙燈點(diǎn)燃技術(shù)、積分器形狀和準直鏡加工技術(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，輻照面不均勻度為±4%、體不均勻度為±6%，光譜為未經(jīng)過(guò)濾光的氙燈光譜，輻照度為1625W/m2，它代表了大型空間太陽(yáng)模擬器的先進(jìn)水平。

太陽(yáng)光模擬器除用于航天領(lǐng)域外,集聚式太陽(yáng)光模擬器也用于高溫材料的測試，為模擬太陽(yáng)能熱發(fā)電吸熱器環(huán)境提供條件，并為太陽(yáng)能熱化學(xué)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(xué)院D.Hirsch等用200KW高壓氙燈作為光源，采用2D-CPC及其漸開(kāi)線(xiàn)的橢圓槽式反射器的聚光系統，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(xiàn)性焦點(diǎn)。為了保證反射光線(xiàn)的角度在45度范圍內，聚光鏡在距焦平面上9.2cm以下被截斷。系統通過(guò)調節目標沿主軸的距離或燈的電功率，來(lái)調節能量,能流密度以及溫度。模擬器輻射功率75kW,輻照度峰值超過(guò)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(gè)氙燈均用回轉橢球鏡進(jìn)行聚光,將聚光鏡匯聚的光線(xiàn)疊加的到一個(gè)區域內獲得高輻照強度。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(jìn)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(yáng)光模擬器進(jìn)行了評估和改造，氙燈在長(cháng)時(shí)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(guò)大;系統在焦點(diǎn)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(yáng)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(chǎng)配備的標準聚光鏡進(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。二次聚光系統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(xiàn)形狀，光線(xiàn)通過(guò)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(yáng)光模擬器來(lái)研究熔鹽的光學(xué)融合和光的吸收性能。

我國于1965年開(kāi)始研制太陽(yáng)光模擬器，先后研制了KM2、KM3、KM4和KM6大型空間太陽(yáng)光模擬器和KFTA小型高精太陽(yáng)光模擬器，并于2013年開(kāi)始建設國內*大的空間太陽(yáng)能模擬器KM8?？臻g太陽(yáng)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(yáng)光模擬器系統，最大能流密度≤1MW/m2，光電轉化效率不低于40%。

國外高輻照度太陽(yáng)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，而國內現有太陽(yáng)光模擬器主要為平行光全光譜太陽(yáng)光模擬器，高輻照度太陽(yáng)光模擬器應用較少，且其設計參數與國際相比存在一定的差距，為滿(mǎn)足太陽(yáng)光高溫熱利用研究的需求，需設加大對高輻照度太陽(yáng)光模擬器研發(fā)。高輻照太陽(yáng)光模擬器發(fā)展概況