Le « soleil artificiel» ne reproduit pas vraiment le soleil, mais simule les caractéristiques de base de la lumière du soleil par des moyens techniques, fournissant un environnement lumineux contrôlé et normalisé pour la recherche scientifique et les tests industriels. Ses principes fondamentaux, le choix de la source lumineuse et la conception optique constituent la pierre angulaire technologique de ce système de précision.
Principe de base: simuler les propriétés fondamentales du rayonnement solaire
L'objectif principal du simulateur solaire est de reproduire la distribution spectrale, l'intensité d'irradiation et l'uniformité spatiale du rayonnement solaire. Le spectre de la lumière du soleil à la surface de la terre couvre 280 nm à 2500 nm et contient les bandes ultraviolettes, visibles et infrarouges, dont l’intensité d’irradiation est influencée par la masse atmosphérique (AM), avec un rayonnement total de 1 kW / m² par jour ensoleillé typique (am1.5). Le simulateur ajuste la lumière émise par la source lumineuse à un spectre conforme à la norme am1.5 via un système optique et forme une irradiation uniforme sur la surface d'essai, simulant ainsi l'action réelle de la lumière du soleil sur les matériaux, les dispositifs.
Sélection de la source lumineuse: application synergique de lampes au xénon avec LED
La source de lumière est le « cœur » du simulateur et doit répondre aux besoins de continuité spectrale, de stabilité et de régulation dynamique. Les lampes au xénon produisent un spectre continu semblable au soleil par décharge d'arc à haute tension, particulièrement bon pour couvrir les bandes visible et proche infrarouge, mais l'intensité UV et infrarouge est insuffisante; Les LED comblent les lacunes grâce à des combinaisons multibandes (par exemple UV - a365 nm, infrarouge 850 nm) et prennent en charge la gradation dynamique (par exemple, simulant les variations spectrales du lever et du coucher du soleil). Par exemple, le simulateur SS - pst100r de la technologie photoform utilise une lampe au xénon + une source lumineuse hybride LED à 12 canaux pour atteindre une couverture complète de la bande de 250nm à 2500nm avec une adaptation spectrale maximale (déviation < 5%).
Conception optique: régulation précise de l'uniformité et de la collimation
Le système optique réalise des simulations de haute précision en trois étapes « Concentration - homogénéisation - Collimation ». Prenons l'exemple d'un simulateur de lumière solaire à concentration: les rayons émis par une source de lampe au xénon convergent vers un deuxième foyer via un miroir ellipsoïdal, un réseau de lentilles divise le champ lumineux et élimine les "points chauds", un miroir de collimation transforme les rayons en faisceaux parallèles qui forment finalement une irradiation uniforme sur la surface d'essai. Par exemple, le simulateur LED Full Spectrum luminbox de Purple invasive Measurement & Control atteint une inhomogénéité de seulement 1,8% dans une zone de 45 cm × 45 cm avec une fluctuation de 20 minutes ≤ 0,5% grâce à un intégrateur optique, répondant aux exigences strictes des tests de cellules photovoltaïques, des expériences de vieillissement des matériaux et autres.
Du laboratoire à la ligne industrielle, le simulateur de lumière solaire fournit un « soleil artificiel» pour l'exploration humaine de l'énergie propre et le développement de nouveaux matériaux grâce à une percée technologique de « précision spectrale, d'irradiation uniforme et de fonctionnement stable».