Cesta do pekla je dlážděna dobrými úmysly. Významnou kategorií jsou „zdravotnické“ přístroje, které se nespokojí s prodejem placebo efektu za drahý peníz, ale lidskému zdraví více či méně škodí. Jedním z nich bylo v šedesátých letech 20. století hojně rozšířené „horské slunce“. To obsahovalo 125W rtuťovou výbojku, ničím nezakrytou, a tedy poskytující patřičné spektrum. To jest kromě pleť opalujícího UV-A i tvrdé UV-C záření o vlnové délce 254 nm. Paradoxem je, že sluneční spektrum na zemském povrchu tuto vlnovou délku prakticky neobsahuje, a to ani na horách. Jak by řekli hráči: byl to tak trochu overkill. V dnešním díle seriálu si povíme o solárních simulátorech a pak stručně popíšeme výrobu jednoduchého solárního simulátoru, který vám poslouží pro testování vašich výrobků. Bude určitě bezpečnější, přesto však doufáme, že (pokud si ho postavíte) se v jeho hřejivých paprscích budou slunit jen vaše přístroje, a nikoli přítelkyně, toužící po snědé pleti.
Obrázek: originál horské slunce Premalux. Zdroj: www.aukro.cz
Druhy solárních simulátorů
UV-testery jsou určené pro test odolnosti materiálů (plastů, barev apod.) proti UV záření. Abychom se dočkali výsledku, používá se akcelerované testování, tedy intenzita UV záření je i řádově vyšší, než ze Slunce. Používá se xenonová výbojka a někdy je zde filtr, který odstraní viditelné záření –aby se nám testované vzorky nepřehřívaly. Nebo jsou vzorky chlazené. Tyto testery jsou konstruovány pro testování malých vzorků, nikoli celých přístrojů. Současně jsou ozařovány desítky vzorků, takže cena za test se tím rozdělí. Abychom si nespálili prsty a neotrávili se ozonem, ponecháme tento test profesionálům. Alternativou je venkovní polygon (když ale vidím, jak je venku, tak lepší by byl někde v Itálii).
Malé solární testery najdeme u asijských výrobců. Používají se totiž k testování a třídění fotovoltaických článků. Proto potřebují přesnou kalibraci a také přesnější napodobení slunečního spektra. Osvětlují ale jen malou plochu (jeden článek). Mají xenonovou výbojku. Takový tester by mohl dobře posloužit, pokud potřebujeme testovat jen velmi malé výrobky.
Takto vypadá typický malý solární simulátor. Zdroj: www.Alibaba.com
Střední solární testery vypadají jako klasická klimakomora, na kterou někdo narouboval lampu. Používají se xenonové, nebo metal-halogenidové výbojky. Jejich spektrum zahrnuje viditelné, UV i blízké IR záření. Dobře zvolená výbojka má spektrum hodně podobné slunečnímu. Tyto výbojky bohužel během provozu stárnou, a spektrum se jim mění. Výbojky se tedy musí měnit, což není právě levné. Tyto komory jsou dostupné v některých větších profesionálních zkušebnách.
Typická klimakomora se solární simulací, zdroj: www.weiss-technik.com
Velké solární testery, takzvané „drive in“ se používají v automobilním průmyslu. Používají stejné lampy, pouze je těch lamp hodně a spotřeba je ve stovkách kW. Uvádím je jen pro úplnost.
D.I.Y. solární tester
Dostáváme se ke slíbenému „návodu“, nečekejte však detailní návod! Nechtěl bych jím urazit čtenáře, které mají více než dostatečnou kreativitu a byli by ošizeni o možnost vlastní tvorby. Jde tedy spíše jen o několik dobře míněných doporučení.
Výbojka: První, co nás napadne, je, jaký světelný zdroj lze levně pořídit pro „garážový“ solární tester. A tato otázka je bezesporu správná. Podíváme se tedy na nějaký e-shop, kde mají výbojky, a pokud možno parametrický vyhledávač – například www.zarovky.cz. Budeme potřebovat bílé denní světlo jako ze Slunce (ideálně s barevnou teplotou asi 5500 K), co nejvyšší CRI (index podání barev), aby spektrum bylo úplné, a pro začátek zadáme nějaký rozumný výkon, řekněme 200 až 500 W. Najdeme tak například metalhalogenidovou výbojku (tento jazykolam označuje výbojku s parami rtuti, která ale obsahuje i další kovy pro dosažení lepšího spektra) OSRAM POWERSTAR HQI-E 400W/D PRO E40. Ta má snesitelnou cenu, něco přes 1000,- korun. Vidíme celkový světelný tok 34000 lm, účinnost je tedy „jen“ 85 lm/W. To je daň za vyšší, velmi pěkné CRI a za matnou baňku. Výbojky „svítí“ i v infračerveném spektru, bohužel kompletní spektrum (včetně IR části) v podstatě žádný výrobce neuvádí. Intenzita plného slunečního světla je 100.000 lx, to znamená, že tato lampa by teoreticky dokázala osvětlit v této intenzitě 0,34 m2. V praxi počítejme, že 20% ztratíme na reflektoru, na jeho krycím skle dalších 10% toho, co zbyde, a na dalším skle - filtru opět 10% a vyjde nám max. plocha 0,22 m2. Pro rovnoměrnější rozptyl světla budeme muset jít o trochu díl od výbojky, takže některé paprsky se budou odrážet od bočních stěn komory, něco se tedy opět ztratí a reálně osvítíme plochu asi tak 35x35 cm. Pokud nám toto nestačí, můžeme se podívat po silnějších výbojkách, 2000W, bohužel ceny jsou řádově vyšší, nebo poskládat velmi těsně k sobě víc 400 W reflektorů.
