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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Generierung einer homogen ausgeleuchteten Fläche, umfassend eine Strahlungsquelle zur Erzeugung einer Strahlung und eine Matrix, auf die die Strahlung projiziert wird. Sie bezieht sich auch auf ein korrespondierendes Verfahren, wobei mit einer Strahlungsquelle erzeugte Strahlung auf eine Matrix projiziert wird.
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Derartige Vorrichtungen und Verfahren sind allgemein bekannt. Sie werden beispielsweise für die Vermessung von Solarzellen genutzt. Aus der
DE 10 2005 063 373 A1 ist ein Sonnensimulator bekannt, welcher eine exakte Nachbildung von solaren Spektren ermöglicht. Der Sonnensimulator umfasst eine Strahlungsquelle mit hinreichender spezifischer Ausstrahlung, einen Allochromator mit Spektralschablone, einen Messraum für die zu vermessende Solarzelle, ein elektronisches Messgerät, und einen oder mehrere bewegliche nebeneinander angeordnete Spiegel, wobei ortsabhängig die Stellung des Spiegels den geforderten dispersen Strahlungsanteil in den weiter verwerteten Strahlengang reflektiert. Mit diesem Sonnensimulator wird eine spektrale Bestrahlungsstärke angepasst, so dass sie einem Referenzspektrum, insbesondere dem Sonnenspektrum entspricht. Dabei kann gleichzeitig eine spektrale Empfindlichkeit einer bestrahlten Solarzelle gemessen werden, z.B. mit einem oder mehreren pn-Übergängen.
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Durch die bekannten Vorrichtungen können Inhomogenitäten auf einer beleuchteten Fläche nur bedingt behoben werden, da sich z.B. durch Alterung der Lichtquelle die Strahlungscharakteristik kontinuierlich ändert.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit der bzw. mit dem eine Fläche auf einfache Weise dauerhaft ausgeleuchtet werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Danach sind bei einer Vorrichtung zur Generierung einer homogen ausgeleuchteten Fläche, umfassend eine Strahlungsquelle zur Erzeugung einer Strahlung und eine Matrix, auf die die Strahlung projiziert wird, folgende Mittel vorgesehen: eine Messvorrichtung zum Messen einer Intensitätsverteilung der Strahlung auf der Fläche, eine Auswerteeinheit zum Ermitteln von Inhomogenitäten in der Intensitätsverteilung der Strahlung auf der Fläche, und eine Steuereinheit zum Ansteuern und Anpassen der Matrix, wenn die Inhomogenitäten einen vorgegebenen Schwellenwert überschreiten.
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Die Intensitätsverteilung der Strahlung bezeichnet die Verteilung der Lichtintensität auf der Fläche, d.h. sie gibt an, wie viele Photonen pro Zeiteinheit in welchem Bereich der Fläche auftreffen.
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Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Homogenität der Beleuchtung auf der Fläche nicht abhängig von einer Veränderung der Vorrichtung ist, z.B. einer Alterung oder Austausch der Strahlungsquelle, durch die sich die Strahlungscharakteristik kontinuierlich verändert, und dass lange Strahlungswege, Linsenarrays oder optische Filter, mit denen die Divergenz der Strahlung und dadurch entstandene Inhomogenitäten der Strahlung auf einer Fläche korrigiert werden können, nicht benötigt werden. Somit kann die Beleuchtung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch über einen längeren Zeitraum optimiert werden, so dass die Strahlungshomogenität über die ausgeleuchtete Fläche möglichst lange konstant ist. Die Vorrichtung ist daher optimal für die Vermessung von Solarzellen, z.B. für Photovoltaik oder Solarthermie, geeignet. Sie kann außerdem überall dort eingesetzt werden, wo gemäß einer Norm eine homogene Beleuchtung verlangt wird, z.B. in der Fotographie oder in der Medizintechnik.
