由德國航空太空中心（DLR）打造的 Synlight 高通量太陽(yáng)模擬器于 2017 年 3 月 23 日開(kāi)始了正式實(shí)驗。這臺大功率發(fā)光體（迄今為止世界上唯一的一款）由 149 個(gè)小的發(fā)光體構成，每個(gè)的功率都相當于一臺大型電影放映機。將這些發(fā)光體聚集在一起，產(chǎn)生的輻射強度是地球表面正常太陽(yáng)能輻射功率的 10,000 倍。連接 447 個(gè)倍福步進(jìn)電機端子模塊的三臺嵌入式控制器可以高精度校準各個(gè)發(fā)光體。

Synlight 共由 149 盞 7kW 短弧氙燈組成，每個(gè)燈泡單獨拿出來(lái)都強大到足以在電影放映機中使用

Synlight 裝置的重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能燃料（即使用太陽(yáng)產(chǎn)生的燃料）的生產(chǎn)工藝。此外，研究人員和太陽(yáng)能發(fā)電廠(chǎng)或航空工業(yè)中的行業(yè)合作伙伴將為測試其所有尺寸的組件找到理想條件。其目標是高效生產(chǎn)出氫這種二氧化碳中性能源。太陽(yáng)能模擬器將金屬片加熱到 800℃，利用高溫將水分解成氫氣和氧氣。當加入蒸汽時(shí)，金屬片與水中的氧氣反應，釋放出氫氣。然后再進(jìn)一步加熱至 1400℃，使氧化物與金屬分離。

大輻射功率和高精度聚焦能力

Synlight 采用新穎的模塊化設計，通體由 149 盞可單獨調節的短弧氙燈組成，其頻譜與太陽(yáng)的非常相似。因此可以用于三個(gè)可單獨使用的輻射室中，其中兩個(gè)輻射室的太陽(yáng)能輻射功率為 240 千瓦，而第三個(gè)更是高達 300 KW，最大可達到超過(guò) 11MW/m2 的光通密度。據 DLR 太陽(yáng)能研究院的控制專(zhuān)家 Dr. Dmitrij Laaber 稱(chēng)，人造太陽(yáng)的輻射功率輸出比傳統實(shí)驗室系統的輻射功率輸出要高 10 倍。

與自然光不同，Synlight 可以產(chǎn)生高達 3500 °C 的溫度，能夠融化金屬。

 在這三個(gè)測試室中，有兩個(gè)已經(jīng)專(zhuān)門(mén)設計用于太陽(yáng)光化學(xué)反應的開(kāi)發(fā)測試，并可以直接進(jìn)入氣體洗滌器和中和器，允許對生產(chǎn)太陽(yáng)能燃料的工藝過(guò)程進(jìn)行資格認證。測試室門(mén)的寬度和高度都是 4 米，房間高度為 5 米，能夠照射大型零件，即便是航天用零部件。Synlight 的一個(gè)基本特點(diǎn)是它具有多點(diǎn)聚集功能。這樣可以精確聚集光束（甚至在子系統中）并根據需要使用，既可以用于大型應用，也可以用于很多小型測試應用。

系統集成的緊湊型驅動(dòng)控制系統

用作反射鏡的內部鏡面燈罩直徑為 1 米，呈蜂巢狀安裝在 14 米高和 16 米寬的區域上。倍?；?PC 的控制技術(shù)確保精確對準和定位各個(gè)反射鏡，以實(shí)現所需的輻射聚焦。每盞燈都可以單獨控制，因此，可以在目標點(diǎn)上創(chuàng )建多樣化的布局和溫度，即使在同時(shí)進(jìn)行三個(gè)測試時(shí)也是如此。為實(shí)現此目的使用的多臺步進(jìn)電機由總共 447 個(gè)直接集成在 I/O 模塊系統中的 KL2541 和 KL2531 步進(jìn)電機端子模塊控制。這些模塊又通過(guò) 50 臺 Ethernet TCP/IP 總線(xiàn)耦合器 BK9000 與三臺 CX5130 嵌入式控制器控制。

共有 447 個(gè) KL2541/KL2531 步進(jìn)電機 I/O 端子模塊分布在 10 個(gè)接線(xiàn)盒中的五個(gè)層級中

 帶增量編碼器的 KL2541 步進(jìn)電機端子模塊專(zhuān)為中等規模的控制任務(wù)設計，輸出 50 V DC，電流 5 A。這些寬度為 24 毫米的總線(xiàn)端子模塊結構非常緊湊，集成了適用于各種電壓和電流的 PWM 輸出，以及兩個(gè)用于限位開(kāi)關(guān)的輸入。KL2531 總線(xiàn)端子模塊的寬度僅為 12 毫米，輸出 24 V DC，電流 1.5 A，適合與各種小型步進(jìn)電機配套使用。Dmitrij Laaber 認為，由于使用了大量驅動(dòng)控制器，實(shí)際應用的優(yōu)點(diǎn)也顯而易見(jiàn)：“如果我們當時(shí)使用的是傳統步進(jìn)電機控制器，所需 447 個(gè)單臺設備將需要大量的空間。不僅如此，我們還不得不使用自己的網(wǎng)絡(luò )電纜連接每臺設備，這將會(huì )使事情變得錯綜復雜，容易出錯。相反，目前使用的解決方案，即以總線(xiàn)端子模塊的形式直接連接的系統集成式步進(jìn)電機控制器，更加方便和緊湊，特別是如果你考慮到總線(xiàn)端子模塊分布在 10 個(gè)接線(xiàn)盒中的五個(gè)層級時(shí)。其它優(yōu)點(diǎn)包括通過(guò) Ethernet TCP/IP 總線(xiàn)耦合器 BK9000 能夠非常方便和簡(jiǎn)單地實(shí)現聯(lián)網(wǎng)和控制系統集成。TwinCAT 軟件的使用也讓我們受益良多，因為像 TwinCAT 這么純粹的自動(dòng)化環(huán)境的編程要比步進(jìn)電機制造商通常提供的基于高級語(yǔ)言的解決方案簡(jiǎn)單得多?！?

DLR 太陽(yáng)能研究院負責 Synlight 控制系統的 Dr. Dmitrij Laaber（右）

與倍福萊茵河/魯爾工業(yè)區辦事處經(jīng)理 Ralf Stachelhaus 在介紹太陽(yáng)模擬器的尺寸