魏明洋1魏光辉2李冰2吴树森2
1呼中区气象局黑龙江呼中165036；2漠河市气象局黑龙江漠河165399
摘要：区域自动气象站点的密度大量增加，保障气象设备的正常工作，是气象工作者一项重要责任和工作内容。
关键词：区域自动站供电改造
前言
随着人类对地球资源不断的开采消耗，地球气候变幻无常。气候的变化与人类的工作、生活息息相关影响巨大，人类对大气科学的研究、掌握和使用已提到一个新的高度。
1概述
区域自动气象站主要是由气象传感器、微电脑气象数据采集仪、电源系统等部分构成，是一种能主动观测和传递气压、气温、相对湿度、风向、风速和雨量等常规气象要素信息，进行地面气象观测、储存和发送观测数据。本文重点阐述区域自动气象站太阳能供电系统的升级改造
2供电系统改造方式及实现
2.1区域站初始供电方式
区域站电源有些位置是两块蓄电池与一块太阳能板组成，太阳能板具有的作用是白天可以为传感器、采集器以及蓄电池提供电源，在晚上是蓄电池为传感器与采集器提供电源。然而这两部分是整个自动站不可缺少的电源组成部分。
2.2区域站供电系统改造方式与实现
2.2.1交直流共同供电增加交直流转换控制单元
现有供电系统固定不变，添加交直流改变控制单元，2元素与4元素设备需要加以改造，增加电池箱，添加1节蓄电池。变压之后，在AC/DC控制单元中输入15伏左右的交流电，与此同时，太阳能直流电由控制单元的另一路输入，蓄电池组的输出与控制单元的输出相联之后，与采集器原电池接入端口位置进行连接。这样做的优势是：通过交直流同时提供电源，如果其中一方发生问题，可以确保设备正常工作。缺点是在改造过程中需要花费较多的费用，过程具有复杂性。
2.2.2增加太阳能电池板面积，改变电池箱，增加电池数量
将原有的太阳能电池板调换为25瓦，以便于可以增加电源的供应量，将蓄电池从原来的2节6v12AH增加至3节6v12AH，这样一来可以扩充存储量，同时设备之间的连接线固定不变。这样做的优点是：经过改变后，区域站能够在很长的时间中能够保持正常工作，并且在改造过程中不需要投入较多的费用。缺点是：因为电流的增加，增加了电源控制系统，提升了电源模块的损耗。
2.2.3引入市电，增加时控开关和开关电源，调整输出电压
利用时控开关把220V的开关与开关电源进行相连之后，调整、降压输出稍高6V或者是12V后和太阳能输电线同时接入采集器的太阳能输入断口。通常状况下，把失控开关更改为每天的7点至19点关，其他时间开启；同时还可以划分时间段进行开关。这样做的优势是：设备用电能可以得到有效保障，不会花费太多的费用。缺点是：如果在连续阴雨天情况下，交流电源长时间断电，就会使蓄电池消耗众多的电量、电池报废甚至设备停止工作。
2.2.4交流电直接供电方式
将太阳能电池和采集器之间的连接进行切断，把220V市电与开关电源进行连接，降压、调整输出稍高6V或者是12V之后，增加至采集器上的太阳能输入端口。这种做法具有的优势是：电源稳定，费用较低，充电充分。具有的缺点是：交流电源不可以长期断电，这样就会使蓄电池消耗大量电量，最终致使不能充足供电。
3太阳能电池板的角度
通过向日葵的向日原理，普通跟踪装置的设定原理，总结出最佳方案及最适结果。接着建立出太阳方位角、太阳高度角，时间函数，求出数学表达式，绘制出函数图象。建立适当的空间直角坐标系，以太阳方位角、太阳高度角来确定太阳能电池板面的指向和角度。
由于呼中区和漠河市的地理位置和冬季积雪情况（图1），理论上的太阳能电池板安装角度，在隆冬季节都会被大雪覆盖的严严实实的，甚至结冰。由于太阳能电池板无法发电造成区域自动气象观测站无法工作，资料缺失。
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假设蓄电池（铅酸类蓄电池）电压为12V，控制器在常温（25摄氏度）情况下，停充电压为13.7V。也就是说在温度为25摄氏度的时候，当太阳能板将12V蓄电池的电压充到13.7V的时候，控制器会自动将其断开，防止蓄电池过度充电。
太阳能蓄电池的工作环境温度可以在较大的范围内变化。电池的短路电流并不强烈的依赖于温度。随温度上升，短路电流略有增加，但开路电压和填充因子都会减小，所以温度升高对电池的总影响是降低效率，使输出功率降低。单晶硅太阳能电池温度每升高一度，输出功率将减少0.4%到0.6%，但GaAs电池对温度变化的灵敏度仅为硅电池的一半。温度过高和过低都还会影响电池的寿命，所以为了得到较大的功率输出，对太阳能蓄电池进行温度补偿是非常必要的，如果不对蓄电池进行温度补偿，如蓄电池在冬天的充电容量有可能只达到常温时的50％左右，甚至会更低，必然使蓄电池的放电安时数达不到设计时的使用标准。呼中区、漠河市冬季雪下温度在-40℃。通过两局气象科技人员多年试验，将蓄电池装在全密封的地埋箱中（图4），深埋0.5—1.0米对蓄电池进行温度补偿、切实达到蓄电池温度要求，提高了蓄电池抗寒能力，从而保障了正常供电。
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5总结
通过改造后的区域自动气象观测站，供电系统提高了抗寒能力，最低气温-45℃以下正常工作。数据传输率达100%。同样也适合国家级气象观测站及其他行业的寒区太阳能供电的需求。
参考文献
[1].徐青饶.区域自动气象站光储互补系统应用浅析[J].农家参谋,2019（2）：48.
[2].刘磊.浅谈新余市区域自动化气象观测站升级改造方法[J].大科技,2017（6）：76-77.