在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的區(qū)域，其環(huán)境往往極為復(fù)雜多變。首先，地形方面，可能有高山峽谷、陡坡懸崖等地貌，地勢起伏大且崎嶇不平，這給供電系統(tǒng)的安裝與穩(wěn)固帶來極大挑戰(zhàn)，常規(guī)的固定方式很可能難以保證供電設(shè)備長時(shí)間穩(wěn)定處于合適位置。例如在一些山體滑坡易發(fā)地段，地面隨時(shí)可能出現(xiàn)松動、位移，若供電系統(tǒng)不能良好適應(yīng)，極易出現(xiàn)傾倒、損壞等情況。
再者，氣候條件也十分惡劣。暴雨可能會頻繁光顧，大量的降雨不僅會對供電系統(tǒng)的外露部件造成沖刷侵蝕，還可能引發(fā)洪澇，使設(shè)備浸泡在水中，進(jìn)而影響其正常運(yùn)行甚至直接損壞。泥石流同樣是常見的威脅，強(qiáng)大的沖擊力能瞬間摧毀沿途的供電設(shè)施。而且像雷電天氣也較多，若缺乏有效的防雷措施，太陽能供電系統(tǒng)中的電池板、控制器等關(guān)鍵部件極易被雷電擊中，導(dǎo)致故障。所以，應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害場景的太陽能供電系統(tǒng)必須具備應(yīng)對這些復(fù)雜環(huán)境的穩(wěn)定性和耐受性，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到部件防護(hù)等各方面都要充分考慮這些不利因素。
對于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測等相關(guān)工作而言，持續(xù)供電是至關(guān)重要的。地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生具有突發(fā)性和不確定性，為了能時(shí)刻掌握災(zāi)害區(qū)域的各種情況，諸如通過傳感器收集山體位移數(shù)據(jù)、地下水位變化數(shù)據(jù)等，以及利用監(jiān)測設(shè)備將這些數(shù)據(jù)及時(shí)反饋到指揮中心，供電系統(tǒng)就不能輕易出現(xiàn)斷電情況。一旦斷電，哪怕只是短時(shí)間的中斷，都可能導(dǎo)致關(guān)鍵數(shù)據(jù)缺失，使工作人員無法準(zhǔn)確判斷災(zāi)害的發(fā)展態(tài)勢，進(jìn)而影響后續(xù)的防災(zāi)減災(zāi)決策和救援行動部署。比如在滑坡隱患區(qū)域的監(jiān)測中，實(shí)時(shí)的土壤濕度、坡面傾斜度等數(shù)據(jù)需要持續(xù)傳輸，只有供電系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、不間斷地為監(jiān)測設(shè)備供電，才能確保整個(gè)監(jiān)測工作發(fā)揮應(yīng)有的作用，所以對其持續(xù)供電能力有著很高的要求。
離網(wǎng)太陽能供電系統(tǒng)主要由太陽能電池組件、控制器、蓄電池等構(gòu)成。太陽能電池組件負(fù)責(zé)將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，控制器對電池的充放電過程進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控，保障整個(gè)系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行，蓄電池則用于儲存電能，以便在光照不足，比如夜晚或者陰雨天等情況下為用電設(shè)備持續(xù)供電。
這種系統(tǒng)適用于那些無市電接入或者需要獨(dú)立供電的場景。在地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)場，倘若不方便連接外部電網(wǎng)時(shí)，離網(wǎng)太陽能供電系統(tǒng)就能發(fā)揮重要作用。比如在一些偏遠(yuǎn)山區(qū)發(fā)生山體滑坡后，周邊的臨時(shí)監(jiān)測點(diǎn)、救援指揮場所等若無法快速接入市電，離網(wǎng)系統(tǒng)便可迅速搭建，為相關(guān)設(shè)備供電。