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Die Vorrichtung eignet sich bevorzugt zur Qualitätsüberwachung von Solarzellen, wobei die Solarzelle die ausgeleuchtete Fläche darstellt. Bei der Qualitätsprüfung von Solarzellen kann die Messgenauigkeit bei hoher Homogenität der Ausstrahlung erhöht werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass sich beliebige Freiformen ausleuchten lassen, d.h. es lassen sich z.B. in Zusammenhang mit der Solarzellenvermessung reale Bedingungen nachbilden, wie beispielsweise eine Verschattung der Solarzelle durch ein aufliegendes Blatt.
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Die Matrix kann bevorzugt eine Mehrzahl von unabhängig voneinander ansteuerbaren Elementen umfassen, deren Reflexions- und/oder Transmissionseigenschaften einstellbar sind. So können die einzelnen Elemente die Strahlung der Lichtquelle wahlweise komplett reflektieren oder transmittieren, aber auch nur teilweise reflektieren bzw. transmittieren. Man spricht in diesem Zusammenhang auch davon, dass die einzelnen Elemente eingeschaltet, ausgeschaltet oder gedimmt werden, je nachdem, wie sie die Strahlung von der Strahlungsquelle reflektieren bzw. transmittieren.
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Die Matrix kann beispielsweise ein Spiegelarray oder eine Flüssigkristallanzeige-Matrix (auch LCD (Liquid crystal display)-Matrix genannt) sein. Das Spiegelarray wird bevorzugt eingesetzt, wenn die Strahlung von Matrix auf die Fläche reflektiert werden soll.
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Wenn die Matrix kontinuierlich während des Betriebs anpassbar ist, kann auf Inhomogenitäten in der Intensitätsverteilung zeitnah reagiert werden. Solche während des Betriebs entstehenden Inhomogenitäten können beispielsweise auf eine Alterung der Lichtquelle zurückzuführen sein, die auf diese Weise berücksichtigt werden können. Ferner können bei Bedarf auch nur bestimmte Teilbereiche beliebiger Form homogen ausgeleuchtet werden.
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Optional kann ein semitransparenter Spiegel zum Auskoppeln der Strahlung für eine kontinuierliche Messung der Inhomogenitäten während des Betriebs vorgesehen sein. Dadurch wird die Intensitätsverteilung der Strahlung nicht direkt an der beleuchteten Fläche gemessen, sondern an einer Referenzfläche. Somit können Inhomogenitäten der Strahlungsintensität, die z.B. aufgrund von veränderter Leistung der Strahlungsquelle auftreten, auch während eines Betriebes, z.B. beim Testen von Solarzellen, parallel gemessen und die Matrix entsprechend angepasst werden, ohne das der Betriebsablauf gestört wird. Zusätzlich oder alternativ dazu kann in vorgegebenen Zeitintervallen eine Weißfläche zur Kontrolle der Homogenität zwischen der Beleuchtung zweier Flächen, z.B. zweier Solarzellen beleuchtet werden und diese vermessen werden.
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Das Strahlungsspektrum der Strahlungsquelle entspricht bevorzugt dem Sonnenspektrum. Eine derartige Strahlungsquelle kann beispielsweise eine Weißlichtquelle mit einem spektralen Filterrad sein, wobei durch Rotation des Filterrad ein Spektrum generiert werden kann, das dem Sonnenspektrum entspricht.
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Optional kann die Messvorrichtung zum kontinuierlichen Messen einer Leistung der Strahlungsquelle und die Steuereinheit zum Nachregeln der Leistung ausgebildet sein. Auf diese Weise können die Inhomogenitäten in der Intensitätsverteilung zusätzlich zur Anpassung über die Matrix auch durch Ändern der Leistung der Strahlungsquelle korrigiert werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Strahlungsquelle altert und hochgeregelt werden muss. Zusätzlich könnte mit der Messvorrichtung auch eine Spektralverteilung der Strahlung auf der Fläche gemessen werden, z.B. integral oder stichprobenartig oder ortsaufgelöst. Bei Bedarf kann dann eine Anpassung der Strahlung, z.B. durch Anpassung der Filterrotation, vorgenommen werden, so dass das Sonnenspektrum erreicht wird.
