O simulador de luz solar é o principal equipamento para simular as condições de luz solar através de fontes de luz artificial, amplamente utilizado em testes de dispositivos fotovoltaicos, pesquisa de fotocatálise de materiais, simulação ambiental e outras áreas. Seu uso deve equilibrar o desempenho óptico, a estabilidade e a segurança, a seguir é descrito em detalhes em termos de composição do equipamento, processo operacional, ajuste de parâmetros, pontos de manutenção, etc.

Componentes e funções principais do equipamento

1. Sistema de fonte de luz

- Lámpada de xenão ou LED: a lâmpada de xenão simula uma boa continuidade do espectro solar (cobrindo a banda UV-IR), adequada para testes de alta precisão; A matriz LED tem uma longa vida útil e baixo consumo de energia, mas uma combinação de cores múltiplas é necessária para a correspondência espectral.

- Grupo de filtros: corrigir a distribuição espectral, como o padrão AM1.5G requer que os filtros de infravermelho enfraqueçam o excesso de radiação na banda infravermelha próxima da lâmpada de xenon.

- Sistema de homogeneização da luz: a uniformidade da intensidade da luz é otimizada com bola integral, rede celular ou conjunto de lentes, o requisito típico de uniformidade é de ± 5% (área ≥ 20 cm x 20 cm).

2. Sistema de controle

- Ajuste da intensidade da radiação: controle de uma matriz de LEDs através da regulação de corrente / tensão do brilho da lâmpada de xenon ou modulação de largura de pulso (PWM), geralmente na faixa de 10-1500 W / m².

- Monitoramento de temperatura: o sensor PT100 ou termopar incorporado monitora a temperatura da câmara do dispositivo em tempo real para evitar que o sobreaquecimento cause atenuação da fonte de luz.

- Módulo de calibração espectral: alguns equipamentos são equipados com monocromáticos ou espectrómetros para monitorar a correspondência espectral em tempo real.

3. Componentes auxiliares

- Sistema de refrigeração: refrigeração a água ou ar para manter a temperatura ambiente da fonte de luz, a temperatura de funcionamento da lâmpada de xenon deve ser controlada abaixo de 80 ° C.

- Suporte para amostras: inclinação e posição ajustáveis, alguns equipamentos suportam movimentos em quatro dimensões (eixo X / Y / Z + rotação), adaptados a amostras de diferentes tamanhos.

- Proteção do ecrã: para evitar a interferência da luz dispersa, é necessário bloquear as áreas não irradiadas durante o teste.

Processo operacional e passos-chave

1. Preparação antes da inicialização

- Inspeção ambiental: Certifique-se de que a temperatura de laboratório seja de 25 ± 3 ° C, umidade ≤ 60%, para evitar a exposição de componentes ópticos.

- Conexão de circuito: Verifique o nível de água do refrigerador de água, as vias de ar (se necessário para limpar o gás de proteção) e a fonte de alimentação para evitar o risco de vazamento de alta tensão da lâmpada de xenon.

- Procedimento de pré-aquecimento: pré-aquecer por 10-15 minutos depois de ligar a fonte de luz, para estabilizar a luminosidade da lâmpada de xenão e evitar as flutuações da intensidade da luz na fase inicial.

2. Calibração de parâmetros

Calibração da intensidade da radiação: Use uma bateria de silício de referência calibrada (como a norma ASTM E927) para ajustar a intensidade da luz para o valor alvo (como 1000 W/m² ± 2%).

- Verificação de uniformidade: coloque a matriz do detector no plano da amostra, varredura a distribuição da intensidade da mancha e ajuste a distância focal do amortiguador ou a posição da fonte de luz, se necessário.

Comparação espectral: Compare o espectro solar padrão (como ASTM G173) para ajustar a corrente do filtro ou do LED para garantir que o desvio da banda 400-1100nm seja < 15%.

3. Execução de testes

- Posicionamento da amostra: Fixe a amostra no centro da mancha, use a indicação a laser ou imagem CCD para confirmar a posição, o erro de ângulo de inclinação deve ser < ± 0,5 °.

- Monitoramento dinâmico: registro em tempo real da intensidade da luz, dados de temperatura, o teste fotovoltaico precisa de captura sincronizada da curva IV; Experimentos longos verificam a estabilidade da intensidade da luz a cada 30 minutos.

- Controle de modo intermitente: ao simular o ciclo de luz natural, defina o gradiente de intensidade da luz (por exemplo, subir linearmente para o valor definido dentro de 1 segundo) para evitar que a mutação afete a amostra.

4. Manutenção de desligamento

- Desligue gradualmente a fonte de luz: diminua a potência para 50% durante 5 minutos antes de desligar para evitar a ruptura fria da lâmpada de xenon.

- Limpeza e manutenção: limpe a janela de bola integral com um pano sem poeira para verificar se o filtro envelhece ou não (por exemplo, o filtro de vidro amarelo precisa ser substituído).

Backup de dados: Exporte os parâmetros de teste (intensidade de luz, espectro, temperatura e umidade) e dados da amostra, arquivados por pelo menos 3 anos.

Perguntas frequentes e estratégias de solução

1. Flutuação de luz excedente

- Causa: deriva de arco de lâmpada de xenon, fluxo insuficiente do refrigerador de água, interferência de onda de energia.

- Contramedidas: aumentar a fonte de alimentação reguladora de tensão, limpar o filtro de água fria, substituir regularmente a lâmpada de xenão (vida útil de cerca de 500-1000 horas).

2. Descompatibilidade espectral

- Causa: desvio angular do filtro, desvio de comprimento de onda da matriz LED, envelhecimento da fonte de luz.

- Contramedidas: Calibrar trimestralmente com espectrômetro, marcar a sequência de instalação do filtro e estabelecer um modelo de compensação do envelhecimento da fonte de luz.

3 - Diminuição da uniformidade

- Causa: desgaste do revestimento de bola integral, poluição da lente homogênica, interferência da reflexão da amostra.

- Contramedidas: limpar a parede interna da bola integral, ajustar a refletidão da amostra (por exemplo, revestir tinta mate preta) e substituir os componentes homogêneos, se necessário.

Segurança e manutenção a longo prazo

- Medidas de proteção: usar óculos de proteção contra raios ultravioletas, proibindo a observação direta da fonte de luz; Verifique regularmente a vedação da cobertura para evitar vazamentos de laser.

- Manutenção periódica: inspeção mensal de tubulações refrigeradas por água e interfaces de vias de gás; Calibração semestral do espectro e intensidade da luz; Troque peças desgastáveis (como filtros, aneis de vedação) durante a manutenção anual.

- Tratamento anormal: em caso de forte queda de luz, som ou odor confuso, desligue imediatamente a energia e verifique o vazamento de gás da lâmpada de xenon, curto-circuito e outros problemas.