Sonnensimulationsanlage mit Wolken- und Tunnelsimulation

Mit dieser für Volvo Cars in Göteborg entwickelten Sonnensimulationsanlage realisierte BF Engineering eine leistungsstarke Testplattform, die neben konstanter Sonneneinstrahlung auch dynamische Wechsel zwischen Sonne und Schatten ermöglicht. Herzstück des Systems ist eine mechanische Shutter-Technologie, mit der sich reale Fahrsituationen wie vorbeiziehende Wolken oder die Einfahrt in einen Tunnel reproduzierbar im Klimawindkanal nachbilden lassen. Das Projekt wurde über Aiolos Engineering realisiert und basiert auf 28 BF SUN Hochleistungsleuchten.

Die technische Herausforderung liegt in der verwendeten HMI-Technologie: Hochleistungs-HMI-Leuchten können während eines laufenden Versuchs nicht beliebig ein- und ausgeschaltet werden. Nach dem Ausschalten ist zunächst eine Abkühlphase erforderlich, bevor eine erneute Zündung möglich ist. Für schnelle Lichtwechsel wird die Strahlung deshalb mechanisch durch Shutter unterbrochen, während die Leuchten selbst weiter in ihrem stabilen Betriebszustand arbeiten.

Bei der Volvo-Anlage kommt hierfür ein speziell entwickeltes „Tunnel-Cloud“-Drehshutter-System zum Einsatz. Mechanische Abschattungselemente werden gezielt vor die einzelnen Lichtquellen bewegt und reduzieren beziehungsweise unterbrechen deren Strahlung. Dadurch können schnelle Helligkeitswechsel erzeugt werden, ohne das thermische und spektrale Betriebsverhalten der HMI-Lichtquellen durch Aus- und Wiedereinschalten zu beeinflussen. Die Projektspezifikation weist das System ausdrücklich als „SunSim for CWT 28x4000W with shutter“ sowie den Shutter als „Drehshutter Tunnel-Cloud“ aus.

Damit lassen sich dynamische Fahrszenarien unter kontrollierten Laborbedingungen untersuchen: Ein Fahrzeug kann zunächst unter voller Sonneneinstrahlung thermisch belastet werden, anschließend innerhalb kurzer Zeit in einen simulierten Schattenbereich oder Tunnel einfahren und danach erneut der vollen Strahlung ausgesetzt werden. Ebenso können wechselnde Abschattungen durch Wolken nachgebildet werden. Gerade für die Entwicklung moderner Klimatisierungs- und Thermomanagementsysteme sind solche transienten Lastwechsel besonders relevant.

Die Anlage erreicht eine maximale Bestrahlungsstärke von 1.200 W/m² auf einer Referenzfläche von 6 × 3 Metern. In Verbindung mit dem Cloud-Simulation-System kann die Bestrahlungsstärke bis auf 300 W/m² reduziert werden. Die geforderte Homogenität beträgt 5 %. Insgesamt kommen 28 BF SUN Leuchten mit jeweils 4.000 W zum Einsatz – entsprechend 112 kW installierter Lampenleistung.

Das System wurde für den Einsatz unter anspruchsvollen Klimawindkanalbedingungen konzipiert. Die Sonnensimulation kann bei Temperaturen bis −10 °C betrieben werden; die Kammer selbst ist für Bedingungen von bis zu −30 °C beziehungsweise +60 °C sowie für Regen- und Schneesimulation ausgelegt. Drei Pyranometer erfassen die Bestrahlungsstärke und unterstützen die reproduzierbare Einstellung und Überwachung der Anlage.

Mit der Kombination aus Hochleistungs-Sonnensimulation und mechanischer Shutter-Technologie erweitert BF Engineering klassische Solar-Tests um eine entscheidende Dimension: Nicht nur die Intensität der Sonne, sondern auch schnelle und realitätsnahe Veränderungen der solaren Belastung können reproduzierbar simuliert werden. Dadurch entsteht eine vielseitige Entwicklungsplattform für die Untersuchung des Fahrzeugverhaltens unter dynamischen Umweltbedingungen.