[发明专利]一种太阳模拟器

说明书

本发明提供了一种太阳模拟器，其包括光源、光线张角修正装置、光强匀化装置和光线准直装置，光源形成的圆形光斑具有第一张角，具有第一张角的光线入射至光线张角修正装置，光线张角修正装置将其修正为近似平行光线。本发明的太阳模拟器，由光线张角修正装置对光线张角进行修正，提高了光线透过率和光线通过匀光部件和准直部件的效率；采用光线张角较大的光源，既可以提高光线拦截率，降低光源的光线损失，提高能源利用率，又不会导致光线通过匀光和准直部件时透过率的降低；准直部件采用线性菲涅尔透镜，成本低廉、安装调节简单快捷；可一机两用，可方便在准直式和碟式太阳模拟器之间转换，方便快捷，降低了使用成本。

技术领域

本发明涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种太阳模拟器。

背景技术

准直式太阳模拟器一般用在太阳能低能流密度测试领域，用来直接模拟室外的太阳光，追求的是与室外太阳光一样的均匀性与平行性。准直式太阳模拟器的光源发出的光线具有一定张角，该张角使得光路中透镜的孔径比增大，即透镜的直径与焦距的比值增大，偏离了孔径比的最佳值，光线的透过特性变差，另外模拟器中的匀光部件和准直部件对入射到表面的光线的平行性有一定的要求，光线的平行性越好，匀光部件和准直部件的光学效率越高，该张角还会影响光线通过匀光部件和准直部件的光学效率，因此，如何提高准直式太阳模拟器的光线透过性和整体效率是一个需要研究的课题。

另外，准直式太阳模拟器整个系统要遵循光瞳衔接原理，灯罩口径不能太大，深度不能太深，这样灯罩内表面对光线的拦截率不高，导致整体效率低(一般系统效率小于12％，例如我国最先进的模拟器KM6系统整体效率为10.5％)，显著推高了系统成本、降低了性能。虽然碟式太阳模拟器的聚光比高、整体效率高(一般系统整体效率大于20％，例如明尼苏达大学的模拟器整体效率为29％)，但由于碟式太阳模拟器光源的张角较大，其不适合直接作为光源应用于准直式太阳模拟器，否则将影响准直式模拟器的光线透过性和光学部件效率，因此，如何在提高准直式太阳模拟器的光线透过性和光学部件效率的同时，提高模拟器的整体效率也是一个需要研究的课题。

再者，传统准直式太阳模拟器一般采用离轴反射式的准直系统，系统制造、安装、调试复杂并且造价昂贵。并且太阳能室内测试领域还没有一款能够实现同时涵盖高、中、低能流密度测试的多用途太阳模拟器。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种整体效率高、光线透过性和光学部件效率高、结构简单、成本低的多用途太阳模拟器。

(二)技术方案

本发明提供了一种太阳模拟器，所述太阳模拟器为准直式太阳模拟器，其包括：光源、光线张角修正装置、光强匀化装置和光线准直装置，其中，所述光源发出的光线形成一圆形光斑6，由所述圆形光斑发出的光线具有第一张角θ；所述圆形光斑发出的具有第一张角的光线入射至所述光线张角修正装置，所述光线张角修正装置将所述具有第一张角的光线修正为近似平行光线7，修正后的近似平行光线7由所述光线张角修正装置射出；由所述光线张角修正装置发出的近似平行光线7入射至所述光强匀化装置，所述光强匀化装置对近似平行光线的光强进行匀化，匀化后的近似平行光线7转换为发散光线8并由所述光强匀化装置射出；由所述光强匀化装置发出的发散光线8入射至所述光线准直装置，所述光线准直装置将发散光线8转换为平行光线9，所述平行光线9作为太阳模拟器模拟的太阳光。

优选地，所述光线张角修正装置为复合抛物面聚光器3，所述复合抛物面聚光器下端开口，所述具有第一张角的光线由所述下端开口入射至所述复合抛物面聚光器3，经所述复合抛物面聚光器内表面反射后成为所述近似平行光线7，由所述复合抛物面聚光器上端开口射出。

优选地，所述光线张角修正装置为光学透镜，所述光学透镜为平凸、双凸球面透镜的组合或者一个双凸非球面镜。