其優(yōu)勢是獨(dú)立性強(qiáng)，不會受到外部電網(wǎng)故障、停電等因素的干擾，能夠隨時(shí)隨地為特定需求提供電能，并且可根據(jù)負(fù)載需求靈活配置組件和蓄電池容量。不過，它也存在一定局限，一方面初始投資成本相對較高，需要購置蓄電池等額外設(shè)備，還涉及到后續(xù)的維護(hù)保養(yǎng)成本；另一方面，發(fā)電能力易受天氣狀況影響，遇到連續(xù)的陰雨天氣或者光照不足的時(shí)期，可能出現(xiàn)電能儲備不足的情況，進(jìn)而影響供電的持續(xù)性。
并網(wǎng)太陽能供電系統(tǒng)的工作原理是先通過太陽能電池組件將太陽能轉(zhuǎn)化為直流電，隨后借助逆變器把直流電轉(zhuǎn)換為交流電，最終接入公共電網(wǎng)中。雖然它多用于大規(guī)模的電站建設(shè)，但在一些地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域周邊有市電可連接的地方，小型分布式并網(wǎng)系統(tǒng)同樣能展現(xiàn)其價(jià)值。
例如在災(zāi)害發(fā)生后，一些距離城鎮(zhèn)較近且市電網(wǎng)絡(luò)受影響較小的區(qū)域，對臨時(shí)增設(shè)的救援物資儲備點(diǎn)、醫(yī)療救助站等場所的用電設(shè)備進(jìn)行供電時(shí)，并網(wǎng)系統(tǒng)可以發(fā)揮作用。它的特點(diǎn)在于能與電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)良好的互動，可將多余的電能反饋給電網(wǎng)，在電能不足時(shí)又能從電網(wǎng)獲取電力，無需額外配置蓄電池等儲能設(shè)備，從而節(jié)省了成本，還避免了蓄電池帶來的二次污染等問題。
然而，并網(wǎng)系統(tǒng)也有自身的適用情況要求，它依賴于公共電網(wǎng)的正常運(yùn)行，一旦電網(wǎng)出現(xiàn)故障、停電或者受到自然災(zāi)害等影響，即便太陽能電池組件能正常發(fā)電，也可能無法正常為用電設(shè)備供電。并且其發(fā)電量受氣候條件影響明顯，在夜晚或者陰雨天等光照不佳的時(shí)候，發(fā)電量會大幅減少甚至無法發(fā)電。
分布式太陽能供電系統(tǒng)是在靠近用電現(xiàn)場進(jìn)行配置的一種供電方式，它能夠滿足特定用戶的用電需求。在地質(zhì)災(zāi)害場景下，可以依據(jù)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測設(shè)備的布局情況靈活配置，比如沿著山體滑坡監(jiān)測帶、泥石流易發(fā)溝谷周邊等分散布置監(jiān)測設(shè)備時(shí)，分布式太陽能供電系統(tǒng)可就近為各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的傳感器、數(shù)據(jù)傳輸裝置等提供電能。
其運(yùn)行模式通常是先通過太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)換為直流電，再由逆變器將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姾鬄樨?fù)載供電，同時(shí)還可根據(jù)實(shí)際情況選擇是否并網(wǎng)，將多余電量輸送至電網(wǎng)。設(shè)備構(gòu)成方面，包含太陽能電池板、逆變器、支架以及相關(guān)的線纜、配電箱等基礎(chǔ)部件，有的還會配備智能監(jiān)控裝置，便于實(shí)時(shí)掌握系統(tǒng)的發(fā)電、用電等情況。
該系統(tǒng)在地質(zhì)災(zāi)害場景下優(yōu)勢顯著，一是靈活性高，可根據(jù)不同的地形地貌、監(jiān)測需求等靈活調(diào)整布局和規(guī)模；二是可靠性較強(qiáng)，各個(gè)分布式的發(fā)電單元相對獨(dú)立，即便某個(gè)單元出現(xiàn)故障，其他單元仍可繼續(xù)供電，保障整體監(jiān)測等工作不受太大影響；三是能源損耗低，因?yàn)榭拷秒姸?，減少了長距離輸電的線路損耗，也能更好地應(yīng)對災(zāi)害中可能出現(xiàn)的輸電線路損壞等問題，確保關(guān)鍵監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠持續(xù)傳輸，助力地質(zhì)災(zāi)害的有效預(yù)警和應(yīng)對工作開展。
