高速公路監(jiān)控?cái)z像機(jī)太陽(yáng)能供電系統(tǒng)

1、高速公路監(jiān)控?cái)z像機(jī)太陽(yáng)能供電系統(tǒng)李中開(kāi)、胡星陽(yáng)、孫喬（江蘇汾灌高速公路管理有限公司，連云港 222346 ）（江蘇高速公路信息工程有限公司，南京 210018 ）摘 要 本文針對(duì)高速公路全程監(jiān)控?cái)z像太陽(yáng)能機(jī)供電系統(tǒng)供電方案進(jìn)行 設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了太陽(yáng)能供電系統(tǒng)各個(gè)部分的組成，并根據(jù)工程實(shí)例進(jìn)行計(jì)算。關(guān)鍵詞 監(jiān)控?cái)z像機(jī) 太陽(yáng)能 供電為更好服務(wù)大眾、 服務(wù)社會(huì)，目前不少新建或改造高速公路陸續(xù)進(jìn)行全程監(jiān) 控系統(tǒng)的實(shí)施， 實(shí)現(xiàn)道路全程實(shí)時(shí)監(jiān)控、 交通事件自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警、 24 小時(shí)錄像， 為道路指揮調(diào)度提供有效的決策依據(jù)。傳統(tǒng)道路攝像機(jī)一般設(shè)置在離收費(fèi)站 2Km范圍以內(nèi)，供電都是直接從收費(fèi)站 配電房引出，

2、 鋪設(shè)電力電纜到道路攝像機(jī)處。 全程監(jiān)控系統(tǒng)道路攝像機(jī)設(shè)置在整 個(gè)路段，這就要求供電系統(tǒng)能夠在遠(yuǎn)離配電房的路段上為攝像機(jī)成功供電。 供電 方式有兩種：一種為太陽(yáng)能供電；另一種為變壓器供電。 變壓器供電又分為兩種， 一種為沿途設(shè)置箱式變壓器（每4km左右1臺(tái)，因?yàn)閭鬏斁嚯x超過(guò)4km左右電壓 將降低 20以上，不能滿足攝像機(jī)的供電要求 ） ，通過(guò)變壓器直接為攝像機(jī)供電； 另一種為沿途設(shè)置調(diào)壓器（每4km左右1臺(tái)），通過(guò)調(diào)壓器補(bǔ)償?shù)姆绞?，為沿途攝 像機(jī)提供合格的電壓。變壓器供電方式供電需要全線敷設(shè)電纜并且安裝變壓器 （調(diào)壓器），變壓器（調(diào)壓器）為定制產(chǎn)品價(jià)格較高，電纜敷設(shè)施工難度較大且 被盜可能性也

3、比較大。鑒于變壓器供電方式的不足， 本文介紹了道路攝像機(jī)太陽(yáng)能供電系統(tǒng)， 解決 全程監(jiān)控供電問(wèn)題。太陽(yáng)能供電系統(tǒng)不消耗能源、無(wú)污染、維護(hù)簡(jiǎn)便、使用壽命 長(zhǎng)、能源豐富。1、太陽(yáng)能供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 利用太陽(yáng)能電池組件把白天吸收的太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽?并通過(guò)充放電路等 控制器將存儲(chǔ)在蓄電池中電能提供給各種負(fù)載。 系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池組件、 太陽(yáng)能 控制器（含逆變器）、蓄電池、機(jī)箱支架等組成。1.1 太陽(yáng)能電池組件太陽(yáng)能電池組件是太陽(yáng)能供電電系統(tǒng)中的最核心部分， 它的主要作用就是將 太陽(yáng)能光子轉(zhuǎn)化為電能，從而推動(dòng)負(fù)載工作。太陽(yáng)能電池分為單晶硅太陽(yáng)電池、 多晶硅太陽(yáng)電池、 非晶硅太陽(yáng)能電池。 由于單晶硅電池比其