Výbojka 400W, zdroj: www.zarovky.cz
Reflektor: Existuje několik dobrých důvodů, proč koupit hotový reflektor. Zaprvé, bezpečnost – reflektor z obchodu má certifikát. A dále, každá výbojka potřebuje předřadník. Ten už je v reflektoru, jinak byste ho museli stejně koupit. Reflektor pro 400W výbojku stojí kolem 2000,- korun, což je stále docela rozumné.
Reflektor pro výbojku 400W. Zdroj: www.svitidla-osvetleni.biz
Skříň: Skříň pro simulátor s jedním reflektorem bude přibližně krychle. Ideální materiál bude hliníkový plech. Přesnou vzdálenost, v níž dosáhneme 1050W/m2, asi na první pokus neodhadneme. S tím je třeba předem počítat. Pokud nutně potřebujeme kontrolní okénko, uděláme ho malé a zavírací, aby nám světlo neutíkalo ven.
Filtr: Když reflektor na zkoušku zapojíme, za nějaký čas bude solidně horký - a to včetně krycího skla (bývá proto žáruvzdorné). To je bohužel problém, protože toto sklo, má-li téměř 100°C, vyzařuje tepelné záření, a to docela hodně – jeho výkon je srovnatelný s „světelným“ výkonem výbojky! Jenže toto záření musíme nějak odfiltrovat – protože jeho vlnová délka je úplně mimo sluneční spektrum. Pokud bychom ho neodstranili, budeme vlastně simulovat kombinaci Slunce + horká kamna. To nezní moc prakticky. Naštěstí vhodný filtr je obyčejné okenní sklo – všimli jste si někdy, že můžete projít před výkladem obchodu, i když je v něm PIR čidlo, a nespustíte poplach? V běžném sklenářství dostaneme, a můžeme použít, i tzv. i extra čiré sklo, je o něco průhlednější. Sklo budeme muset chladit. To vyřešíme mezerou mezi tímto sklem a reflektorem, kam umístíme řadu ventilátorů. Sklo by mělo být vyjímatelné, kvůli čištění.
Regulace teploty: do našeho „solárka“ bude dopadat (při velikosti 35 x 35 cm) nějakých 130 W záření (nejen viditelného, ale i UV, a hlavně blízké IR), a toto vše se po několika odrazech pohltí, ať už stěnami komory, nebo testovaným výrobkem. Ten, bude-li zapnutý, přispěje také nějakými Watty, a teplota v komoře půjde pomalu nahoru. Nyní je otázkou, kolik chceme mít cílovou teplotu vzduchu. Mně by se zdálo rozumných 40 °C, což je sice o něco méně, než naměřený absolutní rekord v Kalifornii v Death Walley, ale je to realistická teplota např. na Sahaře (a za pár let, kdo ví, kde ještě). Předpokládejme tedy, že v úplně utěsněném „solárku“ teplota asi překročí naší potřebu (pozor, měli bychom měřit teplotním čidlem ve stínu, což úplně nepůjde, ale kromě vložení nějakého stínítka před čidlo nabarvíme samotné teplotní čidlo na bílo, a výsledek snad bude celkem přesný). My potřebujeme uvnitř bezvětří, takže se pokusíme snížit teplotu chlazením pláště komory – hliník zvenku natřeme jakoukoli barvou, protože barva má proti hliníku vyšší tepelnou emisivitu. Budeme natírat po částech, abychom to s chlazením nepřehnali. Pokud by kompletní nátěr nestačil, přidáme nějaké další vnější chlazení.
Bezpečnost: měli bychom dobře uzemnit kovové části výrobku, spojíme je tedy s kovovým krytem reflektoru, kde bývá zemní svorka. Při práci pak budeme používat tmavé brýle. A nakonec, výbojka vytváří menší množství ozónu, měli bychom tedy při práci se „solárkem“ větrat. V případě rozbití výbojky počítejte s tím, že vnitřní baňka obsahuje jedovatou rtuť.
Kalibrace: nyní použijeme pyranometr, který umístíme místo zkoušeného výrobku, náš světelný stroj zapneme, a po cca 10 minutách, které jsou třeba k úplnému zahřátí výbojky, bychom se měli dostat někam k 1050 W / m2. Pokud nemáme možnost si půjčit pyranometr, použijeme luxmetr – pak bude cílem 100.000 lx. Vyšší výsledek znamená, že musíme zvětšit vzdálenost od výbojky, a naopak. Pokud bychom byli úplně mimo, musíme komoru zvětšit nebo zmenšit, nebo obětovat kvalitu spektra ve prospěch účinnosti a použít účinnější výbojku. Zkontrolujeme rovnoměrnost osvětlení plochy, kterou chceme využívat (okraje budou určitě horší, takže střed může mít o něco více).
Tím je náš solární simulátor hotov a připraven k použití. Přeji hodně úspěchů!
