ASTM E903-20 Standardtestmethode für Sonnenabsorption, -reflexion und -durchlässigkeit von Materialien unter Verwendung von Ulbrichtkugeln

Der von der American Society for Testing and Materials (ASTM) herausgegebene Standard „ASTM E903-20 Standard Test Method for Solar Absorption, Reflectance, and Transmission of Materials Using Ulbrichtkugeln“ beschreibt eine Testmethode, die die Messung der spektralen Absorption, Reflexion und Transmission spezifiziert. und Transmission von Materialien mit Spektrophotometern, die mit Ulbrichtkugeln ausgestattet sind.

Diese Norm legt Methoden zur Berechnung solargewichteter Merkmale aus gemessenen Spektralwerten fest. Diese Prüfmethode ist auf Materialien mit sowohl spiegelnden als auch diffusen optischen Eigenschaften anwendbar. Diese Testmethode ist auf Materialien mit optischen Beschichtungen anwendbar, wobei die Wirkung des getesteten Materials auf das Gewebe besonders berücksichtigt wird.

Leiterbahnmaterialien, die inhomogen, strukturiert, gemustert oder gewellt sind, erfordern besondere Überlegungen für die Anwendbarkeit dieser Testmethode. In dieser Hinsicht wird die Norm „ASTM E1084-86 Standardtestmethode für die Sonnendurchlässigkeit (terrestrisch) von Plattenmaterialien unter Verwendung von Sonnenlicht“ als geeigneter für die Bestimmung der optischen Masseneigenschaften von strukturierten oder inhomogenen Materialien angesehen. Für homogene Materialien wird diese Testmethode der in ASTM E1084-86(2023) beschriebenen Testmethode vorgezogen.

Diese Testmethode bezieht sich auf Anwendungen, die Standard-Referenzspektralverteilungen der Sonne verwenden, kann aber auch unter Verwendung alternativer ausgewählter Spektren angewendet werden, sofern die Quelle und Einzelheiten der spektralen Verteilung und Gewichtung der Sonne angegeben werden.

Für die Zwecke dieser Norm gelten zusätzlich zu den Definitionen in ASTM E772-15 die folgenden Begriffe und Definitionen:

• Eine Ulbrichtkugel ist ein optisches Gerät, das dazu dient, den reflektierten oder durchgelassenen Fluss einer Probe in einer Halbkugel zu sammeln oder eine isotrope Bestrahlung einer Probe aus einer gesamten Halbkugel zu erreichen. Es besteht aus einem annähernd kugelförmigen Hohlraum mit Öffnungen zur Aufnahme und Detektion von Flussmitteln und oft auch mit zusätzlichen Öffnungen, in denen Proben und Referenzproben platziert werden.
• Eine nahezu normale Hemisphäre zeigt an, dass die Strahlung in der Nähe der Probenoberfläche gerichtet ist und der Fluss von der Oberfläche oder der Umgebung zur Detektion über eine gesamte Hemisphäre gesammelt wird.
• Photovoltaik bezieht sich auf eine optische Eigenschaft und gibt den gewichteten Durchschnitt der spektralen Eigenschaft an, wobei als Gewichtungsfunktion die Anzahl der Photonen pro Sekunde pro Flächeneinheit verwendet wird, die aus einer Standardverteilung der Sonneneinstrahlung abgeleitet wird.
• Es handelt sich um eine Oberfläche, die eine glatte, ebene und horizontale Oberfläche ohne Rauheit oder Vorsprünge aufweist und frei von Oberflächenungleichheiten oder Unregelmäßigkeiten ist.
• Spiegelnd bedeutet, dass der Fluss von einer Oberfläche oder einem Medium in einem Winkel abweicht, der numerisch dem Einfallswinkel entspricht, und zwar in derselben Ebene wie der einfallende Strahl und senkrecht, aber auf der gegenüberliegenden Seite der Senkrechten zur Oberfläche. In der Vergangenheit wurde „diffus“ verwendet, um sich auf die hemisphärische Ansammlung (einschließlich der Spiegelkomponente) zu beziehen. Diese Verwendung wurde zugunsten des präziseren Begriffs Hemisphäre abgelehnt.
• Die Beschaffenheit einer strukturierten, unebenen Oberfläche. Es bezieht sich auf ein gewisses Maß an Rauheit, Rauheit oder Vorsprüngen.

Mit einem Ulbrichtkugel-Spektrophotometer werden Messungen der spektralen Normaltransmission (oder Reflexion) in der Nähe der Halbkugel im Spektralbereich von 300 bis 2500 nm durchgeführt. Die Sonnendurchlässigkeit, Reflexion oder Absorption wird durch direkte Berechnung geeigneter Faltungsintegrale oder durch Berechnung eines gewichteten Durchschnitts mit einer standardmäßigen oder ausgewählten spektralen Sonneneinstrahlung als Gewichtungsfunktion mithilfe der gewichteten oder ausgewählten Ordinatenmethode ermittelt.

Absorption, Reflexion und Durchlässigkeit der Sonnenenergie sind wichtig für die Leistung aller Solarenergiesysteme, von passiven Gebäudesystemen bis hin zu zentralisierten Empfangsstromsystemen. Mit dieser Testmethode können diese Werte unter konstanten Bedingungen ermittelt werden, die einen Durchschnitt darstellen, der beim Einsatz eines Systems in der gemäßigten Zone auftreten kann.

Absorption, Reflexion und Transmission von Sonnenenergie sind wichtig für die thermische Kontrolle von Raumfahrzeugen und die Sonnenenergie außerirdischer Systeme. Diese Prüfmethode bietet auch eine Möglichkeit, diese Werte für außerirdische Bedingungen zu ermitteln.

Diese Testmethode soll reproduzierbare Daten liefern, die zum Vergleich von Ergebnissen zwischen Laboratorien oder von demselben Labor zu unterschiedlichen Zeiten sowie zum Vergleich von Daten verschiedener Materialien geeignet sind.

Dieses Prüfverfahren hat sich für glatte Materialien mit sowohl spiegelnden als auch diffusen optischen Eigenschaften als praktikabel erwiesen. Strukturierte, inhomogene, gemusterte oder gerillte Materialien erfordern besondere Aufmerksamkeit. Oberflächenrauheit kann durch physikalische oder chemische Prozesse wie Pressen, Walzen, Abschleifen oder die Abscheidung von Filmen oder chemischen Schichten auf Materialien entstehen, wodurch strukturierte Oberflächen gebildet werden.

Die Oberflächenrauheit des Spektralphotometers und seiner Komponenten (Strahlgröße, Kugelapertur, Probenhalterkonfiguration) kann die Genauigkeit der mit dieser Prüfmethode durchgeführten Messungen erheblich beeinflussen. Selbst bei guter Wiederholbarkeit oder Empfindlichkeit der Messungen an texturierten Materialien, einschließlich wiederholter Messungen an verschiedenen Stellen oder Orientierungen der Probe, können die unterschiedlichen Spezifikationen verschiedener Spektralphotometer in verschiedenen Laboren zu signifikanten Abweichungen der Messergebnisse führen.

Unter den zahlreichen Test-, Mess-, Analyse- und Bewertungsstudien, die für Unternehmen in verschiedenen Branchen durchgeführt werden, entspricht unsere Organisation mit ihrem geschulten und fachkundigen Personal und ihrer fortschrittlichen technologischen Ausrüstung der „ASTM E903-20 Standard-Testmethode für Sonnenabsorption, -reflexion und“. Standard „Durchlässigkeit von Materialien unter Verwendung integrierter Kugeln“. Darüber hinaus werden definierte Prüfdienstleistungen angeboten.