RU2380663C1 - Solar radiation simulator - Google Patents
Solar radiation simulator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2380663C1 RU2380663C1 RU2008146146/28A RU2008146146A RU2380663C1 RU 2380663 C1 RU2380663 C1 RU 2380663C1 RU 2008146146/28 A RU2008146146/28 A RU 2008146146/28A RU 2008146146 A RU2008146146 A RU 2008146146A RU 2380663 C1 RU2380663 C1 RU 2380663C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- light
- filter
- fresnel lens
- spectrum
- flash lamp
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
- F21S8/00—Lighting devices intended for fixed installation
- F21S8/006—Solar simulators, e.g. for testing photovoltaic panels
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности к устройствам, позволяющим имитировать реальное солнечное излучение искусственными источниками света для измерения параметров и характеристик фотоэлементов и фотоэлектрических (ФЭ) модулей с концентраторами солнечного излучения, а также позволяет использовать импульсный имитатор солнечного излучения при сборке ФЭ модулей с концентраторами.The invention relates to solar energy, in particular to devices that simulate real solar radiation with artificial light sources to measure the parameters and characteristics of solar cells and photovoltaic (PV) modules with solar concentrators, and also allows the use of a pulsed solar radiation simulator when assembling PV modules with concentrators .
Известен имитатор солнечного излучения (см. патент RU №2088500, МПК B64G 7/00, опубликован 1997.08.27), содержащий отражатель, источник света, конденсор, выравниватель яркости и коллиматор, блок задания режима излучения, датчик излучения и лампу накаливания малой мощности. Также дополнительно введено по N-1 отражателей, источников света, конденсоров, выравнивателей яркости и коллиматоров. При этом каждые i-e (i=1,…,N) отражатель, источник излучения, конденсор, выравниватель яркости и коллиматор установлены последовательно. Фокус каждого i-го конденсатора совмещен с фокусом соответствующего i-го отражателя. Отражатели выполнены в виде части эллипсоида вращения, а выравниватель яркости - в виде многогранных, например шестигранных, призм со сферическими торцами. Призмы каждого i-го выравнивателя яркости установлены в одном корпусе с i-ми конденсором и коллиматором параллельно с контактом по граням. Каждый i-й корпус с возможностью смещения в осевом направлении объединен в i-й модуль с i-ми источником излучения и отражателем. Каждый i-й модуль установлен на общей раме с возможностью перемещения в плоскость общей рамы и поворота относительно этой плоскости. Лампа накаливания малой мощности установлена на общей раме с возможностью фиксации в фокусе каждого i-го отражателя. Фокальные плоскости коллиматоров совмещены, а датчик излучения размещен в совмещенной фокальной плоскости и соединен с блоком задания режима излучения.A well-known simulator of solar radiation (see patent RU No. 2088500, IPC B64G 7/00, published 1997.08.27) containing a reflector, a light source, a condenser, a brightness equalizer and a collimator, a radiation mode setting unit, a radiation sensor and a low-power incandescent lamp. Also, N-1 reflectors, light sources, capacitors, brightness equalizers and collimators were additionally introduced. Moreover, each i-e (i = 1, ..., N) reflector, radiation source, condenser, brightness equalizer and collimator are installed in series. The focus of each i-th capacitor is combined with the focus of the corresponding i-th reflector. Reflectors are made as part of a rotation ellipsoid, and the brightness equalizer is in the form of polyhedral, for example, hexagonal, prisms with spherical ends. The prisms of each i-th brightness equalizer are installed in one housing with the i-th capacitor and collimator in parallel with the contact along the edges. Each i-th housing with the possibility of axial displacement is combined in the i-th module with the i-th radiation source and reflector. Each i-th module is mounted on a common frame with the ability to move into the plane of the common frame and rotate relative to this plane. A low-power incandescent lamp is mounted on a common frame with the possibility of fixing in the focus of each i-th reflector. The focal planes of the collimators are aligned, and the radiation sensor is placed in the combined focal plane and connected to the radiation mode setting unit.
Недостатками известного имитатора солнечного излучения являются усложненность конструкции, необходимость настройки большого числа элементов, значительные габариты.The disadvantages of the known simulator of solar radiation are the complexity of the design, the need to configure a large number of elements, significant dimensions.
Известен имитатор солнечного излучения на основе ксеноновых дуговых ламп непрерывного свечения (см. патент US №5568366, МПК F21V 7/00, 22.10.1996), содержащий несколько ламповых модулей, оптических конденсоров и линз, направляющих световые пучки в фокальную точку, поворотное концентрирующее зеркало, состоящее из нескольких сегментов, которые поворачивают излучение каждого из ламповых модулей и направляют его в фокальную точку вакуумной камеры, содержащей концентратор, суммирующий излучение от всех ламповых модулей.A known simulator of solar radiation based on xenon arc lamps of continuous illumination (see US patent No. 5568366, IPC F21V 7/00, 10/22/1996) containing several lamp modules, optical capacitors and lenses directing light beams to the focal point, a rotary concentrating mirror , consisting of several segments that rotate the radiation of each of the lamp modules and direct it to the focal point of the vacuum chamber containing a concentrator that sums the radiation from all the lamp modules.
