車(chē)玉蘭++郭雷++萬(wàn)錦華++莊海璐

摘 要：近年來(lái)，電力通信光纜野外施工中，光纜熔接量大，光纜時(shí)域測(cè)試儀測(cè)試光纜均需要靈活移動(dòng)、可長(zhǎng)時(shí)間供電的電源。設(shè)備自帶電池功率小、容量有限，普通充電式移動(dòng)電源重量大、攜帶不便。同時(shí)，由于電力光纜搶修施工環(huán)境的不確定性，無(wú)法使用燃油發(fā)電機(jī)等持續(xù)性不間斷電源，長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)受到限制。因此，根據(jù)電力通信工作的現(xiàn)場(chǎng)需要，提出研制一種新型太陽(yáng)能便攜式電力通信電源箱。

關(guān)鍵詞：新型 太陽(yáng)能 便攜式 電力通信 電源箱

中圖分類(lèi)號(hào)：TM615.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）10（a）-0118-02

1 實(shí)施背景

近年來(lái)，隨著通信業(yè)的迅猛發(fā)展，通信傳輸均實(shí)現(xiàn)了光傳輸，光纜的應(yīng)用已經(jīng)普及。在電力通信光纜野外施工中，野外光纜熔接工作量大，光纜時(shí)域儀測(cè)試光纜均需要可移動(dòng)、可長(zhǎng)時(shí)間供電的電源，設(shè)備自帶電池功率小、容量有限，普通充電式移動(dòng)電源重量大、攜帶不便、續(xù)航時(shí)間有限，無(wú)法滿足長(zhǎng)時(shí)間光纜熔接與測(cè)量的需求。同時(shí)，由于電力光纜搶修施工環(huán)境的不確定性，無(wú)法使用燃油發(fā)電等持續(xù)性不間斷電源，長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)受到嚴(yán)重限制，而太陽(yáng)能在野外卻不受限制。

近幾年，我國(guó)光伏發(fā)電技術(shù)日趨成熟，蓄能電池也日益輕量化、小型化。而由于晶硅太陽(yáng)能板重量重、不宜折疊及展開(kāi)等特點(diǎn)，故采用世界上最先進(jìn)的柔性太陽(yáng)能薄膜技術(shù)引入到移動(dòng)電源領(lǐng)域中，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)供電。

2 成果創(chuàng)新點(diǎn)及先進(jìn)性

（1）采用世界上最先進(jìn)的柔性太陽(yáng)能薄膜技術(shù)引入到電源裝置的研制中，同瓦數(shù)柔性太陽(yáng)能板為晶硅太陽(yáng)能板重量的1/10，便攜性強(qiáng)，易折疊和展開(kāi)，適應(yīng)經(jīng)常野外作業(yè)的供電需求。

（2）抗腐蝕性：耐高溫（可達(dá)80°C）、耐嚴(yán)寒（可達(dá)-40°C），抗老化（20年以上）、絕緣、放水、防潮。

（3）綜合性：在電源裝置背面集成光纜測(cè)距、紅光源、LED照明光源等野外光纜搶修設(shè)備。

（4）箱體式設(shè)計(jì)可以整合行業(yè)應(yīng)用的小型工器具。

（5）在野外，只要有太陽(yáng)光照射到的地方就可以使用太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，不怕電能耗盡，可長(zhǎng)時(shí)間使用。

（6）太陽(yáng)能取之不盡、清潔無(wú)污染，而且屬于“靜默”發(fā)電，發(fā)電過(guò)程外泄信號(hào)低，是通信領(lǐng)域最理想的隨時(shí)、隨地發(fā)電設(shè)備。

（7）弱光發(fā)電：無(wú)需太陽(yáng)直射，同峰值功率柔性太陽(yáng)能板發(fā)電量比晶硅太陽(yáng)能板高出15%。

（8）便攜性：體積小、重量輕，隨充隨用。

（9）應(yīng)用廣：電力施工搶修可以集成使用，其他行業(yè)比如醫(yī)療救援、野外勘探勘察、家庭學(xué)校戶外活動(dòng)，只要用到野外電源的均可使用。