在地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域選擇太陽能供電系統(tǒng)時(shí)，功率需求是首要考量的因素。要明確該區(qū)域所使用的各類用電設(shè)備，像監(jiān)測設(shè)備（如位移傳感器、雨量監(jiān)測儀等）、通信設(shè)備（如數(shù)據(jù)傳輸終端、衛(wèi)星通信裝置等），統(tǒng)計(jì)它們功率的總和。因?yàn)橹挥袦?zhǔn)確掌握了用電總量，才能合理選擇功率適配的太陽能電池板以及配套的組件，從而保障電量的充足供應(yīng)。
例如，在一個(gè)滑坡隱患監(jiān)測區(qū)域，布置了多個(gè)高精度的位移傳感器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測山體坡面的微小移動，同時(shí)配備了數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備將監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)送至指揮中心，還有為保障夜間工作的照明設(shè)備等。這些設(shè)備正常運(yùn)行所需功率經(jīng)過計(jì)算為 500 瓦，那我們在選擇太陽能電池板時(shí)，就要依據(jù)當(dāng)?shù)氐娜照諘r(shí)長等條件，選擇額定功率能滿足甚至略高于這個(gè)數(shù)值的產(chǎn)品，并且要搭配合適的充電控制器、蓄電池等，確保無論是在光照充足的白天，還是需要依靠蓄電池供電的夜晚或陰雨天，都能穩(wěn)定地為這些設(shè)備提供電力支持，不至于出現(xiàn)因功率不足導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作，進(jìn)而影響整個(gè)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測及預(yù)警工作的情況。
不同地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域的環(huán)境差異很大，而環(huán)境因素對太陽能供電系統(tǒng)的影響不容小覷，其中日照時(shí)長、溫度、濕度、地勢等都是關(guān)鍵因素。
在高海拔低溫地區(qū)，比如我國的青藏高原部分區(qū)域，氣溫常年較低，極端低溫時(shí)常出現(xiàn)，普通的太陽能電池板可能會因?yàn)榈蜏囟鴮?dǎo)致光電轉(zhuǎn)換效率大幅下降，電池的性能和壽命也會受到嚴(yán)重影響。這時(shí)候就需要選擇具備良好低溫適應(yīng)性的組件，像一些特制的單晶硅太陽能電池板，其在低溫環(huán)境下仍能保持相對穩(wěn)定的發(fā)電效率。同時(shí)，對于蓄電池也要選用耐寒性能佳的，比如膠體蓄電池，它在低溫下的充放電性能優(yōu)于普通鉛酸蓄電池。
而在潮濕多雨的地區(qū)，如我國南方的一些山區(qū)，空氣濕度大且降雨頻繁。過多的水汽容易使太陽能電池板表面產(chǎn)生污垢、腐蝕等問題，降低其透光率和發(fā)電效率，還可能影響充電控制器、逆變器等電子元件的正常運(yùn)行，甚至造成短路故障。針對這樣的環(huán)境，要選擇防護(hù)等級高、密封性好的組件，并且安裝時(shí)可以設(shè)計(jì)一定的傾斜角度，便于雨水快速滑落，減少積水對組件的侵蝕。另外，地勢方面，如果是在地勢起伏大、有遮擋的山谷等地，就要充分考慮太陽能電池板的朝向和安裝位置，盡量選擇無遮擋、日照時(shí)間長的地點(diǎn)安裝，或者采用分布式的安裝方式，多個(gè)分散的電池板共同收集太陽能，以保障系統(tǒng)整體的發(fā)電效率，使其能適應(yīng)復(fù)雜的地勢環(huán)境，穩(wěn)定為地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)設(shè)備供電。
