一种新型太阳能便携式电力通信电源箱的研制

车玉兰++郭雷++万锦华++庄海璐

摘 要：近年来，电力通信光缆野外施工中，光缆熔接量大，光缆时域测试仪测试光缆均需要灵活移动、可长时间供电的电源。设备自带电池功率小、容量有限，普通充电式移动电源重量大、携带不便。同时，由于电力光缆抢修施工环境的不确定性，无法使用燃油发电机等持续性不间断电源，长时间作业受到限制。因此，根据电力通信工作的现场需要，提出研制一种新型太阳能便携式电力通信电源箱。

关键词：新型 太阳能 便携式 电力通信 电源箱

中图分类号：TM615.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（a）-0118-02

1 实施背景

近年来，随着通信业的迅猛发展，通信传输均实现了光传输，光缆的应用已经普及。在电力通信光缆野外施工中，野外光缆熔接工作量大，光缆时域仪测试光缆均需要可移动、可长时间供电的电源，设备自带电池功率小、容量有限，普通充电式移动电源重量大、携带不便、续航时间有限，无法满足长时间光缆熔接与测量的需求。同时，由于电力光缆抢修施工环境的不确定性，无法使用燃油发电等持续性不间断电源，长时间作业受到严重限制，而太阳能在野外却不受限制。

近几年，我国光伏发电技术日趋成熟，蓄能电池也日益轻量化、小型化。而由于晶硅太阳能板重量重、不宜折叠及展开等特点，故采用世界上最先进的柔性太阳能薄膜技术引入到移动电源领域中，實现移动供电。

2 成果创新点及先进性

（1）采用世界上最先进的柔性太阳能薄膜技术引入到电源装置的研制中，同瓦数柔性太阳能板为晶硅太阳能板重量的1/10，便携性强，易折叠和展开，适应经常野外作业的供电需求。

（2）抗腐蚀性：耐高温（可达80°C）、耐严寒（可达-40°C），抗老化（20年以上）、绝缘、放水、防潮。

（3）综合性：在电源装置背面集成光缆测距、红光源、LED照明光源等野外光缆抢修设备。

（4）箱体式设计可以整合行业应用的小型工器具。

（5）在野外，只要有太阳光照射到的地方就可以使用太阳能发电系统，不怕电能耗尽，可长时间使用。

（6）太阳能取之不尽、清洁无污染，而且属于“静默”发电，发电过程外泄信号低，是通信领域最理想的随时、随地发电设备。

（7）弱光发电：无需太阳直射，同峰值功率柔性太阳能板发电量比晶硅太阳能板高出15%。

（8）便携性：体积小、重量轻，随充随用。

（9）应用广：电力施工抢修可以集成使用，其他行业比如医疗救援、野外勘探勘察、家庭学校户外活动，只要用到野外电源的均可使用。

3 技术方案及原理

（1）柔性太阳能板内层采用cigs柔性薄膜太阳能电池，cigs柔性薄膜太阳能电池可任意卷曲，而不影响电池的性能。从制备工艺上看，由于此结构电池采用卷对卷工艺制造，便于大面积生产。与非晶硅等硬衬底电池相比，其最大的特点是重量轻、可折叠和不易破碎。分层吸收太阳光谱，可转换并输出比一般太阳能产品更多的电能。外层舍弃易碎的玻璃，改用抗UV的四氟乙烯共聚物封装太阳能电池，使设备持久耐用。

（2）采用紫大红真空沉积工艺在不锈钢衬底上制造完成。每一个光伏组件都利用三结非晶硅薄膜太阳能电池组装而成，太阳光中的蓝光、绿光、红光分别被电池不同的层吸收，电池的性能得到极大提升。这种光谱分波吸收性能是提高电池效率的关键，在低光照水平和散射光下，更是如此。

（3）控制器可直接与柔性太阳能组件相连，输出不同电压，为各种电压等级的设备提供电源。

（4）柔性太阳能组件的输出功率为36W，在户外合适光照的情况下，12h可以将蓄电池组充满。

（5）做成箱体式，可根据各行业需求添加各类工器具，如野外光缆抢修工作，在折叠太阳能板背面做成类似OTDR的简易光缆测距机，可添加红光源、LED照明光源等。

4 理论依据

（1）在户外有阳光的情况下，进行作业时，柔性太阳能电池板通过接收紫外光，发生光电效应，由于入射光的光子能量大于电子的束缚能，所以产生自由电子。

柔性太阳能电池板把太阳光转换为电压和电流，是一种光电转换，而光伏效应比光电效应的效率高得多。因为在发生光伏效应的太阳能电池中，两种极性相反的半导体组成了p-n结（p-nJunction），形成内建电场，驱动电子进入电路，在电路中形成电压和电流。