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Die Messvorrichtung kann eine einzelne bewegbare Photodiode oder mehrere, z.B. in Reihen angeordnete Photodioden umfassen. Beispielsweise kann auch ein eindimensionaler Zeilendetektor vorgesehen sein, bei dem eine einzelne Reihe nebeneinander angeordneter Photodioden die Fläche zeilenweise abrastert. Bevorzugt ist die Messvorrichtung als zweidimensionaler Matrixdetektor ausgebildet, der die gesamte zur vermessende Fläche erfassen kann oder nur einen Teil davon, und dann zur Messung der Intensitätsverteilung in beliebiger, vorgegebener Weise über die Fläche bewegt wird,. Die Messvorrichtung kann u.a. als ein CCD- oder CMOS-Detektor ausgebildet sein, der z.B. als Kamera ausgeführt ist, mit dem die Fläche homogen dargestellt werden kann. Eine digitale Auflösung eines solchen CCD-Detektors oder CMOS-Detektors bzw. einer Digitalkamera mit einem solchen CCD-Detektor oder CMOS-Detektor, bei dem bzw. der die Fläche homogen dargestellt werden kann, liegt vorteilhafterweise z.B. zwischen 0,5 und 1 Megapixel.
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Bevorzugt liegt der vorgegebene Schwellenwert für die Inhomogenität bei ±5 %, besonders bevorzugt bei ±2 %, von einem Sollwert. Der Sollwert wird im Allgemeinen durch eine Norm, welche z.B. zum Testen von Solarzellen angewendet wird (IEC 60904-9) vorgegeben.
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Die Aufgabe wird außerdem mit einem Verfahren zur Generierung einer homogen ausgeleuchteten Fläche gelöst, wobei mit einer Strahlungsquelle erzeugte Strahlung auf eine Matrix projiziert wird. Dabei ist vorgesehen, dass mit einer Messvorrichtung eine Intensitätsverteilung der von der Matrix auf die Fläche auftreffenden Strahlung gemessen wird, dass mit einer Auswerteeinheit Inhomogenitäten in der Intensitätsverteilung ermittelt werden, und dass die Matrix über eine Steuereinheit angesteuert und angepasst wird, wenn die Inhomogenitäten einen vorgegebenen Schwellenwert überschreiten.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber bekannten Verfahren ist, dass durch die Auswertung der Intensitätsverteilung der Strahlung die Bereiche ermittelt werden können, in denen die Intensität niedriger oder höher als gewünscht ist, und eine direkte Anpassung der Intensität in diesen Bereich durch gezielte Ansteuerung der Matrix vorgenommen werden kann. Auf diese Weise ist das Verfahren unabhängig von einer Alterung bestimmter Komponenten des Systems, wie z.B. der Strahlungsquelle, da die Anpassungen auf Basis der auf der Fläche gemessenen Intensitätsverteilungen durchgeführt werden.
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Bevorzugt wird ein Intensitätsminimum aus der Strahlungsverteilung ermittelt und es wird eine lokale Abweichung der Strahlungsintensität auf der Fläche von dem Intensitätsminimum in der Auswerteeinheit berechnet und zur Bestimmung eines Ansteuersignals an die Matrix verwendet. Aus der lokalen Abweichung kann abgeleitet werden, wie die Matrix angepasst werden muss, z.B. durch Änderung des Reflexions- bzw. Transmissionsgrades. So können die jeweiligen Matrixelemente, die Bereiche auf der Fläche beleuchten, in denen eine größere Abweichung zwischen dem Intensitätsminimum und der lokalen Intensität herrscht, abgeblendet werden. Die Matrix wird bevorzugt so angepasst, dass die lokale Abweichung zu dem Intensitätsminimum maximal 5%, bevorzugt maximal 2 %, beträgt.
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Bevorzugt wird das Intensitätsminimum mit einem Sollwert für die Intensität verglichen und die Leistung der Strahlungsquelle zur Erhöhung der gesamten Strahlungsintensität erhöht, wenn das Intensitätsminimum unter dem Sollwert liegt. Auf diese Weise lässt sich die Strahlungsintensität auf der Fläche auf einen Wert anpassen, mit dem repräsentative Testergebnisse erzielt werden können.
