水情遙測系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)測量站點不少處于地形環(huán)境十分復雜、交通不便、傳輸距離遠、無電網(wǎng)供電的地方。作者在設計完成的一點二址的水情遙測系統(tǒng)中,對其中的一站點電源設計選用太陽能對蓄電池進行浮充的電源方案,現(xiàn)介紹如下:
首先,數(shù)據(jù)采集儀器應采用低功能耗的。
其次,選擇的太陽能發(fā)電板和蓄電池應是經(jīng)濟、可靠性的。既要防止太陽能發(fā)電板在陰雨期容量不夠,達不到測量目的,又要避免容量過大,造成浪費。
一、 關于硅太陽能發(fā)電板容量
硅太陽能發(fā)電板容量是指平板式太陽能板發(fā)電功率WP。太陽能發(fā)電功率量值取決于負載24h所消耗的電力 H?WH?,由負載額定電源與負載24h所消耗的電力,決定了負載24h消耗的容量P?AH?,再考慮到平均每天日照時數(shù)及陰雨天造成的影響,計算出太陽能電池陣列工作電流IP?A?。
由負載額定電源,選取蓄電池公稱電壓,由蓄電池公稱電壓來確定蓄電池串聯(lián)個數(shù)及蓄電池浮充電壓VF ?V?,再考慮到太陽能電池因溫度升高而引起的溫升電壓VT ?V?及反充二極管P-N結的壓降VD?V?所造成的影響,則可計算出太陽能電池陣列的工作電壓VP?V,由太陽電池陣列工作電源IP?A?與工作電壓VP?V?,便可決定平板式太陽能板發(fā)電功率WPW,從而設計出太陽能板容量,由設計出的容量WP與太陽能電池陣列工作電壓VP,確定硅電池平板的串聯(lián)塊數(shù)與并聯(lián)組數(shù)。
太陽能電池陣列的具體設計步驟如下:
1.計算負載24h消耗容量P:P=H/VV--負載額定電源
2.選定每天日照時數(shù)T?H?。
3.計算太陽能陣列工作電流。IP=P?1+Q?/ TQ--按陰雨期富余系數(shù),Q=0.21~1.00
4.確定蓄電池浮充電壓VF。鎘鎳?GN?和鉛酸?CS?蓄電池的單體浮充電壓分別為1.4~1.6V和2.2V。
5.太陽能電池溫度補償電壓VT。VT=2.1/430?T-25?VF
6.計算太陽能電池陣列工作電壓VP。VP=VF+VD+VT其中VD=0.5~0.7約等于VF
7.太陽電池陣列輸出功率WP(平板式太陽能電板)。WP=IP×UP
8.根據(jù)VP、WP在硅電池平板組合系列表格,確定標準規(guī)格的串聯(lián)塊數(shù)和并聯(lián)組數(shù)。
二、關于蓄電池的容量計算蓄電池的容量由下列因素決定:
1.蓄電池單獨工作天數(shù)。在特殊氣候條件下,蓄電池允許放電達到蓄電池所剩容量占正常額定容量的20%。
2.蓄電池每天放電量。對于日負載穩(wěn)定且要求不高的場合,日放電周期深度可限制在蓄電池所剩容量占額定容量的80%。
3.蓄電池要有足夠的容量,以保證不會因過充電所造成的失水。一般在選蓄電池容量時,只要蓄電池容量大于太陽能發(fā)電板峰值電流的25倍,則蓄電池在充電時就不會造成失水。
4.蓄電池自身漏掉的電能,隨著電池使用時間的增長及電池溫度的升高,自放電率會增加。對于新的電池自放電率通常小于容量的5%,但對于舊的質(zhì)量不好的電池,自放電率可增至每月10%~15%。
在水情遙測系統(tǒng)中,連續(xù)陰雨天的長短決定了蓄電池的容量,由遙測設備在連續(xù)陰雨天中所消耗能量?安時數(shù)?加上20%因子,再加上10%電池自放電能安時數(shù))便可計算出蓄電池的容量。
按照兩種容量方案的計算,作者計算完成了太陽能電源的設計:
1.測站的主要參數(shù):
每隔5min發(fā)射一次數(shù)據(jù),發(fā)射時間2sec;
發(fā)射機輸入電壓DC13.8V,輸出電流5A;
當?shù)厝照諘r數(shù)7~8h。
2.測站蓄電池容量經(jīng)計算得出為38AH。
3.測站太陽能電池容量陣列輸出功率WP W為25~35w。
綜合以上結果,太陽能電源設計值為:蓄電池:采用鉛酸蓄電池,容量38AH,采用2個容量20AH并聯(lián)形式;太陽能電池陣列:輸出功率25~35W,采用標準塊板輸出容量25~38W,一塊正好。
三、太陽能電源安裝使用中注意的問題
1.陣列板選擇安裝在周圍無高大建筑物、樹木、電線桿等無遮擋太陽光和避風處。
2.太陽能電池陣列板配套的蓄電池在第一次使用時,要先充電到額定容量,不可過充或過放。
3. 注意定期的維護工作。此電源系統(tǒng)經(jīng)濟可靠,安裝方便,利于維護,在實踐中取得了滿意的效果。