張盛釗

（龍巖市海德馨汽車有限公司，福建 龍巖 364000）

0 前言

在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的過程中，重視供電的連續(xù)性是當(dāng)前保電工作的重點(diǎn)。在開展保電工作時(shí)，為了有效預(yù)防電力系統(tǒng)的突發(fā)故障，可以以新能源儲(chǔ)能保供電移動(dòng)試驗(yàn)及電源技術(shù)為主展開研究；可以在市電斷電的情況下，應(yīng)用新能源應(yīng)急電源車，從而達(dá)到供電目的。在對新能源應(yīng)急電源車進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究時(shí)，需要保證電力供應(yīng)能夠無縫銜接，確保運(yùn)行設(shè)備由市電供電轉(zhuǎn)化為應(yīng)急電源供電的穩(wěn)定性與連續(xù)性，防止設(shè)備出現(xiàn)間斷運(yùn)行的情況，這樣就可以最大程度地降低因停電事故帶來的損失。新能源應(yīng)急電源車在野外作業(yè)的過程中，需要保證其供電的穩(wěn)定性與持續(xù)性，這就對儲(chǔ)能應(yīng)急電源的儲(chǔ)能電量有更高的要求。充足的儲(chǔ)能電源能夠降低停電事故的不利影響。為了能夠盡可能地提高新能源應(yīng)急電源車的應(yīng)用效益，需要加強(qiáng)對它的創(chuàng)新以及對清潔可再生穩(wěn)定輔助電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究。

1 太陽能輔助系統(tǒng)

在太陽能光伏電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，主要包括軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)2個(gè)部分。一般要先從軟件設(shè)計(jì)出發(fā)，保證太陽能光伏電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通常在軟件設(shè)計(jì)的過程中，要準(zhǔn)確地計(jì)算負(fù)載、用電量等；還要完成計(jì)算太陽能電池方陣輻射量的作業(yè)，對太陽能電池、蓄電池用量的匹配性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。一般情況下，在設(shè)計(jì)太陽能光伏電源系統(tǒng)的軟件時(shí)，必須保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，特別是太陽能電池方陣安裝傾角的計(jì)算結(jié)果會(huì)在一定程度上影響太陽能光伏電源系統(tǒng)接收的太陽輻射能量。因此，需要對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行多次核對，保證結(jié)果的精準(zhǔn)性。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，還要對系統(tǒng)的具體狀況進(jìn)行預(yù)測，并分析系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益[1]。而在硬件設(shè)計(jì)的過程中，主要是完成太陽能光伏電源系統(tǒng)的負(fù)載選型以及其他設(shè)計(jì)工作，例如在對太陽能電池蓄電池進(jìn)行選型時(shí)，要充分考慮太陽能電池的支架，提高逆變器選型的合理性。與此同時(shí)，還要完成對控制和測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。

在設(shè)計(jì)大型太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，要加強(qiáng)對方陣場地的設(shè)計(jì)，提高防雷接地設(shè)計(jì)的合理性和有效性，并且要開展有效的配電系統(tǒng)輔助電源選型和設(shè)計(jì)工作。在開展太陽能光伏電源系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)工作時(shí)，要注意軟件設(shè)計(jì)（包括輻射量、安裝傾角以及系統(tǒng)優(yōu)化等）的計(jì)算工作量比較大，也比較復(fù)雜，一般可以由計(jì)算機(jī)來完成，這樣就可以保證計(jì)算結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。如果對結(jié)果的要求不嚴(yán)格，可以進(jìn)行估算，從而提高計(jì)算的速度。太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板、逆變控制器以及蓄電池等組成。在對該部分進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須以太陽能電池板的使用環(huán)境為基礎(chǔ)，合理選擇充電模式，市電互補(bǔ)輸出且市電優(yōu)先、逆變優(yōu)先等都是常用模式。定時(shí)逆變、定時(shí)市電以及定時(shí)開關(guān)睡眠等功能可以確保應(yīng)急電源車內(nèi)空調(diào)、風(fēng)機(jī)和電纜卷盤等設(shè)備電源的穩(wěn)定性[2]。儲(chǔ)能應(yīng)急電源車如圖1所示。