4、他兩類堅(jiān)固耐用、 使 用壽命長(zhǎng) （一般可達(dá) 20 年） 、光電轉(zhuǎn)換效率高等，目前道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)太陽(yáng)能供 電系統(tǒng)大多少數(shù)采用單晶硅太陽(yáng)能電池。1.2 太陽(yáng)能控制器太陽(yáng)能控制器 （含電源逆變器功能） 控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)， 同時(shí)為各種 負(fù)載提供與之相互匹配的電能（電壓和電流） 。太陽(yáng)能控制器為蓄電池提供最佳充電電流和電壓， 為了延長(zhǎng)蓄電池的使用壽 命，必須對(duì)它的充放電條件加以限制，防止蓄電池過(guò)充電及深度放電，另外，由 于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸入能量極不穩(wěn)定， 太陽(yáng)能供電系統(tǒng)中的控制要比普通 蓄電池充電的控制要復(fù)雜些。 由于大多數(shù)攝像機(jī)需要交流電， 因此太陽(yáng)能控制器（含逆變器）需要進(jìn)行DC-AC轉(zhuǎn)

5、換，根據(jù)需要進(jìn)行升、降壓處理。為進(jìn)一步了解 太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)， 控制器還具有數(shù)據(jù)記錄功能， 預(yù)留通信接口可以進(jìn) 行本地實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。1.3 蓄電池組蓄電池組主要儲(chǔ)存由太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的電能， 白天蓄電池組給負(fù)載供 電，同時(shí)太陽(yáng)能組件還給蓄電池充電， 晚上或陰雨天負(fù)載用電全部由蓄電池供給。1.4 機(jī)箱支架在南方地區(qū)太陽(yáng)能供電系統(tǒng)安裝在攝像機(jī)立柱上， 機(jī)箱內(nèi)安裝蓄電池、 控制 器、光端機(jī)、終端盒等，為防盜一般安裝高度為6m左右，機(jī)箱具有保溫層，確保蓄電池工作溫度。在北方地區(qū)，蓄電池一般采用地埋式安裝。2、監(jiān)控?cái)z像機(jī)太陽(yáng)能供電設(shè)計(jì) 目前高速公路道路攝像機(jī)主要有一體化球型攝像

6、機(jī)和槍式云臺(tái)攝像機(jī)兩種， 本文就一體化球型攝像機(jī)供電系統(tǒng)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。監(jiān)控?cái)z像機(jī)外場(chǎng)耗能設(shè)備一般有攝像機(jī)、 光端機(jī)組成， 一體化球型攝像機(jī)供 電為交流24V,攝像機(jī)功率為20W球機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、加熱時(shí)攝像機(jī)功率為 45W光端 機(jī)為直流12V,功率為5W2.1 確定負(fù)載功率及日耗電量監(jiān)控系統(tǒng)總功率有2部分組成，W1為攝像機(jī)、光端機(jī)等全天24小時(shí)工作設(shè) 備功率之和；W2為攝像機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、加熱等設(shè)備功率之和，這些設(shè)備工作時(shí)間為Tl<攝像機(jī)系統(tǒng)日耗電量 Ps=WX24+ W2< Tl = (20+5) X 24+ 45 X 2 = 690w 攝像機(jī)系統(tǒng)日耗電容量 Q=Ps/U= 690/24=29 A

7、hU為系統(tǒng)工作電壓2.2太陽(yáng)能電池板功率計(jì)算計(jì)算時(shí)首先需查到當(dāng)?shù)氐奶?yáng)能日平均輻射量，此數(shù)據(jù)可從當(dāng)?shù)貧庀蟛块T獲得，下表可供參考：主要的城市緯度及日照情況城市緯度日均輻射量KW/ m2修正系數(shù)冬至正午日 照高度1996-2004 年平均日照時(shí)數(shù)拉薩29.705.921.09636° 56'2807.4西寧36.754.661.13629° 58'2483.0呼和浩特40.784.601.14725° 47'2692.2銀川38.484.601.15628° 07'2749.4北京39.804.241.09826°

