Messungen des Reflexions- und Transmissionsverhaltens

BSDF-Measurements

3D-Scanning-Goniophotometer.
© Peter Apian-Bennewitz, pab advanced technologies Ltd.
Das 3D-Scanning-Goniophotometer misst das von einer Probe transmittierte oder reflektierte Licht mithilfe eines Detektors, der sich mechanisch mit einem konstanten Radius um den beleuchteten Fleck der Probe bewegt. Von der Probe transmittierte oder reflektierte Strahlung kann unter fast allen Austrittswinkeln gemessen werden.

Räumlich aufgelöste Messungen des Reflexions- und Transmissionsverhaltens sind präzise Methoden zur Charakterisierung der optischen Eigenschaften von Materialien. Diese Messungen erfassen, wie Licht von einer Oberfläche reflektiert oder durch ein Material hindurchgelassen wird.

Diese Messungen finden in einer Vielzahl von Branchen Anwendung:

  • Architektur und Bauwesen: Bewertung der Lichtdurchlässigkeit und des Reflexionsverhaltens von Fensterglas und Fassadenmaterialien z.B. zur Optimierung der Energieeffizienz, der Funktionalität des Gebäudes und des visuellen Komforts durch eine gezielte Materialauswahl.
  • Photovoltaik: Optimierung der Effizienz von Solarzellen und Bewertung von Photovoltaikmodulen bezüglich ihres Blendungspotentials.
  • Automobilindustrie: Analyse der Lichtreflexion und -durchlässigkeit von Lacken und Beschichtungen zur Verbesserung der Fahrzeugästhetik und -sicherheit.
  • Computergrafik: Erstellung realistischer Renderings durch genaue Simulation der Lichtinteraktion mit verschiedenen Oberflächen.
  • Materialwissenschaft: Charakterisierung neuer Materialien zur Bewertung ihrer optischen Eigenschaften z.B. während der Entwicklung und Verbesserung von Produkten.
Strukturierte Glasprobe mit Entblendungstechnologie auf einem PV-Modul.
© Fraunhofer ISE
Strukturierte Glasprobe mit Entblendungstechnologie auf einem PV-Modul.

Am Fraunhofer ISE führen wir hochauflösende Messungen des Lichtverteilungsverhaltens von Materialien für die Gebäudehülle durch. In der Baubranche und insbesondere im Bereich der Gebäudehülle sind solche Messungen der Eigenschaften im Hinblick auf das Reflexions- und Transmissionsverhalten von Baumaterialien von besonderer Relevanz. Denn hier werden Produkte konzipiert, die sowohl ästhetischen als auch funktionalen Ansprüchen unterliegen. 

Mit unserem 3D-scannenden Goniophotometer PGII („PGII“ von pab advanced technologies Ltd.) bieten wir am Fraunhofer ISE ein vielseitig einsetzbares Messinstrument zur optischen Charakterisierung von festen Materialien und kleinen Lampen.

Die von uns getätigten Messungen ermöglichen Architektinnen und Planern eine gezielte Materialauswahl in ihren Projekten, um den Komfort und die Funktionalität von Gebäuden zu optimieren. Gleichzeitig profitieren Herstellende von unserer maßgeschneiderten Unterstützung bei der Entwicklung und Verbesserung ihrer Produkte. Zudem können unsere Messungen als Grundlage für wertvolle Analyse- und Simulationsmöglichkeiten dienen, beispielsweise in Form von Analysen des Helligkeitsempfindens des Menschen unter verschiedenen Lichtbedingungen. Solche Analysen verbessern das Verständnis von Lichtinteraktionen, optimieren die Gesamterscheinung von Materialen und helfen dabei, Blendung zu vermeiden.

Stereografische Darstellung der BRDF einer strukturierten Glasprobe unter einem polaren Einfallswinkel θ<sub>i</sub> von 0°.
© Fraunhofer ISE
Stereografische Darstellung der BRDF einer strukturierten Glasprobe unter einem polaren Einfallswinkel θi von 0°.

Mithilfe des Goniophotometers lässt sich die bidirektionale Streuungsverteilungsfunktion (BSDF) einer Materialprobe ermitteln. Die BSDF umfasst sowohl die bidirektionale Transmissionsverteilungsfunktion (BTDF) des Lichts, das durch die Probe hindurchtritt sowie die bidirektionale Reflexionsverteilungsfunktion (BRDF) des Lichts, das von der Probe reflektiert wird.

Während einer Messung dreht sich ein Roboterarm um die Probe und erfasst Licht mit hoher räumlicher Auflösung. Die Datensätze enthalten hunderttausende von Messwerten für verschiedene Positionen auf der Kugeloberfläche (ausgedrückt in sphärischen Koordinaten). Die Messungen können für verschiedene Einfallswinkel des Lichts und verschiedene Drehwinkel der Materialprobe (im Falle anisotroper Proben) sowie für verschiedene Spektren der Lichtquelle durchgeführt werden. Die Datensätze lassen sich anschließend in XML-Dateien im Klems- oder Tensortree-Datenformat konvertieren, wodurch wir die Möglichkeit haben die Ergebnisse in Computergrafiken, Simulationen und Visualisierungen zu verwenden.

Unsere FuE-Leistungen zum Thema »Messungen des Reflexions- und Transmissionsverhaltens« umfassen:

  • Räumlich hochaufgelöste Messung des Reflexions- und Transmissionsverhaltens von ebenen Materialien sowie der Abstrahlcharakteristik von kleinen Lampen
  • Simulation der Helligkeitswahrnehmung der Materialien unter verschiedenen Bedingungen (z.B. Blendungssimulation)
  • Bewertung des Blendungsrisikos von (Fassaden)materialien
  • Unterstützung bei der Produktentwicklung

FuE-Infrastruktur

Für unsere Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten steht uns am Fraunhofer ISE diese Infrastruktur zur Verfügung:

 

Gebäudeintegrierte Photovoltaik

TestLab Solar Façades

Optische und thermische Charakterisierung von Fassaden-integrierten PV-Komponenten