野外小型科研儀器供電系統(tǒng)維護(hù)方案探討

孫棟　孔軍　王歡慶　索建軍

摘 要：野外監(jiān)測(cè)用小型科研儀器設(shè)備多采用獨(dú)立的供電系統(tǒng)供電，供電類型多樣。這些供電系統(tǒng)一般不需要外包專業(yè)隊(duì)伍維護(hù)，需要用戶自己編制方案并進(jìn)行維護(hù)，其中編制維護(hù)方案是關(guān)鍵。結(jié)合鉛蓄電池和太陽(yáng)能電池的特點(diǎn)，提出一套適于小型太陽(yáng)能-鉛蓄電池供電系統(tǒng)的維護(hù)方案。

關(guān)鍵詞：野外 科研儀器 供電系統(tǒng) 維護(hù)

中圖分類號(hào)：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）11（b）-0074-02

野外小型科研儀器多采用獨(dú)立的供電系統(tǒng)，如小型太陽(yáng)能蓄電池系統(tǒng)、小型風(fēng)能蓄電池系統(tǒng)、小型太陽(yáng)能風(fēng)能蓄電池系統(tǒng)、純蓄電池系統(tǒng)等。正確維護(hù)供電系統(tǒng)，是保障科研實(shí)驗(yàn)成功的前提。這些系統(tǒng)一般不需要外包專業(yè)隊(duì)伍維護(hù)，需要用戶自己編制方案并進(jìn)行維護(hù)，其中編制維護(hù)方案是關(guān)鍵。正確合理的維護(hù)方案，是進(jìn)行供電系統(tǒng)正確維護(hù)，保障科研實(shí)驗(yàn)成功的前提。雖然小型科研儀器設(shè)備供電系統(tǒng)多樣，規(guī)模相差懸殊，但供電系統(tǒng)維護(hù)原理相似，目標(biāo)原則基本一致，結(jié)合用電特點(diǎn)，編制合適的維護(hù)方案。

以“948”項(xiàng)目遙感地面場(chǎng)設(shè)備供電系統(tǒng)維護(hù)為例，研究探討野外小型科研儀器供電系統(tǒng)維護(hù)方案的制定問(wèn)題。地面場(chǎng)位于克拉瑪依市農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)區(qū)田塊5-3上，主要用于監(jiān)測(cè)田塊蒸散發(fā)量，為衛(wèi)星遙感反演ET提供準(zhǔn)同步地面驗(yàn)證。地面安裝設(shè)備主要有小孔徑激光閃爍儀、渦度儀、自動(dòng)氣象站等儀器設(shè)備。方案包括檢查、蓄電池維護(hù)、太陽(yáng)能電池維護(hù)、記錄編報(bào)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(tǒng)維護(hù)的首要工作，通過(guò)供電檢查標(biāo)定正常狀態(tài)、發(fā)現(xiàn)的異?，F(xiàn)象和問(wèn)題，根據(jù)具體情況采用適當(dāng)方法對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)[1]。

1.1 定期檢查

供電系統(tǒng)安裝完畢后，需要及時(shí)安排人員定期對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行全面系統(tǒng)檢查，以保證供電系統(tǒng)長(zhǎng)期在良好的工況下運(yùn)行，保證發(fā)電量和穩(wěn)定供電，為連續(xù)監(jiān)測(cè)創(chuàng)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(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，安排對(duì)地面場(chǎng)供電系統(tǒng)進(jìn)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(fēng)天氣、中到大暴雨天氣。異常情況包括灌溉、收割、打藥以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常等情況?？紤]到試驗(yàn)地點(diǎn)極端天氣頻率，一個(gè)月平均3～5次。

1.3 檢查內(nèi)容及維護(hù)類型

（1）檢查電池板有無(wú)破損，如果有應(yīng)及時(shí)更換。

（2）檢查電池板連接線及地線是否接觸良好，有無(wú)脫落現(xiàn)象。檢查電池板支架有無(wú)松動(dòng)和斷裂現(xiàn)象，如果有應(yīng)及時(shí)維修。

（3）記錄接線處表面溫度，判斷是否有發(fā)熱現(xiàn)象，如果有重新接線。

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

（5）檢查電池板周圍雜草，如果遮擋電池板，應(yīng)用鐮刀割除，注意保留一定高度雜草，盡量使監(jiān)測(cè)環(huán)境與監(jiān)測(cè)周圍環(huán)境一致。注意不要割斷電線。

（6）在大雪、大雨、大風(fēng)、沙塵暴、冰雹天氣過(guò)程前后，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常后等情況，應(yīng)檢查供電系統(tǒng)。

2 蓄電池維護(hù)

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(hù)蓋。（2）拆除負(fù)極連接線，然后將負(fù)極（藍(lán)色）線的線頭用絕緣膠帶包好、將電池負(fù)極蓋上保護(hù)蓋。（3）將電池取出防護(hù)盒。（4）重復(fù)（1）～（3），拆除其他電池。

2.1.2 運(yùn)輸要求

（1）將電池平穩(wěn)放置在車內(nèi)，運(yùn)至管理站充電。（2）搬運(yùn)時(shí)，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(hù)箱內(nèi)。（2）打開負(fù)極絕緣膠帶，將負(fù)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(fù)（1）～（3），安裝其他電池。

