太阳能板蓄电池容量的计算

太阳能电板、蓄电池的容量计算方法蓄电池组采用上述电池浮充供电方式时，蓄电池的性能是关键。在各种蓄电池中，性能最优者属碱性蓄电池， 它的低温特性和过量充电性能较好， 自动放电小， 但价格较高， 容量不大， 一般的非密封酸性蓄电池电解液容易挥发， 不宜在水情自动测报系统中使用。 免维护密封酸性蓄电池具有良好的性能价格比， 故目前使用较多。根据我们长期从事水情遥测系统设计的经验，通过经费核算及考虑防雷要求， 遥测站使用太阳能电池和蓄电池组合的浮充供电系统。 铅酸全密封酸性蓄电池具有良好的低温特性和充电特性， 而且免维护， 因而遥测设备用它供电是理想的， 为保证最长连续无日照期间也能供电， 必须选择蓄电池的容量。 在广东地区一般定为满足 30 天的需要。在本系统中采用胶状电解质全密封免维护铅酸蓄电池作为系统的直流电源。可选的品牌很多，如进口产品汤浅、大力神等。超短波测站太阳能浮充供电的蓄电池容量的计算工作电压 :12.5V 静态电流 :2mA 发射电流 :6A（ 25W 电台） ，发射时间 t=1 秒月发送时间 :以月发送 1200次计算，合计发送 20 分，则可计算出日耗电量QL 日发送时间 耗电量 静态电流 24 小时 =0.1Ah 最大的连续无日照时间 :在广东地区为能确保负载正常运转，常假定最大连续无日照时间为 30 天。容量修正系数 :考虑蓄电池容量周期性的降落和它的老化，通常选为 0.8。因此蓄电池容量C =日耗电量 最大的连续无日照时间 / 容量修正系数=0.1Ah 30 0.8 =3.75Ah 考虑到蓄电池要能提供 6A 的电流，应采用容量大于 10Ah 的蓄电池。因此，本系统雨量遥测站（ 25W 电台）需采用 12Ah 的蓄电池。超短波水位雨量测站太阳能浮充供电的蓄电池容量的计算工作电压 :12.5V 静态电流 :2mA 发射电流 :6A（ 25W 电台） ，发射时间 t=1 秒24 小时发送时间 :以发送 300 次计算，合计发送 5 分钟时间，则可计算出日耗电量QL 日发送时间×耗电量＋静态电流× 24 小时＝ 0.61Ah 最大的连续无日照时间 :在广东地区为能确保负载正常运转，常假定最大连续无日照时间为 30 天。容量修正系数 :考虑蓄电池容量周期性的降落和它的老化，通常选为 0.8。因此蓄电池容量C =日耗电量×最大的连续无日照时间 / 容量修正系数=0.61Ah 30÷ 0.8 =23Ah 因此，本系统遥测站（ 25W 电台）需用 24Ah 的蓄电池。超短波双水位测站太阳能浮充供电的蓄电池容量的计算工作电压 :12.5V 静态电流 :2mA 发射电流 :6A（ 25W 电台） ，发射时间 t=1 秒24 小时发送时间 :以发送 600 次计算，合计发送 10 分钟时间，则可计算出日耗电量QL 日发送时间×耗电量＋静态电流× 24 小时＝ 1.048Ah 最大的连续无日照时间 :在广东地区为能确保负载正常运转，常假定最大连续无日照时间为 30 天。容量修正系数 :考虑蓄电池容量周期性的降落和它的老化，通常选为 0.8。因此蓄电池容量C =日耗电量×最大的连续无日照时间 / 容量修正系数=1.048Ah 30÷ 0.8 =39.3Ah 因此，本系统遥测站（ 25W 电台）需用 38Ah 的蓄电池。太阳能电池板硅太阳能电池是将光能直接转换成电能的半导体器件。 具有体积小、 可靠性高、寿命长、无环境污染、使用维护方便等特点。它可以单独使用 ,也可以多个连接起来组成在方阵使用， 与蓄电池配合可作为直流电源供昼夜、 阴雨天连续使用。水文遥测系统中使用极为广泛。硅太阳能电池按制造工艺的不同主要分为单晶硅和非晶硅太阳能电池 . 非晶硅太阳能电池组合板是应用克罗拉标准工艺在玻璃基板上沉积制成的非晶薄膜器件。 其外部采用玻璃密封保护。 由于其生产技术和工艺特点， 成本较低。 深圳宇康太阳能有限公司生产的非晶硅太阳能电池虽然价格低， 但结构不牢固，无安装支架，使用很不方便。而且使用寿命短也比单晶硅太阳能电池短。单晶硅太阳能电池是利用 P-N 结的光生伏特效应将太阳能直接转换成电能的一种半导体器件。 根据工作电压和工作电流的需要可将单晶硅太阳能电池串联或并联成组合板并加以封装。 