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DOI：10.16661/ki.1672-3791.2019.20.057太阳能模拟器的设计实验研究①刘欢(华北电力大学 北京 102206)摘 要：太阳能的热利用受时间、气象、地域条件及实验环境等条件影响较大，为此，该文提出了满足高温太阳能热利用研究的太阳能模拟器的设计研究方案。
该方案可根据实际研究需要，调节焦平面的大小和辐照强度，符合大面积太阳光汇聚后的太阳光辐照特性。
该文着重描述了太阳能模拟器的核心组成部分——聚光系统的设计方案，同时设计了与之对应的机械系统、控制系统，实现焦平面大小及辐照度的调节功能，确保聚光系统的安全稳定运行。
关键词：太阳能热利用 辐照强度 聚光系统中图分类号：TM615文献标识码：A文章编号：1672-3791(2019)07(b)-0057-02为减轻我国传统化石能源储量有限以及利用中的环境污染问题，太阳能正在日益得到重视[1]。
但是自然界的太阳光在利用过程中受时间、气象、地理位置等各个因素的影响较大，同时辐照强度很低[2-3]。
为了得到不同环境条件下的基准数据，突破地域、时间及气象等条件限制，为数值仿真模拟提供参考，同时为仿真结果提供实验校验技术手段，该文设计了辐照强度较高的聚集式太阳能模拟器。
1 设计方案1.1 总体框架该文设计的太阳能模拟器由氙灯、聚光部分、机械部分、氙灯电源、冷却系统、UPS电源及数控系统组成，如图1所示。
将7盏氙灯的光经过高反射椭球镜聚集于很小的区①基金项目：中央高校基本科研业务费项目（项目编号：2018ZD02）。
作者简介：刘欢（1988—），男，汉族，黑龙江绥化人，硕士，工程师，研究方向：新能源高效发电。
图1 太阳能模拟器（下转59页)域内，得到该区域内高温和高热流密度的光源，来模拟集聚式太阳能光热利用中的实际物理环境。
1.2 聚光系统及机械系统该太阳能模拟器使用多个聚光单元，合成一个完整的聚光系统。
每个聚光单元设置独立的电控及冷却系统，可以通过调节聚光单元的开启数量得到不同辐照强度的光源。
太阳模拟器原理
太阳模拟器是一种设备，用于模拟太阳辐射的光谱和强度。
其原理基于两个主要的技术，包括光源和光谱过滤器。
首先，光源产生太阳辐射的光谱和强度。
其次，光谱过滤器根据需要过滤光谱，以产生所需的太阳辐射光谱。
太阳模拟器的光源通常使用氙气弧灯或钨丝灯。
氙气弧灯是一种高压气体放电灯，其光谱类似于太阳辐射。
钨丝灯则是一种白炽灯泡，其光谱与太阳辐射的相似程度较低。
因此，氙气弧灯通常被视为更好的太阳模拟器光源。
光谱过滤器是太阳模拟器中的关键部件。
它可以使太阳模拟器产生与太阳辐射相匹配的光谱。
这些过滤器通常使用光学滤波器，例如干涉滤波器或分光镜。
这些过滤器可以过滤出所需的波段或频率，并将其转换为太阳辐射能量的精确比例。
总体而言，太阳模拟器的原理是通过使用光源和光谱过滤器来模拟太阳辐射的光谱和强度。
这种设备是各种科学研究和工程应用中不可或缺的一个工具。
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文章编号 2097-1842（2023）06-1356-09基于自由曲面的聚焦型太阳模拟器设计魏秀东1 *，李柏霖1，赵宇航1，汤建方2，张 继2，黄勇焕2，许英朝3（1. 长春理工大学 空间光电技术研究所, 吉林 长春 130022；2. 中广核太阳能开发有限公司, 北京 100000；3. 厦门理工学院 光电与通信工程学院, 厦门 361024）摘要：聚焦型太阳模拟器可以获得高倍汇聚的太阳辐射光斑，在太阳能热发电及热化学研究领域具有重要应用。
为了获得均匀的太阳辐射光斑，提出了基于非成像光学的自由曲面聚光镜设计方法。
详细阐述了设计原理与具体方法。
设计了自由曲面聚光镜，并将其与包容角相同的非共轴椭球聚光镜进行对比。
通过仿真分析验证了设计方法的正确性。
仿真结果表明：使用额定功率为6 kW 的氙灯作为光源时，自由曲面聚光镜构成的单灯太阳模拟器可以在直径为60 mm 的目标面内提供平均辐照度为274.4 kW/m 2的光斑，与非共轴椭球太阳模拟器相比，光斑不均匀度从18.28%下降到5.69%；七灯太阳模拟器可以产生平均辐照度为1.65 MW/m 2的光斑，光斑不均匀度从13.19%下降到5.79%。
