Simulatore solare continuo a LED
Creators: name: Picco, Fabio
Publisher: name: Scuola Universitaria della Svizzera Italiana (SUPSI)
Year: 2024
Subjects: solar spectrum simulator

description: Il progetto ha avuto come obiettivo la progettazione, simulazione, realizzazione e test di un simulatore di spettro solare, un dispositivo progettato per replicare lo spettro di luce solare in modo controllato. Questo tipo di simulatore trova applicazione in numerosi settori, inclusi studi scientifici e test di materiali e in particolar modo il campo fotovoltaico. L'approccio iniziale ha previsto uno studio approfondito sull'irraggiamento solare, le normative pertinenti e i diversi tipi di simulatori solari esistenti, al fine di stabilire le basi teoriche e pratiche per il progetto. Il progetto è stato suddiviso in diverse fasi. In primo luogo, sono stati sviluppati vari modelli di strutture per ospitare i LED e i sistemi di dissipazione termica. Queste strutture sono state progettate per garantire un'efficace gestione del calore e una disposizione ottimale dei LED, fondamentali per ottenere una simulazione precisa dello spettro solare. Per supportare il processo di progettazione e selezione dei LED, sono stati realizzati due codici MATLAB distinti. Il primo codice, sviluppato da zero, è stato progettato principalmente per la selezione dei LED. Questo strumento software presenta un'interfaccia grafica che consente agli utenti di inserire e Simulatore solare continuo a LED 2/4 visualizzare gli spettri dei LED individuali. Gli utenti possono inoltre combinare questi spettri per simulare il risultato finale, facilitando così la valutazione e l'ottimizzazione delle scelte di design in base alle esigenze specifiche del progetto. Il secondo codice MATLAB, adattato da un progetto precedente, si concentra sull'ottimizzazione del posizionamento dei LED. Questo programma consente, inserendo dati specifici, di determinare la disposizione ideale dei LED per ciascuna tecnologia utilizzata, migliorando così l'efficacia e la precisione del simulatore. Durante il processo di realizzazione, sono emersi alcuni imprevisti significativi. È stato necessario progettare e produrre PCB(Printed Circuit Board, ossia scheda a circuito stampato) specifici per gestire il trasferimento termico tra i LED e la piastra metallica collegata ai dissipatori. Questa modifica ha causato ritardi imprevisti nella pianificazione del progetto. Inoltre, durante l'assemblaggio finale della struttura e il montaggio dei LED, si è verificato un problema maggiore: i PCB dei driver di controllo non hanno funzionato come previsto. Di conseguenza, questi circuiti non sono stati utilizzati nei test finali del simulatore. Nonostante questi problemi, sono state effettuate misurazioni dettagliate per verificare la qualità dello spettro generato dal sistema e confrontarlo con lo spettro reale del sole. I risultati hanno mostrato che il simulatore di spettro solare raggiunge un'ottima performance nei primi tre intervalli della norma IEC 660904-34 (IEC 660904-34 è una norma internazionale che definisce i requisiti per i simulatori solari utilizzati nei test di dispositivi fotovoltaici.), ottenendo una classificazione di classe A. Tuttavia, nei restanti intervalli, sono state riscontrate differenze significative, indicando la necessità di ulteriori miglioramenti. Per quanto riguarda la non-uniformità, il simulatore ha ottenuto risultati eccellenti, avvicinandosi al massimo della norma (classe A tendente a A+), il che rappresenta un risultato molto soddisfacente in questo ambito. In conclusione, il progetto ha raggiunto risultati positivi nella simulazione dello spettro solare, con alcune aree che necessitano di affinamenti ulteriori per migliorare la precisione complessiva del simulatore. ____ The project aimed to design, simulate, build, and test a solar spectrum simulator, a device designed to replicate the solar light spectrum in a controlled manner. This type of simulator finds applications in various fields, including scientific studies, material testing, and the photovoltaic sector. The initial approach involved a thorough study of solar irradiation, relevant regulations, and the different types of existing solar simulators to establish the theoretical and practical foundations for the project. The project was divided into several phases. First, various models of structures to house the LEDs and thermal dissipation systems were developed. These structures were designed to ensure effective heat management and an optimal arrangement of the LEDs, essential for achieving an accurate simulation of the solar spectrum. To support the design and selection process of the LEDs, two distinct MATLAB codes were developed. The first code, developed from scratch, was mainly designed for LED selection. This software tool features a graphical interface that allows users to input and visualize the spectra of individual LEDs. Users can also combine these spectra to simulate the final result, thus facilitating the evaluation and optimization of design choices based on the specific needs of the project. The second MATLAB code, adapted from a previous project, focuses on optimizing the positioning of the LEDs. This program allows users to input specific data to determine the ideal arrangement of the LEDs for each technology used, thereby improving the effectiveness and accuracy of the simulator.During the implementation process, several significant issues emerged. It was necessary to design and produce specific PCB\footnote{Printed Circuit Board, also known as PCB} to manage the thermal transfer between the SMD LEDs and the metal plate connected to the heat sinks. This modification caused unforeseen delays in the project timeline. Additionally, during the final assembly of the structure and the mounting of the LEDs, a major problem occurred: the driver control PCBs did not function as expected. As a result, these circuits were not used in the final tests of the simulator. Despite these issues, detailed measurements were taken to verify the quality of the spectrum generated by the system and compare it with the real solar spectrum. The results showed that the solar spectrum simulator achieves Simulatore solare continuo a LED 4/4 excellent performance in the first three ranges of the IEC 660904- 34\footnote{IEC 660904-34 is an international standard that defines the requirements for solar simulators.} standard, obtaining a class A rating. However, significant differences were found in the remaining ranges, indicating the need for further improvements. Regarding non-uniformity, the simulator achieved excellent results, approaching the highest standard (class A tending towards A+), which represents a very satisfactory result in this area. In conclusion, the project achieved positive results in simulating the solar spectrum, with some areas requiring further refinement to improve the overall accuracy of the simulator.