太阳光模拟器单独使用只能提供光照，但很多测试需要同时控制温度、湿度和光照三个参数。比如汽车材料老化测试需要模拟户外昼夜温差和湿度循环，钙钛矿电池稳定性测试需要控制温度和湿度。环境控制型太阳模拟器（也叫环境测试舱太阳光模拟器）将光源系统和环境控制系统集成在一个测试舱内。我们上海科迎法电气在设计和建造环境控制型太阳模拟器方面有丰富经验。本文讲清楚环境测试舱的完整设计方案。
太阳光模拟器环境测试舱温湿度控制和系统集成方案
一、环境测试舱的分类
分类一 台式环境测试舱。小型舱体，内部尺寸约300乘300乘300毫米到600乘600乘600毫米。光源从顶部照射，样品放在舱内样品架上。温湿度可控模拟器台式型适用于小样品（材料样条、小电池片）。温度范围零下20到零上100摄氏度，湿度范围20到95百分比。光源功率150到1000瓦。
分类二 立式环境测试舱。中型舱体，内部尺寸约800乘800乘800毫米到1500乘1500乘1500毫米。适用于中型样品（组件级光伏电池、汽车零部件）。温度范围零下40到零上150摄氏度，湿度范围10到98百分比。光源功率1000到3500瓦。
分类三 步入式阳光模拟器。大型舱体，内部尺寸3乘3乘2.5米到10乘5乘4米。操作人员可以步入舱内放置整车或多组样品。适用于整车老化测试、大型组件测试、批量样品测试。温度范围零下20到零上50摄氏度（舱内环境温度），光源照射下样品表面温度可达120摄氏度。光源功率5到100千瓦（多灯阵列）。
二、舱体结构设计
结构一 保温舱壁。环境测试舱舱壁用保温板，确保舱内温度不受外界环境影响。台式舱壁用聚氨酯发泡板50毫米厚（导热系数0.022瓦每米开尔文）。步入式阳光模拟器舱壁用100毫米厚聚氨酯发泡板或岩棉板。舱壁内表面用不锈钢板（SUS304，1.0到1.5毫米厚），耐腐蚀易清洁。外表面用彩钢板或不锈钢。
结构二 观察窗。舱壁安装双层玻璃观察窗（中空玻璃或夹胶玻璃），方便观察舱内样品状态。观察窗需要防凝露设计（充干燥氮气或电加热玻璃）。步入式阳光模拟器观察窗尺寸300乘400毫米，台式舱观察窗尺寸150乘200毫米。观察窗玻璃需要防紫外线（部分光源紫外波段可能穿透普通玻璃伤害观察者眼睛）。
结构三 舱门。台式舱门尺寸300乘300毫米，用硅胶密封条密封。步入式阳光模拟器舱门尺寸3乘2.5米（整车进出），用充气密封条密封（充气后密封条膨胀压紧门框，密封等级IP54以上）。舱门带安全锁和观察窗。
结构四 电缆孔和穿墙件。舱壁预留电缆孔（直径50到100毫米），用于穿入传感器电缆和数据采集电缆。电缆孔用密封塞（硅胶或聚氨酯材料）密封，防止舱内温湿空气泄漏。光源电源线和控制线也通过穿墙件引入。
结构五 照明和安全灯。舱内安装LED照明灯（正常操作时照明用）。安装安全指示灯（红色警告灯亮时表示光源开启有强光危险，不能打开舱门）。舱门连锁开关（光源开启时舱门不能打开，打开舱门自动关灯）。
三、温度控制系统设计
系统一 加热系统。电加热器安装在舱内风道中，不锈钢翅片管加热器，功率1到20千瓦（根据舱体大小）。加热器通过PID控制器调节加热功率，舱内温度控制精度正负0.5到2摄氏度。加热器有过温保护（独立温度开关，超过设定温度10摄氏度断电）。
系统二 制冷系统。制冷用压缩机制冷循环（R404a或R23制冷剂），冷凝器在舱外散热，蒸发器在舱内吸热。台式舱用1到2匹压缩机，步入式阳光模拟器用5到20匹压缩机。制冷最低温度零下40摄氏度（单级压缩）或零下70摄氏度（复叠压缩）。制冷功率和加热功率匹配，确保降温速度合理（0.5到2摄氏度每分钟）。
系统三 风道和循环风机。舱内风道设计确保温度均匀。送风从一侧上部出风，回风从另一侧下部回风。循环风机用离心风机（大风量低噪音），风量确保舱内空气循环次数大于20次每小时。风道内安装加热器和蒸发器，空气经过加热或冷却后送入测试区。3A级模拟器要求辐照不均匀度小于2百分比，温度不均匀度也需要控制在正负2摄氏度以内。
系统四 温度传感器。舱内安装多个PT100铂电阻温度传感器（4线制接线）。传感器分布在测试区不同位置（上中下层和四角），监测温度均匀度。黑板温度传感器贴在样品表面，监测样品实际温度。温度传感器精度正负0.2摄氏度。
四、湿度控制系统设计