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Optional kann eine defokussierende Linse zwischen der Matrix und der Fläche angeordnet werden. Die Korrekturfunktion, die den defokussierenden Effekt zusätzlich berücksichtigt, kann gegebenenfalls angepasst werden, um zu berechnen, welches Matrixelement wie zu verändern ist, um die gewünschte lokale Intensität im ausgeleuchteten Bereich zu erhalten.
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Wenn einzelne Elemente der Matrix separat zum Anpassen ihrer Reflexions- und Transmissionseigenschaften angesteuert werden können, kann aus der lokalen Abweichung genau bestimmt werden, welches Element zur Anpassung der Strahlungsintensität durch Änderung des Reflexions- bzw. Transmissionsgrades angesteuert werden muss.
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Die vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dazu zeigen
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1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in Transmission;
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2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in Reflexion;
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3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in Reflexion;
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4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung in Reflexion;
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5 eine schematische Darstellung des Verfahrens nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
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6 eine schematische Darstellung des Verfahrens nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 10 zur Generierung einer homogen ausgeleuchteten Fläche 12, beispielsweise einer Solarzelle oder einer Kalibrierungsfläche, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Vorrichtung umfasst eine Strahlungsquelle 14 zur Erzeugung einer Strahlung 16, welche hier vereinfacht durch einen Strahlengang dargestellt ist. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 10 eine Matrix 18, auf die die Strahlung 16 projiziert wird. Zwischen der Strahlungsquelle 14 und der Matrix 18 ist eine Optik 20 zur Fokussierung der Strahlung 16 auf die Matrix 18 angeordnet. In einem Strahlengang der durch die Matrix 18 transmittierten Strahlung 16 ist zunächst eine weitere Optik 22 angeordnet, welche die durch die Matrix 18 transmittierte Strahlung 16 auf die zur Ausleuchtung vorgesehene Fläche 12 abbildet.
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An der Fläche 12 ist im hier dargestellten Beispiel eine Messvorrichtung 24, z.B. ein CCD-Sensor oder eine einzelne bewegbare Photodiode, angeschlossen, mit der eine Intensitätsverteilung der auf der Fläche 12 aufgetroffenen Strahlung 16 gemessen wird. Die Messungen werden an eine Auswerteeinheit, z.B. einen Computer 26, weitergeleitet, welcher Inhomogenitäten in der Intensitätsverteilung der Strahlung 16 auf der Fläche 12 ermittelt. Eine Steuereinheit 28 ist an den Computer 26 angeschlossen und steuert die Matrix 18 mit einem entsprechenden Ansteuersignal an, so dass auf Basis der ermittelten Inhomogenitäten eine Anpassung der Matrix 18 vorgenommen wird, wenn die Inhomogenitäten einen vorgegebenen Schwellenwert überschreiten. Die Steuereinheit 28 kann auch als Teil des Computers 26 ausgebildet sein. Die Messvorrichtung 24 kann außerdem eine Leistung der Strahlungsquelle 14 messen und mit dem Computer 26 auswerten, so dass gegebenenfalls, z.B. bei Inhomogenitäten, die zusätzlich von einer Alterung der Strahlungsquelle 14 beeinflusst sind, eine Anpassung der Leistung der Strahlungsquelle 14 über eine zweite Steuereinheit 30 durchgeführt werden kann. Bei den Steuereinheiten 28, 30 kann es sich auch um ein einzelnes Gerät handeln, welches sowohl die Matrix 18 als auch die Strahlungsquelle 14 ansteuert.
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In dem in 1 betrachteten Ausführungsbeispiel ist die Matrix 18 eine LCD-Matrix, welche aus Segmenten besteht, die unabhängig voneinander ihre Helligkeit ändern können. Dazu werden die Segmente mit unpolarisiertem Licht bestrahlt und treffen auf einen Polarisationsfilter, der die Strahlung polarisiert. Mit elektrischer Spannung wird in jedem Segment eine Ausrichtung der Flüssigkristalle gesteuert, auf die das polarisierte Licht trifft. Damit lässt sich die Durchlässigkeit für das polarisierte Licht ändern.
