光熱材料在界面太陽能蒸汽生成、海水淡化等領(lǐng)域的應(yīng)用需長期穩(wěn)定性測試，這對太陽能模擬器的光譜匹配、空間均勻性和時間穩(wěn)定性提出嚴苛要求。傳統(tǒng)光源難以兼顧長壽命、低成本與高精度模擬。本文聚焦LED - 鹵素（HAL）混合光源模擬器實驗，研究其通過光譜互補與熱控技術(shù)突破性能瓶頸，為光熱材料長期測試提供新方案，與LuminBox全光譜太陽模擬器的技術(shù)演進契合。

混合太陽能模擬器的設(shè)計

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LED 模塊和 LED - HAL 混合配置的示意圖

研究團隊提出的LED-HAL 混合配置以100W 暖白光 LED 模塊為主光源（含磷光涂層藍光芯片），搭配兩個 50W 鹵素?zé)?，通過光學(xué)元件實現(xiàn)光譜互補與性能優(yōu)化：

01熱管理系統(tǒng)

采用32 孔水射流沖擊冷卻 LED 基板，將溫度波動控制在±1°C內(nèi)，確保發(fā)光效率穩(wěn)定（26%-29%）。

02光學(xué)配件

準(zhǔn)直透鏡：將LED 發(fā)散光束轉(zhuǎn)化為平行光，提升空間均勻性（LED 單獨使用時均勻性 2.43%，Class-A）。

中性密度（ND）濾鏡：通過衰減50% 光強，拓寬LED 光譜范圍，使LED-ND 組合光譜偏差從 ±60% 降至 ±35%（Class-B）。

03光源布局

鹵素?zé)襞c LED 呈對稱分布，夾角30°，通過光譜混合使 LED-HAL 組合偏差縮小至 ±24%；引入 ND 濾鏡后，LED-ND-HAL 組合實現(xiàn) ±16% 偏差，達到 Class-A 標(biāo)準(zhǔn)。

混合太陽能模擬器的關(guān)鍵性能指標(biāo)

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光譜匹配：LED-ND-HAL配置的光譜匹配性最佳，達到Class-A標(biāo)準(zhǔn)（75-125%匹配范圍）

時間不穩(wěn)定性：在3小時內(nèi)光強波動<2%，滿足Class-A要求。

空間均勻性：LED-ND-HAL配置的空間非均勻性為2.59%（Class-A）。

光熱材料的制備和與光譜特性

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光熱材料的微觀結(jié)構(gòu)及光學(xué)性能差異

01樣品制備

未涂層（UC）：單層純棉織物包裹聚苯乙烯圓盤，保留天然孔隙。

碳煙涂層（CC）：棉織物浸入碳煙- 乙醇懸浮液（1mg/mL），超聲處理后干燥，形成50μm 涂層。

02光學(xué)性能

UC：300-1100nm 吸光度 0.3-0.5，反射率 40%-50%。

CC：吸光度≥0.9，反射率 < 5%，全光譜高效吸收。

混合太陽能模擬器的測試驗證

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混合太陽能模擬器在光熱材料測試中的有效性

為了驗證該混合模擬器的實用價值，研究團隊以碳煙涂層棉織物（CC）為對象，對比裸露水界面（B）、未涂層織物（UC）的蒸發(fā)性能：

溫度分布：CC配置顯示出最強的熱局域化效應(yīng)，其頂部界面溫度（TCC1）在30分鐘后達到~43°C，顯著高于UC（~34°C）和裸水（~29°C）。這直接證明了涂層材料對提升界面溫度的關(guān)鍵作用。

蒸發(fā)速率：CC配置的蒸發(fā)通量最高，達到~1.27 kg·m?2·h?1，分別是UC和裸水配置的約2倍和近3倍。

轉(zhuǎn)換效率(η)：基于蒸發(fā)量、汽化潛熱和模擬器輸入能量計算，CC配置的η明顯高于UC和B配置，結(jié)果與研究報道的同類光熱材料性能高度吻合，驗證了該混合模擬器在評估光熱材料核心性能指標(biāo)方面的準(zhǔn)確性和可靠性。

研究證實，LED-HAL 混合光源太陽光模擬器通過光譜互補與熱控技術(shù)，突破了傳統(tǒng)模擬器在長期測試中的性能瓶頸，為光熱材料研發(fā)提供了可靠工具。隨著全球?qū)稍偕茉磁c可持續(xù)技術(shù)的需求激增，太陽光模擬器將成為連接基礎(chǔ)研究與工程應(yīng)用的核心橋梁。

Luminbox 全光譜準(zhǔn)直型太陽光模擬器

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Luminbox 全光譜準(zhǔn)直型太陽光模擬器為跨行業(yè)材料提供高精度老化測試與性能驗證，能精準(zhǔn)模擬自然光環(huán)境，支持光譜/ 亮度 / 色溫調(diào)控。

全光譜覆蓋：350nm-1100nm 光譜，貼近自然光權(quán)重

高動態(tài)亮度：2 米處 20,000-150,000Lux，滿足 HUD 亮度響應(yīng)測試

強光抗擾驗證：直射模擬復(fù)現(xiàn)圖像模糊/ 重影問題場景

多場景適應(yīng)：支持日間/ 夜間 / 隧道等光照動態(tài)切換測試

Luminbox 全光譜準(zhǔn)直型太陽光模擬器以精密光學(xué)的工程化應(yīng)用，可有效縮短從基礎(chǔ)研究到工業(yè)驗證的周期，為材料化學(xué)迭代提供了可靠的“人工太陽” 測試。將實驗室級創(chuàng)新轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)化能力，助力能源材料、環(huán)境技術(shù)、航空航天等領(lǐng)域的技術(shù)革新。