一種新型太陽能便攜式電力通信電源箱的研制

車玉蘭++郭雷++萬錦華++莊海璐

摘 要：近年來，電力通信光纜野外施工中，光纜熔接量大，光纜時域測試儀測試光纜均需要靈活移動、可長時間供電的電源。設(shè)備自帶電池功率小、容量有限，普通充電式移動電源重量大、攜帶不便。同時，由于電力光纜搶修施工環(huán)境的不確定性，無法使用燃油發(fā)電機等持續(xù)性不間斷電源，長時間作業(yè)受到限制。因此，根據(jù)電力通信工作的現(xiàn)場需要，提出研制一種新型太陽能便攜式電力通信電源箱。

關(guān)鍵詞：新型 太陽能 便攜式 電力通信 電源箱

中圖分類號：TM615.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（a）-0118-02

1 實施背景

近年來，隨著通信業(yè)的迅猛發(fā)展，通信傳輸均實現(xiàn)了光傳輸，光纜的應(yīng)用已經(jīng)普及。在電力通信光纜野外施工中，野外光纜熔接工作量大，光纜時域儀測試光纜均需要可移動、可長時間供電的電源，設(shè)備自帶電池功率小、容量有限，普通充電式移動電源重量大、攜帶不便、續(xù)航時間有限，無法滿足長時間光纜熔接與測量的需求。同時，由于電力光纜搶修施工環(huán)境的不確定性，無法使用燃油發(fā)電等持續(xù)性不間斷電源，長時間作業(yè)受到嚴(yán)重限制，而太陽能在野外卻不受限制。

近幾年，我國光伏發(fā)電技術(shù)日趨成熟，蓄能電池也日益輕量化、小型化。而由于晶硅太陽能板重量重、不宜折疊及展開等特點，故采用世界上最先進的柔性太陽能薄膜技術(shù)引入到移動電源領(lǐng)域中，實現(xiàn)移動供電。

2 成果創(chuàng)新點及先進性

（1）采用世界上最先進的柔性太陽能薄膜技術(shù)引入到電源裝置的研制中，同瓦數(shù)柔性太陽能板為晶硅太陽能板重量的1/10，便攜性強，易折疊和展開，適應(yīng)經(jīng)常野外作業(yè)的供電需求。

（2）抗腐蝕性：耐高溫（可達80°C）、耐嚴(yán)寒（可達-40°C），抗老化（20年以上）、絕緣、放水、防潮。

（3）綜合性：在電源裝置背面集成光纜測距、紅光源、LED照明光源等野外光纜搶修設(shè)備。

（4）箱體式設(shè)計可以整合行業(yè)應(yīng)用的小型工器具。

（5）在野外，只要有太陽光照射到的地方就可以使用太陽能發(fā)電系統(tǒng)，不怕電能耗盡，可長時間使用。

（6）太陽能取之不盡、清潔無污染，而且屬于“靜默”發(fā)電，發(fā)電過程外泄信號低，是通信領(lǐng)域最理想的隨時、隨地發(fā)電設(shè)備。

（7）弱光發(fā)電：無需太陽直射，同峰值功率柔性太陽能板發(fā)電量比晶硅太陽能板高出15%。

（8）便攜性：體積小、重量輕，隨充隨用。

（9）應(yīng)用廣：電力施工搶修可以集成使用，其他行業(yè)比如醫(yī)療救援、野外勘探勘察、家庭學(xué)校戶外活動，只要用到野外電源的均可使用。

3 技術(shù)方案及原理

（1）柔性太陽能板內(nèi)層采用cigs柔性薄膜太陽能電池，cigs柔性薄膜太陽能電池可任意卷曲，而不影響電池的性能。從制備工藝上看，由于此結(jié)構(gòu)電池采用卷對卷工藝制造，便于大面積生產(chǎn)。與非晶硅等硬襯底電池相比，其最大的特點是重量輕、可折疊和不易破碎。分層吸收太陽光譜，可轉(zhuǎn)換并輸出比一般太陽能產(chǎn)品更多的電能。外層舍棄易碎的玻璃，改用抗UV的四氟乙烯共聚物封裝太陽能電池，使設(shè)備持久耐用。

（2）采用紫大紅真空沉積工藝在不銹鋼襯底上制造完成。每一個光伏組件都利用三結(jié)非晶硅薄膜太陽能電池組裝而成，太陽光中的藍光、綠光、紅光分別被電池不同的層吸收，電池的性能得到極大提升。這種光譜分波吸收性能是提高電池效率的關(guān)鍵，在低光照水平和散射光下，更是如此。

（3）控制器可直接與柔性太陽能組件相連，輸出不同電壓，為各種電壓等級的設(shè)備提供電源。

（4）柔性太陽能組件的輸出功率為36W，在戶外合適光照的情況下，12h可以將蓄電池組充滿。

（5）做成箱體式，可根據(jù)各行業(yè)需求添加各類工器具，如野外光纜搶修工作，在折疊太陽能板背面做成類似OTDR的簡易光纜測距機，可添加紅光源、LED照明光源等。

4 理論依據(jù)

（1）在戶外有陽光的情況下，進行作業(yè)時，柔性太陽能電池板通過接收紫外光，發(fā)生光電效應(yīng)，由于入射光的光子能量大于電子的束縛能，所以產(chǎn)生自由電子。