Недостатками данного устройства являются его громоздкость, сложность технического обслуживания из-за необходимости отвода большого количества тепла и трудность получения высококоллимированных световых потоков большой апертуры, необходимых для измерения характеристик фотоэлектрических модулей с концентраторами солнечного излучения.The disadvantages of this device are its bulkiness, the complexity of maintenance due to the need to remove large amounts of heat and the difficulty of obtaining highly collimated light fluxes of a large aperture, which are necessary for measuring the characteristics of photovoltaic modules with solar concentrators.
Известно устройство для тестирования солнечных элементов (см. заявка US №20020014886, МПК G01R 31/00, 07.02.2002), состоящее из трех источников света: импульсной ксеноновой лампы и двух галогенных ламп, трех детекторов излучения, трех оптических систем и измерительной системы. Излучение каждого из источников света выделяется в свой спектральный диапазон, в котором контролируется интенсивность излучения, а затем фокусируется на область измерения площадью около 400 см2. Суммарная освещенность и спектральный состав светового потока на поверхности фотоэлемента может варьироваться в широких пределах для синтезирования спектра излучения, максимально приближенного к стандартному солнечному спектру.A device for testing solar cells (see application US No. 20020014886, IPC G01R 31/00, 02/07/2002), consisting of three light sources: a pulsed xenon lamp and two halogen lamps, three radiation detectors, three optical systems and a measuring system is known. The radiation of each of the light sources is allocated in its spectral range, which controls the radiation intensity, and then focuses on the measurement area with an area of about 400 cm 2 . The total illumination and spectral composition of the light flux on the surface of the photocell can vary widely to synthesize a radiation spectrum as close as possible to the standard solar spectrum.
Недостатками этого устройства являются малая выходная апертура выходящего светового потока и невозможность преобразовать его в параллельный световой поток, имитирующий солнечное излучение для освещения ФЭ модулей с концентраторами.The disadvantages of this device are the small output aperture of the outgoing light flux and the inability to convert it into a parallel light flux that simulates solar radiation to illuminate PV modules with concentrators.
Известен имитатор солнечного излучения (см. заявка US №20080223441, МПК H01L 31/00, 18.09.2008), представляющий собой конструкцию, содержащую источник света и некое количество фокусирующих зеркал определенной формы и конфигурации, направляющих излучение источника света на фотоприемную площадку. В качестве источника света используется ксеноновая импульсная лампа-вспышка, излучение от которой попадает на большое количество сферических или цилиндрических зеркал, отражающих световые потоки, при этом между фотоприемной площадкой и зеркалами устанавливаются различные широкополосные и узкополосные интерференционные светофильтры на разные спектральные области, коэффициенты пропускания света которых подобраны таким образом, чтобы спектр суммарного излучения на фотоприемной площадке наиболее точно соответствовал спектру солнечного излучения.A known simulator of solar radiation (see application US No.20080223441, IPC H01L 31/00, 09/18/2008), which is a structure containing a light source and a certain number of focusing mirrors of a certain shape and configuration directing the radiation of the light source to the photodetector. As a light source, a xenon flash lamp is used, the radiation from which is incident on a large number of spherical or cylindrical mirrors reflecting light fluxes, while different broadband and narrowband interference light filters are installed between the photodetector area and the mirrors on different spectral regions, whose light transmittance are selected so that the spectrum of the total radiation at the photodetector site most closely matches the spectrum of the sun radiation.
Недостатками известного имитатора солнечного излучения являются малая выходная апертура светового потока и невозможность сконцентрировать суммарное световое излучение от лампы-вспышки в малом телесном угле, соответствующем расходимости солнечного излучения.The disadvantages of the known simulator of solar radiation are the small output aperture of the light flux and the inability to concentrate the total light radiation from the flash lamp in a small solid angle corresponding to the divergence of solar radiation.