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Als Matrix 18 eignet sich beispielsweise auch ein Spiegelarray, z.B. ein „Digital Micromirror Device“ (DMD). Jeder Mikrospiegel eines solchen Spiegelarrays lässt sich in seinem Winkel einzeln verstellen und besitzt in der Regel zwei stabile Endzustände, zwischen denen er innerhalb einer Sekunde bis zu 5000-mal wechseln kann. Die Anzahl der Spiegel entspricht der Auflösung des projizierten Bilds, wobei ein Spiegel ein oder mehr Pixel darstellen kann. Das DMD kann in einem Digital-Light-Processing-Projektor (DLP-Projektor) angeordnet sein.
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Die Matrix 18 kann auch als optischer Schalter verwendet werden, um zum Beispiel die Strahlungsquelle 14 im Dauerlicht zu bereiben, jedoch die Fläche 12 nur für einen bestimmten Zeitintervall, z.B. 10 ms, zu beleuchten.
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Des Weiteren kann durch Anpassen der Matrix 18 eine beliebige Form auf der Fläche 12 generiert werden. Das heißt, es muss nicht zwingend die gesamte Fläche 12 beleuchtet werden, sondern es ist auch möglich, einen Teil der Fläche 12 zu beleuchten, und dieser beleuchtete Teil kann eine beliebige Form, z.B. Kreis, Rechteck, Oval oder sonstige beliebige Formen annehmen. Es können auch zwei, drei oder mehr Bereiche beliebiger Form gleichzeitig ausgeleuchtet werden. Dies wird durch Ein- bzw. Ausschalten einzelner Matrixelemente erreicht.
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Für die Prüfung von Solarzellen eignet sich bevorzugt eine Strahlungsquelle 14, deren Spektralbereich dem der Sonne möglichst ähnlich ist. Das Spektrum sollte dem Normspektrum AM 1,5 angepasst sein und eine Strahlungsleistung von 1000 W/m2 aufweisen. Eine Einkopplung der Strahlungsquelle 14 kann auch durch einen Lichtleiter oder Mischstab, z.B. aus Glasfaser, erfolgen und durch diesen auf Matrix 18 projiziert werden. In diesem Fall ist auch eine Prismenanordnung denkbar, mit der verschiedenfarbige Strahlung zu einem Strahl zusammengeführt wird, bevor sie in den Mischstab eintritt. Weitere optische Elemente, die alternativ oder zusätzlich im Strahlengang angeordnet sein können, sind beispielsweise Spiegel und Filter.
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In den 2, 3 und 4 sind weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Für einander entsprechende Bauteile wurden jeweils die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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In 2 ist eine zu 1 korrespondierende Vorrichtung 32 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, wobei hier eine Matrix 34 eingesetzt wird, die die Strahlung auf die Fläche 12 reflektiert statt transmittiert. Für eine solche Matrix 34 kann beispielsweise das oben genannte Spiegelarray zum Einsatz kommen.
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3 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Vorrichtung 36 gemäß der Erfindung, bei dem die Messvorrichtung einen CCD-Detektor 38 umfasst, der z.B. als Digitalkamera ausgeführt ist, welcher die Strahlung auf der Fläche 12 homogen detektiert. Die Abbildung des CCD-Detektors 38 wird zur Ermittlung der Inhomogenitäten in dem Computer 26 ausgewertet, welcher dann über die Steuereinheit 28 die Matrix 34 zur Anpassung ansteuert. Die Steuereinheiten 28, 30 sind als Bestandteil des Computers 26 ausgebildet. Wie in 2 ist diese Vorrichtung 36 in Reflexion aufgebaut, eine alternative Ausführung in Transmission wäre jedoch ebenso denkbar. Der CCD-Detektor 38 hat bevorzugt ein digitales Auflösungsvermögen zwischen 0,5 und 1 Megapixel um die Fläche 12 homogen darstellen zu können. Mit einem solchen Auflösungsvermögen wird erzielt, dass die Inhomogenitäten der Strahlungsintensität nicht mehr als ±2 % von einem Sollwert betragen. Der Sollwert wird in der Regel in einer Norm angegeben, bei Qualitätsmessungen an Solarzellen ist dies die Norm IEC 60904-9. Gemäß der vorliegenden Erfindung sollen deutlich geringere Inhomogenitäten erzielt werden, so dass der Sollwert wesentlich genauer eingehalten werden kann.
