谈无线网络管理的驳船太阳能供电系统范文

摘要：随着现代经济的快速发展，节能减排已经成为全球关注的课题，现代科技的发展需要更好地解决经济发展中遇到的问题。本文设计了一种降低业主运营成本、安全可靠的太阳能互补供电系统，太阳能充放电控制器配置联网查询功能，可通过手机APP监测电池实时电量，电池电量低等报警可通过手机短信推送相关人员。

关键词：无线网络；太阳能；供电

0引言

随着国民经济的快速增长，航运业和造船业取得了令人瞩目的成就，但如何能够合理利用能源、降低能耗成为船舶行业最为关心的问题之一[1]。面对越来越严苛的减排规则和高昂的燃油费用，应寻找行之有效的节能减排技术。太阳能是一种清洁无污染的能源，符合节能减排的要求。本船为钢质非自航双壳舱口驳船，设置1台1480kW的主发电机，主要向艏部和艉部2台装运集装箱的门座式吊机及其工作状态下必要的生活设施供电。另设置1台75kW的辅发电机，当主发电机未工作时，向船上的生活设施及照明设备供电。考虑到本船为非自航驳船，且船舶非作业时运行设备使用较少功率较低，如果一直使用辅发电机供电，不利于节约运营成本。基于以上情况配置1台太阳能供电系统，既满足船舶人员生活需求又节约运营成本。传统的太阳能供电系统需要人员来查看系统的运行状态，避免系统亏电造成的突然停电，本设计能够合理解决系统的管理问题，能够在节能减排的同时，提高人工效率，减少人工成本。该系统组成如图1所示。

1太阳能网络管理系统设计思想

箱型吊杆驳为节约运营成本，安装太阳能板及储电蓄电池，日照条件好的情况下，太阳能电池组件在一定强度的太阳光照射下产生电能，通过太阳能充放电控制器存储到蓄电池内，夜晚蓄电池通过充放电控制器为负载提供电能。通常太阳能系统设计时要根据实际情况增大蓄电池的容量，以保证阴雨天的照明及空调运转。如果遇到长时间的阴雨天，作业时可通过主配电板给蓄电池充电，停止作业时蓄电池存储的直流电能通过逆变器转换成交流电，供照明及休息处所空调使用。避免小负载动用发电机造成浪费的情况出现，可通过2种方式的互补，最大可能避免发电机轻载运行情况的出现，可以节约成本，减少环境污染。

1）当船舶处于工作时间时，由发电机供电给全船设备，太阳能板优先给蓄电池充电，不对外供电。设置充电监测器对太阳能板的充电效率进行检测，发现当天太阳能板的充电效率不足以使蓄电池达到充满状态时，则需在吊机结束作业前，手动启动蓄电池充电机对蓄电池进行充电，保证在吊机停止作业前，蓄电池达到充满状态，满足每晚10h的照明及空调的用电量。

2）当船舶在非作业时间时，蓄电池处于放电状态，供生活设备使用。蓄电池设置预警功能，一旦蓄电池放电到达电量低位极限，警报提醒值班人员，当报警未在规定时间处理时，自动启动停泊发电机。

3）太阳能充放电控制器配置联网查询功能，可通过手机APP监测电池实时电量。

4）太阳能板布置采用平行斜排布置方式。

5）太阳能系统为船上照明（约1kW）和空调设备（约1.75kW）供电10h。

2太阳能网络管理系统设计原则

实用性、可靠性、先进性是系统规划设计的主要目标，针对系统的要求，规划设计中遵循智能化、模块化、标准化原则。

1）智能化：整个系统以管理中心为核心，充分体现了系统的智能化。

2）模块化：整个系统中能用的设备均为模块设计，系统的结构也遵循这一原则，这样系统层次分明，符合系统的可扩展性和国家标准工艺流程，便于使用、维护及系统扩容。

3）标准化：根据严密保安和高度可靠性要求，系统中的设计和设备都执行标准化要求，完全参照行业相关标准，充分体现系统的先进性和标准化的要求，将系统规范化、产品标准化作为重要的设计原则。

