高速公路监控摄像机太阳能供电系统.doc

高速公路监控摄像机太阳能供电系统李中开、胡星阳、孙乔（江苏汾灌高速公路管理有限公司，连云港 222346）（江苏高速公路信息工程有限公司，南京 210018）摘 要 本文针对高速公路全程监控摄像太阳能机供电系统供电方案进行设计，详细介绍了太阳能供电系统各个部分的组成，并根据工程实例进行计算。关键词 监控摄像机 太阳能 供电为更好服务大众、服务社会，目前不少新建或改造高速公路陆续进行全程监控系统的实施，实现道路全程实时监控、交通事件自动检测报警、 24小时录像，为道路指挥调度提供有效的决策依据。传统道路摄像机一般设置在离收费站2Km范围以内，供电都是直接从收费站配电房引出，铺设电力电缆到道路摄像机处。全程监控系统道路摄像机设置在整个路段，这就要求供电系统能够在远离配电房的路段上为摄像机成功供电。供电方式有两种：一种为太阳能供电；另一种为变压器供电。变压器供电又分为两种，一种为沿途设置箱式变压器(每4km左右1台， 因为传输距离超过4km左右电压将降低20以上，不能满足摄像机的供电要求)，通过变压器直接为摄像机供电；另一种为沿途设置调压器(每4km左右1台)，通过调压器补偿的方式，为沿途摄像机提供合格的电压。变压器供电方式供电需要全线敷设电缆并且安装变压器（调压器），变压器（调压器）为定制产品价格较高，电缆敷设施工难度较大且被盗可能性也比较大。鉴于变压器供电方式的不足，本文介绍了道路摄像机太阳能供电系统，解决全程监控供电问题。太阳能供电系统不消耗能源、无污染、维护简便、使用寿命长、能源丰富。1、 太阳能供电系统结构利用太阳能电池组件把白天吸收的太阳光能转变为电能，并通过充放电路等控制器将存储在蓄电池中电能提供给各种负载。系统由太阳能电池组件、太阳能控制器（含逆变器）、蓄电池、机箱支架等组成。1.1太阳能电池组件太阳能电池组件是太阳能供电电系统中的最核心部分，它的主要作用就是将太阳能光子转化为电能，从而推动负载工作。太阳能电池分为单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、非晶硅太阳能电池。由于单晶硅电池比其他两类坚固耐用、使用寿命长(一般可达20年)、光电转换效率高等，目前道路监控摄像机太阳能供电系统大多少数采用单晶硅太阳能电池。1.2太阳能控制器太阳能控制器（含电源逆变器功能）控制整个系统的运行状态，同时为各种负载提供与之相互匹配的电能（电压和电流）。太阳能控制器为蓄电池提供最佳充电电流和电压，为了延长蓄电池的使用寿命，必须对它的充放电条件加以限制，防止蓄电池过充电及深度放电，另外，由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，太阳能供电系统中的控制要比普通蓄电池充电的控制要复杂些。由于大多数摄像机需要交流电，因此太阳能控制器（含逆变器）需要进行DC-AC转换，根据需要进行升、降压处理。为进一步了解太阳能供电系统的运行状态，控制器还具有数据记录功能，预留通信接口可以进行本地实时数据显示和远程数据传输。1.3蓄电池组蓄电池组主要储存由太阳能电池板转化过来的电能，白天蓄电池组给负载供电，同时太阳能组件还给蓄电池充电，晚上或阴雨天负载用电全部由蓄电池供给。1.4机箱支架在南方地区太阳能供电系统安装在摄像机立柱上，机箱内安装蓄电池、控制器、光端机、终端盒等，为防盗一般安装高度为6m左右，机箱具有保温层，确保蓄电池工作温度。在北方地区，蓄电池一般采用地埋式安装。2、 监控摄像机太阳能供电设计目前高速公路道路摄像机主要有一体化球型摄像机和枪式云台摄像机两种，本文就一体化球型摄像机供电系统进行初步设计。监控摄像机外场耗能设备一般有摄像机、光端机组成，一体化球型摄像机供电为交流24V，摄像机功率为20W，球机转动、加热时摄像机功率为45W。光端机为直流12V，功率为5W。2.1确定负载功率及日耗电量监控系统总功率有2部分组成，W1为摄像机、光端机等全天24小时工作设备功率之和；W2为摄像机转动、加热等设备功率之和，这些设备工作时间为Tl。