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(nèi)環(huán)境中模擬自然太陽光的設(shè)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(yīng)用于能源、化工、電子器件、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)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(chǎn)品，并有國際標(biāo)準(zhǔn)和中國國家標(biāo)準(zhǔn)。
　　 聚光光伏電池、太陽能高溫?zé)岚l(fā)電、太陽爐等聚光太陽能應(yīng)用的研究和產(chǎn)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(chǎn)品，其研究報道也很少，

2、也尚無高輻照度太陽模擬器標(biāo)準(zhǔn)。本論文針對太陽能應(yīng)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(guān)鍵的是對光源的選擇。太陽模擬器的光源應(yīng)具有光譜與太陽光譜盡可能接近、發(fā)光效率高、功率可調(diào)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(nèi)部溫度分布、以及它們與電流密度之間變化關(guān)系等性質(zhì)的研究，將有助于理解氙燈光學(xué)原理，

3、為改進氙燈結(jié)構(gòu)和設(shè)計高輻照度太陽模擬器光源系統(tǒng)提供依據(jù)。
　　 本文測量了短弧氙燈沿軸向空間光譜分布，并依照標(biāo)準(zhǔn)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(jié)果，本文設(shè)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(qū)動電弧高速旋轉(zhuǎn)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(xué)參數(shù)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(shù)加以分析。實驗結(jié)果表明：利用外磁場迫使電弧高速旋轉(zhuǎn)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(fù)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(xué)軟件對加入初步簡單設(shè)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(jié)果顯示最小的輻照不均勻度達到