Método de teste padrão ASTM E903-20 para absorção solar, reflexão e transmitância de materiais usando esferas de integração

O padrão “Método de teste padrão ASTM E903-20 para absorção solar, refletância e transmitância de materiais usando esferas integradoras” publicado pela Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM) descreve um método de teste que especifica a medição de absorção espectral, refletância, e transmitância de materiais utilizando espectrofotômetros equipados com esferas integradoras.

Esta norma especifica métodos para calcular características solares ponderadas a partir de valores espectrais medidos. Este método de teste é aplicável a materiais com propriedades ópticas especulares e difusas. Este método de teste é aplicável a materiais com revestimentos ópticos aplicados com atenção especial ao efeito do material testado nos tecidos.

Materiais de folhas condutoras não homogêneas, texturizadas, padronizadas ou onduladas requerem considerações especiais para a aplicabilidade deste método de teste. A este respeito, a norma “Método de teste padrão ASTM E1084-86 para transmitância solar (terrestre) de materiais em folha usando luz solar” é considerada mais adequada para determinar as propriedades ópticas em massa de materiais texturizados ou não homogêneos. Para materiais homogêneos, este método de teste é preferível ao método de teste descrito na ASTM E1084-86(2023).

Este método de teste refere-se a aplicações que utilizam distribuições espectrais solares de referência padrão, mas também pode ser aplicado usando espectros alternativos selecionados, desde que a fonte e os detalhes da distribuição e ponderação espectral solar sejam relatados.

Para os fins desta norma, aplicam-se os seguintes termos e definições, além das definições fornecidas na ASTM E772-15:

Uma esfera integradora é um dispositivo óptico usado para coletar o fluxo refletido ou transmitido de uma amostra para um hemisfério ou para obter irradiação isotrópica de uma amostra de um hemisfério completo. Consiste em uma cavidade de formato aproximadamente esférico com aberturas para aceitar e detectar fluxo e muitas vezes com aberturas adicionais nas quais são colocadas amostras e amostras de referência.
O hemisfério quase normal indica que a radiação é direcional perto da superfície da amostra e o fluxo da superfície ou ambiente é coletado em todo um hemisfério para detecção.
A energia solar fotovoltaica refere-se a uma propriedade óptica e especifica a média ponderada da propriedade espectral usando como função de ponderação o número de fótons por segundo por unidade de área derivado de uma distribuição padrão de irradiância solar.
É uma superfície que apresenta superfície lisa, plana e horizontal, sem rugosidades ou saliências, e isenta de desigualdades ou irregularidades superficiais.
Especular indica que o fluxo sai de uma superfície ou meio em um ângulo numericamente igual ao ângulo de incidência, situado no mesmo plano do raio incidente e perpendicular, mas no lado oposto da perpendicular à superfície. Difuso foi usado no passado para se referir à coleção hemisférica (incluindo o componente especular). Este uso foi preterido em favor do termo mais preciso hemisfério.
A natureza de uma superfície texturizada e irregular. Refere-se a ter algum grau de rugosidade, rugosidade ou saliências.

As medições espectrais normais de transmitância (ou refletância) do hemisfério próximo são feitas na faixa espectral de 300 a 2500 nm com um espectrofotômetro de esfera integradora. A transmitância, refletância ou absorção solar é obtida por cálculo direto de integrais de convolução apropriadas ou pelo cálculo de uma média ponderada com uma irradiância espectral solar padrão ou selecionada como função de ponderação pelo método de ordenada ponderado ou selecionado.

A absorção, reflexão e transmitância da energia solar são importantes no desempenho de todos os sistemas de energia solar, desde sistemas de construção passivos até sistemas de recepção de energia centralizados. Este método de teste fornece um meio de determinar esses valores sob condições constantes que representam uma média que pode ser encontrada durante o uso de um sistema na zona temperada.

A absorção, reflexão e transmitância da energia solar são importantes para o controle térmico de espaçonaves e para a energia solar de sistemas extraterrestres. Este método de teste também fornece uma maneira de determinar esses valores para condições extraterrestres.

Este método de teste foi projetado para fornecer dados reproduzíveis adequados para comparação de resultados entre laboratórios ou pelo mesmo laboratório em momentos diferentes e para comparação de dados obtidos em materiais diferentes.

Este método de teste mostrou-se prático para materiais lisos com propriedades ópticas tanto especulares quanto difusas. Materiais texturizados, não homogêneos, padronizados ou com ranhuras requerem atenção especial. A rugosidade da superfície pode surgir de processos físicos ou químicos, como prensagem, laminação, abrasão ou deposição de filmes ou camadas químicas sobre os materiais, resultando em superfícies texturizadas.

A magnitude da rugosidade superficial no espectrofotômetro e seus componentes (tamanhos do feixe, aberturas da esfera, configuração do porta-amostras) pode afetar significativamente a precisão das medições realizadas com este método de ensaio. Mesmo que a repetibilidade ou a sensibilidade das medições em materiais texturizados seja boa, incluindo medições repetidas em diferentes locais ou orientações da amostra, as diferentes especificações de espectrofotômetros em diferentes laboratórios podem levar a diferenças significativas nos resultados das medições.

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