Diseño y construcción de un simulador de radiación espectral AM0 en el rango UVA y visible utilizando LEDs

Abstract

Esta tesis consiste en utilizar fuentes LEDs de diferentes longitudes de onda para obtener un área iluminada con un perfil espectral similar a la del Sol fuera de la atmósfera terrestre. El diseño del simulador debe tener en cuenta una selección adecuada de longitudes de onda, en la zona UV y Visible del espectro, cuya superposición permita reproducir el perfil del espectro solar AM0. Adicionalmente determinar un número adecuado de LEDs para cada longitud de onda y potencia de trabajo necesaria. El área de trabajo objetivo es de 16 cm2, por lo cual se utilizan lentes para reducir el ángulo de visión, de esta forma se reduce el área iluminada y con ello aumenta la irradiancia. Al optimizar la irradiancia de cada LED se logra el objetivo de tener una irradiancia AM0 con LEDs de menor potencia. Los LEDs seleccionados se adquirieron de la compañía Luxeon Star Z UV de 400, 405, 415, Blue, Cyan, Lime y blanco cálido 3500 K. Para mejorar la estabilidad térmica se diseñó un disipador de calor que consiste en tres láminas circulares concéntricas de distinta inclinación, que sirven de soporte para los LEDs de tal forma que iluminen la misma área. Se determinó las ecuaciones de las magnitudes de voltaje, longitud onda pico, el ancho de media intensidad y el flujo radiante de un LED de alta potencia en función de la corriente. El uso de las ecuaciones de cada LED fue esencial para introducir los datos a un simulador como MATLAB para la determinación de la corriente necesaria en cada LED. Así mismo se determinó que el simulador solar es de clase C para una altura de 15 cm, teniendo en cuenta los criterios de clasificación de la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (American Society for Testing and Materials - ASTM) designación E972-05. Se implementó un software en Arduino MEGA que mide la corriente que pasa a través de cada LED.