2 太陽能輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 電池板設(shè)計(jì)安裝

合理地對太陽能電池板進(jìn)行選型是太陽能光伏電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的重要內(nèi)容。一般情況下，需要對不同類型的太陽能電池板進(jìn)行研究和分析，并選擇合適的太陽能電池板。目前，在太陽能電池板選型的過程中，半柔性太陽能板的應(yīng)用比較普遍。在具體使用過程中，該太陽能電池板可以在應(yīng)急電源車的車頂安裝太陽能電池板組件，共20片，1組串聯(lián)4個(gè)，共5組。該太陽能電池板在應(yīng)用中的機(jī)械強(qiáng)度比較高，可以有效保護(hù)太陽能電池板在運(yùn)輸、安裝與應(yīng)用過程中的穩(wěn)定性，避免因?yàn)檎駝?dòng)與沖擊等對太陽能電池板產(chǎn)生不利影響，還可以有效抵抗冰雹的沖擊力；太陽能電池板的密封性也比較好，可以達(dá)到防風(fēng)、防水以及隔絕大氣條件的要求，有利于降低太陽能電池板的腐蝕概率；并且太陽能電池板的電絕緣性能也比較穩(wěn)定，可以在一定程度上抵抗紫外線輻射。除此之外，在太陽能電池板的應(yīng)用過程中，要充分考慮具體的應(yīng)用要求，根據(jù)要求對工作電壓以及輸出功率進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其能夠與應(yīng)急電源車電壓、電流以及功率輸出的要求相適應(yīng)。在連接時(shí)，使用串并聯(lián)方式有利于降低效率損失，提高太陽能電池板的可靠性以及穩(wěn)定性。

安裝半柔性太陽能板有以下5個(gè)步驟：1）要在應(yīng)急電源車的車廂頂棚安裝太陽能電池板支架，并根據(jù)電池板的尺寸保證支架和基板的固定效果。2）需要選擇具有較強(qiáng)耐高溫特性的雙面泡棉膠對太陽能電池板進(jìn)行粘貼安裝。在粘貼時(shí)，需要利用太陽能專用密封硅膠進(jìn)行粘貼，從而保證粘貼的牢固性。3）在走線時(shí)，必須正確連接車廂頂棚的太陽能電池板，然后將總線引入車內(nèi)，再將用電設(shè)備與逆變控制器的負(fù)載端口進(jìn)行連接。4）電池連接作業(yè)完成后，要及時(shí)對車廂內(nèi)部蓄電池與逆變器控制器的電池端口進(jìn)行連接。5）需要連接逆變控制器，同時(shí)正確連接太陽能電池板正負(fù)極和逆變控制器的光伏正負(fù)端口[3]。安裝效果如圖2所示。

圖1 空調(diào)、風(fēng)機(jī)、電纜卷盤和整車電源的輸出

2.2 逆變控制器選擇要點(diǎn)

在設(shè)計(jì)太陽能輔助系統(tǒng)的過程中，需要保證逆變控制器的安裝質(zhì)量。在選擇逆變控制器時(shí)，主要從以下2個(gè)方面進(jìn)行選擇：1） 確定車廂內(nèi)部的用電負(fù)載。在該光伏儲(chǔ)能應(yīng)急電源系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計(jì)的過程中，風(fēng)機(jī)為250 W，照明為40 W，卷盤電機(jī)為1500 W，最大功率為1790 W。在對逆變控制器進(jìn)行合理選擇時(shí)，需要以車廂內(nèi)部用電的最大負(fù)載為基礎(chǔ)，保證逆變控制器選擇的合理性。2） 選擇控制器。在選擇過程中，必須掌握控制器的功能，使蓄電池充放電與太陽能電池板處于最佳的工作狀態(tài)。一般要保證逆變控制器的輸出功率必須比負(fù)載的最大功率更大。對蓄電池進(jìn)行選擇時(shí)，需要準(zhǔn)確計(jì)算每天消耗的負(fù)載。在安裝蓄電池時(shí)，可以將4節(jié)電池串聯(lián)成1組蓄電池組；在選擇太陽能板時(shí)，必須根據(jù)應(yīng)急電源車所在地區(qū)的日照時(shí)間合理地選擇蓄電池儲(chǔ)能的容量。在完成計(jì)算太陽能板的峰值功率后，可以選擇合適的太陽能板，可以將20片太陽能電池安裝在能源車頂部，組成4串以并聯(lián)方式連接的太陽能電池板組件，從而滿足光伏儲(chǔ)能電源車的使用需求。逆變器如圖3所示。

圖2 車頂太陽能板安裝完畢示意圖

2.3 逆變控制器功能設(shè)計(jì)