这种太阳能电池结构牢固， 其使用寿命长达二十年以上。是一种理想的永久性可再生能源，非常适合在水文遥测系统中使用。目前， 在遥测系统中使用最广泛的是宁波太阳能电源厂生产的日地牌单晶硅太阳能电池，其主要技术指标 : 使用温度 :-45 90 C 光谱响应范围与峰值波长 :0.40 1.10 m 0.80 0.95 m 伏安特性 :见图 3.6 IVISCV O CP m图 3.6 硅 太 阳 能 电 池 伏 安 特 性 曲 线对单晶硅太阳能电池而言， 常用的充 12V 电池的太阳能电池的最大功率 （ Pm）点的电压 V OC 为 16.8V，因此 1W 的太阳能电池的 I SC为 60mA。由于 12V 蓄电池的工作电压 12.5V，太阳能电池充电电流一般为 70mA 左右。太阳能供电系统主要由硅太阳能电池方阵、 充电控制器、 蓄电池组以及防反充二极管组成，如图 3.7 所示 :硅 太阳 能电 池板充 电控 制 器用电负载蓄电池组图 3.7 太 阳 能 充 电 系 统 方 框 图按照使用要求，将太阳能电池组件串联或并联组成太阳能电池方阵。蓄电池是太阳能电池方阵的储能装置。 充电控制器通常由电子线路和电子开关组成。 其作用如下 : 1. 当蓄电池过充电或过放电时，可以报警或自动切断线路，保护蓄电池2. 按需要给出高精度的恒电压或恒电流3. 当负载短路时，可以自动断开4. 当蓄电池有故障时可以自动切换，接通备用蓄电池，以保证负载正常用电5. 防反冲二极管的作用是避免太阳能电池方阵欠压时， 蓄电池通过太阳能电池放电。要求能承受足够大的电流，且正向压降小，反向饱和电流也小。新一代的遥测数传仪已经具备了以上大部分的功能，对于采用这种数传仪的遥测站，可以不再选用充电控制器。遥测站太阳能电源系统的设计， 由于无人值守， 且要求连续不间断供电， 需要考虑因素多而且复杂。首先计算负载的日用电量 QL（ Ah）QL＝负载电压（值守电流× 24+发射电流发射次数×每次发射时间）然后计算太阳能电池容量。太阳能电池容量的计算与当地的地理位置、 太阳辐射、 气侯等因素有关。 首先计算标准辐照度下当地的年平均日照时数 H（ h）H＝年辐射总量（ kcal/cm 2）× 1.63（ Wh/kcal）365× 0.1（ W/cm 2）式中 0.1W/cm 2是 25℃， AM1.5 光谱时的辐照度，也是太阳能电池的标准测试条件。各类地区的年辐射总量见表 3.1 表 3.1 我国各类地区太阳能年辐射量等级 地区 年总辐射（ kcal/cm 2）1 宁夏北部、 甘肃西部、 新疆东南部、青海西部、西藏西部160～ 200 河北西北部、山西北部、内蒙古2 宁夏南部、甘肃中部、青海东部西藏东南部、新疆南边150～ 160 3 云南、山东、河南、河北东南部山西南部、 新疆北部、 吉林、 辽宁、陕西北部、 甘肃东南部、 安徽北部、广东南部、福建南部、江苏北部120～ 140 4 湖南、广西、江西、浙江、湖北福建北部、广东北部、陕西南部江苏南部、黑龙江、安徽南部100～ 120 5 四川、贵州 80～ 120 为了接收较强的太阳辐射，各类地区的太阳能电池的安装角度有所不同。一般情况下，安装角度等于当地的纬度。在标准状态下，每瓦的太阳能电池输出电流为 70mA，则太阳能电池的功率P 由下式决定 : P＝日用电量（ Ah）×工作电压（ V）×太阳能电池修正系数0.07（ A/W ）× H（ h）× 12.5（ V）×蓄电池放电深度太阳能电池修正系数是考虑灰尘、 气候、 蓄电池特性等方面的影响， 一般取1.2，蓄电池放电深度为 80%。超短波测站 (水位雨量站 )太阳能电池的功率对广东地区可以计算出H＝ 4.46h。QL＝ 0.61Ah 因此，采用 25W 电台的水位雨量站所需的太阳能电池的功率为P＝ 2.9W。由于太阳能电池具有负电功率温度系数，对高温地区的使用量还应增加一些，一般可采用 5W 的太阳能电池板。超短波测站 (双水位站 )太阳能电池的功率对广东地区可以计算出H＝ 4.46h。QL＝ 1.048Ah 因此，采用 25W 电台的水位雨量站所需的太阳能电池的功率为P＝ 5.1W。由于太阳能电池具有负电功率温度系数，对高温地区的使用量还应增加一些，一般可采用 10W 的太阳能电池板。