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In 4 ist eine weitere Vorrichtung 40 als Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei der zwischen der Strahlungsquelle 14, welche in diesem Ausführungsbeispiel als Weißlichtquelle ausgebildet ist, und der Matrix 34 zusätzlich zur Optik 20 noch ein Filterrad 42 angeordnet ist. Dieses Filterrad 42 ermöglicht durch Rotation eine Generierung eines beliebigen Spektrums, welches dann auf die Matrix 34 trifft. Bevorzugt werden Spektren generiert, die möglichst annähernd dem Sonnenspektrum entsprechen. Das Filterrad 42 kann beispielsweise einen Wellenlängenbereich von 300 nm bis 1200 nm aufweisen. Eine Rotationsfrequenz des Filterrads 42 muss ein Vielfaches einer Antwortzeit einer Solarzelle sein, wenn eine solche als auszuleuchtende Fläche 12 eingesetzt wird.
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Allgemein können Inhomogenitäten der Strahlungsintensität auf der Fläche 12 durch einmaliges Vermessen der Fläche 12 über die Matrix 18, 34 angepasst werden. Die Vorrichtung 40 in 4 ist jedoch besonders dazu geeignet, kontinuierliche Messungen der Strahlungsintensität vorzunehmen. Dazu umfasst die Vorrichtung 40 in 4 einen semitransparenten Spiegel 44, der im Strahlengang zwischen der Matrix 34 und der ausgeleuchteten Fläche 12 liegt. Mithilfe dieses Spiegels 44 wird die Strahlung ausgekoppelt und kann mit einer Messvorrichtung, z.B. dem CCD-Detektor 38, gemessen werden. Die Homogenitätsverteilung der Strahlung auf dem Spiegel 44 entspricht der Homogenitätsverteilung auf der ausgeleuchteten Fläche 12 und kann daher als Referenz für das Ansteuern der einzelnen Matrixelemente dienen, um jeweils die Strahlungsintensität zu variieren und die gewünschte Strahlungsintensität einzustellen. Auch die Leistung der Strahlungsquelle 14 kann in Abhängigkeit der auf dem Spiegel 44 gemessenen Werte, z.B. auch in Kombination mit der Matrix 18, 34, angepasst werden, um die Strahlungsintensität zu verändern. Auf diese Weise können Inhomogenitäten der Strahlung auch während des Betriebs und ohne den Betriebsablauf, z.B. Qualitätsmessungen an Solarzellen, zu stören gemessen werden und die Matrix 34 und gegebenenfalls die Strahlungsquelle 14 kontinuierlich angepasst werden. Auch diese Vorrichtung 40 ist in Reflexion angeordnet, eignet sich jedoch ebenso für einen Aufbau in Transmission.
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Die Messvorrichtung 24, 38 kann außerdem so ausgeführt sein, dass sie stichprobenartig und/oder ortsaufgelöst und/oder kontinuierlich während des Betriebs die spektrale Verteilung der Strahlung 16 misst, so dass es auch möglich ist, z.B. durch Rückkopplung an die Steuereinheit 30 der Strahlungsquelle 14, Änderungen der Strahlungsquelle 14 in Bezug auf die spektrale Verteilung vorzunehmen.
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Weiterhin kann die Messvorrichtung 24, 38 in bestimmten Ausführungsformen so ausgebildet sein, dass sie eine Gesamtintensität der Strahlung 16 auf der Fläche 12 erfasst.
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform 46 des Verfahrens zur Generierung der homogen ausgeleuchteten Fläche. In einem ersten Schritt 48 wird mit der Messvorrichtung 24, 38 die Intensitätsverteilung der von der Matrix 18, 34 auf eine Fläche auftreffenden Strahlung gemessen. In einem zweiten Schritt 50 wird aus der Intensitätsverteilung das absolute Intensitätsminimum bestimmt. In einem dritten Schritt 52 wird mindestens für einen Flächenbereich die lokale Abweichung der Intensitätsverteilung von dem Intensitätsminimum bestimmt. Bereiche, in denen die lokale Abweichung größer als ein Sollwert, z.B. 2 % vom Intensitätsminimum, ist, werden abgeschattet, d.h. in einem vierten Schritt 54 wird die Matrix so angepasst, dass die entsprechenden Bereiche weniger stark ausgeleuchtet werden, z.B. durch Verändern eines Winkel der einzelnen Spiegel eines Spiegelarrays oder durch Ändern der Ausrichtung der Flüssigkristalle in einzelnen Segmenten einer LCD-Matrix.
