丁慧玲

（山西省汾河灌溉管理局一壩分局，山西 太原 030002）

1 水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)供電方式

水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)絕大多數(shù)站點(diǎn)處在偏僻、交通不便、供電困難的地區(qū)。這些地區(qū)大多沒(méi)有交流電源，即使有電源，質(zhì)量和可靠性也很差，電壓和周波極不穩(wěn)定，停電頻繁。因此，供電設(shè)計(jì)成為水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)能否可靠運(yùn)行的關(guān)鍵之一。

在水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中，常用的供電方式有以下三種：一是蓄電池組供電方式。該供電方式可避免從交流電引入的工業(yè)干擾和雷電干擾，但需定期充電和維護(hù)，加大了維護(hù)人員的工作量。二是蓄電池組供電、交流浮充供電方式。該供電方式只要較小的蓄電池組就可以使功耗較大的中繼站長(zhǎng)期運(yùn)行。無(wú)交流電的站點(diǎn)，如架設(shè)線路的投資太大，一般不采用這種方式。有些站點(diǎn)交流供電不正常，交流電網(wǎng)輻射面廣、遭雷擊的概率高，容易損壞系統(tǒng)設(shè)備，需采取一定的防雷措施。對(duì)于耗電較小的遙測(cè)站，相對(duì)于其他方式，其投資較大，所以這種供電方式很少在比較偏僻的遙測(cè)站使用。耗電較大的衛(wèi)星遙測(cè)站和中繼站可采用這種方式。三是蓄電池組供電、太陽(yáng)能電池板直流浮充供電方式。該供電方式只要經(jīng)過(guò)合理設(shè)計(jì)，就可保證站點(diǎn)的不間斷運(yùn)行，避免了從交流電源上引入的各種工業(yè)干擾和雷擊干擾。目前，水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中的遙測(cè)站大都采用這種供電方式。

2 太陽(yáng)能供電組成

太陽(yáng)能供電主要由太陽(yáng)能電池板、充電控制器、蓄電池（組）組成。

太陽(yáng)能電池板是太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的核心部分，它是將光能直接轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體器件，可以單獨(dú)使用，也可多個(gè)連接起來(lái)組成方陣使用，與蓄電池配合可作為直流電源供晝夜、陰雨天連續(xù)使用。太陽(yáng)能電池板具有體積小、可靠性高、壽命長(zhǎng)、無(wú)環(huán)境污染、使用維護(hù)方便等特點(diǎn)，在水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中使用極為廣泛。

充電控制器控制整個(gè)供電系統(tǒng)的工作狀態(tài)，能自動(dòng)對(duì)蓄電池起到過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)作用，還能快速、平穩(wěn)地給蓄電池充電，使用過(guò)程中不需要維護(hù)，可長(zhǎng)期運(yùn)行。

蓄電池組是通過(guò)充電將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能存儲(chǔ)起來(lái)，使用時(shí)再將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能釋放出來(lái)的化學(xué)電源裝置。目前，水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)廣泛使用的蓄電池主要是鉛酸免維護(hù)蓄電池和膠體蓄電池。這兩類蓄電池由于其固有的免維護(hù)特性及對(duì)環(huán)境較少污染的特點(diǎn)，適用于性能可靠的太陽(yáng)能電源系統(tǒng)，特別是無(wú)人值守的測(cè)站。

3 太陽(yáng)能供電設(shè)計(jì)考慮因素

水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)在極端惡劣天氣時(shí)工作尤為頻繁，因此，設(shè)計(jì)穩(wěn)定、可靠并經(jīng)濟(jì)的太陽(yáng)能供電顯得十分重要，除對(duì)其進(jìn)行合理配置外，還應(yīng)根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并綜合考慮以下因素：

一是日光輻射量。日光照在太陽(yáng)能電池板上的輻射量受大氣層厚度、所在地位置、氣候、氣象、地形和地物等因素影響，其能量在不同時(shí)間有很大變化，各年之間的年總輻射量也存在差別。

二是負(fù)載功率。系統(tǒng)負(fù)載功率大小根據(jù)其用途決定，如水情遙測(cè)測(cè)站、超短波中繼站根據(jù)系統(tǒng)工作體制確定工作時(shí)間，有固定的設(shè)備耗電量。

