LED-Solarsimulation: Neue Technologie reproduziert die Kraft der Sonne präzise

Ushio Epitex hat sich zum zentralen Ansprechpartner für Hersteller von AAA+-Solarsimulatoren entwickelt und bietet einen umfassenden Katalog hochwertiger, zuverlässiger LED-Lichtquellen, die den strengsten Branchenstandards entsprechen. Das gesamte Sortiment von Ushio Epitex umfasst Einzel- und Mehrchip-LEDs, die das gesamte ultraviolette (UV), sichtbare und infrarote (IR) Spektrum von 365 Nanometern (nm) bis 1750 nm abdecken.

Dieser Artikel untersucht die Wissenschaft hinter der Solarsimulation und den jüngsten Technologiewandel, der dazu geführt hat, dass Halogen- und Xenon-Lösungen Durchbrüche in der Festkörperbeleuchtung (SSL) ermöglicht haben. Möchten Sie mit uns über die Integration von Ushio Epitex LEDs in Ihre komplette Solarsimulationslösung sprechen? Besuchen Sie unsere Kontaktseite und stellen Sie noch heute Ihre Anfrage!

Was ist ein Sonnensimulator?

Ein Sonnensimulator ist ein künstliches System, das die spektrale Verteilung und Beleuchtungsstärke des natürlichen Sonnenlichts präzise nachbildet. Es gibt verschiedene Arten von Sonnensimulatoren mit jeweils speziellen technischen Spezifikationen für bestimmte Anwendungen. Die verschiedenen Typen unterscheiden sich häufig in der Art der Belichtung – Blitzlicht, Dauerlicht und Pulslicht. Mit den neuen wissenschaftlichen Fortschritten wandte sich Ushio von den herkömmlichen Halogen- und Xenonlampen ab. Wir sind in ein neues Zeitalter der LED-Sonnensimulationstechnologie eingetreten, in dem Festkörperbeleuchtung (SSL) im Mittelpunkt steht. Die Epitex-LEDs von Ushio bieten eine flexible Pulssteuerung und ein flexibles Spektrum sowie eine Lebensdauer, die die ihrer Vorgänger deutlich übertrifft.

Wie definiert die IEC „natürliches Sonnenlicht“?

Das Spektrum des Sonnenlichts wird als „Air Mass 1.5 Global (AM 1.5G)“-Spektrum definiert. Unter AM 1.5G entspricht eine Sonne einer Bestrahlungsstärke von 100 mW/cm². Die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) hat die Eigenschaften des natürlichen Sonnenlichts, das in unsere Atmosphäre eindringt, in IEC 60904-9 beschrieben. Daher muss jeder Industriestandard-Sonnensimulator gemäß diesen Richtlinien betrieben werden können.

Gemäß IEC 60904-9 wird die Gesamtleistung eines Sonnensimulators anhand von drei Kennzahlen gemessen und bewertet:

• Spektrale Übereinstimmung mit natürlichem Sonnenlicht
• Gleichmäßigkeit der Bestrahlungsstärke über die Beleuchtungsfläche
• Zeitliche Variabilität der Bestrahlungsstärke

Die IEC-Norm bewertet jede der drei Kennzahlen auf einer ABC-Skala. „A“ steht für die bestmögliche Übereinstimmung mit den jeweiligen Eigenschaften des natürlichen Sonnenlichts. Mit LED-basierten Solarsimulatoren ist eine perfekte Triple-A-Bewertung erreichbar, allerdings müssen hierfür einige strenge Vorgaben eingehalten werden.

Anwendungsschwerpunkt: Produktion von Silizium-Solarzellen

Um die strengen Vorgaben für Solarsimulationssysteme zu veranschaulichen, stellen wir Ihnen ein gängiges Anwendungsbeispiel vor. Silizium (Si) ist eines der am häufigsten vorkommenden Elemente auf der Erde und das am häufigsten verwendete Material für die Herstellung von Solarzellen. Solarsimulatoren können verschiedene Umgebungsbedingungen simulieren, um die Effizienz von Silizium-Solarzellen zu ermitteln. Wichtig zu bedenken ist, dass Solarzellen an einem bewölkten Wintertag deutlich weniger Strom erzeugen. Silizium hat eine verbotene Bandlücke von 1,12 Elektronenvolt (eV). Das bedeutet, dass die auf die Solarzelle treffenden Photonen eine Energie von über 1,12 eV haben müssen, um eine elektrische Ladung zu erzeugen. Ein LED-Solarsimulationssystem von Ushio Epitex hilft dabei, die Effizienz der Anlage in allen möglichen Umgebungsszenarien zu ermitteln.

Ein Sonnensimulator muss zudem das AM 1.5G-Spektrum zwischen 300 und 1.200 nm möglichst genau abbilden. Bei Sonnensimulatoren der höchsten Klasse sollte die Spektrumsvariation in jedem Wellenlängenbereich ±12,5 % nicht überschreiten. Die Bestrahlungsstärke jedes Substrats, beispielsweise einer typischen 200 mm²-Solarzelle, muss zudem über die gesamte Oberfläche eine Gleichmäßigkeit von ±2 % aufweisen.

Die zeitliche Stabilität der Bestrahlungsstärke ist der letzte wichtige Faktor. Die Bestrahlungsstärke darf während der Simulation möglichst wenig schwanken. Daher wird während der Simulation eine Messung durchgeführt, um die maximale und minimale Bestrahlungsstärke zu ermitteln. Dies gibt einen relativ genauen Überblick über die zeitliche Stabilität der Bestrahlungsstärke.