Picarro博客

Welker 实验室采用光伏电池(PV)供电

日期: June 8, 2015

  来自阿拉斯加安克雷奇大学的Jeff Welker教授,Eric Klein博士及其研究小组与极地服务公司(Polar Field Services)合作,采用光伏(PV)电池为他们的Picarro设备供电

  对于任何科学设备的远程部署而言,供电问题都是一个挑战,但阿拉斯加安克雷奇大学的Jeff Welker小组克服了这个挑战。作为NSF极地项目分部的北极观测网EAGER基金(高风险高收益)的一部分,Jeff Welker研究小组将一台Picarro L2130-i部署到了Toolik野外观测站,该观测站位于阿拉斯加北部的偏远地区(北纬 68°38′,西经149°36′),距离北冰洋以南约185 千米的Brooks山脉的北麓,海拔约760 米(图 1)。该小组对使用水汽同位素(δ18O δ2H)分析仪研究北极水循环很感兴趣,并将其数据与Welker的阿拉斯加水同位素网络(AKWIN)中的数值进行了比较。他们监测了从冬末到秋初的水汽,在此期间,北极会形成旋风。这种旋风增加了北冰洋的无冰水域和地表湿度。在其穿越北冰洋的短时间内,与这些内陆条件相关的水汽同位素比率随旋风被带到 Toolik 湖地区,水汽同位素分析仪可以实时测量这些同位素比率。相对于旋风前后,在旋风期间测得的同位素比率的变化,为现代动力学和过去在格陵兰冰芯记录的北极水循环过程提供了新的见解(Klein 等,2015

  Welker团队的部署引人关注的一点就是其完全摆脱了线路或发电机电源的束缚。相反,他们使用近旁的太阳能电池阵列为 L2130-i 水同位素分析仪和相关外围设备供电。该系统本身由带有分析仪泵的 L2130-i标准传送模块SDM)和高精度汽化器组成,它们全部独立存在于密封的箱子中,旨在保护系统免受当地环境的影响(图 2)。从 3.2 米高的相邻气象塔的顶部以约 5 升每秒的速度将空气泵入箱内。每天使用 SDM L2130-i 校准两次,他们取五分钟的平均值用于科学分析。

  该系统通过极地服务公司(Polar Field Services的远程电源供电,该远程电源是由Tracy Dahl 设计的。远程电源(图 3)包括一个太阳能光伏(PV)电压系统和基于PV电池的电源系统,该系统的设计旨在充分利用高纬度太阳周期。还安装了一个预备电源的发电机作为备用。太阳能电池阵由三个太阳能面组成,分别布置在东、南和西方向上,每个太阳面上各有八个 140 瓦的太阳能 PV 电池板。这样产生的总功率为 3.36 千瓦,可轻松满足分析仪和相关气象仪器的功率需求(常规的水同位素分析仪系统功率消耗约为300-400 瓦)。多方位的设计可以保证其在夏季每天的大部分时间里收集太阳能。当太阳能电源不足以支撑数天的运行时,备用发电机可为PV电池快速充电。每个太阳能平面都连接到东西向的面板下方的机柜,该机柜中装有必要的电源组件,例如充电控制器、逆变器和电池(图 3)。远程电源系统基本上都是自主运行的,但也需要最低程度的现场监控和必要的发电机手动操作,才能保持电池运行良好。该设备仅供夏季使用,但在运行一年左右后可以进行调整。

  Welker实验室的仪器设备于2013年夏天部署在Toolik附近,在此期间,他们能够收集旋风时期水汽同位素的连续记录。旋风与δ-盈余的急剧降低和δ18O的不成比例的富集有关。这些同位素比值表明了存在一个高表面湿度的海水的湿度源。在格陵兰岛冰芯中的记录中也有类似的情况,Klein 等(2015使用现代数据提供一个关键的基于过程的解释在海冰消退和北方海洋水汽进入北极水循环增加的过程中,水同位素比率的变化

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