三是最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)日照時(shí)間。在連續(xù)陰雨天，太陽(yáng)能板幾乎不能發(fā)電，只能靠蓄電池組來(lái)供電，而蓄電池在深度放電后應(yīng)盡快將其充好。考慮到經(jīng)濟(jì)適用原則，水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)一般按照在極端惡劣天氣連續(xù)無(wú)日照情況下保證系統(tǒng)連續(xù)工作7～15 d考慮。

四是光電轉(zhuǎn)換效率。太陽(yáng)能電池板受自身溫度、日光輻射和蓄電池電壓浮動(dòng)的影響，這些影響因素在不同時(shí)間都會(huì)發(fā)生變化，所以太陽(yáng)能電池板的光電轉(zhuǎn)換效率不確定。

五是蓄電池組放電。蓄電池組工作在浮充電狀態(tài)下，其電壓隨太陽(yáng)能電池板發(fā)電量和負(fù)載用電量的變化而變化。蓄電池提供的能量受環(huán)境溫度和自身放電等因素影響。

六是自身耗能。充電控制器本身需要耗能，而電子元件性能、質(zhì)量等關(guān)系到耗能的大小，從而影響到充電的效率等。

七是安裝角度。為接收較強(qiáng)的太陽(yáng)輻射，各類地區(qū)的太陽(yáng)能電池安裝角度有所不同。一般情況下，安裝角度為當(dāng)?shù)鼐暥取?/p>

4 太陽(yáng)能供電配置舉例計(jì)算

以山西省北部某雨量遙測(cè)站太陽(yáng)能供電系統(tǒng)為例計(jì)算，太陽(yáng)能年輻射量為160 kcal/cm2；系統(tǒng)工作電流為0.15 A；靜態(tài)電流為0.005 A；系統(tǒng)電源電壓為El12.6 V；系統(tǒng)每天工作時(shí)間5 h；最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)日照條件下正常工作12 d。

第一，系統(tǒng)日用電量Ql。Ql=系統(tǒng)工作時(shí)間×工作電流+靜態(tài)電流×24 h。經(jīng)計(jì)算，Ql=0.87 Ah。

第二，標(biāo)準(zhǔn)輻照度數(shù)下當(dāng)?shù)氐哪昶骄照諘r(shí)數(shù)t。t=（年輻射總量×1.63）÷（365×0.1），其中 0.1×10-3kW/cm2是25℃，計(jì)算得t=7.15 h。

第三，太陽(yáng)能電池板功率P。P=（日用電量×工作電壓×太陽(yáng)能電池修正系數(shù)）÷（0.07×t×12.5×蓄電池放電深度）?？紤]到太陽(yáng)能電池板受氣候、灰塵以及其他因素的影響，太陽(yáng)能電池修正系數(shù)一般取1.2；0.07為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下太陽(yáng)能電池板每瓦輸出電流；考慮到蓄電池容量周期性的降落和本身老化，蓄電池放電深度一般選取為0.8。經(jīng)計(jì)算，P=2.63×10-3kW。

第四，蓄電池容量C。C=日用電量×最大連續(xù)無(wú)日照時(shí)間/容量修正系數(shù)，經(jīng)計(jì)算，C=11.96 Ah。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果考慮配置富余以及廠家產(chǎn)品型號(hào)選擇太陽(yáng)能電池板3 W，蓄電池12 Ah。

5 結(jié)語(yǔ)

太陽(yáng)能供電設(shè)計(jì)的可靠性可保證水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)正常運(yùn)行。目前，有些水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)初期就最大化地節(jié)省電源方面的投資，或者是估算電源配置，這樣必然會(huì)出現(xiàn)大功率太陽(yáng)能板配置小容量蓄電池的組合或者小功率太陽(yáng)能板配置大容量蓄電池的組合，造成配置浪費(fèi)、效率低下，系統(tǒng)在試運(yùn)行階段經(jīng)常出現(xiàn)饋電現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用過(guò)高，甚至超過(guò)在電源配置上節(jié)省下來(lái)的投資，最后只能擴(kuò)容。因此，太陽(yáng)能供電設(shè)計(jì)必須通過(guò)分析影響因素和經(jīng)驗(yàn)計(jì)算才能確定最佳的太陽(yáng)能電池板和蓄電池容量組合。隨著太陽(yáng)能供電技術(shù)的不斷發(fā)展和太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換效率的不斷提高，價(jià)格也越來(lái)越低，太陽(yáng)能供電系統(tǒng)在水情自動(dòng)測(cè)報(bào)領(lǐng)域的應(yīng)用將越來(lái)越多。