关 键 词：太阳模拟器；自由曲面；光学设计；光斑均匀度；能流分布中图分类号：O439 文献标志码：A doi ：10.37188/CO.2022-0207Design of focusing solar simulator based on free-form surfaceWEI Xiu-dong 1 *，LI Bai-lin 1，ZHAO Yu-hang 1，TANG Jian-fang 2，ZHANG Ji 2，HUANG Yong-huan 2，XU Ying-chao 3（1. Institute of Space Optoelectronics Technology , Changchun University of Science and Technology ,Changchun 130022, China ；2. CGN Solar Energy Development Co. LTD , Beijing 100000, China ；3. School of Optoelectronics and Communication Engineering ,Xiamen University of Technology , Xiamen 361024, China ）* Corresponding author ，E-mail : weixiudong 211@Abstract : The concentrating solar simulator can obtain solar radiation spots with high-power convergence,which has important applications in the fields of solar thermal power generation and thermochemical re-search. To obtain uniform solar radiation spots, a free-form surface condenser design method based on non-imaging optics is proposed, and its design principle and specific method are described. The designed free-form condenser is compared with a non-coaxial ellipsoidal condenser with the same containment angle, and the correctness of its design method is verified by simulation analysis. The simulation results show that when a xenon lamp with a rated power of 6 kW is used as the light source, the single-lamp solar simulator com-收稿日期：2022-10-09；修订日期：2022-10-26基金项目：福建省自然科学基金面上项目（No. 2019J01876）Supported by Natural Science Foundation of Fujian Province (No. 2019J01876)第 16 卷 第 6 期中国光学（中英文）Vol. 16 No. 62023年11月Chinese OpticsNov. 