Наиболее близким по совокупности существующих признаков к заявляемому техническому решению является имитатор солнечного излучения на основе импульсной ксеноновой лампы с большой апертурой выходного светового потока площадью 0,5×0,5 м2 (см. "Terrestrial Concentrator PV Moduls based on GalnP/GaAs/Ge TJ Cells and Minilens Panels". - Proceedings of the 4th Wold Conference on Photovoltaic Energy Conversion. - Hawaii, May 7-12, 2006, pp.632-635). В данном устройстве в качестве коллиматора используется линза Френеля. Между лампой-вспышкой и линзой Френеля помещен стеклянный светофильтр, корректирующий спектр излучения лампы-вспышки и позволяющий приблизить этот спектр к спектру солнечного излучения. Между линзой Френеля и ФЭ модулем с концентраторами помещается также специальный нейтральный светофильтр переменной плотности, выравнивающий интенсивность выходящего светового потока по площади. Кроме того, в этом устройстве на одной оптической оси с лампой-вспышкой установлен светодиод, свет от которого позволяет предварительно визуализировать ход лучей от лампы-вспышки.The closest in the totality of existing features to the claimed technical solution is a solar radiation simulator based on a pulsed xenon lamp with a large aperture of the output light flux of 0.5 × 0.5 m 2 (see "Terrestrial Concentrator PV Moduls based on GalnP / GaAs / Ge TJ Cells and Minilens Panels ". - Proceedings of the 4 th Wold Conference on Photovoltaic Energy Conversion. - Hawaii, May 7-12, 2006, pp.632-635). This device uses a Fresnel lens as a collimator. A glass filter is placed between the flash lamp and the Fresnel lens, which corrects the emission spectrum of the flash lamp and makes it possible to bring this spectrum closer to the spectrum of solar radiation. Between the Fresnel lens and the PV module with concentrators there is also placed a special neutral filter of variable density, which equalizes the intensity of the output light flux over the area. In addition, in this device, on the same optical axis as the flash lamp, an LED is installed, the light from which allows you to pre-visualize the rays from the flash lamp.
Недостатками данного имитатора солнечного излучения являются существенная неравномерность освещения по всему полю коллимированного излучения, которую очень трудно скорректировать с помощью нейтрального светофильтра без больших потерь в интенсивности излучения, а также отсутствие возможности оптимизации взаимного положения элементов периферийных компонентов модуля при монтаже, не предусмотрена защита вспомогательного источника света (светодиода) от разрушающего воздействия излучения лампы-вспышки.The disadvantages of this simulator of solar radiation are the significant unevenness of illumination over the entire field of collimated radiation, which is very difficult to correct with a neutral filter without large losses in radiation intensity, as well as the inability to optimize the relative position of the elements of the peripheral components of the module during installation, the auxiliary light source is not protected (LED) from the damaging effects of radiation from a flash lamp.
Задачей, решаемой заявляемым техническим решением, являлась разработка такого имитатора солнечного излучения, который бы обеспечивал возможность юстировки взаимного положения отдельных элементов ФЭ модулей с концентраторами, а также положения всего ФЭ модуля относительно измерительной системы и позволял повысить точность измерения выходных фотоэлектрических параметров ФЭ модулей с концентраторами при освещении от источника света со спектром, близким к солнечному.The problem solved by the claimed technical solution was the development of such a simulator of solar radiation, which would provide the opportunity to adjust the relative position of the individual elements of the PV modules with concentrators, as well as the position of the entire PV module relative to the measuring system and would improve the accuracy of measuring the output photoelectric parameters of PV modules with concentrators at lighting from a light source with a spectrum close to solar.
Поставленная задача решается тем, что имитатор солнечного излучения включает расположенные последовательно на одной оптической оси светодиод, излучающий в диапазоне длин волн 650±20 нм и соединенный световодом с первым светофильтром, поглощающим свет с длиной волны меньше 620 нм, импульсную ксеноновую лампу, диафрагму, второй светофильтр, корректирующий спектр излучения импульсной ксеноновой лампы, линзу Френеля и пространственный фильтр для выравнивания плотности светового потока по площади. Фокусное расстояние F линзы Френеля связано с расстоянием L между диафрагмой и светоизлучающей поверхностью импульсной ксеноновой лампы соотношением:The problem is solved in that the solar radiation simulator includes a light-emitting diode located in series on the same optical axis, emitting in the wavelength range of 650 ± 20 nm and connected by a light guide to the first filter that absorbs light with a wavelength of less than 620 nm, a pulsed xenon lamp, a diaphragm, and a second a light filter that corrects the emission spectrum of a pulsed xenon lamp, a Fresnel lens and a spatial filter to align the density of the light flux over the area. The focal length F of the Fresnel lens is related to the distance L between the diaphragm and the light-emitting surface of a pulsed xenon lamp by the ratio:
где Р - плотность мощности излучения импульсной ксеноновой лампы, Вт/м2,where P is the radiation power density of a pulsed xenon lamp, W / m 2 ,
W - плотность мощности имитируемого солнечного излучения, Вт/м2. Диаметр d отверстия диафрагмы составляет (0,0100-0,0115)·F, см. Первый светофильтр имеет рассеивающую свет поверхность, обращенную к импульсной ксеноновой лампе, и гладкую поверхность, обращенную к светодиоду.W is the power density of simulated solar radiation, W / m 2 . The diameter d of the aperture is (0,0100-0,0115) · F, see. The first filter has a light-scattering surface facing the xenon flash lamp, and a smooth surface facing the LED.