3太阳能网络管理系统组成

3.1太阳能光伏组件

光伏组件采用300Wp的单晶硅太阳能电池组件。电池组件尺寸为1640mm×992mm×40mm；电池组件重量为21.0kg；电池组成为60片单晶硅电池串联，满足IEC61215标准，标准功率300W；开路电压为35.4V。短路电流为9.52V；最佳工作电压为30.5V。最佳工作电流为9.93A；开路电压为-40~+80℃；正常使用25年后组件功率损坏不超过初始值20%。

3.2充电控制器

充电控制器采用直冲式/PWM控制方式，充电电流100A，额定充电电压96V。强充电电压118.4V，属于直充快速充电，一般是在蓄电池电压低的时候用相对高电压对蓄电池充电，该电压也称为直冲保护点电压。均衡充电电压设计是在直充结束后，充电控制器静置一段时间，让其电压自然下落，当下落到“恢复”电压时，均衡充电拉回个别端电压相对偏低的电池，使所有的电池端电压具有均匀的一致性。浮充电压及浮充控制点电压当均充完毕后，蓄电池被静置一段时间，其端电压自然下落，下落至“恢复充电电压”时，就进行浮充状态，采用PWM方式类似于“涓流充电”电池电压一低就充上一点，以免电池温度持续升高，对蓄电池有利，充电控制器设计参数如表1所示。

3.3交流逆变电源

交流逆变电源参数如表2所示，将光伏太阳能板产生的可变直流电压转换为船电频率交流电的逆变器，供船上的负载使用。

3.4蓄电池组

蓄电池放电的容量随放电电流增大而减小，反之放电容量则增大；蓄电池放电的容量随温度增加而增大，随温度减小而减小。蓄电池采用独特配方的电解液添加剂，常温下贮存12个月，容量保留在90%以上。电池存放一段时间后可以通过开路电压得出电池剩余容量。浮充电压每只13.5V，初始充电电流不大于0.1CA。循环使用时电池采用恒压限流式充电，充电电压每只14.1V，初始充电电流等同于浮充使用。如电池使用前经过长期贮存，则需补充电。蓄电池充电第一阶段：恒流0.1CA充电，电压上升到14.2V转第二阶段。第二阶段：恒压14.2±0.1V充电，电流逐渐下降到小于0.03CA，转第三阶段。第三阶段：涓流充电，恒压13.7±0.1V充电。

3.5无线网络模块

4G通信功能采用DTU模块，插入SIM卡后，建立4G图2蓄电池充电特性曲线网络连接，网络将充电控制器监测到的太阳能供电状态，通过手机APP推送，同时查看太阳能具体供电状态，对报警信息进行突出显示。重要报警信息具备短信报警功能，通过短信网关进行短信报警，及时收到报警信息。在不用巡查的基础上，确保用电安全及解决断电风险。

4太阳能网络管理系统实船效用

太阳能网络管理系统在驳船上的应用，极大地节省非营运时间发电机燃油消耗，降低发电机废气排放，响应了国家节能减排的号召，提高了清洁能源的使用率。船舶航运是当今世界货物运输的主要营运方式,为迎合可持续发展道路,需研发出更加科学环保的绿色船舶[2]，以满足船舶与环境和谐发展的需求。

5结语

太阳能作为一种船舶新能源,被视为前景良好的能源技术,主要用途体现在光热利用、发电利用、光化利用和燃油利用等方面。本文将太阳能网络管理系统应用在驳船上非工作时间的实例，是对网络管理太阳能发电的一个典型应用，对今后类似项目的实施具有一定的参考意义。

参考文献：

[1]曹林,李彬彬.高效节能绿色变频-变频技术在船舶领域的应用[J].船舶物资与市场.2015,(3):45-48.

[2]魏伊凡.太阳能技术在船舶上的应用可行性分析[J].科技风.2018,(26):154.

作者：亢晓勇 单位：中交四航局江门航通船业有限公司