太阳能电源的研究设计

liyf · 发表于 2011-5-3 14:59:14

水情遥测系统采集数据测量站点不少处于地形环境十分复杂、交通不便、传输距离远、无电网供电的地方。作者在设计完成的一点二址的水情遥测系统中，对其中的一站点电源设计选用太阳能对蓄电池进行浮充的电源方案，现介绍如下：　　首先，数据采集仪器应采用低功能耗的。　　其次，选择的太阳能发电板和蓄电池应是经济、可靠性的。既要防止太阳能发电板在阴雨期容量不够，达不到测量目的，又要避免容量过大，造成浪费。　　一、关于硅太阳能发电板容量　　硅太阳能发电板容量是指平板式太阳能板发电功率ＷＰ。太阳能发电功率量值取决于负载２４ｈ所消耗的电力ＨＷＨ　，由负载额定电源与负载２４ｈ所消耗的电力，决定了负载２４ｈ消耗的容量ＰＡＨ　，再考虑到平均每天日照时数及阴雨天造成的影响，计算出太阳能电池阵列工作电流ＩＰＡ　。　　由负载额定电源，选取蓄电池公称电压，由蓄电池公称电压来确定蓄电池串联个数及蓄电池浮充电压ＶＦ Ｖ　，再考虑到太阳能电池因温度升高而引起的温升电压ＶＴ Ｖ　及反充二极管Ｐ－Ｎ结的压降ＶＤＶ　所造成的影响，则可计算出太阳能电池阵列的工作电压ＶＰＶ　，由太阳电池阵列工作电源ＩＰＡ　与工作电压ＶＰＶ　，便可决定平板式太阳能板发电功率ＷＰＷ，从而设计出太阳能板容量，由设计出的容量ＷＰ与太阳能电池阵列工作电压ＶＰ，确定硅电池平板的串联块数与并联组数。　　太阳能电池阵列的具体设计步骤如下：　　１．计算负载２４ｈ消耗容量Ｐ：　　Ｐ＝Ｈ／Ｖ　　Ｖ－－负载额定电源　　２．选定每天日照时数ＴＨ　。　　３．计算太阳能阵列工作电流。　　ＩＰ＝Ｐ１＋Ｑ　／Ｔ　　Ｑ－－按阴雨期富余系数，Ｑ＝０．２１～１．００　　４．确定蓄电池浮充电压ＶＦ。　　镉镍ＧＮ　和铅酸ＣＳ　蓄电池的单体浮充电压分别为１．４～１．６Ｖ和２．２Ｖ。　　５．太阳能电池温度补偿电压ＶＴ。　　ＶＴ＝２．１／４３０Ｔ－２５　ＶＦ　　６．计算太阳能电池阵列工作电压ＶＰ。　　ＶＰ＝ＶＦ＋ＶＤ＋ＶＴ　　其中ＶＤ＝０．５～０．７　　约等于ＶＦ　　７．太阳电池阵列输出功率ＷＰ（平板式太阳能电板）。　　ＷＰ＝ＩＰ×ＵＰ　　８．根据ＶＰ、ＷＰ在硅电池平板组合系列表格，确定标准规格的串联块数和并联组数。　　二、关于蓄电池的容量计算　　蓄电池的容量由下列因素决定：　　１．蓄电池单独工作天数。在特殊气候条件下，蓄电池允许放电达到蓄电池所剩容量占正常额定容量的２０％。　　２．蓄电池每天放电量。对于日负载稳定且要求不高的场合，日放电周期深度可限制在蓄电池所剩容量占额定容量的８０％。　　３．蓄电池要有足够的容量，以保证不会因过充电所造成的失水。一般在选蓄电池容量时，只要蓄电池容量大于太阳能发电板峰值电流的２５倍，则蓄电池在充电时就不会造成失水。　　４．蓄电池自身漏掉的电能，随着电池使用时间的增长及电池温度的升高，自放电率会增加。对于新的电池自放电率通常小于容量的５％，但对于旧的质量不好的电池，自放电率可增至每月１０％～１５％。　　在水情遥测系统中，连续阴雨天的长短决定了蓄电池的容量，由遥测设备在连续阴雨天中所消耗能量安时数　加上２０％因子，再加上１０％电池自放电能安时数）便可计算出蓄电池的容量源。　　按照两种容量方案的计算，作者计算完成了太阳能电源的设计：　　１．测站的主要参数：　　每隔５ｍｉｎ发射一次数据，发射时间２ｓｅｃ；　　发射机输入电压ＤＣ１３．８Ｖ，输出电流５Ａ；　　当地日照时数７～８ｈ。　　２．测站蓄电池容量经计算得出为３８ＡＨ。　　３．测站太阳能电池容量阵列输出功率ＷＰＷ为２５～３５ｗ。　　综合以上结果，太阳能电源设计值为：　　蓄电池：采用铅酸蓄电池，容量３８ＡＨ，采用２个容量２０ＡＨ并联形式；太阳能电池阵列：输出功率２５～３５Ｗ，采用标准块板输出容量２５～３８Ｗ，一块正好。　　三、太阳能电源安装使用中注意的问题　　１．阵列板选择安装在周围无高大建筑物、树木、电线杆等无遮挡太阳光和避风处。　　２．太阳能电池阵列板配套的蓄电池在第一次使用时，要先充电到额定容量，不可过充或过放。　　３．注意定期的维护工作。此电源系统经济可靠，安装方便，利于维护，在实践中取得了满意的效果。

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