完成選擇逆變控制器的工作后，需要充分了解逆變器的主要應(yīng)用功能，保證逆變器功能的完善性。一般逆變控制器的主要功能包括以下3個(gè)方面：1）要根據(jù)逆變控制器的主要充電模式對充電功能進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。通常，逆變控制器的充電功能主要包括光伏（PV）充電、市電不充電和PV與市電同時(shí)充電2種模式。在第一種模式運(yùn)行的過程中，可以同時(shí)連接光伏（PV）與市電，但是在陽光充足的情況下只有PV在充電。而在第二種模式中，如果同時(shí)連接PV與市電對蓄電池進(jìn)行充電，PV與市電可以同時(shí)進(jìn)行充電，能夠提高充電的速度，具體情況如圖4所示。2） 市電互補(bǔ)功能。該種互補(bǔ)模式主要包括市電優(yōu)先模式（該模式下蓄電池逆變供電為備用回路）和DC逆變優(yōu)先模式（該模式下市電為備用回路）。在第一種模式運(yùn)行的過程中，要同時(shí)連接蓄電池與市電，并將市電作為優(yōu)先供電，如果遇到市電停止運(yùn)行，可以自動(dòng)轉(zhuǎn)化為蓄電池逆變供電。在具體的操作過程中，主要是市電經(jīng)過交流電壓調(diào)整器或交流電源穩(wěn)壓器（AVR）穩(wěn)壓后輸出，同時(shí)能夠?qū)π铍姵剡M(jìn)行充電。如果市電停電，在5 ms內(nèi)，系統(tǒng)可以自動(dòng)切換為逆變供電模式，保證供電的穩(wěn)定性與持續(xù)性。市電恢復(fù)后，系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)化為市電供電模式，并為蓄電池充電。而在第二種模式DC逆變優(yōu)先中，市電備用不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）功能模式在運(yùn)行過程中，將蓄電池直流電作為有限用電，并對其進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化成交流電后進(jìn)行負(fù)載供給。如果蓄電池容量不足，能夠根據(jù)預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)化步驟為市電供電。具體的運(yùn)行步驟為蓄電池有電時(shí)，直接由逆變器完成負(fù)載供電；如果蓄電池電量不足，可以在5 ms內(nèi)轉(zhuǎn)化為市電供電模式，蓄電池電量充足后，再自動(dòng)轉(zhuǎn)換為逆變供電[4]，具體情況如圖5所示。3） 其他功能。在逆變控制器的應(yīng)用與安裝過程中，需要設(shè)置定時(shí)功能以及記錄查詢功能。對定時(shí)功能進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要設(shè)計(jì)定時(shí)開關(guān)和睡眠2種模式。需要提前設(shè)定好具體的時(shí)間，確保蓄電池可以正常地輸出電量。設(shè)置時(shí)間關(guān)閉逆變器的交流輸出功能就可以進(jìn)入睡眠模式（防止電池過度放電），從而保證蓄電池的穩(wěn)定性。除此之外，利用定時(shí)功能還可以實(shí)現(xiàn)逆變與市電之間的切換，根據(jù)蓄電池實(shí)際可以給負(fù)載供電的理論時(shí)間，在實(shí)際操作中設(shè)置系統(tǒng)的切換時(shí)間，切換前使用逆變輸出供電，切換后使用市電供電。該模式一般適合在分段收費(fèi)的區(qū)域進(jìn)行應(yīng)用。記錄查詢功能主要包括故障模式查詢以及放電時(shí)間查詢等；故障模式查詢可以了解光伏儲(chǔ)能應(yīng)急電源系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的故障信息；放電時(shí)間查詢能夠充分了解蓄電池上次的用電時(shí)間，有利于全面了解光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的具體應(yīng)用狀態(tài)。

圖3 逆變器智能控制屏示意圖

圖4 逆變器充電功能原理方框圖

圖5 市電互補(bǔ)功能原理方框圖

3 結(jié)語

綜上所述，在對儲(chǔ)能應(yīng)急電源車太陽能輔助系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要充分發(fā)揮太陽能電池板的積極作用。這是當(dāng)前太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用的主要趨勢。太陽能板的儲(chǔ)能發(fā)電應(yīng)用與當(dāng)前的用電實(shí)際需求相貼近；并且在該次儲(chǔ)能應(yīng)急電源車太陽能輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，整體設(shè)計(jì)方案比較合理，基本可以滿足電力企業(yè)對配電網(wǎng)應(yīng)用的實(shí)際要求。對儲(chǔ)能應(yīng)急電源車上的太陽能輔助系統(tǒng)進(jìn)行安裝，可以防止在野外作業(yè)時(shí)出現(xiàn)電能儲(chǔ)量流失的情況，進(jìn)一步保證了儲(chǔ)能應(yīng)急電源車供電的穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)太陽儲(chǔ)能應(yīng)急電源車時(shí)，需要充分利用膠體電池太陽能，從而保證能量存儲(chǔ)的穩(wěn)定性和合理性，同時(shí)要與柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行有效配合，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)無縫切換，保證供電的穩(wěn)定性與持續(xù)性。在對一些海島、駐守部隊(duì)以及無電無人區(qū)進(jìn)行保供電時(shí)，電池儲(chǔ)能應(yīng)急電源車太陽能輔助系統(tǒng)可以發(fā)揮重要作用，并且有利于鞏固我國的國防建設(shè)工作。需要注意的是，在設(shè)計(jì)儲(chǔ)能應(yīng)急電源車太陽能輔助系統(tǒng)時(shí)，需要遵循環(huán)保生態(tài)的理念，從而真正地推動(dòng)太陽能系統(tǒng)在應(yīng)急產(chǎn)業(yè)中的創(chuàng)新應(yīng)用，提高我國太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用與創(chuàng)新水平。