3 技術(shù)方案及原理

（1）柔性太陽(yáng)能板內(nèi)層采用cigs柔性薄膜太陽(yáng)能電池，cigs柔性薄膜太陽(yáng)能電池可任意卷曲，而不影響電池的性能。從制備工藝上看，由于此結(jié)構(gòu)電池采用卷對(duì)卷工藝制造，便于大面積生產(chǎn)。與非晶硅等硬襯底電池相比，其最大的特點(diǎn)是重量輕、可折疊和不易破碎。分層吸收太陽(yáng)光譜，可轉(zhuǎn)換并輸出比一般太陽(yáng)能產(chǎn)品更多的電能。外層舍棄易碎的玻璃，改用抗UV的四氟乙烯共聚物封裝太陽(yáng)能電池，使設(shè)備持久耐用。

（2）采用紫大紅真空沉積工藝在不銹鋼襯底上制造完成。每一個(gè)光伏組件都利用三結(jié)非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池組裝而成，太陽(yáng)光中的藍(lán)光、綠光、紅光分別被電池不同的層吸收，電池的性能得到極大提升。這種光譜分波吸收性能是提高電池效率的關(guān)鍵，在低光照水平和散射光下，更是如此。

（3）控制器可直接與柔性太陽(yáng)能組件相連，輸出不同電壓，為各種電壓等級(jí)的設(shè)備提供電源。

（4）柔性太陽(yáng)能組件的輸出功率為36W，在戶外合適光照的情況下，12h可以將蓄電池組充滿。

（5）做成箱體式，可根據(jù)各行業(yè)需求添加各類(lèi)工器具，如野外光纜搶修工作，在折疊太陽(yáng)能板背面做成類(lèi)似OTDR的簡(jiǎn)易光纜測(cè)距機(jī)，可添加紅光源、LED照明光源等。

4 理論依據(jù)

（1）在戶外有陽(yáng)光的情況下，進(jìn)行作業(yè)時(shí)，柔性太陽(yáng)能電池板通過(guò)接收紫外光，發(fā)生光電效應(yīng)，由于入射光的光子能量大于電子的束縛能，所以產(chǎn)生自由電子。

柔性太陽(yáng)能電池板把太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為電壓和電流，是一種光電轉(zhuǎn)換，而光伏效應(yīng)比光電效應(yīng)的效率高得多。因?yàn)樵诎l(fā)生光伏效應(yīng)的太陽(yáng)能電池中，兩種極性相反的半導(dǎo)體組成了p-n結(jié)（p-nJunction），形成內(nèi)建電場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)電子進(jìn)入電路，在電路中形成電壓和電流。

采用了非晶硅柔性太陽(yáng)能電池，造價(jià)相當(dāng)?shù)?，而將太?yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的性能是目前傳統(tǒng)的基于硅的太陽(yáng)能電池的兩倍，其可折疊，不易破碎。

（2）在光線比較微弱的情況下，由于本裝置的柔性太陽(yáng)能電池板采用三結(jié)太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)，三結(jié)太陽(yáng)電池中，每一個(gè)電池都是由三個(gè)半導(dǎo)體結(jié)相互疊加而成：底電池吸收紅光；中間電池吸收綠光；頂電池吸收藍(lán)光；可見(jiàn)其對(duì)陽(yáng)光光譜的寬范圍響應(yīng)，大大提高電池效率，在光線比較微弱的情況下仍可以正常使用。只要有光照射到的地方就以使用柔性太陽(yáng)能電池板發(fā)電，有弱光即可發(fā)電，無(wú)需太陽(yáng)直射，同峰值功率柔性太陽(yáng)能電池板發(fā)電量比晶硅太陽(yáng)能板高出15%，不怕電能耗盡，可長(zhǎng)時(shí)間使用。

（3）在室內(nèi)無(wú)需太陽(yáng)能發(fā)電時(shí)，由于采用太陽(yáng)能電池板和普通蓄電池儲(chǔ)電方式結(jié)合，解決了單一儲(chǔ)能形式的局限性。

