刘洪波，高 雁，王 丽，顾国超，冯伟昌

(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033)

1 引言

太阳模拟器主要用于模拟非集中和集中的太阳光辐射。前者的特征是在较大的辐照面积内提供与太阳光谱分布相匹配的、均匀的、准直稳定的太阳光辐照，主要用来测试太阳电池光伏特性和收集太阳光能;后者的特征是在小辐照面积内获取极高且均匀的辐射通量，主要应用于测试部件和材料的高热特性和热化学特性。

本设计是一种用来模拟集中太阳光辐射，在目标平面可获得高度集中且均匀性良好的太阳能模拟系统。由于氙灯的光谱与太阳光谱近似，故高倍聚光太阳模拟器辐射源通常是高功率氙弧灯或氩弧灯，配合适当精度的光学反射镜来提供连续等强度的热辐射，具有集中太阳能系统热辐射的特性。由于配有适当的匀光系统，被照面的辐射强度也较为均匀。例如国外研究机构研制的一种由高功率线性氩弧灯(功率达到200 kW)和一个椭球聚光镜组成的聚光系统［1］，其焦平面的连续辐射能量达到75 kW，峰值能量达到4 250个太阳常数(AM1.5∶1太阳常数 =1 kW/m2)。短弧氙灯和椭球聚光镜配合，可以在目标平面上提供轴对称分布的光斑，这对接收器和反射器为圆形或者轴对称的几何形状时非常有利。通常采用的氙灯最大电功率达20 kW。

本文介绍了高倍聚光太阳模拟器的光学设计、构成和仿真结果;利用蒙特卡洛光线追迹技术，优化设计装置的最大转换效率。……