采用了非晶硅柔性太阳能电池，造价相当低，而将太阳能转换为电能的性能是目前传统的基于硅的太阳能电池的两倍，其可折叠，不易破碎。

（2）在光线比较微弱的情况下，由于本装置的柔性太阳能电池板采用三结太阳电池结构，三结太阳电池中，每一个电池都是由三个半导体结相互叠加而成：底电池吸收红光；中间电池吸收绿光；顶电池吸收蓝光；可见其对阳光光谱的宽范围响应，大大提高电池效率，在光线比较微弱的情况下仍可以正常使用。只要有光照射到的地方就以使用柔性太阳能电池板发电，有弱光即可发电，无需太阳直射，同峰值功率柔性太阳能电池板发电量比晶硅太阳能板高出15%，不怕电能耗尽，可长时间使用。

（3）在室内无需太阳能发电时，由于采用太阳能电池板和普通蓄电池储电方式结合，解决了单一储能形式的局限性。

太阳能集成电源装置使用时，柔性太阳能电池板能直接把太阳能转换成直流电，从而给直流电负载使用，但需要使用交流电时，可将负载通过AC电源插口与电源相连得电工作；还可以通过USB插口向用电设备供电，供电方式多样齐全。

5 实施步骤

第一阶段：太阳能移动电源装置的设计。柔性太阳能电池板的输出端分别与设置在箱体底部的控制器、逆变器以及蓄电池相连；控制器的输出端与直流电源输出端相连；在箱体的侧面设有电源插口；所述蓄电池可拆卸。箱体内设有工具卡板，工具卡板内设有红光源和光纤测距仪；在箱体外侧设有可插拔的LED照明光源。

第二阶段：太阳能移动电源箱使用时，柔性太阳能电池板能直接把太阳能转换成直流电，从而给直流电负载使用，但需要使用交流电时，可将负载通过AC电源插口与电源相连得电工作；还可以通过USB插口向用电设备供电，供电方式多样齐全。当处于室内时，还可通过固定电源对蓄电池充电使用。当需要外出时，可以根据需要带上或卸下蓄电池。由于在移动电源箱内设置了工具卡板，可以根据需求添加各类工器具，用于户外光缆施工抢修、医疗救援、野外勘探勘察和家庭学校户外活动等。

6 主要功能及用途

该电源的装置最大输出功率为300W，可以输出交、直流电，同时满足各种仪器、仪表的使用。解决了电力信息通信、生产专业人员野外作业或取电源点困难，解决了摇表测试耐压绝缘，红外测温、局放监测、向量仪、万用表等设备电池容量有限、无法满足长时间测试的问题。集成了光缆测距、红光源、LED照明光源等野外光缆抢修设备，提高了户外工作效率。设计上还整合了电力施工应用的小型工器具。户外光缆施工抢修可以集成使用。

7 应用情况及分析

一是解决了野外作业取电源点的困难及电力施工过程中设备移动及功率输出可持续的问题，给野外施工带来了极大方便。

二是节能环保、方便携带、成本低，社会效益和经济效益显著。

三是应用广泛，可用于各种户外的电源供应，而且箱体式设计还可以整合野外作业中使用的工器具，可供户外施工抢修使用。作为环保绿色产品，具有一定的市场推广价值。

8 推广前景

野外作业使用集成化程度高，工作效率提高，无论是接头盒熔接或是光交箱的多芯数光缆熔接都可以长时间使用，光缆抢修中也可以做光缆的测距、纤芯的确定，方便省时。野外作业和调试设备、试验、监测等，可以满足延长设备工作时间，对野外作业和取电困难地方工作提供便利。应用广、便携性好，基本可用于各种户外的电源供应，而且箱体式设计还可以整合野外作业中使用的工器具，可以在户外施工抢修中使用。

9 结语

研制一种新型太阳能便携式电力通信电源箱，解决了电力野外施工过程中无法取电源点的难题。endprint