Между световодом и обращенной к нему гладкой поверхностью первого светофильтра может быть помещена иммерсионная среда в виде прозрачного силикона, а светодиод подключен к источнику переменного тока либо к источнику импульсного тока с заданной частотой повторения импульсов.Between the optical fiber and the smooth surface of the first filter facing it, an immersion medium in the form of transparent silicone can be placed, and the LED is connected to an alternating current source or to a pulse current source with a given pulse repetition rate.
Пространственный фильтр, выравнивающий плотность светового потока, должен иметь независимый от длины волны излучения, но переменный по площади коэффициент пропускания света, обратно пропорциональный локальной мощности светового потока. Это условие может быть выполнено несколькими способами.The spatial filter equalizing the density of the light flux must have a radiation transmittance independent of the wavelength, but variable in area, inversely proportional to the local power of the light flux. This condition can be fulfilled in several ways.
Пространственный фильтр может быть выполнен в виде стеклянной пластины или пленки, прозрачной для спектра лампы-вспышки, на которую нанесены непрозрачные для всех длин волн спектра лампы-вспышки концентрические окружности с толщиной линий 0,15-0,40 мм, с центром на оптической оси имитатора. Локальная частота нанесения окружностей пропорциональна локальной плотности светового потока, выходящего из линзы Френеля. Линейные размеры стеклянной пластины или пленки равны размерам линзы Френеля.The spatial filter can be made in the form of a glass plate or film transparent to the spectrum of the flash lamp, on which concentric circles with a line thickness of 0.15-0.40 mm, with a center on the optical axis, are opaque for all wavelengths of the spectrum of the flash lamp. a simulator. The local frequency of drawing circles is proportional to the local density of the light flux emerging from the Fresnel lens. The linear dimensions of a glass plate or film are equal to the dimensions of a Fresnel lens.
Концентрические окружности могут быть выполнены из штрихов, разделенных прозрачными для света участками.Concentric circles can be made of strokes separated by areas transparent to light.
Пространственный фильтр может быть выполнен в виде стеклянной пластины или пленки, прозрачной для спектра лампы-вспышки, на которую нанесены непрозрачные для всех длин волн спектра лампы-вспышки сплошные или штриховые линии, радиально расходящиеся из центра, лежащего на оптической оси имитатора, толщиной 0,15-0,40 мм. Частота нанесения которых пропорциональна локальной плотности светового потока, выходящего из линзы Френеля. При этом линейные размеры стеклянной пластины или пленки равны размерам линзы Френеля.The spatial filter can be made in the form of a glass plate or film transparent to the spectrum of the flash lamp, on which solid or dashed lines radially diverging from the center lying on the optical axis of the simulator, thickness 0, are applied that are opaque to all wavelengths of the spectrum of the flash lamp, 15-0.40 mm. The frequency of application of which is proportional to the local density of the light flux emerging from the Fresnel lens. In this case, the linear dimensions of the glass plate or film are equal to the sizes of the Fresnel lens.
Пространственный фильтр может быть выполнен в виде стеклянной пластины или пленки, прозрачной для спектра лампы-вспышки, на которую нанесен рисунок в виде непрозрачных для всех длин волн спектра лампы-вспышки точек размерами 0,15-0,40 мм, частота нанесения которых пропорциональна локальной плотности светового потока, выходящего из линзы Френеля.The spatial filter can be made in the form of a glass plate or film transparent to the spectrum of the flash lamp, on which a pattern is applied in the form of dots 0.15-0.40 mm in size that are opaque to all wavelengths of the spectrum of the flash lamp, the frequency of which is proportional to the local the density of the light flux emerging from the Fresnel lens.
Пространственный фильтр может быть выполнен в виде стеклянной пластины или пленки, прозрачной для спектра лампы-вспышки, на которую нанесен рисунок в виде непрозрачных для всех длин волн спектра лампы-вспышки хаотически расположенных штриховых линий размерами 0,15-0,40 мм. Средняя частота нанесения штриховых линий пропорциональна локальной плотности светового потока, выходящего из линзы Френеля.The spatial filter can be made in the form of a glass plate or film transparent to the spectrum of the flash lamp, on which a pattern is applied in the form of opaque for all wavelengths of the spectrum of the flash lamp randomly arranged dashed lines measuring 0.15-0.40 mm. The average frequency of dashed lines is proportional to the local density of the light flux emerging from the Fresnel lens.
Пространственный фильтр, выравнивающий плотность светового потока, должен иметь независимый от длины волны излучения, но переменный по площади коэффициент пропускания света, обратно пропорциональный локальной мощности светового потока. Размеры затеняющих свет элементов фильтра должны быть намного больше длины волны падающего света, чтобы пренебречь дифракцией света, и намного меньше линейных размеров линз ФЭ модуля, чтобы обеспечить равномерную засветку последних.The spatial filter equalizing the density of the light flux must have a radiation transmittance independent of the wavelength, but variable in area, inversely proportional to the local power of the light flux. The dimensions of the light-shading filter elements must be much larger than the wavelength of the incident light to neglect the diffraction of light, and much smaller than the linear dimensions of the lenses of the PV module to ensure uniform illumination of the latter.
