自给自足的无线通信能源供应系统--太阳能供电系统和蓄电池供电系统为无线通信供应能

作者:本网编辑 文章来源:《流程工业》(化工) 发布时间:2010-07-05

 
今天,已经有多种多样的无线通信技术能够获取远方传感器采集到的数据,而且还省略了投资巨大的接地以及可与接地相比较的电缆敷设。为了能够给远距离的无线通信系统和传感器提供能源动力,工业化的独立太阳能供电系统和蓄电池供电系统提供了很好的解决方案。

在基础设施不好的情况下,无线通信模块和传感器可以利用太阳能供电装置或者蓄电池进行供电,而前提条件只有一个,这些系统是为工业化无线通信应用设计的。例如,Phoenix Contact公司研发设计的太阳能供电系统就带有预先设置好的、带有充电器、太阳能电池和过电压保护的电气控制柜。随同太阳能供电系统一同供货的安装配件保证了太阳能供电系统能够安全可靠的耸立在使用现场。该系统保证即使是在日照时间最短的冬季也能产生足够的电力,保障无线通信系统正常工作。同时供货的太阳能极板能够产生足够的电力,保障无线通信模块、GSM调制解调器、分散式配置的测值传感器或者其他仪器供电。当无线通信系统工作时所消耗的电力不超出正常耗电量时,即使遇到连续几天的阴雨天太阳能供电系统也能够依靠自给储蓄的能量维持正常工作。

无线通信系统所需的功率大小取决于它所带动的负载和使用地点。例如,南欧的日平均每米光照强度是北欧的18倍。而且一年之中日光的照射强度也是变化的,因此,按照日光照射量最少的月份(北半球)进行的太阳能极板设计是最基础的设计。为保证太阳能供电系统能够顺利的工作,选择在一年中都能正常工作的安装地点、最佳的倾角和方向是必要的先决条件。

根据具体使用情况的不同,Phoenix Contact公司可以提供不同的自给自足式的太阳能供电系统。对于要求连续对传感器进行监控的系统,太阳能供电装置应能为无线通信模块和传感器提供足够的电力。此时可以选用24V/100Wp的RAD-SOL-SET 24-100型太阳能供电系统。(注:这里的Wp表示的是太阳能极板的功率Wattpeak。这一概念表示的是对太阳能极板进行测试时用于标准化和对不同太阳能电池板或者太阳能模块进行比较的功率。)

在许多应用情况下,例如在太阳能设备工作情况非常稳定,变化比较缓慢的使用情况下,一般来讲不需要对它进行连续的监控。通常只需一天传送几次检测信号即可。对于这种应用情况,Phoenix Contact公司研发生产了RAD-Line IO型的太阳能设备,它的数据检测和传送周期可以按照实际需要进行调节。这种耗能很小的类型可以使用小型的12V/10Wp太阳能系统供电,或者使用结构紧凑的、安全防护等级达到IP 65的19Ah工业蓄电池供电。

注意驱动功率

为使太阳能设备中的用电器能够顺利的正常工作,并保证有几天时间的电力储备,因此驱动功率不得超过允许的驱动功率数值。很高的驱动功率只能偶尔地出现一次,决不能长期使用,否则蓄电池消耗的电力会比太阳能极板输入的电能要快。

Phoenix Contact公司的太阳能系统中使用了大功率的太阳能极板,太阳能转换成电能的效率很高。太阳能极板方阵安装在刚性的、易于装配的铝合金框架之中。接线盒安装在极板背面,有旁路二极管,它能可靠地避免太阳能极板方阵中各个极板不因过热而损坏。

免维修的蓄电池

作为存储能量的蓄电池,可以是各种各样能够反复充电的蓄电池。但传统的使用电解液的铅锌蓄电池不是那种免维护的蓄电池,它内部的硫酸溶液需要定期检查。此时,就存在着将酸和水分开的情况。在温度较低时,会引起水的结冰,从而可使蓄电池壳涨裂。因此,应使用铅胶蓄电池。它的电解液为一种凝胶状的物质,从而提高了维修性能和抗冻结性能。

太阳能充电控制器的任务是对太阳能系统的电力能源进行管理。它负责将太阳能极板方阵产生的电能提供给负载使用。另一方面,它还负责为蓄电池充电、负责在夜晚向检测和信号发射系统供电。这一充电控制器还具有过放电保护功能,充电电压温度补偿功能以及电能存储方式的选择功能。

过放电保护保证了蓄电池在过度放电之前、在蓄电池损坏之前负载断开。蓄电池电压的温度补偿考虑了各块蓄电池在温度升高时的电压升高值。从而保证了在各种温度条件下都有最佳的充电电压。只有这样,才能保证防止蓄电池充电电压出现错误,避免蓄电池的损坏。

在蓄电池系统中,还可使用高性能的锂-氩硫酰氯蓄电池(Li/SOCl2)。与水质电解液的初级蓄电池相比较,例如与普通的碱性蓄电池、锌-碳蓄电池相比,这种高性能的锂-氩硫酰氯蓄电池有着很高的功率密度(可达500Wh/kg)和很高的蓄电池单块电压;由于其自动放电的百分率很小,只有0.1%,因此其使用寿命可以长达十年之久。另外,它所允许的工作温度范围和使用环境温度差异相当大,有着很高的工作可靠性和使用寿命。

小结

当太阳能系统和蓄电池系统与工业化的使用环境相互匹配时,即可为用户的无线信号传送系统和传感器系统提供可靠的能源供应。

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