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Alternativ oder zusätzlich kann auch das Intensitätsminimum ermittelt werden und die gesamte Strahlungsintensität dann erhöht werden, bis das Intensitätsminimum auf einen vorgegebenen Wert, z.B. 1000 W, eingestellt ist. Daraufhin kann ein Intensitätsmaximum gedämpft werden, bis die Inhomogenität der Strahlungsintensität bei maximal 5%, bevorzugt, bei maximal 2 %, liegt.
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In 6 ist eine weitere Ausführungsform 56 des Verfahrens zur Generierung der homogen ausgeleuchteten Fläche schematisch dargestellt. Die ersten zwei Schritte entsprechen der in 5 gezeigten Ausführungsform. In einem dritten Schritt 58 wird das absolute Intensitätsminimum mit einem Sollwert für die Strahlungsintensität auf der Fläche verglichen. Unterschreitet das Intensitätsminimum diesen Sollwert, wird in einem vierten Schritt 60 die Leistung der Strahlungsquelle erhöht, so dass sich insgesamt auf der Fläche eine um einen vorgegebenen Wert höhere Strahlungsintensität ergibt. Danach wird in einem fünften Schritt 62 die lokale Abweichung der Intensitätsverteilung von dem um den vorgegebenen Wert erhöhten Intensitätsminimum bestimmt. Für Bereiche, in denen die lokale Abweichung größer als ein Sollwert, z.B. 2 % vom Intensitätsminimum, ist, wird in einem sechsten Schritt 64 die Matrix entsprechend angepasst, so dass die entsprechenden Bereiche weniger stark ausgeleuchtet werden, z.B. durch Verändern eines Winkel der einzelnen Spiegel eines Spiegelarrays oder durch Ändern der Ausrichtung der Flüssigkristalle in einzelnen Segmenten einer LCD-Matrix. Auch durch schnelles Ein- und Ausschalten einzelner Spiegel eines Spiegelarrays oder einzelner Segmente einer LCD-Matrix, z.B. im 0,2 ms Takt kann die Intensität der Strahlung auf der Fläche gedämpft werden. Im Allgemeinen kann man davon ausgehen, dass sich die gesamte Intensitätsverteilung bei Erhöhung der Leistung der Strahlungsquelle im vierten Schritt 60 des Verfahrens 56 gemäß 6 um einen vorgegebenen Wert nach oben verschiebt, so dass der Schritt 62 auch vor den Schritten 58, 60 durchgeführt werden kann. Es kann zur Erhöhung der Genauigkeit bei der Einstellung der Homogenität sinnvoll sein, vor der Bestimmung der lokalen Abweichungen (Schritt 62) erneut die Intensitätsverteilung zu messen. Eine weitere Erhöhung der Genauigkeit kann erreicht werden, wenn auch anschließend das Intensitätsminimum neu bestimmt wird.
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Mit den in 5 und 6 beschriebenen Verfahren kann somit eine homogene Ausleuchtung einer Fläche erreicht werden. Dabei kann die Alterung der Lichtquelle durch Rückkopplung bei Bedarf kompensiert werden. Auch beliebige Freiformen lassen sich ausleuchten, die nicht unbedingt geometrisch sein müssen, sondern auch z.B. real in der Natur vorkommende Verschattung nachbilden können, wie sie beim Betrieb von Solarzellen regelmäßig entstehen, z.B. durch auffallendes Laub. Dabei können bei Bedarf auch verschiedene Abstufungen der Verschattung oder Beleuchtung realisiert werden, z.B. Graustufen erzeugt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005063373 A1 [0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- IEC 60904-9 [0016]
- Norm IEC 60904-9 [0039]
