野外小型科研仪器供电系统维护方案探讨

2018-03-07孙栋孔军王欢庆索建军

科技创新导报 2017年32期

孙栋　孔军　王欢庆　索建军

摘要：野外监测用小型科研仪器设备多采用独立的供电系统供电，供电类型多样。这些供电系统一般不需要外包专业队伍维护，需要用户自己编制方案并进行维护，其中编制维护方案是关键。结合铅蓄电池和太阳能电池的特点，提出一套适于小型太阳能-铅蓄电池供电系统的维护方案。

关键词：野外科研仪器供电系统维护

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（b）-0074-02

野外小型科研仪器多采用独立的供电系统，如小型太阳能蓄电池系统、小型风能蓄电池系统、小型太阳能风能蓄电池系统、纯蓄电池系统等。正确维护供电系统，是保障科研实验成功的前提。这些系统一般不需要外包專业队伍维护，需要用户自己编制方案并进行维护，其中编制维护方案是关键。正确合理的维护方案，是进行供电系统正确维护，保障科研实验成功的前提。虽然小型科研仪器设备供电系统多样，规模相差悬殊，但供电系统维护原理相似，目标原则基本一致，结合用电特点，编制合适的维护方案。

以“948”项目遥感地面场设备供电系统维护为例，研究探讨野外小型科研仪器供电系统维护方案的制定问题。地面场位于克拉玛依市农业综合开发区田块5-3上，主要用于监测田块蒸散发量，为卫星遥感反演ET提供准同步地面验证。地面安装设备主要有小孔径激光闪烁仪、涡度仪、自动气象站等仪器设备。方案包括检查、蓄电池维护、太阳能电池维护、记录编报四部分。

1 供电检查

定期检查或不定期供电检查是供电系统维护的首要工作，通过供电检查标定正常状态、发现的异常现象和问题，根据具体情况采用适当方法对供电系统进行维护[1]。

1.1 定期检查

供电系统安装完毕后，需要及时安排人员定期对供电系统进行全面系统检查，以保证供电系统长期在良好的工况下运行，保证发电量和稳定供电，为连续监测创造条件。例行检查一般30天一次。

1.2 不定期检查

不定期检查主要是当出现异常情况时，安排对地面场供电系统进行检查。一般在极端天气、异常情况前后安排检查。极端天气包括大风天气、中到大暴雨天气。异常情况包括灌溉、收割、打药以及监测数据异常等情况。考虑到试验地点极端天气频率，一个月平均3～5次。

1.3 检查内容及维护类型

（1）检查电池板有无破损，如果有应及时更换。

（2）检查电池板连接线及地线是否接触良好，有无脱落现象。检查电池板支架有无松动和断裂现象，如果有应及时维修。

（3）记录接线处表面温度，判断是否有发热现象，如果有重新接线。

（4）检查电池板表面有无遮盖物、雨水污痕、鸟粪、积雪冻冰、灰尘等，如果有应立即进行清除。

（5）检查电池板周围杂草，如果遮挡电池板，应用镰刀割除，注意保留一定高度杂草，尽量使监测环境与监测周围环境一致。注意不要割断电线。

（6）在大雪、大雨、大风、沙尘暴、冰雹天气过程前后，监测数据异常后等情况，应检查供电系统。

2 蓄电池维护

2.1 拆除安装

2.1.1 拆除电池组要求

（1）先拆除正极连接线，然后将正极（棕色）线的线头用绝缘胶带包好、将电池正极盖上保护盖。（2）拆除负极连接线，然后将负极（蓝色）线的线头用绝缘胶带包好、将电池负极盖上保护盖。（3）将电池取出防护盒。（4）重复（1）～（3），拆除其他电池。

2.1.2 运输要求

（1）将电池平稳放置在车内，运至管理站充电。（2）搬运时，一人一次只能拿1块电池；或两人合搬一块电池。

2.1.3 安装电池组要求

（1）将电池放在防护箱内。（2）打开负极绝缘胶带，将负极连接好，然后用绝缘胶带包好。（3）打开正极绝缘胶带，将正极连接好，然后用绝缘胶带包好。（4）重复（1）～（3），安装其他电池。

2.2 充电

在太阳能蓄电池供电系统中，充电是系统维护的重要内容。选择合理的充电参数，既可提高蓄电池的使用寿命，又可提高供电保证率，提高负载的工作质量。铅酸蓄电池种类繁多，其充电器种类也较多，需要针对特定电池和充电器，设置专门的充电制度[2][3]。

（1）制定充电方案，如果是首次充电，可采用动态充电方案编制技术编制充电方案，如果已经有充电方案，则可依照方案充电。

（2）连接充电电路，检查连接正确性。

（3）设置充电器起始充电电压、电流，具体值参考充电方案。

（4）接通电源开始充电。

（5）如果仪器使用多块蓄电池，且条件许可，应优先同时对多个电池充电。

（6）为了安全充电，在电源和充电机之间设置开关，控制充电启闭。

（7）按照制定的充电方案充电。

3 太阳能电池维护

太阳能电池的维护主要是对太阳能电池板的表面进行维护。主要指清除太阳能电池板表面的雨水污痕、鸟粪、冰雪、尘斑和灰尘等，提高太阳能电池板的发电效率、减少热岛效应、延长其使用寿命的有关工作。

