Es gibt verschiedene Typen von Sonnensimulatoren mit unterschiedlichen technischen Spezifikationen, die auf die jeweilige Anwendung abgestimmt sind. Sie lassen sich nach der Art der jeweils verwendeten Belichtung grob in drei Kategorien einteilen: Blitzlicht-Simulatoren, kontinuierliche und gepulste Simulatoren.
Im Zuge der wissenschaftlichen Durchbrüche verlagerte sich die Aufmerksamkeit weg von den konventionellen Halogen- und Xenon-Lampen. Im neuen Zeitalter der Sonnensimulationstechnologie rückt die Festkörperbeleuchtung (Solid State Lighting, SSL) in den Mittelpunkt. Die LEDs von Ushio Epitex bieten nicht nur eine flexible Pulssteuerung und eine flexible Auswahl der Spektralbereiche, sondern auch eine Betriebslebensdauer, die weit über der ihrer Vorgänger liegt.
LEDs von Ushio übertreffen die Anforderungen für die Sonnensimulation
Das Licht der Sonne ist offiziell durch das Referenzspektrum „Air Mass 1.5 Global“ (AM1.5g) definiert. Gemäß dieser Definition entspricht die Strahlungsleistung der Sonne bei AM1.5g einer Bestrahlungsstärke von 100 mW/cm². Die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) beschreibt die Eigenschaften des natürlichen Sonnenlichts, das in unsere Atmosphäre eindringt, in ihrer Norm IEC 60904-9. Jeder industrietaugliche Sonnensimulator muss daher die in diesen Richtlinien festgelegten Anforderungen erfüllen oder übertreffen. Wie zu erkennen ist, fällt ein großer Teil des Referenzspektrums des Sonnenlichts in den SWIR-Bereich, jedoch nicht ausschließlich. Daher ist die gesamte LED-Kollektion von Ushio (365–1750 nm) ein entscheidender Bestandteil jedes Sonnensimulationssystems der nächsten Generation.
Gemäß IEC 60904-9 wird die Gesamtleistung eines Sonnensimulators anhand von drei Messgrößen gemessen und bewertet:
- Anpassung der Spektralverteilung: Die Strahlung des Sonnensimulators muss über mehrere Wellenlängenbereiche, insbesondere zwischen 300 und 1.200 nm, dem AM1.5g-Referenzspektrum entsprechen. In der höchsten Klasse der Sonnensimulatoren sollte die spektrale Abweichung in jedem Wellenlängenbereich ±12,5 % nicht überschreiten.
- Ungleichmäßigkeit der Bestrahlungsstärke in der Prüfebene: Die Bestrahlung eines Substrats, wie z. B. einer typischen 200-mm²-Solarzelle, muss mit einer Gleichmäßigkeit von ±2 % über die Oberfläche erfolgen.
- Zeitliche Instabilität der Bestrahlungsstärke: Der letzte wichtige Faktor ist die zeitliche Instabilität der Bestrahlungsstärke. Die Bestrahlungsstärke darf während der gesamten Simulation nur minimal schwanken. Daher wird während der Simulation durch Messung die maximale und minimale Bestrahlungsstärke ermittelt. So lässt sich die zeitliche Instabilität der Bestrahlungsstärke ziemlich genau einschätzen.
Entladungslampen vs. LEDs:
Wohin entwickelt sich die Sonnensimulationstechnologie?
Bei der Zusammenarbeit mit früheren Ushio-Kunden wie ESA, NASA und JAXA waren gepulste Xenon-Kurzbogen- und Halogen-Metalldampf-Entladungslampen die vorherrschenden Technologien für die Sonnensimulation; diese Technologien sind jedoch mit einigen Nachteilen behaftet:
- Für die Anpassung an das AM1.5g-Spektrum sind teure Filter erforderlich
- Die übermäßige Wärmeentwicklung erfordert ein Wärmemanagement
- Begrenzte Pulsbreitensteuerung
- Kurze Betriebslebensdauer
Die neue SSL-Generation kann die AM1.5g-Standards mit LED-Arrays erfüllen, ohne dass diese Probleme auftreten. Die wichtigsten Vorteile von LEDs als Lichtquelle für die Sonnensimulation sind folgende:
- Spektrale Flexibilität: Präzisere Anpassung der Spektralverteilung und Reproduktion verschiedener realer Bestrahlungsbedingungen
- Flexible Pulssteuerung: LEDs bieten eine frei einstellbare Pulsbreite
- Integriertes Wärmemanagement: Einige LED-Packages besitzen einen Kupferkühlkörper oder einen Keramiksockel, um überschüssige Wärmeenergie sicher abzuleiten
- Längere Lebensdauer: LEDs reduzieren den Wartungsaufwand, verkürzen die Ausfallzeiten für den Austausch und minimieren die Rekalibrierungszeit
Branchen, in denen LED-Sonnensimulatoren eingesetzt werden
- Luft- und Raumfahrt
- Automobilindustrie
- Biomasse
- Kosmetik
- Umweltwissenschaften
- künstliche Materialalterung
- photochemische Katalyse
- Produktion und Prüfung von Photovoltaikanlagen
- Kunststoffe, Farben, Lacke, Firnisse und andere Beschichtungen
- Qualitätssicherung
- Forschung und Entwicklung von Sonnenschutzmitteln
- Textilindustrie
Welche LEDs sind am besten für die Sonnensimulation geeignet?
Die erweiterte Epitex-Serie von Ushio bietet Single- und Multi-Chip-LEDs mit Wellenlängen von 365 Nanometern (nm) bis 1750 nm, die den ultravioletten (UV), sichtbaren und den SWIR-Bereich abdecken. Es gibt zwar viele verschiedene Arten von LED-Packages, für Sonnensimulationsanwendungen sind jedoch die leistungsstarken SMBB- und EDC-Serien am besten geeignet.
Nehmen Sie Kontakt mit Ushio auf, um mehr über Lösungen zur Sonnensimulation zu erfahren
Wenn Sie eine Anfrage bezüglich der Rolle von Ushios SWIR-LEDs in Sonnensimulationsanwendungen stellen möchten, wenden Sie sich über den folgenden Link an die regionalen Experten von Ushio:
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