2.2 充電

在太陽(yáng)能蓄電池供電系統(tǒng)中，充電是系統(tǒng)維護(hù)的重要內(nèi)容。選擇合理的充電參數(shù)，既可提高蓄電池的使用壽命，又可提高供電保證率，提高負(fù)載的工作質(zhì)量。鉛酸蓄電池種類繁多，其充電器種類也較多，需要針對(duì)特定電池和充電器，設(shè)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(dòng)態(tài)充電方案編制技術(shù)編制充電方案，如果已經(jīng)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(shè)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(yīng)優(yōu)先同時(shí)對(duì)多個(gè)電池充電。

（6）為了安全充電，在電源和充電機(jī)之間設(shè)置開關(guān)，控制充電啟閉。

（7）按照制定的充電方案充電。

3 太陽(yáng)能電池維護(hù)

太陽(yáng)能電池的維護(hù)主要是對(duì)太陽(yáng)能電池板的表面進(jìn)行維護(hù)。主要指清除太陽(yáng)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(yáng)能電池板的發(fā)電效率、減少熱島效應(yīng)、延長(zhǎng)其使用壽命的有關(guān)工作。

3.1 太陽(yáng)能電池板材料及特性

太陽(yáng)能電池板是通過(guò)吸收太陽(yáng)光，將太陽(yáng)輻射能通過(guò)光電效應(yīng)或光化學(xué)反應(yīng)直接或間接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。地面場(chǎng)太陽(yáng)能電池板采用結(jié)晶硅太陽(yáng)能電池板。由結(jié)晶太陽(yáng)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(fēng)、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(qiáng)度較弱，抗壓強(qiáng)度較強(qiáng)。硬度可達(dá)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(zhì)一般不會(huì)劃傷硬度大的物質(zhì)[4]。玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性較好，玻璃耐酸腐蝕性較高，而耐堿腐蝕性較差，玻璃長(zhǎng)期受大氣和雨水的侵蝕，會(huì)在表面產(chǎn)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(qiáng)的柔軟性、耐化學(xué)腐蝕性以及很好的彈性。EVA塑膠原料為密閉泡孔結(jié)構(gòu)，不吸水、防潮、耐水性能好。它耐海水、油脂、酸、堿等化學(xué)品腐蝕，耐腐蝕性好。

TPT是聚氟乙烯復(fù)合膜，TPT兩邊是聚氟乙烯膜（PVF），中間為聚對(duì)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(xué)性質(zhì)活躍，但是鋁制品卻有較強(qiáng)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(duì)氧化膜的破壞作用很強(qiáng)，應(yīng)當(dāng)盡量避免鋁制品與酸長(zhǎng)期接觸。鋁合金的耐腐蝕與鋁接近。

太陽(yáng)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(duì)它們構(gòu)成危害的材料和流程即可。

3.2 清洗太陽(yáng)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?yàn)殇摶Ａ?、EVA、TPT、鋁合金都具有良好的耐腐蝕性，短時(shí)間使用這些液體作為清洗劑不會(huì)對(duì)太陽(yáng)能板造成損害。但由于玻璃材料對(duì)堿性化學(xué)品耐腐蝕較差，鋁合金材料對(duì)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(yáng)能板存在油污，可采用加酒精的水，或一般商業(yè)玻璃清洗劑。

（2）擦布、刷子。擦布采用無(wú)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(dòng)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(yáng)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(yáng)能板不會(huì)損傷太陽(yáng)能板。

3.3 清洗時(shí)間

清理工作主要放在早晨或下午，太陽(yáng)光照強(qiáng)度弱時(shí)進(jìn)行，或者傍晚、陰天時(shí)進(jìn)行。盡量減少人影響光能的轉(zhuǎn)換，減少供電的波動(dòng)。清洗時(shí)不需要斷電。因?yàn)樘?yáng)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(guò)程

（1）清洗前，檢查電路系統(tǒng)防水是否完好，避免清洗水導(dǎo)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(yáng)能電池板表面灰塵，不要用刷子來(lái)回擦磨太陽(yáng)能電池板表面，因?yàn)楸砻婵赡芨街?xì)砂粒，反復(fù)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(yáng)能板表面擦干。如果擦布太干、太硬，先用水浸濕等變?nèi)彳浐?，再用它擦干天?yáng)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(jié)冰。

4 維護(hù)記錄填報(bào)

為了積累經(jīng)驗(yàn)和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，需要對(duì)檢查、維護(hù)、檢修做好記錄。記錄內(nèi)容主要包括：每次例行檢查結(jié)果；更換、維修、清洗等維護(hù)內(nèi)容。

5 結(jié)論

（1）提出了較為詳盡、實(shí)用的鉛酸蓄電池太陽(yáng)能系統(tǒng)維護(hù)方案。

（2）維護(hù)方案也適于小型風(fēng)電系統(tǒng)以及其他小型鉛酸蓄電池供電系統(tǒng)。

（3）給出維護(hù)方案主要參數(shù)、材料選擇的原理，在制定具體方案時(shí)可依據(jù)實(shí)際情況選擇。

（4）提出的方案運(yùn)行時(shí)間有限，可能存在某些不足，需要后續(xù)改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳育明.太陽(yáng)能LED照明系統(tǒng)[M].北京：化學(xué)出版社，2011：234-236.

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

[3] 肖獻(xiàn)保，馮根生.鉛酸蓄電池快速充電技術(shù)研究[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，12（4）：134-135.

[4] 徐文清.物質(zhì)的硬度與結(jié)構(gòu)的關(guān)系[J].高等函授學(xué)報(bào)，2001，14（3）：43-44.endprint