航標(biāo)供電系統(tǒng)設(shè)計

摘 要：本文介紹了航標(biāo)工程設(shè)計中供電系統(tǒng)各個參數(shù)的確定方法，提出了在工程中需要注意的問題，具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：航標(biāo)工程；設(shè)計；供電系統(tǒng)

中圖分類號：U644.4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）06-0039-02

Abstract：The method of calculating the parameters of power-supply system in the designing of navigation engineering is proposed in this paper. Several problems to be noticed is also put forward. This paper provides reference for the similar engineering.

Keywords：navigation project；design；power supply system

0 引 言

航標(biāo)（Aids to navigation）在引導(dǎo)船舶安全、經(jīng)濟航行中起重要作用。航標(biāo)工程涉及的知識面很廣，包括航海技術(shù)、電子技術(shù)、無線電導(dǎo)航、聲光學(xué)和自動化技術(shù)等多學(xué)科知識。新的相關(guān)技術(shù)的發(fā)展也推動著航標(biāo)科技的迅速發(fā)展。太陽能電池作為一種綠色的新能源，由于其具有工作可靠、維護簡單、沒有污染等獨特的優(yōu)點，被廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域，航標(biāo)工程中也越來越多地采用太陽能不間斷電源系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)基本介紹

系統(tǒng)的工作原理：受太陽運動規(guī)律影響，蓄電池組件電力供應(yīng)源存在差異，其中白天電力供應(yīng)源為太陽能電池陣列，夜間電力供應(yīng)源為蓄電池組。電力供應(yīng)情況如圖1。從中能夠看出，充電控制器的控制作用十分顯著。航標(biāo)工程設(shè)計的一個重要任務(wù)是根據(jù)航標(biāo)所處的地理位置、氣候條件及負載供電量，確定太陽能電池陣列的輸出功率和蓄電池組件容量。

2 自然條件資料的收集[1]

在設(shè)計過程中，根據(jù)航標(biāo)所處的地理位置收集當(dāng)?shù)氐哪昶骄鶜鉁亍v史最高氣溫、歷史最低氣溫、年平均濕度、年平均風(fēng)速、歷史最大風(fēng)速等，尤其是月平均日照時間、歷史最長陰雨日數(shù)、月平均傾斜面總?cè)丈淞俊⒃缕骄矫嬷鄙淙丈淞亢驮缕骄矫嫔⑸淙丈淞俊?/p>

上述觀測數(shù)據(jù)可以從有關(guān)氣象部門獲得，尤其水平面的總?cè)丈淞恳言谑澜缟隙鄠€地點進行了觀測，按各月的日平均值匯集成冊發(fā)表。有些資料直接發(fā)表了太陽能電池具有一定傾斜角時的月平均傾斜面總?cè)丈淞浚芍苯邮褂谩．?dāng)航標(biāo)所處地理位置不在有關(guān)資料的典型地區(qū)時，可參考相鄰典型地區(qū)的有關(guān)觀測數(shù)據(jù)插值獲得。

3 確定蓄電池組件容量

在航標(biāo)供電系統(tǒng)中，蓄電池組是不可缺少的重要部件。太陽能電池陣列發(fā)電系統(tǒng)的輸出能量極不穩(wěn)定，必須配置蓄電池才能工作。蓄電池的作用是接受太陽能電池的充電，以存儲電能，在夜間和陰雨天時給負載（主要是航標(biāo)燈）供電。蓄電池容量如果超過既定標(biāo)準，那么電力供應(yīng)效果達不到預(yù)期要求，還會影響蓄電池的應(yīng)用性能，導(dǎo)致蓄電池的應(yīng)用時間縮短。一旦容量超出既定標(biāo)準，那么虧電狀態(tài)下的蓄電池會出現(xiàn)電力資源浪費現(xiàn)象；一旦容量小于既定標(biāo)準，那么蓄電池所提供的照明亮度不足以滿足夜間航行需要，極易發(fā)生航行危險。

