摘要：本文介绍了太阳模拟器冷却系统的基本组成，采用冷却风机的方式对稳态模拟器进行冷却控制。设计了PLC控制系统和冷却风扇的变频调速方案。从所研制B级稳态太阳模拟器的测试结果表明，本文提出的设计方案能够满足系统对温度控制的要求，保证系统的可靠性和稳定性。 稳态太阳模拟器主要用于太阳电池单片或组件的电性能测试，而冷却控制系统是稳态太阳模拟器的重要组成部分。它能够在太阳模拟器灯源、滤光片等元件温度过高时，对其进行冷却。太阳模拟器在工作一段时间之后，会产生过多的热量，影响太阳模拟器的寿命以及测试结果不可靠等不利的情况，这个时候，就需要用冷却系统对其进行冷却。 冷却系统主要有高压水冷却、低压水冷却、低压氮气冷却、氟里昂制冷和去离子水等冷却方式，本文采用了风冷的方式对太阳模拟器进行冷却，提高太阳模拟器的工作效率以及精准度。此系统设计方法可以应用到其他类似太阳模拟器冷却系统和大型常温冷却系统的设计。 (1)高压水冷却系统利用去离子高压水来冷却氙灯的阴阳极、聚光镜和高频变压器，采取密闭循环系统。 (2)低压水冷却系统利用低压的去离子水来冷却光筒、水冷挡板、平面反射镜和积分器等，也是采取密闭循环系统。 (3)低压氮气冷却系统利用氮气来冷却氙灯泡壳、积分器场镜和投影镜，采取密闭循环系统。 (4)氟利昂制冷系统利用氟利昂制冷机带走高压水冷却、低压水冷却和低压氮气冷却系统的热量，将热量排入大气。采取密闭循环系统。 (5)去离子水系统该系统主要为上述几个系统提供去离子水。 1冷却控制系统的基本构成 冷却控制设备的配电系统主要用来给稳态太阳模拟器的冷却系统提供电源。配电系统主要由氙灯原配直流供电电源、电源触发器、控制直流电源电压输出的装置和绝缘电线组成。 本课题研究的B级太阳模拟器的氙灯功率为4000瓦，用4台功率为1KW直流供电电源串联作为氙灯的电源。 由于氙灯是利用高压、超高压惰性气体的放电现象制成的高效率光源，因此在电源系统中，使用了高压触发器。触发器的作用是短暂的接触后断开，使回路中产生(自感)高压来击穿使之通电。 灯源冷却控制系统的作用是给太阳模拟器提供稳定，均匀的光源，并可由灯源来模拟太阳光的光谱分布。系统主要由球型氙灯、氙灯外反射罩和冷却风机等组成。 光谱测量中对光源的要求很高，要求其辐射能量大且发光稳定。在本研究系统中，选择型号为XQ4000的球形氙灯作为光源，。XQ4000是超高压强电流的弧光放电灯，辐射出从紫外到近红外线连续光谱，可见区光色近似于日光，并具有高亮度、高发光效率以及高电弧稳定性等优点。 太阳模拟冷却控制设备的传感器系统的作用是采集温度和风速的数据并为PLC提供信号。冷却控制传感器由温度传感器以及风速传感器组成，本课题选择的温度传感器的型号为PT100，风速传感器的型号为CTV100。 2 PLC控制系统的设计 KEYENCE（基恩士）PLC是一种具有操作简单、设计处理能力强的梯形图程序编制软件。在KEYENCEPLC中，可使用“扩展梯形图”和“KV脚本”编程。扩展梯形图是Keyence公司通过扩展常规梯形图（用继电器符号编程的语言）而开发的独特语言，它是应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成具有多种优点和微型、小型、中型、大型、超大型等各种规格的PLC系列产品，已经和计算机辅助设计和制造及工业机器人并列为工业自动化的三大支柱。 本课题研究就是采用KEYENCE公司PLC设备，CPU为KV-1000，模数转换模块KV-AD40和数模转换模块KV-DA40，电源为KV-U7。 本课题研究采用梯形图法编程，为了使程序能够实现功能，PLC硬件接线图如图1所示，图2为冷却控制系统实现程序流程图。
图1PLC硬件接线图 |
