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摘要：隨著現代經濟的快速發(fā)展，節(jié)能減排已經成為全球關注的課題，現代科技的發(fā)展需要更好地解決經濟發(fā)展中遇到的問題。本文設計了一種降低業(yè)主運營成本、安全可靠的太陽能互補供電系統，太陽能充放電控制器配置聯網查詢功能，可通過手機APP監(jiān)測電池實時電量，電池電量低等報警可通過手機短信推送相關人員。

關鍵詞：無線網絡；太陽能；供電

0引言

隨著國民經濟的快速增長，航運業(yè)和造船業(yè)取得了令人矚目的成就，但如何能夠合理利用能源、降低能耗成為船舶行業(yè)最為關心的問題之一[1]。面對越來越嚴苛的減排規(guī)則和高昂的燃油費用，應尋找行之有效的節(jié)能減排技術。太陽能是一種清潔無污染的能源，符合節(jié)能減排的要求。本船為鋼質非自航雙殼艙口駁船，設置1臺1480kW的主發(fā)電機，主要向艏部和艉部2臺裝運集裝箱的門座式吊機及其工作狀態(tài)下必要的生活設施供電。另設置1臺75kW的輔發(fā)電機，當主發(fā)電機未工作時，向船上的生活設施及照明設備供電。考慮到本船為非自航駁船，且船舶非作業(yè)時運行設備使用較少功率較低，如果一直使用輔發(fā)電機供電，不利于節(jié)約運營成本。基于以上情況配置1臺太陽能供電系統，既滿足船舶人員生活需求又節(jié)約運營成本。傳統的太陽能供電系統需要人員來查看系統的運行狀態(tài)，避免系統虧電造成的突然停電，本設計能夠合理解決系統的管理問題，能夠在節(jié)能減排的同時，提高人工效率，減少人工成本。該系統組成如圖1所示。

1太陽能網絡管理系統設計思想

箱型吊桿駁為節(jié)約運營成本，安裝太陽能板及儲電蓄電池，日照條件好的情況下，太陽能電池組件在一定強度的太陽光照射下產生電能，通過太陽能充放電控制器存儲到蓄電池內，夜晚蓄電池通過充放電控制器為負載提供電能。通常太陽能系統設計時要根據實際情況增大蓄電池的容量，以保證陰雨天的照明及空調運轉。如果遇到長時間的陰雨天，作業(yè)時可通過主配電板給蓄電池充電，停止作業(yè)時蓄電池存儲的直流電能通過逆變器轉換成交流電，供照明及休息處所空調使用。避免小負載動用發(fā)電機造成浪費的情況出現，可通過2種方式的互補，最大可能避免發(fā)電機輕載運行情況的出現，可以節(jié)約成本，減少環(huán)境污染。

1）當船舶處于工作時間時，由發(fā)電機供電給全船設備，太陽能板優(yōu)先給蓄電池充電，不對外供電。設置充電監(jiān)測器對太陽能板的充電效率進行檢測，發(fā)現當天太陽能板的充電效率不足以使蓄電池達到充滿狀態(tài)時，則需在吊機結束作業(yè)前，手動啟動蓄電池充電機對蓄電池進行充電，保證在吊機停止作業(yè)前，蓄電池達到充滿狀態(tài)，滿足每晚10h的照明及空調的用電量。

2）當船舶在非作業(yè)時間時，蓄電池處于放電狀態(tài)，供生活設備使用。蓄電池設置預警功能，一旦蓄電池放電到達電量低位極限，警報提醒值班人員，當報警未在規(guī)定時間處理時，自動啟動停泊發(fā)電機。

3）太陽能充放電控制器配置聯網查詢功能，可通過手機APP監(jiān)測電池實時電量。

4）太陽能板布置采用平行斜排布置方式。

5）太陽能系統為船上照明（約1kW）和空調設備（約1.75kW）供電10h。

2太陽能網絡管理系統設計原則

實用性、可靠性、先進性是系統規(guī)劃設計的主要目標，針對系統的要求，規(guī)劃設計中遵循智能化、模塊化、標準化原則。

1）智能化：整個系統以管理中心為核心，充分體現了系統的智能化。

2）模塊化：整個系統中能用的設備均為模塊設計，系統的結構也遵循這一原則，這樣系統層次分明，符合系統的可擴展性和國家標準工藝流程，便于使用、維護及系統擴容。

3）標準化：根據嚴密保安和高度可靠性要求，系統中的設計和設備都執(zhí)行標準化要求，完全參照行業(yè)相關標準，充分體現系統的先進性和標準化的要求，將系統規(guī)范化、產品標準化作為重要的設計原則。