Приведенное выше соотношение параметров L и F обеспечивает наиболее равномерное распределение мощности коллимированного светового потока, выходящего из линзы Френеля при заданном значении плотности мощности имитируемого солнечного излучения, при этом пространственный фильтр, выравнивающий плотность светового потока, будет иметь минимальный уровень поглощения света.The above ratio of the parameters L and F provides the most uniform distribution of the power of the collimated light flux coming out of the Fresnel lens for a given value of the power density of the simulated solar radiation, while the spatial filter aligning the density of the light flux will have a minimum level of light absorption.
Диаметр диафрагмы d должен быть в 100-115 раз меньше величины F. Данное соотношение обеспечивает угловую расходимость светового потока из оптической системы имитатора, отличающуюся от угловой расходимости лучей от диска Солнца не более чем на 7%.The diameter of the diaphragm d should be 100-115 times smaller than the value F. This ratio ensures the angular divergence of the light flux from the optical system of the simulator, which differs from the angular divergence of rays from the solar disk by no more than 7%.
Выбор в качестве дополнительного источника света красного светодиода с длиной волны 650±20 нм обусловлен тем обстоятельством, что данный спектральный диапазон попадает на стык спектральных диапазонов поглощения первого и второго каскадов трехкаскадного фотоэлемента, и при облучении фотоэлементов светом с такой длиной волны в первом и втором каскаде трехкаскадного фотоэлемента будут генерироваться носители тока, а при учете «мягкой» вольт-амперной характеристики третьего каскада через фотоэлемент будет протекать электрический ток. В двухкаскадных и однокаскадных фотоэлементах излучение в данном спектральном диапазоне также эффективно преобразуется в электрический ток.The choice of an additional light source as a red LED with a wavelength of 650 ± 20 nm is due to the fact that this spectral range falls on the joint of the absorption spectral ranges of the first and second stages of a three-stage photocell, and when the photocells are irradiated with light with such a wavelength in the first and second stage current carriers will be generated in the three-stage photocell, and if the “soft” current-voltage characteristics of the third stage are taken into account, an electric current will flow through the photocell. In two-stage and single-stage photocells, radiation in this spectral range is also effectively converted into electric current.
Между импульсной ксеноновой лампой и красным светодиодом устанавливается красный светофильтр, который поглощает свет с длиной волны короче 620 нм и защищает светодиод от разрушающего коротковолнового видимого и ультрафиолетового излучения лампы-вспышки. Матовая рассеивающая поверхность красного светофильтра является вторичным источником красного излучения, световые лучи от которой распространяются по тому же оптическому пути, что и лучи от импульсной ксеноновой лампы. Форма и размеры красного светофильтра выбраны таким образом, чтобы свет красного светодиода равномерно рассеивался матовой поверхностью светофильтра и, проходя через диафрагму, освещал всю поверхность линзы Френеля.A red filter is installed between the xenon flash lamp and the red LED, which absorbs light with a wavelength shorter than 620 nm and protects the LED from damaging short-wave visible and ultraviolet radiation from the flash lamp. The matte scattering surface of the red filter is a secondary source of red radiation, the light rays from which propagate along the same optical path as the rays from a pulsed xenon lamp. The shape and dimensions of the red filter are selected so that the light of the red LED is evenly scattered by the matte surface of the filter and, passing through the diaphragm, illuminates the entire surface of the Fresnel lens.
В случае, когда линейные размеры светофильтра а будут меньше размеров, удовлетворяющих соотношению 
Для уменьшения потерь света от светодиода между световодом и гладкой поверхностью светофильтра может быть помещена просветляюще иммерсионная среда, например прозрачный силикон.To reduce light loss from the LED, an antireflective immersion medium, for example, transparent silicone, can be placed between the light guide and the smooth surface of the filter.