太陽(yáng)能集成電源裝置使用時(shí)，柔性太陽(yáng)能電池板能直接把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成直流電，從而給直流電負(fù)載使用，但需要使用交流電時(shí)，可將負(fù)載通過(guò)AC電源插口與電源相連得電工作；還可以通過(guò)USB插口向用電設(shè)備供電，供電方式多樣齊全。

5 實(shí)施步驟

第一階段：太陽(yáng)能移動(dòng)電源裝置的設(shè)計(jì)。柔性太陽(yáng)能電池板的輸出端分別與設(shè)置在箱體底部的控制器、逆變器以及蓄電池相連；控制器的輸出端與直流電源輸出端相連；在箱體的側(cè)面設(shè)有電源插口；所述蓄電池可拆卸。箱體內(nèi)設(shè)有工具卡板，工具卡板內(nèi)設(shè)有紅光源和光纖測(cè)距儀；在箱體外側(cè)設(shè)有可插拔的LED照明光源。

第二階段：太陽(yáng)能移動(dòng)電源箱使用時(shí)，柔性太陽(yáng)能電池板能直接把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成直流電，從而給直流電負(fù)載使用，但需要使用交流電時(shí)，可將負(fù)載通過(guò)AC電源插口與電源相連得電工作；還可以通過(guò)USB插口向用電設(shè)備供電，供電方式多樣齊全。當(dāng)處于室內(nèi)時(shí)，還可通過(guò)固定電源對(duì)蓄電池充電使用。當(dāng)需要外出時(shí)，可以根據(jù)需要帶上或卸下蓄電池。由于在移動(dòng)電源箱內(nèi)設(shè)置了工具卡板，可以根據(jù)需求添加各類(lèi)工器具，用于戶外光纜施工搶修、醫(yī)療救援、野外勘探勘察和家庭學(xué)校戶外活動(dòng)等。

6 主要功能及用途

該電源的裝置最大輸出功率為300W，可以輸出交、直流電，同時(shí)滿足各種儀器、儀表的使用。解決了電力信息通信、生產(chǎn)專(zhuān)業(yè)人員野外作業(yè)或取電源點(diǎn)困難，解決了搖表測(cè)試耐壓絕緣，紅外測(cè)溫、局放監(jiān)測(cè)、向量?jī)x、萬(wàn)用表等設(shè)備電池容量有限、無(wú)法滿足長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試的問(wèn)題。集成了光纜測(cè)距、紅光源、LED照明光源等野外光纜搶修設(shè)備，提高了戶外工作效率。設(shè)計(jì)上還整合了電力施工應(yīng)用的小型工器具。戶外光纜施工搶修可以集成使用。

7 應(yīng)用情況及分析

一是解決了野外作業(yè)取電源點(diǎn)的困難及電力施工過(guò)程中設(shè)備移動(dòng)及功率輸出可持續(xù)的問(wèn)題，給野外施工帶來(lái)了極大方便。

二是節(jié)能環(huán)保、方便攜帶、成本低，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

三是應(yīng)用廣泛，可用于各種戶外的電源供應(yīng)，而且箱體式設(shè)計(jì)還可以整合野外作業(yè)中使用的工器具，可供戶外施工搶修使用。作為環(huán)保綠色產(chǎn)品，具有一定的市場(chǎng)推廣價(jià)值。

8 推廣前景

野外作業(yè)使用集成化程度高，工作效率提高，無(wú)論是接頭盒熔接或是光交箱的多芯數(shù)光纜熔接都可以長(zhǎng)時(shí)間使用，光纜搶修中也可以做光纜的測(cè)距、纖芯的確定，方便省時(shí)。野外作業(yè)和調(diào)試設(shè)備、試驗(yàn)、監(jiān)測(cè)等，可以滿足延長(zhǎng)設(shè)備工作時(shí)間，對(duì)野外作業(yè)和取電困難地方工作提供便利。應(yīng)用廣、便攜性好，基本可用于各種戶外的電源供應(yīng)，而且箱體式設(shè)計(jì)還可以整合野外作業(yè)中使用的工器具，可以在戶外施工搶修中使用。

9 結(jié)語(yǔ)

研制一種新型太陽(yáng)能便攜式電力通信電源箱，解決了電力野外施工過(guò)程中無(wú)法取電源點(diǎn)的難題。endprint