高輻照度太陽模擬器光源的初步研究.pdf

1、太陽模擬器是在室內環(huán)境中模擬自然太陽光的設備。它具有輻照度穩(wěn)定，不受時間、季節(jié)、氣候影響等諸多優(yōu)點，使得其廣泛應用于能源、化工、電子器件、生物醫(yī)學等領域的檢測實驗中。目前低輻照度太陽模擬器（1個太陽及附近）已有商用化產品，并有國際標準和中國國家標準。
　　 聚光光伏電池、太陽能高溫熱發(fā)電、太陽爐等聚光太陽能應用的研究和產業(yè)的迅猛發(fā)展提出了對高輻照度太陽模擬器的需求。目前國際上尚未見到高輻照度太陽模擬器成熟產品，其研究報道也很少，

2、也尚無高輻照度太陽模擬器標準。本論文針對太陽能應用迅猛發(fā)展的需求，開展了高輻照度太陽模擬器的初步研究。
　　 太陽模擬器最關鍵的是對光源的選擇。太陽模擬器的光源應具有光譜與太陽光譜盡可能接近、發(fā)光效率高、功率可調等特性。短弧氙燈輻射能量分布近似于灰體輻射，光色接近日光，因此成為太陽模擬器選用最多的光源。對于短弧氙燈光譜特性-尤其是光譜空間分布、其內部溫度分布、以及它們與電流密度之間變化關系等性質的研究，將有助于理解氙燈光學原理，

3、為改進氙燈結構和設計高輻照度太陽模擬器光源系統(tǒng)提供依據。
　　 本文測量了短弧氙燈沿軸向空間光譜分布，并依照標準太陽模擬器光譜分布失配誤差進行了評價，利用高壓氙等離子體在近紅外區(qū)域的自反線，采用Bartels方法計算出短弧氙燈等離子體溫度分布，并將其與氙燈電流密度變化趨勢進行對比。
　　 基于短弧氙燈的實驗結果，本文設計了一種用作高輻照度太陽模擬器光源的磁分散電弧等離子體發(fā)生器的實驗裝置。利用外磁場驅動電弧高速旋轉迫使電

4、弧擴張，以獲得高輻照度（大功率）均勻穩(wěn)定的面光源。在一個大氣壓氬氣的模擬環(huán)境中測試了光源的基本性能，采用電學參數測量、CCD高速攝影、發(fā)射光譜診斷等方法對電弧的電壓電流特性、電弧分散過程、等離子體光源發(fā)射光譜徑向空間分布以及氬等離子體激發(fā)溫度等參數加以分析。實驗結果表明：利用外磁場迫使電弧高速旋轉的方法可以有效的促進收縮電弧分散，并最終達到完全分散的狀態(tài)；分散電弧可以顯著提高電流負荷從而得到高的輻射功率；完全分散電弧的CCD圖片灰度分析

5、磁分散等離子體光源的輻照不均勻度和不穩(wěn)定度分別為36.3％和27％，比未分散時的73.7％和69.8％得到了顯著降低；電弧電壓脈動頻率增大，脈動幅度顯著降低，間接表明電弧分散有助于光源穩(wěn)定性的提升；對電弧等離子體光源徑向空間光譜分布進行測量，證實了電弧分散后光源的均勻性得到了改善。
　　 另外，本文利用Tracepro光學軟件對加入初步簡單設計的透鏡后平面光源光路系統(tǒng)的輻照均勻性進行了仿真模擬分析，結果顯示最小的輻照不均勻度達到