2023posed of a free-form condenser can produce a spot with an average irradiance of 274.4 kW/m2 in the target region with a diameter of 60 mm. The spot’s unevenness decreases from 18.28% to 5.69% compared with that of a non-coaxial ellipsoidal solar simulator. The seven-lamp solar simulator can produce a spot with an average irradiance of 1.65 MW/m2, with a spot unevenness that decreases from 13.19% to 5.49%.Key words: solar simulator；free-form surface；optical design；spot uniformity；heat flux distribution1 引 言聚焦型太阳模拟器是太阳能热发电与太阳能热化学研究过程中常用的设备，可以提供接近太阳光的高通量辐射。
气象辐射用太阳模拟器组合聚光镜设计张燃;张国玉;梁婧;张健;刘石;苏拾;张建良【期刊名称】《气象水文海洋仪器》【年(卷),期】2018(035)003【摘要】结合气象辐射用太阳模拟器的特性,针对太阳模拟器能量利用率较低的情况,文章设计了一种椭球聚光镜和球面反射镜组成的组合聚光镜,分析了组合聚光镜中椭球聚光镜和球面反射镜的参数确定方法以及组合聚光镜的成像倍率与聚光效率,软件仿真结果证明:在保证均匀性的前提下,组合聚光镜能有效提升太阳模拟器的能量利用效率,太阳模拟器的辐照不均匀度符合气象太阳模拟器国家标准.【总页数】5页(P31-35)【作者】张燃;张国玉;梁婧;张健;刘石;苏拾;张建良【作者单位】长春理工大学 ,长春 130022;长春工程技术学院 ,长春 130022;光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室 ,长春 130022;长春理工大学 ,长春130022;光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室 ,长春 130022;吉林省光电测控仪器工程技术研究中心 ,长春 130022;长春理工大学 ,长春 130022;长春理工大学 ,长春 130022;光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室 ,长春 130022;吉林省光电测控仪器工程技术研究中心 ,长春 130022;长春理工大学 ,长春 130022;光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室 ,长春 130022;吉林省光电测控仪器工程技术研究中心 ,长春 130022;长春理工大学 ,长春 130022;光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室 ,长春 130022;吉林省光电测控仪器工程技术研究中心 ,长春 130022;空军航空大学 ,长春130000【正文语种】中文【中图分类】TH765.8+3【相关文献】1.核辐射环境气象参数远程监测节点设计与实现 [J], 蔡顺燕2.气象辐射计量检测用太阳模拟器性能分析 [J], 苏拾;张国玉;王凌云;付芸3.组合非球面太阳能聚光镜的光学设计 [J], 秦华;冯东太;葛硕硕;王勇4.用于气象探测的低辐射误差温度传感器设计 [J], 邓俊;刘清惓;龚定祺;杨杰5.基于ARM与FPGA的气象微波辐射计测控系统设计 [J], 陈俞娴; 郭伟; 桂良启; 任利明; 周自成; 占美娟; 杨杰波; 郎量; 陈柯; 田加胜因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
太阳模拟器原理
太阳模拟器是一种用于模拟太阳辐射的设备，它可以在实验室中模拟太阳的辐射，以便研究太阳能电池、太阳能热能等太阳能应用技术。
太阳模拟器的原理是利用高温灯丝或氙气灯等光源，通过反射、聚焦等技术，模拟太阳的辐射。
太阳模拟器的光源通常采用氙气灯或高温灯丝，这些光源可以产生高强度的光辐射，但它们的光谱与太阳的光谱有所不同。
因此，太阳模拟器需要通过反射、聚焦等技术来调整光源的光谱，使其更接近太阳的光谱。
太阳模拟器的反射系统通常采用镜面反射或漫反射技术。
镜面反射技术可以将光线反射到一个点上，从而实现聚焦效果；漫反射技术则可以将光线均匀地反射到一个区域上，从而实现均匀照射效果。
这些反射技术可以根据实验需要进行选择和组合，以实现不同的光照效果。