Применение светодиода с вышеперечисленными параметрами позволяет использовать импульсный имитатор солнечного излучения при сборке ФЭ модулей с концентраторами и обеспечивает точную общую юстировку и взаимную юстировку элементов модуля по величине электрического сигнала фотоэлементов при освещении их светом красного светодиода. Для улучшения соотношения сигнал/шум при измерении сигналов фотоэлементов красный светодиод может быть запитан от импульсного или переменного источника тока. Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, гдеThe use of an LED with the above parameters makes it possible to use a pulsed simulator of solar radiation when assembling PV modules with concentrators and provides accurate general alignment and mutual alignment of the module elements according to the magnitude of the photocell electric signal when illuminated with red LED light. To improve the signal to noise ratio when measuring photocell signals, the red LED can be powered from a pulsed or alternating current source. The claimed technical solution is illustrated by drawings, where
на фиг.1 показано схематичное изображение имитатора солнечного излучения;figure 1 shows a schematic representation of a simulator of solar radiation;
на фиг.2 изображен ход лучей от импульсной ксеноновой лампы;figure 2 shows the path of the rays from a pulsed xenon lamp;
на фиг.3 показан ход лучей от светодиода,figure 3 shows the path of the rays from the LED,
на фиг.4 приведены вольт-амперные характеристики фотоэлектрического модуля с концентраторами при натурных и лабораторных измерениях (кривая 1 - натурные испытания, Isc=1,79 A, Voc=35,2 В, Pm=50,63 Вт, FF=80,3%, Eff=25,5%, Tamb=10°C, Ec=860 Вт/м2; кривая 2 - импульсный имитатор, Isc=1,78 A, Voc=35,63 В, Pm=50,35 Вт, FF=79%, Eff=25,35%, Tamb=22°C, Ec=862 Вт/м2).figure 4 shows the current-voltage characteristics of the photovoltaic module with concentrators for field and laboratory measurements (curve 1 - field tests, I sc = 1.79 A, V oc = 35.2 V, P m = 50.63 W, FF = 80.3%, Eff = 25.5%, T amb = 10 ° C, E c = 860 W / m 2 ; curve 2 - pulse simulator, I sc = 1.78 A, V oc = 35.63 V , P m = 50.35 W, FF = 79%, Eff = 25.35%, T amb = 22 ° C, E c = 862 W / m 2 ).
Заявляемый имитатор солнечного излучения для измерения характеристик ФЭ модуля 1 с концентраторами (см. фиг.1) содержит расположенные последовательно на одной оптической оси 2: светодиод 3, световод 4, первый светофильтр 5, поглощающий свет с длиной волны меньше 620 нм, импульсную ксеноновую лампу 6, диафрагму 7, второй светофильтр 8, корректирующий спектр излучения импульсной ксеноновой лампы 6, линзу Френеля 9 и пространственный фильтр 10 для выравнивания плотности светового потока по площади. Светодиод 3 излучает красный свет в диапазоне длин волн 650±20 нм. Фокусное расстояние F линзы Френеля 9 связано с расстоянием L между диафрагмой 7 и светоизлучающей поверхностью импульсной ксеноновой лампы 6 соотношением:The inventive simulator of solar radiation for measuring the characteristics of the
где Р - плотность мощности излучения импульсной ксеноновой лампы, Вт/м2,where P is the radiation power density of a pulsed xenon lamp, W / m 2 ,
W - плотность мощности имитируемого солнечного излучения, Вт/м2.W is the power density of simulated solar radiation, W / m 2 .
Диаметр d отверстия диафрагмы 7 составляет (0,0100-0,0115)·F, см. Первый светофильтр 5 имеет рассеивающую свет поверхность 11, обращенную к импульсной ксеноновой лампе 6, и гладкую поверхность 12, обращенную к светодиоду 3. Между световодом 4 и обращенной к нему гладкой поверхностью 12 первого светофильтра 5 может быть помещена иммерсионная среда 13 в виде прозрачного силикона, а светодиод 3 подключен к источнику переменного тока (на чертеже не показан) либо к источнику импульсного тока с заданной частотой повторения импульсов. Пространственный фильтр 10, выравнивающий плотность светового потока, имеет коэффициент пропускания света, независимый от длины волны излучения, но переменный по площади, обратно пропорциональный локальной мощности светового потока. При этом линейный размер а первого светофильтра 5 и его расстояние l от диафрагмы 7 связаны соотношением 
При работе заявляемого имитатора солнечного излучения (см. фиг.2) свет от импульсной ксеноновой лампы 6 проходит через отверстие диафрагмы 7, расположенной на расстоянии фокуса F от линзы Френеля 9, которая преобразует расходящийся световой пучок при соблюдении указанных выше соотношений в квазипараллельный с угловой расходимостью, равной угловой расходимости солнечного излучения, затем на фотоприемную площадку ФЭ модуля 1 с концентраторами, в котором преобразуется в электрический сигнал, регистрируемый системой измерения (на чертеже не показана). Второй светофильтр 8 корректирует спектр импульсной ксеноновой лампы 6, приближая его к спектру солнечного излучения, а пространственный фильтр 10, расположенный между линзой 9 Френеля и ФЭ модулем 1, выравнивает плотность излучения, выходящего из линзы Френеля 9. Свет от светодиода 3 (см. фиг.3) через световод 4 и гладкую поверхность 12 красного первого светофильтра 5 попадает на матовую поверхность 11 светофильтра 5, рассеивающую излучение. Красный первый светофильтр 5 в данном устройстве является вторичным источником излучения с размерами а, свет от которого проходит через прозрачный баллон импульсной ксеноновой лампы 6 и диафрагму 7 и попадает на линзу Френеля 9 по тому же оптическому пути, что и свет от импульсной ксеноновой лампы 6. Он так же преобразуется линзой Френеля 9 и оптической системой ФЭ модуля 1, как и свет импульсной ксеноновой лампы 6. Поэтому свет от светодиода 3 используется в имитаторе для визуализации хода лучей импульсной ксеноновой лампы 6 при установке и юстировке ФЭ модуля 1 с концентраторами, а также при сборке ФЭ модуля импульсной ксеноновой лампы 6 для взаимной юстировки его элементов.When the inventive simulator of solar radiation (see figure 2), the light from a
