منوی دسته بندی
جستجو

شبیه ساز خورشیدی

شبیه ساز خورشیدی دستگاهی است که تابشی مشابه با نور طبیعی خورشید را در محیط آزمایشگاه فراهم می کند. در این مقاله این دستگاه، استاندارد، کاربردها، و پارامترهای مهم در عملکرد آن را بررسی می کنیم.

خورشید

خورشید تامین کننده انرژی برای تمامی فرایندهای زیستی در کره زمین است لذا توانایی جذب این انرژی و تبدیل آن به دیگر انواع انرژی نظیر برق، انرژی شیمیایی (سوخت یا غذا) اهمیت اساسی در زندگی بشر دارد. انرژی خورشید در قالب پرتوهای نوری (الکترومغناطیسی) از جو زمین عبور کرده و به سطح زمین می رسد.

 

تصویر خورشید
تصویر خورشید

نور خورشید از لحاظ طیفی از طول موج های مختلفی تشکیل شده است که بخشی از آن شامل رنگ های هست که چشم ما تشخیص می دهد. خورشید به طور کلی بخش های مختلفی از طیف امواج الکترو مغناطیسی را از خود ساطع می کند که شامل امواج مایکروویو، فروسرخ (infrared)، مریی (visible)، فرابنفش (ultra violet)، پروتوهای X یا (X-ray) و امواج گاما می باشند.

وقتی که یک جسم را حرارت می دهیم از خود امواج الکترومغناطیسی ساطع می کند. زمانی که دمای این جسم بسیار زیاد باشد نور ساطع شده در محدوده نور مریی بوده و توسط چشم ما قابل مشاهده است. در خورشید نیز چنین اتفاقی می افتد و نور ساطع شده از خورشیدی به سبب دما بالای آن است. با توجه به طیف نور خورشید دانشمندان دما سطح خورشید را ۵۸۰۰ کلوین تخمین می زنند.

طیف موج الکترومغناطیسی
طیف موج الکترومغناطیسی

شبیه ساز خورشیدی یک منبع نوری است که تابش نور آن مشابه تابش نور طبیعی خورشید می باشد. لذا امکان انجام آزمایشهای علمی و یا تست های عملکردی با نور خورشید را در شرایط کنترل شده آزمایشگاهی فراهم می کند. به شبیه ساز خورشیدی به انگلیسی solar simulator یا sun simulator اطلاق می شود. مهمترین پارامترهای نور که در عملکرد شبیه ساز و تطبیق آن با نور خورشیدی مهم هستند طیف نور، شدت و پایداری آن می باشند.

طیف نور خورشید
طیف نور خورشید

استاندارد سازی شبیه ساز خورشیدی (AM 0, AM 1, AM 1.5)

استانداردهای تدوین شده برای شبیه سازهای خورشیدی شامل IEC 60904-9 ، ASTM E927 ، ASTM G17-03 و ASTM E490 می باشند. به طور کلی این استانداردها طیف، شدت، یکنواختی و پایداری نور تولید شده توسط این منابع نوری را مشخص می کنند.

پاسخ سوال های «نور خورشید چیست؟» و یا «شدت نور خورشید چقدر است؟» در این استانداردهای نهفته است. شدت نور طبیعی خورشید در سطح دریا (sea-level) بنا بر استاندارد ۱۰۰۰ وات بر متر مربع و توزیع طیف آن منطبق با AM 1.5 میباشد.

تعریف AM 1.5
تعریف AM 1.5

واژه AM مخفف air mass می باشد و در واقع بیانگر میزان بخارات جوی و ذراتی است که نور خورشید قبل از رسیدن به سطح زمین از آنها عبور می کند. AM 0 خارج از جو زمین نور خورشیدی با توصیف می شود. AM 1 برای توصیف تابش عمودی است و AM 1.5 که به عنوان استاندارد مورد قبول جامعه جهانی است برای حالتی است که خورشید زاویه ۴۸/۲ درجه به خط عمود بر سطح زمین دارد.AM 1.5 به عنوان نور طبیعی استاندارد خورشید در شرایط آزمایشگاهی برای تست سلول و پنل های خورشیدی استفاده می شود.