柔性太陽能電池板把太陽光轉(zhuǎn)換為電壓和電流，是一種光電轉(zhuǎn)換，而光伏效應(yīng)比光電效應(yīng)的效率高得多。因為在發(fā)生光伏效應(yīng)的太陽能電池中，兩種極性相反的半導(dǎo)體組成了p-n結(jié)（p-nJunction），形成內(nèi)建電場，驅(qū)動電子進入電路，在電路中形成電壓和電流。

采用了非晶硅柔性太陽能電池，造價相當(dāng)?shù)?，而將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的性能是目前傳統(tǒng)的基于硅的太陽能電池的兩倍，其可折疊，不易破碎。

（2）在光線比較微弱的情況下，由于本裝置的柔性太陽能電池板采用三結(jié)太陽電池結(jié)構(gòu)，三結(jié)太陽電池中，每一個電池都是由三個半導(dǎo)體結(jié)相互疊加而成：底電池吸收紅光；中間電池吸收綠光；頂電池吸收藍光；可見其對陽光光譜的寬范圍響應(yīng)，大大提高電池效率，在光線比較微弱的情況下仍可以正常使用。只要有光照射到的地方就以使用柔性太陽能電池板發(fā)電，有弱光即可發(fā)電，無需太陽直射，同峰值功率柔性太陽能電池板發(fā)電量比晶硅太陽能板高出15%，不怕電能耗盡，可長時間使用。

（3）在室內(nèi)無需太陽能發(fā)電時，由于采用太陽能電池板和普通蓄電池儲電方式結(jié)合，解決了單一儲能形式的局限性。

太陽能集成電源裝置使用時，柔性太陽能電池板能直接把太陽能轉(zhuǎn)換成直流電，從而給直流電負載使用，但需要使用交流電時，可將負載通過AC電源插口與電源相連得電工作；還可以通過USB插口向用電設(shè)備供電，供電方式多樣齊全。

5 實施步驟

第一階段：太陽能移動電源裝置的設(shè)計。柔性太陽能電池板的輸出端分別與設(shè)置在箱體底部的控制器、逆變器以及蓄電池相連；控制器的輸出端與直流電源輸出端相連；在箱體的側(cè)面設(shè)有電源插口；所述蓄電池可拆卸。箱體內(nèi)設(shè)有工具卡板，工具卡板內(nèi)設(shè)有紅光源和光纖測距儀；在箱體外側(cè)設(shè)有可插拔的LED照明光源。

第二階段：太陽能移動電源箱使用時，柔性太陽能電池板能直接把太陽能轉(zhuǎn)換成直流電，從而給直流電負載使用，但需要使用交流電時，可將負載通過AC電源插口與電源相連得電工作；還可以通過USB插口向用電設(shè)備供電，供電方式多樣齊全。當(dāng)處于室內(nèi)時，還可通過固定電源對蓄電池充電使用。當(dāng)需要外出時，可以根據(jù)需要帶上或卸下蓄電池。由于在移動電源箱內(nèi)設(shè)置了工具卡板，可以根據(jù)需求添加各類工器具，用于戶外光纜施工搶修、醫(yī)療救援、野外勘探勘察和家庭學(xué)校戶外活動等。

6 主要功能及用途

該電源的裝置最大輸出功率為300W，可以輸出交、直流電，同時滿足各種儀器、儀表的使用。解決了電力信息通信、生產(chǎn)專業(yè)人員野外作業(yè)或取電源點困難，解決了搖表測試耐壓絕緣，紅外測溫、局放監(jiān)測、向量儀、萬用表等設(shè)備電池容量有限、無法滿足長時間測試的問題。集成了光纜測距、紅光源、LED照明光源等野外光纜搶修設(shè)備，提高了戶外工作效率。設(shè)計上還整合了電力施工應(yīng)用的小型工器具。戶外光纜施工搶修可以集成使用。

7 應(yīng)用情況及分析

一是解決了野外作業(yè)取電源點的困難及電力施工過程中設(shè)備移動及功率輸出可持續(xù)的問題，給野外施工帶來了極大方便。

二是節(jié)能環(huán)保、方便攜帶、成本低，社會效益和經(jīng)濟效益顯著。

三是應(yīng)用廣泛，可用于各種戶外的電源供應(yīng)，而且箱體式設(shè)計還可以整合野外作業(yè)中使用的工器具，可供戶外施工搶修使用。作為環(huán)保綠色產(chǎn)品，具有一定的市場推廣價值。

8 推廣前景

野外作業(yè)使用集成化程度高，工作效率提高，無論是接頭盒熔接或是光交箱的多芯數(shù)光纜熔接都可以長時間使用，光纜搶修中也可以做光纜的測距、纖芯的確定，方便省時。野外作業(yè)和調(diào)試設(shè)備、試驗、監(jiān)測等，可以滿足延長設(shè)備工作時間，對野外作業(yè)和取電困難地方工作提供便利。應(yīng)用廣、便攜性好，基本可用于各種戶外的電源供應(yīng)，而且箱體式設(shè)計還可以整合野外作業(yè)中使用的工器具，可以在戶外施工搶修中使用。

9 結(jié)語

研制一種新型太陽能便攜式電力通信電源箱，解決了電力野外施工過程中無法取電源點的難題。endprint