所需蓄電池組件容量：

其中，P（AH）為航標(biāo)燈每天消耗的電能，N為連續(xù)最大陰雨天數(shù)，γ為安全系統(tǒng)，取值1.1～1.4之間，τ為溫度修正系數(shù)，一般在0℃以上取1，-10℃以上取1.1，-10℃以下取1.2，η為鉛酸蓄電池組的放電深度，通常可達75%～80%，但考慮到蓄電池組件的壽命等影響因素，一般取η=60%～70%為宜。

4 太陽能電池陣列的基本設(shè)計

電能產(chǎn)生的主要原理：陽光照射太陽能電池（單片）會產(chǎn)生光電效應(yīng)，電能在光電效應(yīng)的帶動下隨之產(chǎn)生。一般來講，太陽能電池陣列是在太陽能電池組合的基礎(chǔ)上形成的，即PN結(jié)單片太陽能電池不能更好地滿足使用需求。

（1）工作電流I2：

其中，Q為陰雨天富余系數(shù)，Q=0.21～1.00；T為選定每天日照時數(shù)。

（2）工作電壓V2：為保證蓄電池組電能持續(xù)供應(yīng)，盡可能減少組件電壓在季節(jié)方面的影響，務(wù)必擴大輸出電壓值，并滿足下列公式：

其中，VF為蓄電池組件的浮充電壓，VD為因阻塞二極管和線路直流損耗引起的壓降，VT為因溫度升高引起的壓降，Va為太陽能電池組件的標(biāo)稱工作電壓；a是太陽能電池陣列的溫度系數(shù)，對晶體硅電池組件來說，a=0.005；tmax為太陽能電池陣列的最高工作溫度。

（3）太陽能電池陣列功率P2的選定：已知工作電流I2，工作電壓V2，則輸出功率：

其中，K為考慮一些未知工作因素而引入的安全系數(shù)，根據(jù)電壓等級、數(shù)據(jù)準確程度和運行環(huán)境等，在1.05～1.30之間選取。

5 需要考慮的其他問題

5.1 安裝方向和傾角

為了充分發(fā)揮太陽能電池的效益，必須對太陽能電池陣列的安裝方向和傾角有一定的要求。按照負載耗電情況、當(dāng)?shù)貧夂驙顩r和地理條件來確定最佳的安裝角度。文獻[2]對這個問題進行了大量研究，通常采取全年固定安裝角度，北半球安裝方向應(yīng)朝向正南，角度與當(dāng)?shù)鼐暥认喈?dāng)，這樣在一年中可以獲得比較均勻的熱效率，盡量滿足方陣平面上太陽能輻射量連續(xù)性、均勻性和平衡性的要求，降低系統(tǒng)成本。

5.2 熱島效應(yīng)

太陽能電池組件由多片太陽能電池組合而成，由于單片太陽能電池一般不能使用，所以實際應(yīng)用的是太陽能電池組件，該組件能夠達到期望的電壓值。在適當(dāng)位置安裝防鳥針，亦或是傾斜擺放太陽能電池，均能起到預(yù)防熱島效應(yīng)的作用。太陽能電池組件在使用過程中，如果有一片太陽能電池單獨被遮擋，例如鳥糞等，單獨被遮擋的太陽能電池在強烈陽光照射下會發(fā)熱損壞，導(dǎo)致整個太陽能電池組件損壞。

6 結(jié) 論

太陽能作為一種綠色的新能源，隨著技術(shù)的不斷進步，必將得到更加廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計方案綜合考慮多種要素，對航標(biāo)工程設(shè)計具有一定的參考意義。

參考文獻：

[1] 王英志.航標(biāo)設(shè)備 [M].大連：大連海運學(xué)院，1991.

[2] 胡建新，浦燮民，李肅萍.航標(biāo)太陽電池安裝方向和傾角的探討 [J].水運工程，2003（2）：40-43.

作者簡介：洪平縣（1972.12-），漢族，福建漳浦人，助理工程師，本科。從事專用標(biāo)設(shè)計及管理工作。