光熱材料在界面太陽能蒸汽生成、海水淡化等領域的應用需長期穩(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演進契合。

混合太陽能模擬器的設計

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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 鹵素燈，通過光學元件實現(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光學配件

準直透鏡：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

鹵素燈與 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 標準。

混合太陽能模擬器的關鍵性能指標

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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標準（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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光熱材料的微觀結構及光學性能差異

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，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方面的準確性和可靠性。

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，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)技術的需求激增，太陽光模擬器將成為連接基礎研究與工程應用的核心橋梁。

Luminbox 全光譜準直型太陽光模擬器

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Luminbox 全光譜準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，貼近自然光權重

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

強光抗擾驗證：直射模擬復現(xiàn)圖像模糊/ 重影問題場景

多場景適應：支持日間/ 夜間 / 隧道等光照動態(tài)切換測試

Luminbox 全光譜準直型太陽光模擬器以精密光學的工程化應用，可有效縮短從基礎研究到工業(yè)驗證的周期，為材料化學迭代提供了可靠的“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、航空航天等領域的技術革新。