系统一 加湿系统。蒸汽发生器或超声波加湿器产生水蒸气，通过风道送入测试区。加湿量1到5千克每小时（根据舱体大小）。用水为纯净水或去离子水（电阻率大于1兆欧厘米），防止水垢堵塞加湿器。加湿控制精度正负3到5百分比相对湿度。
系统二 除湿系统。制冷除湿（蒸发器温度降到露点以下，空气中水蒸气在蒸发器表面凝结析出）或转轮除湿（吸湿转轮吸附空气中水分）。制冷除湿最低湿度约20百分比（取决于蒸发器温度），转轮除湿最低湿度约1百分比。步入式阳光模拟器通常用制冷除湿（湿度范围10到98百分比足够）。
系统三 湿度传感器。电容式湿度传感器（精度正负2百分比相对湿度）安装在测试区多个位置。湿度传感器需要定期校准（每6个月一次，用标准盐溶液饱和湿度环境校准）。湿度传感器在高温高湿环境（大于90百分比湿度大于80摄氏度）寿命缩短，选耐高温型传感器。
系统四 湿度循环设计。汽车材料老化测试需要湿度循环（白天干燥30到50百分比湿度，夜间潮湿70到95百分比湿度）。温湿度可控模拟器的控制程序支持多段温湿度曲线编程，最多32段循环。每段设置温度、湿度、持续时间、转换速率。程序自动执行循环测试。
五、光源系统集成
集成一 光源安装。台式环境测试舱光源安装在舱顶外侧，通过石英玻璃窗口将光引入舱内（窗口和舱体密封，光源热量不进入舱内）。步入式阳光模拟器光源安装在舱顶内侧（金卤灯或氙灯阵列，灯自带冷却风道将热量排出舱外）。
集成二 光源冷却。氙灯或金卤灯光源功率大（1到10千瓦），产生大量热量。台式舱光源在舱外，热量不影响舱温。步入式阳光模拟器光源在舱内，需要独立冷却系统（每个灯有独立风道，热空气排出舱外不影响舱温）。环境控制型太阳模拟器的光源冷却系统是关键设计，如果光源热量进入舱内会导致温控失效。
集成三 光强反馈控制。环境控制型太阳模拟器在舱内安装参考光电探测器，实时监测辐照度。PID控制器调节灯电流使辐照度恒定在1000瓦每平方米正负2百分比。光源老化后辐照度下降，反馈控制系统自动加大电流补偿，延长灯管使用周期。
集成四 光强校准接口。舱壁预留校准窗口（直径50毫米），可以用参考电池或总辐射计通过窗口伸入舱内测量实际辐照度。校准窗口不测试时用密封盖关闭。
六、控制系统设计
系统一 PLC控制器。环境控制型太阳模拟器用PLC（可编程逻辑控制器）统一控制温度、湿度、光源和安全管理。PLC支持多段温湿度曲线编程、光强设定和反馈控制、故障报警和安全连锁。
系统二 触摸屏界面。10英寸彩色触摸屏显示舱内温度、湿度、辐照度、黑板温度等参数。支持触摸操作设置参数、启动停止测试、查看历史曲线。
系统三 数据记录和导出。控制器自动记录温度、湿度、辐照度数据（采样间隔1秒到60分钟可选），存储在PLC内存或SD卡中。数据可通过USB接口或以太网导出到计算机，格式为CSV或Excel。
系统四 安全连锁。舱门连锁（开门关灯关加热关制冷）、过温保护（温度超限断电）、过湿保护（湿度超限关加湿）、漏水保护（水位传感器报警）、急停按钮（紧急停止所有设备）。
系统五 远程监控。通过以太网或4G模块将数据上传到云端服务器，用户在手机或电脑上远程查看测试状态和数据。异常时自动发送短信或微信报警通知。
七、选型和应用建议
建议一 小样品材料老化测试选台式环境控制型太阳模拟器。内部尺寸300到600毫米，温度零下20到零上100摄氏度，湿度20到95百分比。成本约5到15万。适用于汽车零部件、塑料样条、涂料样板等小样品。
建议二 组件级测试选立式温湿度可控模拟器。内部尺寸800到1500毫米，温度零下40到零上150摄氏度。成本约15到40万。适用于光伏组件、大型汽车部件。
建议三 整车测试选步入式阳光模拟器。内部尺寸6乘3乘2.5米以上，光源功率5到100千瓦。成本约100到500万。适用于整车老化、大规模批量测试。
建议4 如果已有环境测试舱（温湿度箱），可以加装太阳光模拟器光源模块。在舱顶开石英玻璃窗口，光源在舱外照射。改造方案成本约3到10万，但光源选择和窗口密封需要专业设计。
上海科迎法电气的环境控制型太阳模拟器产品线包括台式（K001型）、立式（K002型）和步入式阳光模拟器（K003钙钛矿型和K005整车型）。温湿度可控模拟器舱体可选配制冷加热加湿除湿全功能环境系统。系统集成涉及光源、温湿度、控制系统和安全连锁多个子系统，建议提供测试需求和场地条件，我们协助设计完整的系统方案。