استاندارد سازی شبیه ساز خورشیدی (AM 0, AM 1, AM 1.5)​
استاندارد سازی شبیه ساز خورشیدی (AM 0, AM 1, AM 1.5)​

استاندارد Class AAA برای شبیه ساز خورشیدی

مطابق استانداردهای ذکر شده، برای یک شبیه ساز خورشیدی مشخصه های شدت، طیف، یکنواختی توزیع فضایی و پایداری زمانی پارامترهای مهم در عملکرد یک شبیه ساز خورشیدی هستند. شدت نور یک شبیه ساز خورشیدی بایستی ۱۰۰۰ وات بر متر مربع باشد. طیف آن مطابق جدول زیر بسته به میزان تطبیق آن در بخش های مختلف طیف در کلاس های A یا B یا C دسته بندی می شود. این حرف اولین کاراکتر در Class AAA می باشد.

یکنواختی توزیع فضایی نور روی سطح هدف اندازه گیری نیز با درجه های دقت مختلفی در استاندارد تعریف می شود که دومین کاراکتر دسته بندی را در کلاس های A یا B یا C تعریف می کند. پایداری زمانی پرتو نوری کاراکتر سوم را به روش مشابهی تعیین می کند. در جدول زیر مقادیر این پارامترها برای کلاس های مختلف ذکر شده اند.

پارامترهای کلاس های مختلف شبیه ساز خورشیدی
پارامترهای کلاس های مختلف شبیه ساز خورشیدی

شبیه ساز خورشیدی On-Sol-6A

این دستگاه برای مشخصه یابی و کنترل کیفیت سلول های خورشیدی استفاده می شود. در مقیاس صنعتی سلول های خورشیدی عمدتا از نوع سیلیکن کریستالی و با ابعاد ۶  اینچ تولید می شوند. دستگاه شبیه ساز خورشیدی On-Sol-6A  نور مناسب برای تست چنین سلول هایی را تامین می کند.

شبیه ساز خورشیدی On-Sol-6A
شبیه ساز خورشیدی On-Sol-6A

دستگاه دارای منبع نوری خاصی است که ترکیبی از لامپهای هالوژن و ال ای دی می باشد. انتخاب لامپ ها و ال ای دی ها با شبیه سازی هایی انجام شده است که انطباق مناسبی با طیف ارایه شده توسط استاندارد IEC-60904-9 داشته باشد. نور این منابع نوری پس از عبور از یک یکنواخت کننده (homogenizer) نوری با هم ترکیب شده و توزیع فضایی یکنواختی در ابعاد ۱۶ سانتی متر در ۱۶ سانتی متر را فراهم کند که با استاندارد مربوطه منطبق باشد. قابلیت تنظیم شدت لامپها و ال ای دی ها امکان تنظیم بخش های آبی و قرمز طیف را به صورت مستقل فراهم می کند که این مورد در دستیابی به انطباق حداکثری طیف با نور خورشید در صورت تغییر طیف منابع نوری در گذرر زمان اهمیت حیاتی دارد. طیف نور این دستگاه قابلیت تنظیم با تغییر شدت ال ای دی ها و لامپ های دستگاه را دارد.

پس از روشن کردن لامپها و ال ای دی ها لازم است کاربر سلول خورشیدی مرجع را در داخل نگهدارنده نمونه دستگاه توسط آهنربا های ارایه شده قرار دهد. سپس با تغییر فاصله و تنظیم دیمرهای  دستگاه شرایطی را که جریان سلول مرجع به میزان استاندارد ارایه شده همراه آن می رسد را می یابد. سپس سلول مرجع را از دستگاه بر داشته و نمونه های خود را در همان شرایط اندازه گیری می کند. دمای لامپها توسط نمایشگری که در پنل دستگاه نصب شده است قابل مشاهده می باشد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *