摘要：对于自供电这一新型供电技术，有很多人或许还比较陌生。自供电技术，其实就是一种新能源技术，其通过采集环境及人体活动时的声、光、热、力等各种形式的能量，将其转化为电能，为微低功耗电子系统或设备供电，可极大延长电子产品的续航时间，甚至可以实现无限续航，从而使一些电子产品不再需要电池。本文就对电力系统电气设备自供电技术做了简要阐述。
关键词：电力系统；电气设备；自供电技术；探讨
引言：目前主流的自供电方式有激光供能、光伏电池供能、超声波供能等。激光供能输出精度高、供能稳定，但成本较高；光伏电池是一种可再生能源，不产生温室气体，但易受外界环境的影响，不能实现持续供能；超声波供能较为安全可靠，但设备成本较高，并且超声波—电能的转换率较低。鉴于此，对上述自供电方式进行总结，分析各取电方式的特点及其应用，结合存在的问题分别对其应用前景进行展望。
1光伏发电技术分析
光伏发电技术是利用半导体材料的光伏效应将太阳能直接转化为电能的固态发电技术，是太阳能利用的重要形式
1.1光伏发电主要技术类型
目前在用的光伏电池技术主要包括晶硅电池、薄膜电池和聚光太阳电池，其中晶硅电池应用最广泛，约占90%；薄膜电池近年增长迅速，占比接近10%；聚光太阳电池近年发展迅速，但占比仍然很小。
1.1.1晶硅电池技术
晶硅电池主要可分为单晶硅电池和多晶硅电池，其技术成熟度高，产业规模较大。目前商业化生产的单晶硅电池的光电转换效率为17%左右，实验室效率最高可达到24.7%。单晶硅电池使用寿命一般可达15年，最高可达25年。单晶硅电池的构造和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。
1.1.2薄膜电池技术
薄膜电池根据材料体系不同主要可分为硅基薄膜电池和多元化合物薄膜电池，目前技术还不完全成熟，产业化规模相对较小。硅基薄膜电池硅材料消耗很少，电耗低、成本低、重量轻，便于大规模生产，其主要优点是在弱光条件下也能发电，主要问题是光电转换效率偏低。目前，国际上商业化生产的硅基薄膜电池的效率为6%~8%，且不稳定。
1.1.3聚光太阳电池技术
聚光太阳电池利用聚光的办法提高太阳电池表面照度，相当于用光学系统代替昂贵的太阳电池，在降低成本的同时提高了效率。聚光太阳电池技术最显著的优点是高光电转换效率，德国Fraunhofer研究所开发的三结砷化镓聚光电池的效率可达到42.7%。在相同的外部条件下，结合双轴追日技术的应用，聚光太阳电池年发电量为传统晶硅电池的1.2~1.4倍。
2激光供能技术的应用
无人机激光跟踪与供能系统主要由地面端的激光跟踪、能量发射系统和机载端的激光接收与能量转换系统组成。地面端系统主要包括：激光发射控制单元、传输光路和捕获、瞄准、跟踪（acquisition，pointing，tracking，APT）单元。机载端系统主要包括：合作目标（角反射器或反射膜或引导灯）、激光接收模块以及充电电路模块。系统工作原理为：激光经过传输光路准直后进入激光跟瞄系统，通过计算机软件控制激光振镜的折转镜偏转对激光进行发射，无人机机载光伏电池接收光能并转为电能，通过电源管理系统，一部分供给无人机或机载用电器使用，一部分储存在机载锂电池中。
无人机上的机载光伏电池将接收到的激光转换为电能输出，目前市面上光电转换效率最高的是砷化镓电池，其最高光电转换效率可达51%，单位面积最高输出功率可达10W/cm2。合理高效地采集并储存这些电能对系统整体光电转换效率有较大影响。光伏电池的输出功率与其外加负载的等效阻值有很大关系，只有当外负载与光伏电池内阻相匹配时，光伏电池才能以最大功率输出。然而受到光伏电池的温度改变、老化、尘埃影响，以及激光跟踪过程中的不规则抖动与传输过程中的大气情况不同，均会导致光伏电池的内阻发生改变，在这种情况下，固定的外负载不可能始终获得光伏电池的最大功率输出。
3超声波供能技术的应用
目前，10kV配电线路的故障跳闸很大一部分是由鸟类的活动造成。如鸟类在杆塔上筑巢，首先由于鸟巢本身不绝缘，容易造成线路跳闸停电；其次鸟类在鸟巢周围排泄的粪便落在绝缘子上也容易造成线路跳闸停电，鸟类的活动对输配电线路造成了很大负面影响。
超声波驱鸟装置包括辅助设备部分和监测控制部分，装置由单片机控制发出超声波驱鸟。装置结构示意图如图1所示。
图1超声波驱鸟装置下载原图
辅助设备部分由固定条、太阳能面板、固定盒、叶片、发电机、蓄电池及整流罩组成。固定盒为立方体结构，左端装配有固定条，且左侧（如图1-a）向中间凹陷形成曲面，以方便安装在电杆上。如图1-b所示，固定盒上端固定太阳能面板，前侧端面上安装有叶片，叶片的中间位置安装有整流罩，发电机与蓄电池安装在固定盒的内部，发电机与叶片装配在一起，蓄电池安装在固定盒内部的中间位置。
监测控制部分由控制器、连接线、声音传感器、超声波发生器、单片机以及继电器组成。控制器安装在蓄电池的上端，单片机与继电器安装在控制器的内部，声音传感器装配在固定盒的右侧端面上，超声波发生器装配在固定盒的右侧端面，位于声音传感器的下侧。太阳能面板与发电机通过连接线与蓄电池相连接，蓄电池通过连接线分别与声音传感器、单片机、继电器、、超声波发生器相连接，声音传感器通过连接线与单片机相连接，单片机通过连接线与继电器相连接，继电器通过连接线与超声波发生器相连接。
该驱鸟装置通过添加太阳能面板、整流罩以及超声波发生器来改进传统驱鸟装置。装置通过将太阳能和风能转化为电能进行存储，保证了长时间可靠工作；整流罩的添加既减少了风阻，又可以防止叶片与发电机的连接处受到雨水的侵蚀；用超声波发生器发出的超声波驱鸟既可以有效地对鸟类进行驱赶，又弥补了驱鸟剂驱鸟持久性不足的缺点。
4自供电技术总结及展望
基于以上分析，自供电技术研究虽然取得了一定的进展，但仍存在很多问题需要进一步探讨。在高压输配电领域，主要应用于电力系统在线监测、巡线机器人等电力设备；在智能电网领域，主要应用于户外智能开关柜、输配电监测电源、电力无线测温系统等。为了进一步提高光伏电池的效率，高效化电池工艺将会得到大力发展，包括发射机钝化以及双层减反射膜工艺等。超声波供能输出的功率大，在电力设备供能方面的优势越发明显。电容分压供能通过调整电容的大小获得不同的电压输出，从而获得所需功率，在数字化变电站、环网柜等电力设备中会得到更广泛的应用。
结论：虽然现有的各种自供电方式都有各自的特点及应用范围，也具有较为完善的理论体系支持，但是一些关键技术还有待进一步研究，比如激光供能与光伏电池的光电转换效率、超声波供能的传输效率偏低等问题。到目前为止，国内外还没有研制出传输距离远、输出功率大且安全稳定的自供电方式。随着智能电网的发展，电力设备自供电技术凭借其无需独立电源供电、适用性强等优势，在电力系统电气设备中有很大的应用前景，如果自供电技术在理论与技术上有进一步的创新，将具有重要的实际意义。
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论文作者:邹瑞翔
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/18
标签：电池论文; 超声波论文; 技术论文; 光伏论文; 激光论文; 效率论文; 电能论文; 《电力设备》2018年第18期论文;