无人地震台站太阳能供电电源的使用与维护

韩晓飞

（陕西省地震局，陕西西安 710068）

从无人地震台站的基本地形环境不难分析，无论是地貌、交通还是传输距离都相对偏远，市电供应的缺乏导致无人地震台站的供电质量较差，甚至还会出现停电和断电问题。从仪器设备角度分析，无人值守的地震台站的设备功率消耗较小，以低压直流电为主，针对这一基本情况，若是单纯使用有线供电的方式则极易导致供电电源在使用和维护方面出现偏差，加之高昂的架设成本也存在着潜在的雷击风险。随着能源消耗问题的日益严重，太阳能供电凭借其噪声小、清洁无污染等特点在无人地震台站电源使用中充分体现出自身的优势，因此对于无交流电地区而言，稳定的太阳能必然成为其供电电源的首选。

1 无人地震台站的太阳能供电问题

1.1 蓄电池组的容量计算

作为无人地震台站太阳能供电的核心环节，蓄电池的容量计算至关重要。由于负载电量的差异性，关于蓄电池组的容量计算需要建立在必要的气象条件以及负载耗能计算基础之上。针对蓄电池核定负载时间内容量大小的计算，天气状况的优势势必是其中的关键原因。与此同时，不同阶段时间内的电池发电量也不尽相同。在遇到方阵发电量不足的问题时，就需要依靠蓄电池的补给来及时供电，这就需要注意对多余电能的及时储存。此外，如遇阴雨天气也需要针对蓄电池的核定负载量问题进行准确计算。因此，核定时间内蓄电池的耗电量就成为了影响电池总容量的主要因素，其基本计算公式为:

式中，A作为安全系数其可控值被限制在1.1～1.4，而QL即电源负载的日平均耗电量，是核定工作电流与工作时间的乘积;NL是指最长阴雨状况的天气数量，而TO则是指针对温度的修正系数，这一数值从1～1.2。CC是指蓄电池整体的放电深度，其中铅酸蓄电池的数值为0.75，而碱性镍镉蓄电池的数值则为0.85。

1.2 蓄电池的使用与保护

与太阳能电池相配套的蓄电池种类很多，而当前主要有铅酸型免维护蓄电池、碱性镍镉蓄电池以及普通的铅酸蓄电池使用较为广泛。铅酸免维护型蓄电池由于对环境污染较小而深得用电系统青睐，因此被广泛应用于太阳能电源系统当中，尤其是在无人地震台站的使用就更加普及。而碱性镍镉蓄电池虽然在温度及过放性能方面表现较好，然而其高昂的价格显然不适于大范围使用。普通铅酸型蓄电池常见于稍低档的用电场合，这是由于这一类型的蓄电池本身需要经常维护，并且对于周遭环境的污染也相对严重。太阳能充放电控制系统是对蓄电池的客观防护，控制器的存在是为了更好地实现对太阳能供电板的过放保护，在遇到严重温差问题时控制器往往能够起到温度补偿的作用。此外，由于电压变化导致的蓄电池单位体积变化也可以通过串并联方式的组合来有效延长蓄电池的供电时间，这对延缓蓄电池的衰竭有着积极的作用。由此可见，解决无人地震台站太阳能蓄电池的使用及维护等问题，需要通过监控设备来对蓄电池单位时间内的充放电电压进行实时测量，稳定蓄电池的充放电电压指标，以此来保证蓄电池的使用寿命，提升太阳能供电系统的可靠性与安全性。

2 无人地震台站太阳能供电电源的使用与维护

2.1 太阳能电池组件的串联与并联数目

(1)串联数Ns

无人地震台站太阳能电池组件工作电压的获得需要将组件进行串联连接，因此准确计算电池组件的串联数就显得尤为重要。过少的串联数会导致蓄电池浮充电压与串联电压之间形成一定的方阵对立，而若是串联数过多也会造成输出电压与浮充电压之间的数值偏差过大，因此最佳的充电状态应当是太阳能电池组件内的浮充电压与串联电压相同，其计算方法如下:

