野外小型科研儀器供電系統維護方案探討

孫棟　孔軍　王歡慶　索建軍

摘 要：野外監測用小型科研儀器設備多采用獨立的供電系統供電，供電類型多樣。這些供電系統一般不需要外包專業隊伍維護，需要用戶自己編制方案并進行維護，其中編制維護方案是關鍵。結合鉛蓄電池和太陽能電池的特點，提出一套適于小型太陽能-鉛蓄電池供電系統的維護方案。

關鍵詞：野外 科研儀器 供電系統 維護

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（b）-0074-02

野外小型科研儀器多采用獨立的供電系統，如小型太陽能蓄電池系統、小型風能蓄電池系統、小型太陽能風能蓄電池系統、純蓄電池系統等。正確維護供電系統，是保障科研實驗成功的前提。這些系統一般不需要外包專業隊伍維護，需要用戶自己編制方案并進行維護，其中編制維護方案是關鍵。正確合理的維護方案，是進行供電系統正確維護，保障科研實驗成功的前提。雖然小型科研儀器設備供電系統多樣，規模相差懸殊，但供電系統維護原理相似，目標原則基本一致，結合用電特點，編制合適的維護方案。

以“948”項目遙感地面場設備供電系統維護為例，研究探討野外小型科研儀器供電系統維護方案的制定問題。地面場位于克拉瑪依市農業綜合開發區田塊5-3上，主要用于監測田塊蒸散發量，為衛星遙感反演ET提供準同步地面驗證。地面安裝設備主要有小孔徑激光閃爍儀、渦度儀、自動氣象站等儀器設備。方案包括檢查、蓄電池維護、太陽能電池維護、記錄編報四部分。

1 供電檢查

定期檢查或不定期供電檢查是供電系統維護的首要工作，通過供電檢查標定正常狀態、發現的異?，F象和問題，根據具體情況采用適當方法對供電系統進行維護[1]。

1.1 定期檢查

供電系統安裝完畢后，需要及時安排人員定期對供電系統進行全面系統檢查，以保證供電系統長期在良好的工況下運行，保證發電量和穩定供電，為連續監測創造條件。例行檢查一般30天一次。

1.2 不定期檢查

不定期檢查主要是當出現異常情況時，安排對地面場供電系統進行檢查。一般在極端天氣、異常情況前后安排檢查。極端天氣包括大風天氣、中到大暴雨天氣。異常情況包括灌溉、收割、打藥以及監測數據異常等情況?？紤]到試驗地點極端天氣頻率，一個月平均3～5次。

1.3 檢查內容及維護類型

（1）檢查電池板有無破損，如果有應及時更換。

（2）檢查電池板連接線及地線是否接觸良好，有無脫落現象。檢查電池板支架有無松動和斷裂現象，如果有應及時維修。

（3）記錄接線處表面溫度，判斷是否有發熱現象，如果有重新接線。

（4）檢查電池板表面有無遮蓋物、雨水污痕、鳥糞、積雪凍冰、灰塵等，如果有應立即進行清除。

（5）檢查電池板周圍雜草，如果遮擋電池板，應用鐮刀割除，注意保留一定高度雜草，盡量使監測環境與監測周圍環境一致。注意不要割斷電線。

（6）在大雪、大雨、大風、沙塵暴、冰雹天氣過程前后，監測數據異常后等情況，應檢查供電系統。

2 蓄電池維護

2.1 拆除安裝

2.1.1 拆除電池組要求

（1）先拆除正極連接線，然后將正極（棕色）線的線頭用絕緣膠帶包好、將電池正極蓋上保護蓋。（2）拆除負極連接線，然后將負極（藍色）線的線頭用絕緣膠帶包好、將電池負極蓋上保護蓋。（3）將電池取出防護盒。（4）重復（1）～（3），拆除其他電池。

2.1.2 運輸要求

（1）將電池平穩放置在車內，運至管理站充電。（2）搬運時，一人一次只能拿1塊電池；或兩人合搬一塊電池。

2.1.3 安裝電池組要求

（1）將電池放在防護箱內。（2）打開負極絕緣膠帶，將負極連接好，然后用絕緣膠帶包好。（3）打開正極絕緣膠帶，將正極連接好，然后用絕緣膠帶包好。（4）重復（1）～（3），安裝其他電池。

2.2 充電

在太陽能蓄電池供電系統中，充電是系統維護的重要內容。選擇合理的充電參數，既可提高蓄電池的使用壽命，又可提高供電保證率，提高負載的工作質量。鉛酸蓄電池種類繁多，其充電器種類也較多，需要針對特定電池和充電器，設置專門的充電制度[2][3]。

（1）制定充電方案，如果是首次充電，可采用動態充電方案編制技術編制充電方案，如果已經有充電方案，則可依照方案充電。

（2）連接充電電路，檢查連接正確性。

（3）設置充電器起始充電電壓、電流，具體值參考充電方案。

（4）接通電源開始充電。

（5）如果儀器使用多塊蓄電池，且條件許可，應優先同時對多個電池充電。

（6）為了安全充電，在電源和充電機之間設置開關，控制充電啟閉。

（7）按照制定的充電方案充電。

3 太陽能電池維護

太陽能電池的維護主要是對太陽能電池板的表面進行維護。主要指清除太陽能電池板表面的雨水污痕、鳥糞、冰雪、塵斑和灰塵等，提高太陽能電池板的發電效率、減少熱島效應、延長其使用壽命的有關工作。