3太陽能網絡管理系統組成

3.1太陽能光伏組件

光伏組件采用300Wp的單晶硅太陽能電池組件。電池組件尺寸為1640mm×992mm×40mm；電池組件重量為21.0kg；電池組成為60片單晶硅電池串聯，滿足IEC61215標準，標準功率300W；開路電壓為35.4V。短路電流為9.52V；最佳工作電壓為30.5V。最佳工作電流為9.93A；開路電壓為-40~+80℃；正常使用25年后組件功率損壞不超過初始值20%。

3.2充電控制器

充電控制器采用直沖式/PWM控制方式，充電電流100A，額定充電電壓96V。強充電電壓118.4V，屬于直充快速充電，一般是在蓄電池電壓低的時候用相對高電壓對蓄電池充電，該電壓也稱為直沖保護點電壓。均衡充電電壓設計是在直充結束后，充電控制器靜置一段時間，讓其電壓自然下落，當下落到“恢復”電壓時，均衡充電拉回個別端電壓相對偏低的電池，使所有的電池端電壓具有均勻的一致性。浮充電壓及浮充控制點電壓當均充完畢后，蓄電池被靜置一段時間，其端電壓自然下落，下落至“恢復充電電壓”時，就進行浮充狀態(tài)，采用PWM方式類似于“涓流充電”電池電壓一低就充上一點，以免電池溫度持續(xù)升高，對蓄電池有利，充電控制器設計參數如表1所示。

3.3交流逆變電源

交流逆變電源參數如表2所示，將光伏太陽能板產生的可變直流電壓轉換為船電頻率交流電的逆變器，供船上的負載使用。

3.4蓄電池組

蓄電池放電的容量隨放電電流增大而減小，反之放電容量則增大；蓄電池放電的容量隨溫度增加而增大，隨溫度減小而減小。蓄電池采用獨特配方的電解液添加劑，常溫下貯存12個月，容量保留在90%以上。電池存放一段時間后可以通過開路電壓得出電池剩余容量。浮充電壓每只13.5V，初始充電電流不大于0.1CA。循環(huán)使用時電池采用恒壓限流式充電，充電電壓每只14.1V，初始充電電流等同于浮充使用。如電池使用前經過長期貯存，則需補充電。蓄電池充電第一階段：恒流0.1CA充電，電壓上升到14.2V轉第二階段。第二階段：恒壓14.2±0.1V充電，電流逐漸下降到小于0.03CA，轉第三階段。第三階段：涓流充電，恒壓13.7±0.1V充電。

3.5無線網絡模塊

4G通信功能采用DTU模塊，插入SIM卡后，建立4G圖2蓄電池充電特性曲線網絡連接，網絡將充電控制器監(jiān)測到的太陽能供電狀態(tài)，通過手機APP推送，同時查看太陽能具體供電狀態(tài)，對報警信息進行突出顯示。重要報警信息具備短信報警功能，通過短信網關進行短信報警，及時收到報警信息。在不用巡查的基礎上，確保用電安全及解決斷電風險。

4太陽能網絡管理系統實船效用

太陽能網絡管理系統在駁船上的應用，極大地節(jié)省非營運時間發(fā)電機燃油消耗，降低發(fā)電機廢氣排放，響應了國家節(jié)能減排的號召，提高了清潔能源的使用率。船舶航運是當今世界貨物運輸的主要營運方式,為迎合可持續(xù)發(fā)展道路,需研發(fā)出更加科學環(huán)保的綠色船舶[2]，以滿足船舶與環(huán)境和諧發(fā)展的需求。

5結語

太陽能作為一種船舶新能源,被視為前景良好的能源技術,主要用途體現在光熱利用、發(fā)電利用、光化利用和燃油利用等方面。本文將太陽能網絡管理系統應用在駁船上非工作時間的實例，是對網絡管理太陽能發(fā)電的一個典型應用，對今后類似項目的實施具有一定的參考意義。

參考文獻：

[1]曹林,李彬彬.高效節(jié)能綠色變頻-變頻技術在船舶領域的應用[J].船舶物資與市場.2015,(3):45-48.

[2]魏伊凡.太陽能技術在船舶上的應用可行性分析[J].科技風.2018,(26):154.

作者：亢曉勇 單位：中交四航局江門航通船業(yè)有限公司