太陽能供電系統(tǒng)的各個(gè)組件，包括太陽能電池板、充電控制器、蓄電池、逆變器等，它們的質(zhì)量好壞直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行、使用壽命的長短以及故障維修成本的高低。
先說太陽能電池板，其質(zhì)量判斷有多種方法。從外觀來看，要查看鋼化玻璃表面是否光滑平整，小廠家的產(chǎn)品可能相對粗糙，表面殘留的硅膠會降低發(fā)電效率；還要檢查電池片有無崩邊和隱裂，避免使用破碎電池片拼接的產(chǎn)品，這種存在隱患的電池板會影響安全使用。同時(shí)，看背面承壓的質(zhì)量，承壓后若出現(xiàn)不平整，像有氣泡、褶皺之類的情況，則質(zhì)量相對低劣。另外，邊框應(yīng)平直，若采用人工打框方式，造型不成嚴(yán)格矩形，牢固程度會大打折扣，而且要留意背面四周硅膠是否均勻分布，是否緊密滲入背板和邊框的縫隙，以及接線盒是否牢固，接線盒蓋能否緊密貼合，出線電線鎖頭能否旋轉(zhuǎn)自如并收緊等。從等級方面，太陽能板分為 A 級、B 級、C 級和 D 級等，A 級組件品質(zhì)最高，常用于地面電站、分布式電站、戶用系統(tǒng)等，壽命可達(dá) 25 年以上，所以盡量選擇 A 級組件能保障電池板的性能和壽命。
充電控制器的質(zhì)量也至關(guān)重要，優(yōu)質(zhì)的充電控制器能精準(zhǔn)調(diào)控電池的充放電過程，防止過充、過放，保護(hù)蓄電池，延長其使用壽命。判斷其好壞可以看它的充電控制精度、穩(wěn)定性以及是否具備完善的保護(hù)功能等，比如是否有過壓、欠壓、過流等保護(hù)機(jī)制，可通過查看產(chǎn)品參數(shù)以及咨詢廠家或其他用戶的使用反饋來了解。
蓄電池的質(zhì)量決定了電能儲存和供應(yīng)的可靠性。像常見的鉛酸蓄電池、膠體蓄電池、鋰電池等各有特點(diǎn)，要選擇正規(guī)廠家生產(chǎn)、容量符合需求且自放電率低、循環(huán)充放電次數(shù)多的產(chǎn)品。同時(shí)，查看其密封性是否良好，避免出現(xiàn)漏液等問題影響使用和安全。
逆變器則影響著直流電到交流電的轉(zhuǎn)換效率和電能質(zhì)量，好的逆變器能最大限度減少能量轉(zhuǎn)換過程中的損失，可從其轉(zhuǎn)換效率、波形失真度等參數(shù)來判斷質(zhì)量優(yōu)劣，轉(zhuǎn)換效率高、波形失真度小的逆變器能保障為用電設(shè)備提供穩(wěn)定、高質(zhì)量的交流電，使各類地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測和通信設(shè)備等正常運(yùn)行?？傊?，把控好各組件的質(zhì)量，才能讓太陽能供電系統(tǒng)在地質(zhì)災(zāi)害場景中可靠地發(fā)揮作用，減少因組件故障帶來的諸多麻煩和成本投入。
在地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域安裝太陽能供電系統(tǒng)時(shí)，有諸多安裝要點(diǎn)需要注意。
首先是太陽能電池板的朝向問題，在我國，一般將太陽能電池板的方位角選擇為正南方向，這樣能使太陽能電池單位容量的發(fā)電量最大。不過要是受太陽能電池設(shè)置場所如屋頂、土坡、山地、建筑物結(jié)構(gòu)及陰影等條件限制時(shí)，則應(yīng)考慮與它們的方位角保持一致，以求充分利用現(xiàn)有的地形和有效面積，并盡量避開周圍建、構(gòu)筑物或樹木等出現(xiàn)的陰影。只要在正南 ±20° 之內(nèi)，都不會對發(fā)電量有太大影響，條件允許的話，應(yīng)盡可能偏西南 20° 之內(nèi)，使太陽能發(fā)電量的峰值出現(xiàn)在中午稍過后某時(shí)，更有利于冬季多發(fā)電。當(dāng)然，有些太陽能光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)正南方向太陽能電池鋪設(shè)面積不夠大時(shí)，也可將太陽能電池鋪設(shè)在正東、正西方向。
