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浅谈灯塔太阳能光伏供电系统的智能监控

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□ 张临强 王明义 岳建军 《中国学术研究》 2008年第03期

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摘 要:该文简要介绍了我国灯塔太阳能光伏供电系统的现状,论述了对这些系统实行智能化监测控制的必要性和可行性,并根据有关技术规则,结合系统的实际运行特点,对灯塔太阳能光伏供电系统的充放电控制规则进行了初步探讨,同时提出了通过智能化控制的方式实现的技术构想,文中还初步设计了具体的实施方案。

关键词:灯塔·太阳能;供电;智能化。

一、灯塔供电系统概况

灯塔是船舶航行重要的助航设施,稳定充足的电力供应是灯塔正常运行基础。

对于设置在陆地或近海岛屿上的灯塔,可以便利地通过国家电网获得充足可靠的电能供应,但是,对于那些远离城市、位于电网无法覆盖的偏僻地域或海上孤岛灯塔,供电便十分困难。

早期,这些灯塔主要依靠柴油机发电,这给航标管理部门带来了巨大的负担,要在灯塔上建设发电房,配置几台柴油发电机组,配备专门的值班人员实行24小时连续值班,特别是那些位于孤岛的灯塔,还要配备专门的船舶定期运送柴油和生活必需品,不仅消耗大量物力、财力,而且航标工人的工作和生活也十分艰苦。 科学技术的发展,为改变这一局面创造了条件,特别是太阳能、风能等新能源技术的日益成熟,使灯塔的能源供应得到全面改观,目前,绝大多数无法接入电网

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的灯塔供电都采用了太阳能光伏供电系统(简称:灯塔太阳能供电系统),利用太阳能板依靠光照发电,配备达旦蓄电池储存电能在无光照时保证灯塔上的连续地工作。并且,随着蓄电池技术的发展,目前绝大部分都采用了电压稳定、无污染的阀控式密封铅酸蓄电池(VRLA)。新能源的应用,大大解放了劳动力,降低了灯塔的维护成本、提高了设备的运行质量,但同时也带来了灯塔太阳能供电系统的维护问题,科学、及时的维护是灯塔常运行的必要保证。

二、灯塔太阳能供电系统实现智能监控的必要性与可行性

1.必要性

太阳能供电系统的应用,大大解放了劳动力,使许多孤岛灯塔实现了无人值守。但是,同其他任何设备一样,这些供电系统也离不开必要的维护,VRLA蓄电池所谓的"免维护",仅仅是其与传统普通蓄电池相比维护量大大减少而已,并非"不维护",因此,及时、准确地掌握系统运行的技术状况,进行科学的维护十分重要;另一方面, VRLA蓄电池的充放电都有严格的技术规则,而目前灯塔上使用的充放电控制器大都比较简单,难以精确地执行这些技术规则,这就容易导致电池的容量过早降低、寿命大大缩短,不仅造成设备损失、资金浪费,而且直接影响灯塔的正常工作,因此,制定切合灯塔实际、更加科学的太阳能供电系统运行控制方法,并智能化控制精确地实现控制,对于提高灯塔太阳能供电系统的运行质量十分必要。

2.可行性

在技术规则上,随着太阳能光伏发电设备和VRLA蓄电池的普及和大量应用,人们对这些设备的应用经验越来越丰富、相关的论著大量出版,为我们研究制定灯塔太阳能供电系统维护的科学方法提供了充分的理论依据和实践经验。 在技术手段上,一方面,近几年我国在航标灯器智能化研究上已经取得了长足的进步,新型的智能化航标灯器智能控制器不仅实现了航标灯器的精确稳定控制,

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而且具有远程数据通信、数据采集和模拟量监测与控制等先进功能,这为实现灯塔太阳能供电系统的智能化控制作了必要的技术准备;另一方面,蓄电池监测的专用设备和其它智能化自动控制器件也日益成熟,为实现灯塔太阳能供电系统的智能控制提供了充足的设备资源。

由此可见,通过智能化控制实现灯塔太阳能供电系统的科学维护管理,保持其稳定可靠运行,延长使用寿命,保证灯塔设备的良好运行,完全可以实现。

三、灯塔太阳能供电系统智能控制所涉及的主要技术问题

VRLA蓄电池的充放电过程控制有非常明确的技术要求,一般地,充电过程包括主充电、均衡充电和浮充三个阶段,每个阶段中,对电压和电流的值都有严格的技术规定,在放电过程中,为防止出现过放电损坏电池,也有放电终止电压的要求,并且,这些技术要求的数值都要进行温度补偿,放电终止电压的值也随放电电流的大小而变化。

灯塔配备太阳能供电系统的容量一般是保证在连续无光照时间超过足够长的情况下灯塔能够正常运行,不同海区和不同类型灯塔,这个时间长度不相同,一般是10天到20天,对于中型灯塔,灯器不发光时工作电流在1A左右,发光时为5A左右。太阳能板功率一般为1kW左右,电池的容量一般在1kAh以上,有的配备到2kAh或3kAh。

灯塔太阳能供电系统全部为浮充供电方式,其特点:一是由上述系统配置可见,相对负载来说电池容量很大,电池放电电流小、放电率低,在光照充足时容易发生过充而损害电池;二是太阳能发电在时间上随昼夜轮回和阴晴变化呈阶段性特点,并且灯塔上的光照强度和光照时间的变化无法掌握,难以每次都完成完整的三阶段充电过程;三是当遇长时间连续无光照的情况,由蓄电池连续独立放电为设备提供电源供应,此时容易发生过放电。

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