科学家研发了一种自主动态适应性系统,可用于监控太阳模拟器!

   电子分析员        

本文提出了一种用于维持稳态氙灯太阳模拟器辐照度水平的自动动态适应性系统的设计。该太阳能模拟器用于在海尔堡理工学院(FHIT)对光伏电池进行室内测试和加速老化测试。ADAS的设计主要有两个原因:第一,在进行室内试验时,保持一定的辐照度水平,而不考虑可能引起非预期辐照度漂移或波动的外部影响。其次,更快地达到太阳模拟器的设定值,从而降低目标区域的温度累积。在冷启动时,SS运行在其额定电流(145 a)的20%。在145 a的20%时,模拟器给出的辐照度为145.97 Wm - 2,非均匀度为1.02%,单元表面温度为24.9℃。在50%时,模拟器产生的辐照度为501.30 Wm−2,不均匀度为1.53%,单元表面温度为25.0℃。在90%的额定电流条件下,得到辐照度为1000 Wm−2,不均匀性为3.26%,电池表面温度为25.9℃。实验结果表明,ADAS能够以最小的人机交互来可靠地运行系统。通过自动动态适应性,一旦用户通过监视控制和数据采集(SCADA)接口提供操作设置点,设定的辐照度水平将在一个稳态太阳模拟器中保持。


相关论文以题为“Autonomous Dynamic Adaptability System to Maintain Irradiance Levels in a Steady-State Solar Simulator”发表在《Applied Sciences》上。


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阳模拟器常用于光伏电池的室内特性研究,这是由于不同的户外条件。太阳模拟器分为脉冲模拟器和稳态模拟器,根据其光谱匹配、空间均匀性和时间不稳定性进行分类。以上提到的任何太阳模拟器的属性必须分为A类、B类、C类或无类。设计并搭建了氙灯太阳模拟器的双工作模式控制系统,用于调节光强以及测量和存储数据。控制系统广泛应用于研究和工业领域。本研究设计的响应控制系统采用模块化方法,采用可编程逻辑控制(PLC)模块维持稳态太阳模拟器的光强。通过安装在个人计算机(PC)上的监视控制和数据采集(SCADA)工具,PLC允许构成控制系统的其他部件之间进行信息交换,在PC上进行输入。同时对输出(辐照度、电池表面温度、电流、电压和功率)进行测量和存储。本文介绍了一种能够在现场和远程动态控制模拟器光强的控制系统。作为这项研究的一部分,该系统是在福特黑尔理工学院设计和建造的。控制系统包含一个SCADA,它启动灯,处理,存储和可视化来自太阳模拟器的数据。


系统架构


本部分介绍了自动动态适应性系统(ADAS)的设计。ADAS由可编程逻辑控制器(PLC),数字和模拟的输入和输出模块(PLDAIO),热电偶输入和输出模块(PM8TCISO)和监控和数据采集应用程序/工具,个人电脑,操作和监视自主动态适应性系统(ADAS)。图1给出了ADAS的简化表示。


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图1.自动动态适应性系统(ADAS)原理图。


两个直流电源(12v和24v)为图1中的自动动态适应性系统(ADAS)提供电源。它们通过接口接口连接到氙灯的电源上,以调节太阳模拟器的强度。太阳模拟器的电流和电压输入、辐照度和基准单元在目标测试区域的表面温度由SCADA进行测量和存储。


瞬态电压抑制


瞬态电压对电子设备产生应力,当元件的击穿电压超过时,会造成永久性的损坏。由于瞬态电压抑制器(TVSs)能够处理电气过应力,如[16,17]所示,ST微电子公司的双向TVSs被用于在启动太阳模拟器时保护PLC不受瞬态电压的影响。太阳模拟器中XBO 5000 W/H的氙气灯光源需要大约36 kV的点火器来点燃灯中的氙气。1.5KE24CA和1.5KE30CA TVSs从厂家提供的数据表中选择,用于12v和24v直流电源,如图2所示。


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图2.1.5KE30CA双向瞬态电压抑制器。


在南非约翰内斯堡购买的由Tektronix制造的Keithley 2400源电表。与Keithley 4200半导体表征系统相连的源表用于获得图2中TVS的特征电流和电压(I-V)曲线,并在图3中给出。


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图3.1.5KE24CA和1.5KE30CA齐纳二极管的I-V特性曲线。


为两种电源选择的电视评级都略高于隔离电压。这是为了防止TVSs箝位在额定电压的电源。图4显示了1.5KE12CA TVS的各个点,用于演示正偏置的目的。


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图4.1.5KE12CA齐纳二极管的正向偏压特性曲线。


一旦超过最大击穿电压,如图4所示,在ADAS中使用的所选电视夹住电压,作为保护电子产品的一种方式。


自动动态适应性系统(ADAS)


图5中的控制单元仅在自动模式下工作。在PLC模块上编写了自动模式运行太阳模拟器的逻辑。该设备通过SCADA控制光源的强度。此外,该逻辑允许PLC根据用户的需要调节辐照度。


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图5.自动动态适应性系统(ADAS)。


在自动模式下,PL101通过继电器启动太阳模拟器。继电器也从x灯的PSU接收“运行”信号。系统采用金属氧化物压敏电阻(MOV)、微型断路器(MCB)和双向瞬态电压抑制器(TVSs)进行保护,如图5所示。电源单元(PSU)为PL101和继电器供电。利用PL101上的TCP/IP通信端口实现氙灯日光模拟器的启动、停止和辐照度的调节。


结论


研究人员成功地设计、建造了氙灯太阳模拟器的自动动态适应性系统(ADAS)。ADAS允许用户监控任何设备的测试,以及操作条件的太阳模拟器。控制系统允许远程控制太阳模拟器的光强度,也允许测量和存储从被测设备获得的辐照值。该系统还监控被测设备的表面温度。结果表明,在90%的额定电流下运行太阳模拟器,其辐照度为1000 Wm−2,单元表面温度为25.9℃。光源(氙气弧光灯)的不均匀性为3.26%,与a类相对应。ADAS也证明了它确实能够自主运行太阳模拟器,而且人机交互非常少。


论文链接:https://www.mdpi.com/2076-3417/10/13/4534/htm



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