太陽模擬器開題報告

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告題 目： 太陽能模擬器機械系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師： 2014年 3月 27日9畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告1.文獻綜述1.1太陽模擬器的簡介穩(wěn)態(tài)太陽模擬器作為光源，在某中程度上說，可以等同于太陽光源，可以模擬太陽光照射。由于太陽模擬器本身體積較小，測試過程不受環(huán)境、氣候、時間等因素影響，從而避免了室外測量的各種因素限制，有利于結(jié)果的重現(xiàn)，所以廣泛用室內(nèi)模擬測試來代替室外測試。按照光譜類型來分，可以分為AM0和AM1.5型光譜，其中AMO適用于模擬外層空間陽光，主要應(yīng)用于人造衛(wèi)星，宇宙飛船等情況，而A

2、M1.5適用于模擬地面陽光。太陽模擬器是智能控制物理仿真實驗室內(nèi)的重要設(shè)備，和其它設(shè)備一起組成智能控制物理仿真試驗系統(tǒng)。在地面上模擬太陽光輻照特性，提供與太陽光譜相匹配的、均勻的、準(zhǔn)直穩(wěn)定的且具有一定輻照度的光源，主要用于航天器（飛行器）空間環(huán)境模擬試驗1。與一般的太陽模擬器不同之處在于，它具有兩個回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)，從而解決了所模擬太陽光線照射方向的精確調(diào)節(jié)難題。在實驗室內(nèi)實現(xiàn)太陽目標(biāo)仿真，給衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)內(nèi)的太陽敏感器提供太陽光模擬信號。 穩(wěn)態(tài)太陽模擬器廣泛應(yīng)用于材料老化性能測試，太陽能電池特性測試，特殊照明，光電材料特性測試，生物化學(xué)相關(guān)測試，光學(xué)催化降解加速研究，皮膚化妝用品檢測，環(huán)境研究

3、等。太陽模擬器是太陽能光伏產(chǎn)業(yè)研究、生產(chǎn)過程中必不可少的關(guān)鍵設(shè)備?，F(xiàn)在實等特性、但其同時也有體積大、價格高、能耗高等缺陷。正因如此小型光伏組件的檢測一般采用鹵鎢燈替代標(biāo)準(zhǔn)太陽模擬器, 鹵鎢燈輻照光譜分布與太陽輻照光譜分布差異明顯, 具有. 較大的誤差。這使得小型光伏組件的生產(chǎn)處于一種無標(biāo)準(zhǔn)、混亂的狀態(tài)。一種高效、便攜、廉價的太陽模擬器正在急需當(dāng)中。太陽模擬器是在室內(nèi)環(huán)境中實現(xiàn)不同大氣質(zhì)量條件下太陽輻照特性的一種試驗或定標(biāo)設(shè)備，可在高精度擬合太陽光譜分布的前提下實現(xiàn)不同的太陽輻照強度，在短時間內(nèi)能模擬出不同地域、不同季節(jié)的太陽光照特性，以滿足試驗研究對太陽輻照的特殊需求。太陽模擬技術(shù)起源于空間科

4、學(xué)技術(shù)，早期太陽模擬器的研制是為了應(yīng)對空間科學(xué)領(lǐng)域在地面開展空間環(huán)境模擬實驗的需求，隨后逐漸成為太陽能光伏發(fā)電、光熱發(fā)電及太陽熱化學(xué)等領(lǐng)域?qū)嶒炑芯康闹匾M成部分。1.2太陽模擬器的用途太陽模擬器的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。大型太陽模擬器是航天技術(shù)中衛(wèi)星空間環(huán)境模擬的主要組成部分，中小型太陽模擬器用于衛(wèi)星姿態(tài)控制的太陽敏感器地面模擬試驗與標(biāo)定及地球資源衛(wèi)星多光譜掃描儀太陽光譜輻照響應(yīng)的地面定標(biāo)。在光伏科學(xué)與工程中，中小型的太陽模擬器又可用于太陽能電池的檢測與標(biāo)定、遙感技術(shù)中室內(nèi)模擬太陽光譜輻照以及農(nóng)業(yè)科學(xué)中研究植物發(fā)育和培育良種、建材行業(yè)中材料的耐輻照老化試驗等。太陽模擬器是一種在室內(nèi)模擬太陽光的設(shè)備，