3.1 太陽能電池板材料及特性

太陽能電池板是通過吸收太陽光，將太陽輻射能通過光電效應或光化學反應直接或間接轉換成電能的裝置。地面場太陽能電池板采用結晶硅太陽能電池板。由結晶太陽能電池片、鋼化玻璃、EVA及TPT熱壓密封而成，周邊加裝鋁合金邊框，具有抗風、抗冰雹、抗水功能。

鋼化玻璃屬于玻璃范疇，具有耐磨特性，玻璃抗拉強度較弱，抗壓強度較強。硬度可達9H，具有很好的耐磨特性。玻璃的莫氏硬度為5.5～6、水晶為7、指甲為2.5、銅2.5～3，硬度小的物質一般不會劃傷硬度大的物質[4]。玻璃的化學穩定性較好，玻璃耐酸腐蝕性較高，而耐堿腐蝕性較差，玻璃長期受大氣和雨水的侵蝕，會在表面產生磨損，失去表面光澤。endprint

EVA塑膠原料為乙烯-醋酸乙烯共聚物，具有很強的柔軟性、耐化學腐蝕性以及很好的彈性。EVA塑膠原料為密閉泡孔結構，不吸水、防潮、耐水性能好。它耐海水、油脂、酸、堿等化學品腐蝕，耐腐蝕性好。

TPT是聚氟乙烯復合膜，TPT兩邊是聚氟乙烯膜（PVF），中間為聚對苯二甲酸乙二醇酯膜（PET），即TEDLAR+PET+TEDLAR。具有良好的耐腐蝕特性。

鋁合金：鋁的化學性質活躍，但是鋁制品卻有較強的耐腐蝕性，其原因是鋁制品接觸到空氣中的氧后迅速被氧化，形成一層致密的三氧化二鋁氧化層，這一層致密的氧化層阻斷了鋁材與外界的接觸，這是鋁制品耐腐蝕的原因。但是酸對氧化膜的破壞作用很強，應當盡量避免鋁制品與酸長期接觸。鋁合金的耐腐蝕與鋁接近。

太陽能電池板暴露面主要為鋼化玻璃、TPT、鋁合金和EVA，清洗只要采用不對它們構成危害的材料和流程即可。

3.2 清洗太陽能板使用材料

（1）清洗液水。一般采用清潔液即可。水最好采用中性水，也可采用微酸性水，不要使用堿性水。因為鋼化玻璃、EVA、TPT、鋁合金都具有良好的耐腐蝕性，短時間使用這些液體作為清洗劑不會對太陽能板造成損害。但由于玻璃材料對堿性化學品耐腐蝕較差，鋁合金材料對酸性耐腐蝕較差，因此最好采用中性水。一般的純凈水、礦泉水均可。不要使用可能含砂?；蚪饘兕w粒的渾濁水。如果太陽能板存在油污，可采用加酒精的水，或一般商業玻璃清洗劑。

（2）擦布、刷子。擦布采用無紡布，它具有較好的柔韌性，如擦眼鏡布、擦車布等均可。刷子采用刷絲材料柔軟的刷子，如動物毛類刷子、PE絲類等刷子，一般木工用的毛刷均可。上述擦布、刷子的硬度低于太陽能板暴露面鋼化玻璃、TPT和鋁合金的硬度，特別是鋼化玻璃的硬度，使用這些材料擦洗太陽能板不會損傷太陽能板。

3.3 清洗時間

清理工作主要放在早晨或下午，太陽光照強度弱時進行，或者傍晚、陰天時進行。盡量減少人影響光能的轉換，減少供電的波動。清洗時不需要斷電。因為太陽能板本身具有很好的密封性，連接線路也是防水的。

3.4 清洗主要過程

（1）清洗前，檢查電路系統防水是否完好，避免清洗水導致短路。

（2）先用清洗水浸濕雨水污痕、鳥糞、灰斑，等徹底松軟后，用刷子擦除。不可用硬物如刀片、瓷片等刮除異物。

（3）用清水沖去太陽能電池板表面灰塵，不要用刷子來回擦磨太陽能電池板表面，因為表面可能附著細砂粒，反復擦磨可能傷害鋼化玻璃，可用毛刷從上到下輕輕將水灰混合物清除掉。

（4）用擦布將太陽能板表面擦干。如果擦布太干、太硬，先用水浸濕等變柔軟后，再用它擦干天陽能電池表面。

（5）冰雪清除。先用刷子去除表面覆雪，然后再用溫水和刷子清除下層冰雪，溫水溫度低于20度。完成后，再用溫清水清洗電池板一遍，邊沖刷邊用擦布擦干避免結冰。

4 維護記錄填報

為了積累經驗和發現問題，需要對檢查、維護、檢修做好記錄。記錄內容主要包括：每次例行檢查結果；更換、維修、清洗等維護內容。

5 結論

（1）提出了較為詳盡、實用的鉛酸蓄電池太陽能系統維護方案。

（2）維護方案也適于小型風電系統以及其他小型鉛酸蓄電池供電系統。

（3）給出維護方案主要參數、材料選擇的原理，在制定具體方案時可依據實際情況選擇。

（4）提出的方案運行時間有限，可能存在某些不足，需要后續改進。

參考文獻

[1] 陳育明.太陽能LED照明系統[M].北京：化學出版社，2011：234-236.

[2] 王菊芬，李宣富，楊海平.光伏發電系統中影響蓄電池壽命分析[J].蓄電池，2002（2）：51-54.

[3] 肖獻保，馮根生.鉛酸蓄電池快速充電技術研究[J].重慶科技學院學報，2010，12（4）：134-135.

[4] 徐文清.物質的硬度與結構的關系[J].高等函授學報，2001，14（3）：43-44.endprint