8、41'2489.0太原37.784.181.10128° 43'2396.8蘭州36.054.160.94930° 32'2528.9烏魯木齊43.784.021.00922° 49'2442.9天津39.103.991.06927° 27'2223.7昆明25.023.940.92241° 32'2119.5濟(jì)南36.683.901.06329° 55'2220.4?？?0.033.840.87646° 32'1831.1沈陽(yáng)41.773.831.06724&

9、#176; 48'2274.7長(zhǎng)春43.903.771.15522° 42'2674.1鄭州34.723.701.04831° 50'1876.2武漢30.633.670.90436° 02'1822.6南京32.003.641.02534° 32'1930.9南昌28.673.640.86437° 54'1790.4西安34.303.550.92832° 19'1528.9上海31.173.540.99035° 21'1754.9哈爾濱45.683.531.1

10、4020° 51'2423.7合肥31.853.480.99934° 43'1797.0南寧22.823.480.82343° 47'1466.1廣州23.133.360.88543° 28'1567.3福州26.083.330.89840° 30'1571.3杭州30.233.240.93636° 19'1647.3長(zhǎng)沙28.203.160.80338° 23'1426.9成都30.672.890.75535° 55'945.7貴陽(yáng)26.582.87

11、0.81440° 00，991.0太陽(yáng)能控制器效率為a,則實(shí)際需要發(fā)電量Qq P/ a =29/0.85=34.11Ah(般 a 取 0.85 )考慮到陰雨天后太陽(yáng)能板不僅需給系統(tǒng)正常運(yùn)行提供電能，還需給蓄電池充電等因素，太陽(yáng)能發(fā)電裕量比率為(一般a取 0.4 )以南京為例，太陽(yáng)能日均輻射量為 3.64KW/m2相當(dāng)于每天有峰值功率發(fā)電 小時(shí)Tf二3.64 ,修正系數(shù)為1.025 ,按太陽(yáng)能電池表面污染及蓄電池自耗損系數(shù) 為0.9，計(jì)所需的太陽(yáng)能電池功率為：(給24V蓄電池充電的太陽(yáng)能電池電壓 Ut 為 29V)所需的太陽(yáng)能電池功率為P=QzX Ut X ( 1 + B ) /Tf

12、X 1.025 X 0.9=34.11 X 29X( 1 + 0.4 ) /3.64 X 1.025 X 0.9=412 W可選擇210Wp的太陽(yáng)能電池組件2塊。太陽(yáng)能電池板安裝傾角的確定：南方光照最少的月份是陰雨天，安裝傾角靠 近當(dāng)?shù)鼐暥戎?，北方光照最少月是因?yàn)樘?yáng)本身照射的時(shí)間短，安裝傾角靠近垂直當(dāng)月的日照高度角，在南京我們選擇 40度左右(居中)。2.3確定蓄電池組容量蓄電池組容量 Qx=( yX QzX NXt) /C丫安全系數(shù)取1.1N陰雨天數(shù)取5T溫度修正系數(shù)，一般在 0C以上取1； 10C以上取1.1; 10C以下取1.2C蓄電池放電深度取0.8Qx=(1.1 X 34.11 X 5X 1.1)/0.8=258Ah蓄電池總?cè)萘繛?4V、258 Ah,選取太陽(yáng)能監(jiān)控專用膠體蓄電池 12V、250Ah 單體蓄電池2塊，并聯(lián)使用。2.4確定太陽(yáng)能控制器太陽(yáng)能控制器工作電壓不能低于太陽(yáng)能電池板開(kāi)路電壓36.1V,最大充電電流不能小于太陽(yáng)能電池板開(kāi)路電流 16A,輸出工作電壓為24V,輸出功率不低于 負(fù)載 2 倍功率(20+ 45+ 5)X 2= 140W3、結(jié)語(yǔ)本文介紹了高速公路全程監(jiān)控?cái)z像機(jī)供電方案， 給出一般計(jì)算方法， 并 對(duì)太陽(yáng)能實(shí)例