Был изготовлен опытный образец заявляемого имитатора солнечного излучения. Он был выполнен на основе импульсной ксеноновой лампы-вспышки. Для преобразования светового потока была использована линза Френеля размерами 50×50 см2 и фокусным расстоянием 780 мм. Между линзой Френеля и лампой-вспышкой на расстоянии 780 мм от линзы Френеля была установлена металлическая диафрагма с диаметром отверстия 7,5 мм. Расстояние от диафрагмы до светящейся поверхности лампы-вспышки составляло 3,5 м. Позади лампы-вспышки на одной оптической оси с диафрагмой и линзой Френеля на расстоянии 11 мм от диафрагмы был установлен красный светофильтр диаметром 7 мм и толщиной 3 мм, изготовленный из стекла КС-19. Далее на той же оптической оси помещался светодиод, излучающий на длине волны 645 нм. Свет от светодиода вводился в красный светофильтр через кварцевый штапик диаметром 5 мм, служивший световодом. Между красным светофильтром и кварцевым штапиком помещалась иммерсионная среда в виде жидкого силикона. Между диафрагмой и линзой Френеля был установлен светофильтр, корректирующий спектр лампы-вспышки, а на поверхности линзы Френеля - пространственный фильтр, для выравнивания оптической плотности излучения, выходящего из линзы Френеля.A prototype of the inventive simulator of solar radiation was made. It was made on the basis of a flash xenon flash lamp. To convert the light flux, a Fresnel lens with dimensions of 50 × 50 cm 2 and a focal length of 780 mm was used. A metal diaphragm with a hole diameter of 7.5 mm was installed between the Fresnel lens and the flash lamp at a distance of 780 mm from the Fresnel lens. The distance from the diaphragm to the luminous surface of the flash lamp was 3.5 m. Behind the flash lamp, on the same optical axis as the diaphragm and Fresnel lens, a red filter with a diameter of 7 mm and a thickness of 3 mm made of KS glass was installed at a distance of 11 mm from the diaphragm -19. Further, an LED emitting at a wavelength of 645 nm was placed on the same optical axis. The light from the LED was introduced into the red filter through a quartz bead with a diameter of 5 mm, which served as a light guide. An immersion medium in the form of liquid silicone was placed between the red filter and the quartz glazing bead. A light filter was installed between the diaphragm and the Fresnel lens, which corrected the spectrum of the flash lamp, and a spatial filter was installed on the surface of the Fresnel lens to equalize the optical density of the radiation emerging from the Fresnel lens.
Изготовленный образец имитатора солнечного излучения позволял получать квазипараллельный световой пучок размерами 50×50 см2, с плотностью излучения 1000 Вт/м2±20% и неравномерностью плотности излучения ±3%. Угловая расходимость светового пучка составляла 33 угловые минуты, спектральный состав был близок к солнечному излучению. На данном имитаторе были проведены испытания ФЭ модуля с концентраторами, результаты которых приведены на фиг.4. Как видно из хода кривых, приведенных на фиг.4, получено хорошее соответствие результатов измерений, проводимых на данном имитаторе солнечного излучения и в натурных условиях.The fabricated sample of a solar radiation simulator made it possible to obtain a quasi-parallel light beam with dimensions of 50 × 50 cm 2 , with a radiation density of 1000 W / m 2 ± 20% and an uneven radiation density of ± 3%. The angular divergence of the light beam was 33 angular minutes, the spectral composition was close to solar radiation. On this simulator, tests were carried out of the PV module with concentrators, the results of which are shown in figure 4. As can be seen from the course of the curves shown in figure 4, a good agreement is obtained between the results of measurements carried out on this simulator of solar radiation and in natural conditions.
Claims (12)
где Р - плотность мощности излучения импульсной ксеноновой лампы, Вт/м2,
W - плотность мощности имитируемого солнечного излучения, Вт/м2; диаметр d отверстия диафрагмы составляет (0,0100-0,0115)·F, см; а первый светофильтр имеет рассеивающую свет поверхность, обращенную к импульсной ксеноновой лампе, и гладкую поверхность, обращенную к светодиоду.1. A solar radiation simulator, including a LED arranged sequentially on the same optical axis, emitting in the wavelength range of 650 ± 20 nm and connected by a light guide to a first filter that absorbs light with a wavelength of less than 620 nm, a pulsed xenon lamp, aperture, and a second filter, correcting emission spectrum of a pulsed xenon lamp, a Fresnel lens and a spatial filter for aligning the light flux density over the area, while the focal length F of the Fresnel lens is related to the distance L between the diaphragm with a ragma and light-emitting surface of a pulsed xenon lamp with the ratio:
where P is the radiation power density of a pulsed xenon lamp, W / m 2 ,
W is the power density of simulated solar radiation, W / m 2 ; the diameter d of the opening of the diaphragm is (0,0100-0,0115) · F, cm; and the first filter has a light-scattering surface facing the flash xenon lamp and a smooth surface facing the LED.
