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太阳能电源的研究设计

www.vstek.com.cn 2006年12月17日

    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所能消耗的电力 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WP W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一块输出容量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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