太阳模拟器的聚焦系统通常采用透镜或反射镜等光学元件，将光线聚焦到一个点上。
透镜可以将光线折射，从而实现聚焦效果；反射镜则可以将光线反射，从而实现聚焦效果。
这些光学元件可以根据实验需要进行选择和组合，以实现不同的光照效果。
太阳模拟器的控制系统通常采用计算机控制或手动控制等方式，可以实现光照强度、光照时间、光照面积等参数的调节。
这些参数可
以根据实验需要进行调节，以实现不同的光照效果。
太阳模拟器是一种用于模拟太阳辐射的设备，它可以在实验室中模拟太阳的辐射，以便研究太阳能电池、太阳能热能等太阳能应用技术。
太阳模拟器的原理是利用高温灯丝或氙气灯等光源，通过反射、聚焦等技术，模拟太阳的辐射。
太阳光模拟器是一款可以帮助人们更好的了解太阳和月亮等天体的仪器。
它能够根据不同的天气情况，自动调整出最合适的温度、光照强度以及相应的光线分布。
1：太阳光模拟器的原理科迎法电气的太阳光模拟器的原理是通过对太阳光线的模拟来进行测量，然后将所得数据转换成真实值。
它采用的方法主要有两种：一种是直接利用太阳光照射到物体上；另一种则是在传感器中安装一个小型发光装置，这样可以使光照更加均匀和精确。
对于直接使用太阳光进行检测而言，这种方式最明显的优点就是能够减少人工操作的干扰因素，而且精度也不会受到太大的影响。
然而，由于太阳光的波长比较短，因此采集到的信号较为微弱，所以会导致对结果造成一定的误差。
为了解决这个问题，就需要用到全光谱阳光模拟器了。
2：使用方法太阳光模拟器是一种用于测量太阳能、利用太阳能来产生电力的设备。
它主要由太阳辐射仪和一些附件组成，太阳辐射仪包括一个小型电池组、温度传感器和一根电源线，附件则包括充电器、数据记录卡等。
太阳光模拟器通常被安装在室外阳光充足的地方，以便得到准确的太阳能能量输出。
要使用太阳光模拟器进行监测，首先需要准备一台太阳光模拟器。
3:全光谱阳光模拟器的优势全光谱阳光模拟器是一种新型的太阳光模拟器，它可以根据需要调整光谱波段，使其更加适合于不同的环境。
这种设备通常包括一个计算机系统、一个光源和一组透镜，因此具有很大的灵活性。
对于复杂的场景来说，使用这种装置可以得到更好的效果。
此外，由于采用了先进的光学技术，全光谱阳光模拟器还具有良好的稳定性能和耐久性。
全光谱阳光模拟器已经广泛用于城市规划、建筑设计以及景观设计等领域。
AAA级太阳模拟器的设计与研制引言：太阳模拟器是一种用于模拟太阳辐射特性的设备，它能够产生出与太阳光谱相似的光线，用于太阳能电池板、太阳能热水器等太阳能设备的测试和研究。
AAA级太阳模拟器是最高级别的太阳模拟器，它具有高精度、稳定性和可控性。
本文将探讨AAA级太阳模拟器的设计与研制。
一、功能需求：1.光谱匹配：AAA级太阳模拟器需要能够生成与太阳光谱接近的光线，能够模拟太阳在不同位置、不同季节的光谱特性。
2.多参数控制：光谱以外的参数，如光强度、光照角度等也需要能够进行精确调控，以实现对太阳能设备的全面测试。
3.稳定性与可靠性：AAA级太阳模拟器需要具备高稳定性和可靠性，能够长时间稳定地运行，以保证测试数据的准确性和可重复性。
二、设计思路：1.光源选择：太阳模拟器的光源一般选择为高压氙灯，因其能够产生连续的辐射光谱，而且具有较长的寿命。
2.光学系统设计：光学系统是太阳模拟器的核心部分，其设计需要保证光线的均匀性、平行性和光强度的准确性。
常用的光学系统设计包括透射式光学系统和反射式光学系统，需要根据具体需求进行选择。
3.光谱特性调控：为了能够匹配太阳的光谱特性，可以利用滤光片、准直器和光栅等元件对光谱进行调控，以达到理想的光谱匹配效果。
4.控制系统设计：AAA级太阳模拟器需要具备多参数控制的功能，因此需要设计一个精确的控制系统，能够实时调节光强度、光照角度等参数，以满足不同测试需求。
5.热管理：太阳模拟器的光源会产生较高的温度，为了保证其稳定性和可靠性，需要进行合理的热管理，如散热系统的设计和温度传感器的安装等。
6.安全保护：太阳模拟器的设计需要考虑到人身安全和设备安全，如光源的二次保护、电源管理系统的设计等。
三、研制过程：1.建立原型：根据设计思路，制作太阳模拟器的原型，进行初步测试和验证，并通过修正和改进来优化设计。
2.确定光源和光学系统：根据需求选择合适的光源和光学系统，并进行相关性能测试和比较，选择最佳方案。