5、在光伏行業(yè)，它主要用于太陽電池和組件的電性能測試、光老化試驗，熱板耐久試驗等。 太陽電池是光譜選擇性器件，其光電靈敏度隨太陽光譜分布變化而變化，如圖1所示。自然陽光光譜分布不穩(wěn)定會影響光伏測試結(jié)果的可重復(fù)性，而且由于自然陽光的總輻照度無法調(diào)節(jié)，對其光譜分布與標(biāo)準(zhǔn)條件光譜的差異（光譜失配）進行校正時，需要實時監(jiān)測陽光光譜，但太陽光譜測量的準(zhǔn)確度上不高，據(jù)文獻報道：光譜測試在可見光區(qū)間的不確定度為4%，紫外區(qū)間和紅外區(qū)間的不確定度為8%10%。所以，光伏測試尤其是太陽電池生產(chǎn)線上的測試，一般都是在太陽能模擬器提供的模擬光下進行的。 (a)晶硅和多晶硅光伏組件，(b)薄膜組件圖1：不同光伏器件的相對

6、光譜響應(yīng) 人工模擬太陽光與自然陽光，兩者之間的有如下優(yōu)缺點，如表1所示： 1.3太陽模擬器的發(fā)展趨勢 隨著航天事業(yè)及太陽能發(fā)電行業(yè)的迅猛發(fā)展，越來越多的國家投入大量技術(shù)和財力開展太陽模擬器的研究和建設(shè)，以便獲得高精度大功率的太陽模擬器用于試驗研究。太陽模擬器的未來發(fā)展趨勢主要包括以下幾個方面:1) 光譜分布更加真實。綜合考慮光源、反光及濾光片等諸多方面因素，進一步提高太陽模擬器光譜與實際太陽光譜的一致性。2) 功率更大。太陽能發(fā)電和熱化學(xué)領(lǐng)域，聚光光伏、光熱發(fā)電、太陽能熱化學(xué)反應(yīng)都是未來發(fā)展的重點技術(shù)，大功率太陽模擬器對開展這些研究工作必不可少。3) 輻照度的均勻性更好。進一步提高太陽模擬器輻

7、照度的均勻性是設(shè)備性能需提升的要素之一。4) 功率的連續(xù)變化可調(diào)。目前已有的太陽模擬器的功率或固定或是分幾個等級，為滿足實現(xiàn)不同季節(jié)不同地域的太陽輻照度的需求，功率平穩(wěn)連續(xù)可調(diào)的太陽模擬器是未來太陽模擬器必須要解決的關(guān)鍵技術(shù)。5) 考慮雨雪風(fēng)霜云等天氣狀況的影響。太陽模擬器最終要實現(xiàn)的是一個真實空間環(huán)境，實現(xiàn)多種天氣因素組合的空間環(huán)境工況是未來太陽模擬器的發(fā)展前景。隨著自動化生產(chǎn)線的普及，多層層壓技術(shù)的出現(xiàn)，人們對測試儀吞吐量的要求越來越高。只有這樣才能在有限的時間和空間里產(chǎn)出更多的瓦數(shù)的電池，降低企業(yè)的運營成本。因此，更快，與自動化生產(chǎn)更匹配的太陽模擬器是未來發(fā)展的必然選擇。 參考文獻1劉電

8、龍，劉電龍，徐熙平.小型太陽模擬器結(jié)構(gòu)設(shè)計.長春理工大學(xué)學(xué)報 20102高 雁，劉洪波,王麗.太陽模擬技術(shù).中國光學(xué)與應(yīng)用光學(xué).20103劉洪波，高雁，王麗，顧國超，馮偉昌.高倍聚光太陽模擬器的設(shè)計.中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所.20114邵若燕，林文正，劉建軍，吳睿弊，蔣寶財.連續(xù)氦燈在太陽模擬器中的應(yīng)用研究.上海光學(xué)精密機械研究所.20085萬松,徐林.太陽模擬器的發(fā)展進展.上海交通大學(xué)物理系太陽能研究所.20096 向艷紅，張 容，于 江.氙燈水平點燃太陽模擬器燈單元設(shè)計.北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所.20112.本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段及途徑在進行水平點燃氙燈單元

9、機構(gòu)設(shè)計時，需要考慮如下要求：(1)除了能夠支撐水平放置的氙燈要求外，還應(yīng)避免氙燈受到附加應(yīng)力的影響；(2) 保證電連接的可靠性，在進行絕緣設(shè)計時，應(yīng)考慮電弧放電的屏蔽；(3) 要求在氙燈點燃后能夠進行位移調(diào)節(jié)，為了保證均勻性所需要的離焦調(diào)節(jié)要求，光軸方向調(diào)節(jié)范圍為±10 mm，并且在調(diào)節(jié)過程中不會產(chǎn)生附加應(yīng)力。(4) 光源采用功率為10kw短弧氙燈;(5) 燈單元結(jié)構(gòu)與調(diào)節(jié): 燈單元能保證氛燈發(fā)光中心(陰極上方2 mm處) 放置在聚光鏡第一焦點處, 具有三維調(diào)節(jié)功能, 不Y方向調(diào)節(jié)范圍為士3mm,Z方向(光軸方向) 調(diào)節(jié)范圍為士5mm，燈單元能使氛燈光軸與聚光鏡光軸重合, 不重合夾