где D - диаметр линзы Френеля, см.2. The simulator according to claim 1, characterized in that the linear dimension a of the first filter is related to the distance l from the filter to the diaphragm by the ratio:
where D is the diameter of the Fresnel lens, see
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008146146/28A RU2380663C1 (en) | 2008-11-14 | 2008-11-14 | Solar radiation simulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008146146/28A RU2380663C1 (en) | 2008-11-14 | 2008-11-14 | Solar radiation simulator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2380663C1 true RU2380663C1 (en) | 2010-01-27 |
Family
ID=42122222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008146146/28A RU2380663C1 (en) | 2008-11-14 | 2008-11-14 | Solar radiation simulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2380663C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109121808A (en) * | 2018-08-23 | 2019-01-04 | 清华大学深圳研究生院 | A kind of full spectrum plant lamps and lanterns of simulated solar irradiation |
| RU196522U1 (en) * | 2019-12-20 | 2020-03-03 | Сергей Станиславович Шафранов | Simulator of the spectral dependence of light signals |
| CN111478667A (en) * | 2020-04-29 | 2020-07-31 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | Solar simulator for testing space multi-junction solar cell |
| RU200010U1 (en) * | 2020-03-23 | 2020-10-01 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Самарский Национальный Исследовательский Университет Имени Академика С.П. Королева" (Самарский Университет) | SOLAR RADIATION SIMULATOR |
-
2008
- 2008-11-14 RU RU2008146146/28A patent/RU2380663C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| RUMYANTSEV V.D. et al. Terrestrial Concentrator PV Modules based on GaInP/Ge TJ Cells and Minilens Panels. 2006 IEEE 4 th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Waikoloa, Hawaii 7-12 May 2006, v.2 of 5, p.632-635. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109121808A (en) * | 2018-08-23 | 2019-01-04 | 清华大学深圳研究生院 | A kind of full spectrum plant lamps and lanterns of simulated solar irradiation |
| CN109121808B (en) * | 2018-08-23 | 2021-07-13 | 深圳佰城邦品牌发展有限公司 | Full-spectrum plant lamp simulating sunlight |
| RU196522U1 (en) * | 2019-12-20 | 2020-03-03 | Сергей Станиславович Шафранов | Simulator of the spectral dependence of light signals |
| RU200010U1 (en) * | 2020-03-23 | 2020-10-01 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Самарский Национальный Исследовательский Университет Имени Академика С.П. Королева" (Самарский Университет) | SOLAR RADIATION SIMULATOR |
| CN111478667A (en) * | 2020-04-29 | 2020-07-31 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | Solar simulator for testing space multi-junction solar cell |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7973917B2 (en) | Method using concentrator for measuring luminous flux of LED | |
| US5623149A (en) | High fidelity dual source solar simulator | |
| JP5497481B2 (en) | Simulated solar irradiation device | |
| US8579446B2 (en) | Variable-spectrum solar simulator | |
| TW201205046A (en) | Sunlight simulator with detection device and solar cell detection device | |
| JP5725437B2 (en) | Environmental test equipment | |
| CN102419414B (en) | Solar simulator | |
| CN106018330B (en) | A kind of pocket-type near infrared spectrometer | |
| KR20120016189A (en) | Quantum efficiency measurement system and method of use | |
| RU2380663C1 (en) | Solar radiation simulator | |
| JP2012094247A (en) | Solar simulator | |
| US20150244314A1 (en) | Pseudo sunlight irradiation apparatus and method for evaluating solar battery module | |
| CN208537399U (en) | A kind of spectrometer being first divided | |
| JP5590352B2 (en) | Solar simulator | |
| CN113188767B (en) | Ultraviolet lens reflection, transmissivity test and ultraviolet imaging system calibration device and method | |
| JP5214792B2 (en) | Simulated solar irradiation device | |
| Zeng et al. | Design of ellipsoid and spherical combined light source for uniform flux and color mixing | |
| TWI438366B (en) | Concentrated light source simulator | |
| Filimonov et al. | Experimental equipment for optical characterization of Fresnel lens concentrators | |
| Kiefel et al. | Monochromatic collimated light source for an indoor lens efficiency tester | |
| Bindu et al. | Solar simulator for indoor characterization of hybrid CPV/flat-plate modules | |
| RU2641514C1 (en) | Solar radiation simulator | |
| TW201500678A (en) | Solar simulator and spectrum adjusting method | |
| King et al. | Design of a low-cost high-flux solar simulator | |
| Parretta et al. | Optical efficiency of" PhoCUS" C-Module concentrators |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QA4A | Patent open for licensing |
Effective date: 20170306 |