而關(guān)于太陽能電池板的傾角設(shè)置，最理想的傾斜角是使太陽能電池年發(fā)電量盡可能大，而冬季和夏季發(fā)電量差異盡可能小的傾斜角。通?？梢匀‘?dāng)?shù)鼐暥然虍?dāng)?shù)鼐暥燃由蠋锥茸鰹楫?dāng)?shù)靥柲茈姵亟M件安裝的傾斜角。比如在緯度為 0° - 25° 時(shí)，傾斜角等于緯度；緯度為 55° 以上時(shí)，傾斜角等于緯度加上 15° - 20°。以我國南方地區(qū)為例，一般建議將太陽能電池板的安裝傾斜度設(shè)為 15 - 20 度，以充分利用太陽能；北方地區(qū)由于冬天溫度較低，建議將太陽能電池板的安裝傾斜度設(shè)為 25 - 30 度，來提高太陽能轉(zhuǎn)換效率。
各組件之間的合理布局也極為關(guān)鍵，光伏發(fā)電站中的組件布局應(yīng)保持方向一致性，即組件的朝向應(yīng)統(tǒng)一，這樣可以最大程度地利用太陽能資源，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率。同時(shí)，要考慮站址的地形、建筑物遮擋等因素，合理安排組件的布局方向，避免陰影遮擋，可采用合理的間距和高度安排來減少組件之間的相互遮擋，提高整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率。另外，布局時(shí)還需要考慮未來的維護(hù)和清潔工作，組件應(yīng)易于接近和清潔，周圍的環(huán)境應(yīng)便于開展維護(hù)工作。
在固定方面，要確保整個(gè)系統(tǒng)能穩(wěn)固地安置在相應(yīng)位置。比如在地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)地區(qū)，像屋頂光伏電站選址時(shí)需考慮所依托建筑物的質(zhì)量，設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮支撐能力以及對地震等風(fēng)險(xiǎn)的防范。從光伏組件的選擇來看，可以考慮針對一些特殊氣候環(huán)境區(qū)域，選擇具有高抗撞擊、抗震等性能的組件，從而提高抵御特殊情況的能力。從電站設(shè)計(jì)來說，在權(quán)衡光伏電站成本與發(fā)電收益的同時(shí)，可適度提高光伏支架、組件壓塊的強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。并且要選擇可靠的設(shè)計(jì)方和施工方，嚴(yán)格把控施工質(zhì)量，打好地基，嚴(yán)控組件、支架、逆變器等產(chǎn)品的質(zhì)量，杜絕偷工減料，保障系統(tǒng)在復(fù)雜多變的地質(zhì)災(zāi)害環(huán)境下的安全性。
對于安裝在地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域的太陽能供電系統(tǒng)，做好日常維護(hù)工作是保障其持續(xù)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。
定期對太陽能電池板進(jìn)行清潔非常重要，因?yàn)樵谝巴猸h(huán)境中，灰塵、雜物等容易堆積在電池板表面，降低其透光率，進(jìn)而影響發(fā)電效率。例如在風(fēng)沙較大的地區(qū)，可能短時(shí)間內(nèi)電池板表面就會覆蓋一層沙塵，所以要根據(jù)實(shí)際環(huán)境情況，合理安排清潔周期，可采用柔軟的清潔工具輕輕擦拭表面，去除污垢。
檢查線路連接也是日常維護(hù)的重點(diǎn)內(nèi)容之一，線路可能會因?yàn)殚L期暴露在外，受到風(fēng)吹日曬、地質(zhì)活動等影響，出現(xiàn)松動、老化甚至破損的情況。要定期查看各線路的連接部位是否牢固，電線外皮有無破損等，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)修復(fù)或更換線路，防止出現(xiàn)短路等故障影響系統(tǒng)運(yùn)行。
檢測蓄電池狀態(tài)同樣不容忽視，蓄電池作為儲存電能的關(guān)鍵部件，其性能好壞直接關(guān)系到供電的持續(xù)性。要關(guān)注蓄電池的充放電情況，查看是否存在自放電過快、容量下降等問題，對于鉛酸蓄電池、膠體蓄電池、鋰電池等不同類型的蓄電池，按照相應(yīng)的維護(hù)要求進(jìn)行保養(yǎng)，比如保持其所處環(huán)境的通風(fēng)良好、干燥，避免陽光直射和高溫環(huán)境等。