式中，UR是指电池方阵的最小输出电压;而Uf则是浮充电压;Ud的数值一般是0.7 V，是二极管的压降范围。

(2)并联数Np

关于太阳能供电电源中的并联数确立需要先从相关量的计算着手，首先需要计算太阳能电池方阵在标准光强下平均日辐射时数值，准确计算公式为:

所计算得到的H数值是指标准光强下电源的日辐射参照系数。而具体的太阳能电池组件单位时间内发电量的计算则是:

其中无人地震台站的标准工作状态下的电池组件电流记作Ioc，而Kop和Cz分别表示斜面修正系数以及修正系数，Cz的取值一般在0.8左右。而关于连续阴雨天气的最短间隔天数则需要通过对亏损蓄电池电量的补给来进行有效核算，其公式为:

无人地震台站太阳能电池组件的并联数确定方法是通过公式来计算，这就意味着太阳能电池组数在阴雨天最短间隔之内为负载提供核定电量，同时也能够通过对亏损电量的计算来及时对蓄电池电量进行补给。从太阳能电池组件的串并联情况分析，其核定范围内的电池方阵功率计算公式为:

式中，Po是电池组件额定功率。

2.2 太阳能供电电源的技术性能分析

无人地震台站一般光照条件都比较充足，这就为太阳能电源供电提供了充沛的地域条件。太阳能供电电源主要是由电池极板、稳压器以及电瓶等部分构成。太能能供电电源的基本工作原理:太阳光照射在电池极板硅光电池之上，在专用线路及稳压器的操控下实现对供电设备及时供电。无人地震台站基于充足的光照条件，一般持续光照时间为上午的十时到下午的四时，若是太阳能电池板的额定充电量为20 Ah，则电池峰值过大就可能实现对光照条件的全天候供给。经过测试分析，太阳能电源在使用过程中应当充分考虑到此类电源与短周期地震仪之间的关系，通常一台U73地震仪或是CR69垂直磁力仪就能满足太阳能发电的基本使用需求。在脱离了对交流电的依赖之后，像是COMS数字钟这样的仪器在防止交流电电压过高以及雷电损坏等方面都将产生积极促进作用。

2.3 太阳能供电电源的日常维护问题

无人地震台站太阳能供电电源的日常维护，需要从以下几方面得以体现:第一，一般相对于酸性电瓶而言，碱性电瓶的使用周期都相对较长，加上电瓶储存电量较大的特点使得在电解液蒸发方面相对较大;第二，在遇到连续阴雨天气时，充电量不足所导致的问题就更加严重，因此可针对实际情况对电瓶进行定期充电;第三，由于太阳能电源供电及线路长短不一等问题，做好稳压元件的散热工作至关重要;第四，对于正负电源的区分也是极为重要的，针对正负电源的及时隔离能够有效防止仪器短路等问题的产生。此外，及时关注天气变化对于无人地震台站逆变电源的影响也同样不容忽视，这对降低酸雾对设备的腐蚀极为有利。因此，太阳能供电电源日常维护工作的开展应当立足于基本的蓄电瓶保护、充电设备维护以及观测系统构建等方面，切实提升太阳能供电的稳定性。

1993年以后，关于无人地震台站太阳能资源的开发与利用成为了新时期对新能源的有效应用，这一举措不仅使得传统监测工作缺电问题被有效解决，同时也大大降低了交流电不足对于无人地震台站的不良影响，无论是电源供电的质量还是效果都明显提升。由于无人地震台站的数字化观测工作正全面展开，因此针对后备直流电源的开发与利用工作也应当在台站观测工作内容中有所体现，这是对台站工作管理质量的有效保障。

3 结束语

综上所述，无人地震台站的太阳能供电系统作为地震台站观测的主要构成元素，在当前集成化及智能化背景下显得越发重要。从历史原因考虑，由于对电源系统的认知不够深入或是电源系统故障出现的频率过高，都直接影响到了仪器的正常能量供给，降低了监测仪器的使用寿命。从地震本身的突发特性分析，地震监测的实时性是不容忽视的，这就对当前太阳能供电系统提出了更高的要求，无论是针对其中电源系统的建设还是数据资料的搜集都从根本上保证了太阳能供电的及时与可靠。

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