Méthode de test standard ASTM E903-20 pour l'absorption solaire, la réflexion et la transmission des matériaux à l'aide de sphères d'intégration

La norme « ASTM E903-20 Standard test method for solar absorption, reflectance, and transmittance of materials using intégrant sphères » publiée par l'American Society for Testing and Materials (ASTM) décrit une méthode de test qui spécifie la mesure de l'absorption spectrale, de la réflectance, et transmission des matériaux à l'aide de spectrophotomètres équipés de sphères intégratrices.

Cette norme spécifie les méthodes de calcul des caractéristiques pondérées solaires à partir des valeurs spectrales mesurées. Cette méthode d'essai s'applique aux matériaux possédant des propriétés optiques spéculaires et diffuses. Cette méthode d'essai s'applique aux matériaux avec des revêtements optiques appliqués en tenant particulièrement compte de l'effet sur les tissus du matériau testé.

Les matériaux en feuille conductrice qui sont inhomogènes, texturés, à motifs ou ondulés nécessitent des considérations particulières pour l'applicabilité de cette méthode d'essai. À cet égard, la norme « ASTM E1084-86 Standard test method for solar transmittance (terrestrial) of sheet materials using sunshine » est considérée comme plus adaptée pour déterminer les propriétés optiques globales des matériaux texturés ou inhomogènes. Pour les matériaux homogènes, cette méthode d'essai est préférée à la méthode d'essai décrite dans ASTM E1084-86 (2023).

Cette méthode de test fait référence aux applications utilisant des distributions spectrales solaires de référence standard, mais peut également être appliquée en utilisant d'autres spectres sélectionnés à condition que la source et les détails de la distribution spectrale solaire et de la pondération soient indiqués.

Pour les besoins de cette norme, les termes et définitions suivants s'appliquent, en plus des définitions données dans l'ASTM E772-15 :

• Une sphère d'intégration est un dispositif optique utilisé pour collecter le flux réfléchi ou transmis d'un échantillon dans un hémisphère ou pour réaliser une irradiation isotrope d'un échantillon à partir d'un hémisphère complet. Il se compose d'une cavité de forme approximativement sphérique avec des ouvertures pour accepter et détecter le flux et souvent avec des ouvertures supplémentaires dans lesquelles sont placés les échantillons et les échantillons de référence.
• Un hémisphère proche de la normale indique que le rayonnement est directionnel près de la surface de l'échantillon et que le flux provenant de la surface ou de l'environnement est collecté sur un hémisphère entier pour la détection.
• L'énergie solaire photovoltaïque fait référence à une propriété optique et spécifie la moyenne pondérée de la propriété spectrale en utilisant comme fonction de pondération le nombre de photons par seconde par unité de surface dérivé d'une distribution standard de l'irradiation solaire.
• C'est une surface qui présente une surface lisse, plane et horizontale, sans aspérités ni saillies, et exempte d'inégalités ou d'irrégularités de surface.
• Spéculaire indique que le flux s'écarte d'une surface ou d'un milieu selon un angle numériquement égal à l'angle d'incidence, situé dans le même plan que le rayon incident et perpendiculaire, mais du côté opposé de la perpendiculaire à la surface. Diffus a été utilisé dans le passé pour désigner la collection hémisphérique (y compris la composante spéculaire). Cet usage a été déconseillé au profit du terme plus précis hémisphère.
• La nature d’une surface texturée et inégale. Cela fait référence à un certain degré de rugosité, de rugosité ou de saillies.

Les mesures spectrales normales de transmission (ou de réflectance) proche de l'hémisphère sont effectuées dans la plage spectrale de 300 à 2500 XNUMX nm avec un spectrophotomètre à sphère intégratrice. La transmission, la réflectance ou l'absorption solaires sont obtenues par calcul direct d'intégrales de convolution appropriées ou par calcul d'une moyenne pondérée avec une irradiation spectrale solaire standard ou sélectionnée comme fonction de pondération par la méthode des ordonnées pondérées ou sélectionnées.

L'absorption, la réflexion et la transmission de l'énergie solaire sont importantes dans les performances de tous les systèmes d'énergie solaire, des systèmes de bâtiments passifs aux systèmes de réception d'énergie centralisés. Cette méthode d'essai permet de déterminer ces valeurs dans des conditions constantes qui représentent une moyenne pouvant être rencontrée lors de l'utilisation d'un système en zone tempérée.

L'absorption, la réflexion et la transmission de l'énergie solaire sont importantes pour le contrôle thermique des engins spatiaux et de l'énergie solaire des systèmes extraterrestres. Cette méthode de test permet également de déterminer ces valeurs pour des conditions extraterrestres.

Cette méthode de test est conçue pour fournir des données reproductibles adaptées à la comparaison des résultats entre laboratoires ou par le même laboratoire à différents moments et à la comparaison des données obtenues sur différents matériaux.

Cette méthode d'essai s'est avérée pratique pour les matériaux lisses présentant des propriétés optiques spéculaires et diffuses. Les matériaux texturés, non homogènes, à motifs ou rainurés nécessitent une attention particulière. La rugosité de surface peut résulter de procédés physiques ou chimiques tels que le pressage, le laminage, l'abrasion ou le dépôt de films ou de couches chimiques sur les matériaux, créant ainsi des surfaces texturées.

L'importance de la rugosité de surface du spectrophotomètre et de ses composants (taille du faisceau, ouverture de la sphère, configuration du porte-échantillon) peut affecter considérablement la précision des mesures effectuées avec cette méthode d'essai. Même si la répétabilité ou la sensibilité des mesures sur matériaux texturés est bonne, y compris pour des mesures répétées à différents endroits ou orientations de l'échantillon, les différences de spécifications entre les spectrophotomètres utilisés dans différents laboratoires peuvent entraîner des écarts importants dans les résultats.

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