Begriff "Solarsimulation" und Definition
Solarsimulation bezeichnet die künstliche Nachbildung des Sonnenlichts im Labor, um Materialien, Systeme und Prozesse normgerecht zu testen. Es werden zwei Hauptarten unterschieden:
- Optische / physikalische Solarsimulation – mittels Lampen und Strahlersystemen (hier im Fokus).
- Computersimulation – softwarebasierte Berechnung von Energieerträgen für PV-Anlagen.
Ziele und Einsatzbereiche
- Materialprüfung: Beständigkeit gegenüber UV-, sichtbarer und IR-Strahlung.
- Photovoltaik: Normgerechte Tests von Solarzellen und -modulen (Wirkungsgrad, Alterung).
- Automotive: Klimakammer- und Sonnendach-Tests.
- Biowissenschaften: Photobiologische Experimente, Hautschutzmittelprüfung.
- Photochemie: Degradations- und Reaktionsstudien.
Grundlagen: Spektrum und Strahlungscharakteristik
| Bereich | Wellenlänge (nm) | Wirkung auf Materialien |
|---|---|---|
| UV-C | 100–280 | Starke photochemische Wirkung, schnelle Materialalterung |
| UV-B | 280–315 | Farbveränderung, Polymerabbau |
| UV-A | 315–400 | Langzeitdegradation, optische Alterung |
| Sichtbar | 400–780 | Farberscheinung, Photometrie |
| Infrarot (IR) | 780–4000 | Wärmeeinwirkung, Ausdehnung, Spannungen |
Technische Umsetzung der Solarsimulation
Lichtquellen:
- Xenon-Lampen – beste spektrale Annäherung an das Sonnenlicht (AM1.5G).
- Halogenmetalldampflampen (RSI/HRI) – hoher Wirkungsgrad, großflächige Beleuchtung.
- LED-Systeme – spektral abstimmbar, lange Lebensdauer.
- UV-Hochdruckstrahler – gezielte Anteile für UV-Belastungstests.
Optische Elemente:
- Filter (zur Spektralanpassung)
- Kollimatoren (zur Homogenisierung der Strahlung)
- Reflektoren (zur Leistungssteigerung)
Leistungsparameter:
| Parameter | Bedeutung | Normanforderung (IEC 60904-9) |
|---|---|---|
| Spektrale Übereinstimmung | Abweichung zum Referenzspektrum | ≤ ± 25 % pro Wellenlängenband (Klasse A) |
| Homogenität | Gleichmäßigkeit auf der Testfläche | ± 2 % (Klasse A) |
| Stabilität | Schwankung über Zeit | ≤ ± 2 % in 10 min (Klasse A) |
Klassifizierung nach Normen
Beispiel: IEC 60904-9 & ASTM E927
| Klasse | Spektrale Übereinstimmung | Homogenität | Stabilität |
|---|---|---|---|
| A | ≤ ± 25 % | ≤ ± 2 % | ≤ ± 2 % |
| B | ≤ ± 40 % | ≤ ± 5 % | ≤ ± 5 % |
| C | ≤ ± 60 % | ≤ ± 10 % | ≤ ± 10 % |
Tipp: Für Photovoltaik-Prüfungen wird Klasse A+A+A+ empfohlen, um höchste Genauigkeit zu erreichen.
Bildvergleiche (Vorschläge für visuelle Inhalte)
- Spektrum Sonnenlicht vs. HRI-Lampe – Diagramm mit spektraler Leistungsverteilung (AM1.5G vs. HRI).
- Testaufbau in einer PV-Klimakammer – Foto einer Kammer mit HRI-Lampenreihe.
- Homogenitätsprüfung – Wärmebild oder Luxmeter-Mapping der Testfläche.
Vorteile gegenüber Freilandtests – Reproduzierbarkeit
- Beschleunigte Alterung
- Normtreue
- Kombinierbarkeit mit Temperatur, Feuchte, Höhe
Fazit
Solarsimulatoren sind für Forschung, Entwicklung und Qualitätssicherung essenziell. Mit normgerechter Spektralqualität, homogener Bestrahlung und hoher Stabilität liefern sie verlässliche Ergebnisse – vom PV-Modultest bis zur Materialalterungsanalyse. Radium TECH bietet hierzu Lampensysteme wie HRI- und Suprasol-HTC-Strahler, die für normgerechte Solarsimulation eingesetzt werden.