太阳模拟器氙灯光源在太阳光热除冰领域的技术应用与解决方案
太阳光热除冰研究意义与关键问题在寒冷气候地区，冰雪覆盖导致的光遮挡已成为制约光伏系统稳定发电的主要障碍之一，严重时可导致超50%的发电损失。此外，冰雪遮挡和极寒气候还可能诱发“热斑”失效、机械应力损伤及封装劣化等一系列结构与性能问题，严重威胁系统稳定性与使用寿命。
理想的光热防冰解决方案应具三大特性：高光透过性（保障电池正常工作）、高光热效率（实现快速除冰）、可规模化制备与长期稳定性。但现有光热薄膜在“透光发电”和“光热除冰”之间往往难以兼顾，需要对光学设计进行调整，以在设备和光热薄膜之间实现佳的阳光吸收平衡。
一、针对模拟太阳光进行光热转化除冰的应用，当前有以下几种技术方案可供参考：
光热陷阱材料
采用选择性吸光层、热扩散层和隔热层组成的三层结构，通过太阳能驱动实现高效除冰。实验显示，在-25℃低温环境下，表面温度可上升50-52℃，融化时间仅需数秒至数分钟。该结构兼顾热吸收效率与横向热扩散能力，适用于积雪、霜冻等复杂场景，户外测试中太阳能驱动下表面温度提升达37℃。
透明光热防冰膜
通过干涉结构（如莫尔结构）设计，实现93%可见光透过率和65.8%近红外吸收率，可在-20℃户外环境中保持表面无冰覆盖。应用于钙钛矿太阳能电池时，冬季单日发电量提升近7.5倍，并展现出良好的弱光响应和长期稳定性
复合涂层材料
利用MAX@SiO2复合材料（如Ti3AlC2基纳米材料），通过多孔基底设计实现高效光热转换。在1太阳辐射下，水蒸发效率可达2.19 kg m⁻² h⁻¹，光热水蒸发效率达91.2%。该材料兼具超疏水性和机械稳定性，适用于防/除冰场景。
仿生太阳能集热器
通过模拟叶绿素的光合作用机制，采用叶绿素模拟层和电子传导网络设计，能量转换效率可达30%以上。结合反射层和储能系统，可提升能量利用率并实现持续供能。
选择建议：若侧重低温环境（如-20℃以下），优先选用透明光热防冰膜；若需兼顾高透光与光热效率，可考虑复合涂层材料；若对能量转换效率要求较高，仿生集热器是优选。
二、光热转化除冰的核心应用场景
航空领域飞机除冰
利用氙灯光源模拟太阳光谱（300-2500nm），照射飞机表面覆冰层，通过光热转化瞬间提升材料温度，替代传统化学除冰剂。受太阳启发的新方法可以防止飞机机翼、风力涡轮机、电线和其他可能被冰损坏的表面结冰。
技术优势：避免化学腐蚀，减少环境污染，适用于机翼、引擎等关键部位。
光伏电站积雪清除
采用平行光斑设计（如Solar-500T的60mm直径光斑），定向照射太阳能电池板，光功率达80-300mW/cm²，快速融化积雪并提升发电效率。寒冷气候下冰雪遮挡对光伏系统发电性能的严重影响，其发电量损失可达约58%。针对冰雪遮挡问题，提出了一种创新的透明光热除冰薄膜设计策略。通过在光热薄膜上引入具有周期干涉效应的莫尔结构,在不降低可见光透过率的前提下，实现了高达93.0%的可见光透过率和约65.8%的近红外吸收率。研究证实，该米级柔性光热薄膜可在−20 °C 的户外环境下保持光伏组件表面无冰覆盖。应用于钙钛矿太阳能电池的日夜循环测试进一步验证了其稳定的除冰性能和出色的能量恢复能力，冬季单日发电量提升近7.5倍。此外，该薄膜在弱光环境下亦展现出良好的光热响应和长期稳定性，展现出广泛的实际应用潜力。一种具有干涉结构的透明光热薄膜 (moiré-TP薄膜)，光热薄膜应用于基于 FAPbI3的钙钛矿太阳能电池封装玻璃上作为防冰层。在-20°C的环境温度下，接受 AM 1.5G 太阳光照的情况下（Solar-500T太阳模拟器配置AM1.5G滤光片），未使用moiré-TP 薄膜的器件出现了严重的结冰现象，导致短路电流密度（JSC）大幅下降，这是由于可见光的反射和散射增强所致。相比之下，使用moiré-TP 薄膜的器件有效地融化了冰层，从而能够在极端条件下实现稳定运行。
交通设施防冰（桥梁/电缆）
通过可调焦氙灯光源实现远距离照射，配合风冷系统（-30℃环境适用），防止高压电缆覆冰断裂。这种新材料可以在建筑中使用。
三、关键技术方案与设备选型
光谱匹配方案
采用AM1.5G滤光片（光谱匹配度＞95%），模拟太阳光全波段辐射，确保光热转化效率。
高功率定向照射系统
Solar-500T太阳光模拟器（厂家：北京纽比特科技有限公司）特性：
光功率范围：800-5000mW/m²（可调）
平行光发散角≤6°，支持垂直/水平多角度照射
风冷散热，适用极寒环境
网址：//www.bjnbet.com.cn
红外热管理技术
二次滤光结构（如Solar-500T型号）滤除多余红外线，减少热能损耗，聚焦光能于冰层表面。
四、技术应用的核心意义
环保性
替代乙二醇等化学除冰剂，减少土壤与水污染，符合碳中和目标。
经济性
氙灯光源寿命≥1500小时（Solar系列），维护成本低于传统热风除冰设备。
高效性
光稳定度≤0.5%（Solar-500T），确保除冰过程可控，适用于自动化除冰系统。
五、太阳模拟器（也称氙灯光源）产品推荐
北京纽比特科技有限公司 Solar-500T太阳光模拟器
技术亮点：60mm平行光斑、±5%不均匀度、风冷恒温
适用场景：光伏除冰、航空材料测试、极地科考装备
咨询链接：//www.bjnbet.com.cn
六、产品案例
