美能高低溫濕凍環(huán)境試驗箱：基于PID控制的環(huán)境模擬與可靠性驗證

太陽能組件在應用過程中需要經(jīng)受各種嚴酷天氣的考驗，包括高溫、高濕和低溫等極端環(huán)境條件。美能高低溫濕凍環(huán)境試驗箱利用先進的PID控制技術(shù)確保測試的可靠性和準確性。PID控制原理結(jié)合比例、積分和微分算法，有效調(diào)節(jié)溫度，防止蒸發(fā)器結(jié)冰，保障濕度測試順利進行。該設備符合IEC61215-MQT12和IEC61730-MST52國際標準，具備抗疲勞和抗?jié)駳鉂B透能力，驗證其在惡劣環(huán)境下的優(yōu)越性能和可靠性。

PID控制原理控制與應用

PID控制原理是基于比例（Proportional）、積分（Integral）和微分（Differential）三種控制算法的組合，用于實現(xiàn)對被控對象的精確調(diào)節(jié)。PID控制器通過計算設定點與實際輸出值之間的偏差，并將這個偏差按比例、積分和微分進行處理，從而生成一個控制信號來調(diào)節(jié)被控對象。

PID控制系統(tǒng)

比例控制（P）：比例控制是根據(jù)當前的偏差值輸出一個與偏差成正比的控制量。其作用是快速減小偏差，但由于只考慮當前的偏差，可能會導致系統(tǒng)振蕩或超調(diào)。

積分控制（I）：積分控制是對過去所有的偏差值進行累積，并輸出一個與累積偏差成正比的控制量。其作用是消除穩(wěn)態(tài)誤差，使系統(tǒng)達到設定點。然而，過度的積分控制可能會導致系統(tǒng)響應變慢。

微分控制（D）：微分控制是預測未來的偏差變化，并輸出一個與未來偏差變化成正比的控制量。其作用是提前預防偏差的增加，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應速度。

在溫度控制應用中，PID控制器可以通過以下步驟實現(xiàn)精確調(diào)節(jié)：

溫度檢測：首先，需要有一個溫度傳感器來實時監(jiān)測被控對象的溫度，并將其轉(zhuǎn)換為電信號。

誤差計算：將設定的目標溫度與實際測得的溫度進行比較，計算出當前的溫度偏差。

PID算法處理：將計算出的偏差值輸入到PID控制器中，PID控制器根據(jù)比例、積分和微分三個參數(shù)，對偏差值進行處理，生成一個控制信號。

執(zhí)行器控制：將PID控制器生成的控制信號輸出到執(zhí)行器，如電磁閥或加熱絲。例如，如果要調(diào)節(jié)制冷量，可以通過改變電磁閥的開度來控制制冷劑的流動；如果要調(diào)節(jié)加熱量，可以通過改變加熱絲的電流來控制其發(fā)熱量。

反饋循環(huán)：將執(zhí)行器的實際輸出效果反饋到溫度傳感器，再次進行誤差計算和PID處理，形成一個閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)對溫度的持續(xù)精確調(diào)節(jié)。

根據(jù)現(xiàn)有資料顯示通過對電子膨脹閥采用過熱度和間室溫度偏差雙反饋的分段式變增益PID控制方案進行分析和研究，并與傳統(tǒng)的定增益PID控制方案進行對比驗證。試驗結(jié)果表明：環(huán)境試驗箱采用變增益PID控制方案，降溫速率平均提高11.8%～49.3%,超調(diào)時間平均縮短7.1%～57.7%,恒溫期間間室溫度波動度降至0.1℃,并且在-40、-20、0、20℃不同間室溫度下均有良好的變工況適應性。

通過這種方式得以驗證PID控制器能夠有效地調(diào)節(jié)溫度，確保被控對象在設定范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的溫度。美能高低溫濕凍環(huán)境試驗箱采用智能節(jié)能控制方式,根據(jù)箱內(nèi)的溫度需求PID控制電磁閥開關(guān)輸出制冷量。

在高低溫濕凍環(huán)境試驗箱中，通過實驗確定統(tǒng)一的臨界結(jié)霜蒸發(fā)壓力范圍

結(jié)霜是濕冷環(huán)境中的一種常見現(xiàn)象。換熱器表面結(jié)霜會造成熱阻增加、空氣流道堵塞等危害。對冷面上結(jié)霜規(guī)律和表面特性對結(jié)霜影響的認識,以及對霜層生長過程的準確模擬,對于探索合適的抑霜手段和低溫高濕工況下運行具有指導意義。

在通過實驗文獻模擬研究冷面上霜層生長過程，數(shù)值模擬研究了翅片管換 熱器表面霜層分布，主要工作及結(jié)果如下：

對低溫高濕環(huán)境中親水表面、裸鋁表面和疏水表面上結(jié)霜過程進行實驗研究。實驗條件為：冷面溫度-20~-5 oC，濕空氣溫度-5~2 oC，相對濕度85%，濕空氣流速 0.31~0.92 m/s。結(jié)果表明：冷面溫度越低，裸鋁表面上冷凝水珠凍結(jié)越早，凍結(jié)時 水珠越小，而且霜晶沿垂直冷面方向生長越快；冷面溫度越低、濕空氣流速越快， 霜層生長越快；疏水表面具有延緩冷凝水珠凍結(jié)和減慢霜層高度增長速率的作用， 但隨冷面溫度降低，延緩效果減弱；用于結(jié)霜/融霜循環(huán)中的表面，較好的排液效果可以有效減少再結(jié)霜量。

霜晶形貌（a）無規(guī)則狀（b）片狀（c,d）針柱狀（e, f）羽毛狀

對水平冷面上霜層生長過程進行了數(shù)值模擬。結(jié)果顯示：霜層平均高度和密 度均隨時間增長，冷面前沿處水蒸氣濃度高，相轉(zhuǎn)移速率快，霜密度較大；霜層 內(nèi)部熱傳遞以導熱為主，霜層外以對流換熱為主，霜層界面處溫度曲線出現(xiàn)拐點。

冷面上霜層生長區(qū)域劃分示意圖

通過對臨界結(jié)霜蒸發(fā)壓力等多個因素綜合考慮，從而有效控制蒸發(fā)器溫度，防止?jié)穸葴y試時蒸發(fā)器結(jié)冰。

美能高低溫濕凍環(huán)境試驗箱

●滿足：IEC61215-MQT12；IEC61730-MST52

●具備抗疲勞能力

● 具備抗?jié)駳鉂B透能力

美能高低溫濕凍環(huán)境試驗箱憑借其智能節(jié)能控制、精確溫濕度調(diào)節(jié)和符合國際標準的測試方法，展示了其在太陽能組件測試中的卓越性能。這一設備不僅確保了測試的準確性，還提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了能耗和運營成本。未來，美能將繼續(xù)創(chuàng)新，提供更多高效、可靠的環(huán)境試驗解決方案，助力各行業(yè)應對嚴苛環(huán)境條件下的挑戰(zhàn)。