10、角不大于0.5, 具有擺角調(diào)節(jié)功能, 調(diào)節(jié)范圍為士1°；(6) 氛燈陰陽極冷卻熱負荷為5000W,泡殼冷卻熱負荷為720W氛燈應(yīng)力分布均勻。2.1系統(tǒng)的組成：太陽模擬器是由機械裝置，橢球鏡和光源系統(tǒng)三部分組成的，其中機械裝置包括調(diào)燈機構(gòu)，運動控制結(jié)構(gòu)和二次反光外殼。結(jié)構(gòu)簡圖如下圖1所示。圖2氙燈單元系統(tǒng)組成2.21氙燈機構(gòu)氙燈：利用氙氣放電而發(fā)光的電光源。由于燈內(nèi)放電物質(zhì)是惰性氣體氙氣，其激發(fā)發(fā)電位和電電離電位相差較小。圖3 氙燈的外形該燈具有如下特點：（1） 輻射光譜能量分布與日光相接近,色溫約為6000K。（2） 連續(xù)光譜部分的光譜分布幾乎與燈輸入功率變化無關(guān)，在壽命期內(nèi)光譜能量

11、分布也幾乎不變。（3） 燈的光、電參數(shù)一致性好，工作狀態(tài)受外界條件變化的影響小。（4） 燈一經(jīng)燃點，幾乎是瞬時即可達到穩(wěn)定的光輸出；燈滅后，可瞬時再燃點。（5） 燈的光光效較高，電位梯度較小。此外在燈外部加上一個橢球鏡,從而嚴(yán)格控制光斑大小。2.22 調(diào)燈機構(gòu)燈架用于支撐氙燈，氙燈采用水平點燃方式。燈的支撐采用兩端固定，但不加緊的支撐方式，以確保氙燈在點燃后，兩端可以沿氙燈軸線方向釋放由于高溫引起的熱膨脹應(yīng)力。燈的支撐部分是受熱最為嚴(yán)峻的部件。為了減小因支撐部分熱膨脹引起的燈兩端的附加應(yīng)力，支撐部件應(yīng)選用表面拋光且耐高溫不變形的合金材料，它對太陽輻射的吸收系數(shù)應(yīng)比較小?？紤]到溫度會比較高，氙燈

12、與燈架間需要置一層隔熱材料。燈架除了用于支撐氙燈以外，它本身就是一個調(diào)燈機構(gòu)，用來調(diào)節(jié)燈的中心位置，可以進行水平方向和垂直方向的二維調(diào)節(jié)。如圖4所示。圖4 調(diào)燈機構(gòu)調(diào)整螺釘A用于燈水平方向的調(diào)節(jié)，B用于燈垂直方向的調(diào)節(jié)，調(diào)整螺塞C、D用于調(diào)節(jié)支撐彈簧的松緊。由于在工作過程中此部分熱量很大、溫度會很高，所以整個燈室和調(diào)整架均要選用耐高溫且不變形的合金材料來做。2.23 整體運動控制結(jié)構(gòu)本設(shè)計采用直線滑臺作為太陽模擬器的運動控制結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)橢球鏡可以沿?zé)糨S向后退300mm范圍，調(diào)整實現(xiàn)燈光在同一點的匯聚。直線滑臺結(jié)構(gòu)類似圖5。圖5 直線滑臺結(jié)構(gòu)示意圖2.3 機構(gòu)外殼模擬器本體采用的管罩式結(jié)構(gòu)，即有利于燈室的散熱，又可以通過散熱孔直接觀察到燈室內(nèi)部的情況和燈的中心位置，便于調(diào)節(jié)。采用的與中心軸垂直且依附在燈室上的十字結(jié)構(gòu)調(diào)燈系統(tǒng)可以很方便的調(diào)節(jié)燈的中心位置，使之與中心軸重合。從而達到設(shè)計要求，滿足工作需要。 指導(dǎo)教師意見：1、對文獻綜述的評語：所查閱文獻來源包含期刊論文、專業(yè)書籍和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)資料，能夠比較全面反映本課題的背景、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，資料查詢和應(yīng)用恰當(dāng)合理，內(nèi)容全面、詳實，具有一定深度和廣度，綜述條理清晰、文字通順簡練。文獻綜述與本課題的