3.1 太阳能电池板材料及特性

太阳能电池板是通过吸收太阳光，将太阳辐射能通过光电效应或光化学反应直接或间接转换成电能的装置。地面场太阳能电池板采用结晶硅太阳能电池板。由结晶太阳能电池片、钢化玻璃、EVA及TPT热压密封而成，周边加装铝合金边框，具有抗风、抗冰雹、抗水功能。

钢化玻璃属于玻璃范畴，具有耐磨特性，玻璃抗拉强度较弱，抗压强度较强。硬度可达9H，具有很好的耐磨特性。玻璃的莫氏硬度为5.5～6、水晶为7、指甲为2.5、铜2.5～3，硬度小的物质一般不会划伤硬度大的物质[4]。玻璃的化学稳定性较好，玻璃耐酸腐蚀性较高，而耐碱腐蚀性较差，玻璃长期受大气和雨水的侵蚀，会在表面产生磨损，失去表面光泽。endprint

EVA塑胶原料为乙烯-醋酸乙烯共聚物，具有很强的柔软性、耐化学腐蚀性以及很好的弹性。EVA塑胶原料为密闭泡孔结构，不吸水、防潮、耐水性能好。它耐海水、油脂、酸、碱等化学品腐蚀，耐腐蚀性好。

TPT是聚氟乙烯复合膜，TPT两边是聚氟乙烯膜（PVF），中间为聚对苯二甲酸乙二醇酯膜（PET），即TEDLAR+PET+TEDLAR。具有良好的耐腐蚀特性。

铝合金：铝的化学性质活跃，但是铝制品却有较强的耐腐蚀性，其原因是铝制品接触到空气中的氧后迅速被氧化，形成一层致密的三氧化二铝氧化层，这一层致密的氧化层阻断了铝材与外界的接触，这是铝制品耐腐蚀的原因。但是酸对氧化膜的破坏作用很强，应当尽量避免铝制品与酸长期接触。铝合金的耐腐蚀与铝接近。

太阳能电池板暴露面主要为钢化玻璃、TPT、铝合金和EVA，清洗只要采用不对它们构成危害的材料和流程即可。

3.2 清洗太阳能板使用材料

（1）清洗液水。一般采用清洁液即可。水最好采用中性水，也可采用微酸性水，不要使用碱性水。因为钢化玻璃、EVA、TPT、铝合金都具有良好的耐腐蚀性，短时间使用这些液体作为清洗剂不会对太阳能板造成损害。但由于玻璃材料对碱性化学品耐腐蚀较差，铝合金材料对酸性耐腐蚀较差，因此最好采用中性水。一般的纯净水、矿泉水均可。不要使用可能含砂粒或金属颗粒的浑浊水。如果太阳能板存在油污，可采用加酒精的水，或一般商业玻璃清洗剂。

（2）擦布、刷子。擦布采用无纺布，它具有较好的柔韧性，如擦眼镜布、擦车布等均可。刷子采用刷丝材料柔软的刷子，如动物毛类刷子、PE丝类等刷子，一般木工用的毛刷均可。上述擦布、刷子的硬度低于太阳能板暴露面钢化玻璃、TPT和铝合金的硬度，特别是钢化玻璃的硬度，使用这些材料擦洗太阳能板不会损伤太阳能板。

3.3 清洗时间

清理工作主要放在早晨或下午，太阳光照强度弱时进行，或者傍晚、阴天时进行。尽量减少人影响光能的轉换，减少供电的波动。清洗时不需要断电。因为太阳能板本身具有很好的密封性，连接线路也是防水的。

3.4 清洗主要过程

（1）清洗前，检查电路系统防水是否完好，避免清洗水导致短路。

（2）先用清洗水浸湿雨水污痕、鸟粪、灰斑，等彻底松软后，用刷子擦除。不可用硬物如刀片、瓷片等刮除异物。

（3）用清水冲去太阳能电池板表面灰尘，不要用刷子来回擦磨太阳能电池板表面，因为表面可能附着细砂粒，反复擦磨可能伤害钢化玻璃，可用毛刷从上到下轻轻将水灰混合物清除掉。

（4）用擦布将太阳能板表面擦干。如果擦布太干、太硬，先用水浸湿等变柔软后，再用它擦干天阳能电池表面。

（5）冰雪清除。先用刷子去除表面覆雪，然后再用温水和刷子清除下层冰雪，温水温度低于20度。完成后，再用温清水清洗电池板一遍，边冲刷边用擦布擦干避免结冰。

4 维护记录填报

为了积累经验和发现问题，需要对检查、维护、检修做好记录。记录内容主要包括：每次例行检查结果；更换、维修、清洗等维护内容。

5 结论