[发明专利]一种高通量平面光源产生的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于气体放电光源的技术领域，具体涉及一种高通量平面光源产生的装置及方法，用于产生高通量连续辐照光，作为高通量平面光辐照和高通量太阳模拟器的光源。

背景技术

高通量光源通过直接辐照器件表面产生高温，在各种不同环境、气氛下创造极端高温条件，是材料高温性能研究、热化学和光化学研究、太阳能光热/光电高效利用研究等领域的重要科学仪器，并且在许多特种材料（如纳米材料、耐高温材料等）的生产领域有特殊作用。目前，产生连续高通量辐照光的主要途径有：直接在户外通过太阳跟踪聚焦系统将太阳光聚焦，采用组成阵列的人工光源聚焦。后者大都以高压短弧氙灯为光源。

太阳光聚焦的太阳炉光通量及光斑面积都可以很大。如欧盟太阳能热发电实验基地（PSA）建立的太阳炉系统[参见文献1：J.Fernández-Reche,I.M.Sánchez,J.Ballestrín,L.Yebra,R.Monterreal,J.Rodrígueza,G.García,M.Alonso and F.Chenlo.PSA Solar furnace:A facility for testing PV cells under concentrated solar radiation,Solar Energy Materials &Solar Cells,2006,90:2480–2488]，光斑直径20cm，能流密度达3000kW/m²（3000个太阳辐照度）。但该系统过于庞大复杂，仅反射镜面积就达140m²，难以推广应用。采用小型的碟式、槽式或菲涅尔透镜式聚光器，也可获得小面积的高辐照度。但是以自然界阳光为光源受环境影响大，稳定性差，光谱特性因地域、天气、季节、时间等多种因素而异，辐照均匀性及可调性差，使用极为不便，也不能成为测试标准光源。

光谱分布接近太阳光谱辐射的高通量光源可以作为高通量太阳模拟器，是研究聚光太阳能的重要实验仪器，它可以提供稳定、可靠、方便的标准太阳能人工光源，且可成为太阳能应用产品的标准检测设备。短弧氙灯目前是最符合太阳光谱分布的人工高亮光源，部分红外谱段强于太阳辐射。现有的低通量太阳模拟器产品（低于40个太阳辐照度）多使用高压短弧氙灯为光源，经过对部分红外光谱段的过滤调整，使其符合太阳光谱分布，同时经过积分器和准直镜使辐照光斑均匀和准直，已有标准产品[参见文献2：Qing Long,Meng Yuan,Wang Linhua,Zhang.Irradiance characteristics and optimization design of a large-scale solar simulator.Solar Energy.Volume85.Issue92011，参见文献3：US2010/0027236A1，参见文献4：US2006/0175973A1]。

连续辐射的高通量太阳模拟器几乎都是采用短弧氙灯聚焦阵列直接模拟太阳光[参见文献5：Krueger,K.R.Davidson,J.H.Lipinski,W.Design of a New45kW（e）High-Flux Solar Simulator for High-Temperature Solar Thermal and Thermochemical Research.Journal of Solar Energy Engineering-Transactions of the Asme.Volume133.Issue1.2011]，不经光谱调整、辐照光斑均匀处理以及光线准直处理。如瑞士PSI（Paul Scherrer Institute）[参见文献6：Petrasch,J.Steinfeld,A.Asme,A novel high-flux solar simulator based on an array of xenon arc lamps:Optimization of the ellipsoidal reflector and optical configuration Solar Engineering2005.Page175-180]，采用10个15kW氙灯组成聚焦阵列，单个反射聚焦镜面直径大约1m，经光学聚焦后输出光斑直径为60mm，峰值11000kW/m²，平均能流密度6800kW/m²的光束，辐照物品表面理论最高温度（滞止温度）可以达到3300K。