摄像机系统日耗电量Ps=W124W2Tl(20+5)24452690w摄像机系统日耗电容量Q=Ps/U690/24=29 Ah U为系统工作电压2.2太阳能电池板功率计算计算时首先需查到当地的太阳能日平均辐射量，此数据可从当地气象部门获得，下表可供参考：主要的城市纬度及日照情况城市 纬度 日均辐射量KW/ m2修正系数冬至正午日照高度1996-2004年平均日照时数拉 萨 29.70 5.921.096 36562807.4西 宁 36.75 4.661.136 29582483.0呼和浩特 40.78 4.601.147 25472692.2银 川 38.48 4.601.156 28072749.4北 京 39.80 4.241.098 26412489.0太 原 37.78 4.181.101 28432396.8兰 州 36.05 4.160.949 30322528.9乌鲁木齐 43.78 4.021.009 22492442.9天 津 39.10 3.991.069 27272223.7昆 明 25.02 3.940.922 41322119.5济 南 36.68 3.901.063 29552220.4海 口 20.03 3.840.876 46321831.1沈 阳 41.77 3.831.067 24482274.7长 春 43.90 3.771.155 22422674.1郑 州 34.72 3.701.048 31501876.2武 汉 30.63 3.670.904 36021822.6南 京 32.00 3.641.025 34321930.9南 昌 28.67 3.640.864 37541790.4西 安 34.30 3.550.928 32191528.9上 海 31.17 3.540.990 35211754.9哈尔滨 45.68 3.531.140 20512423.7合 肥 31.85 3.480.999 34431797.0南 宁 22.82 3.480.823 43471466.1广 州 23.13 3.360.885 43281567.3福 州 26.08 3.330.898 40301571.3杭 州 30.23 3.240.936 36191647.3长 沙 28.20 3.160.803 38231426.9成 都 30.67 2.890.755 3555945.7贵 阳 26.58 2.870.814 4000991.0太阳能控制器效率为，则实际需要发电量QzP/=29/0.85=34.11Ah （一般取0.85）考虑到阴雨天后太阳能板不仅需给系统正常运行提供电能，还需给蓄电池充电等因素，太阳能发电裕量比率为（一般取0.4）以南京为例，太阳能日均辐射量为3.64KW/m2，相当于每天有峰值功率发电小时Tf3.64，修正系数为1.025，按太阳能电池表面污染及蓄电池自耗损系数为0.9，计所需的太阳能电池功率为：(给24V蓄电池充电的太阳能电池电压Ut为29V)所需的太阳能电池功率为P=QzUt（1）/Tf1.0250.9=34.1129（10.4）/3.641.0250.9=412 W可选择210Wp的太阳能电池组件2块。太阳能电池板安装倾角的确定:南方光照最少的月份是阴雨天，安装倾角靠近当地纬度值，北方光照最少月是因为太阳本身照射的时间短，安装倾角靠近垂直当月的日照高度角，在南京我们选择40度左右（居中）。2.3确定蓄电池组容量蓄电池组容量Qx（QzN）/C安全系数取1.1N阴雨天数取5温度修正系数，一般在0以上取1；10以上取1.1; 10以下取1.2C蓄电池放电深度取0.8Qx=(1.134.1151.1)/0.8=258Ah蓄电池总容量为24V、258 Ah，选取太阳能监控专用胶体蓄电池12V、250Ah单体蓄电池2块，并联使用。2.4确定太阳能控制器太阳能控制器工作电压不能低于太阳能电池板开路电压36.1V,最大充电电流不能小于太阳能电池板开路电流16A，输出工作电压为24V，输出功率不低于负载2倍功率（20455）2140W。3、 结语本文介绍了高速公路全程监控摄像机供电方案，给出一般计算方法，并对太阳能实例进行了设备参数的计算和选择。由于地理位置的不同、摄像机功耗不同、不同厂家太阳能板和蓄电池参数差异等因素，在实际工程中应结合实际情况进行设计。参考文献1、高速公路太阳能供电系统的设计辽宁省交通勘测设计院 刘振全联系方式：胡星阳江苏高速公路信息工程有限公司南京市珠江路222号长发科技大厦15楼邮编：210018 tel：1391471953102583191780105文 - 汉语汉字 编辑词条文，wen，从玄从爻。天地万物的信息产生出来的现象、纹路、轨迹，描绘出了阴阳二气在事物中的运行轨迹和原理。故文即为符。上古之时，符文一体。古者伏羲氏之王天下也，始画八卦，造书契，以代结绳(爻)之政，由是文籍生焉。-尚书序依类象形，故谓之文。其后形声相益，即谓之字。-说文序仓颉造书，形立谓之文，声具谓之字。-古今通论(1) 象形。甲骨文此字象纹理纵横交错形。文是汉字的一个部首。本义:花纹;纹理。(2) 同本义 figure;veins文，英语念为:text、article等，从字面意思上就可以理解为文章、文字，与古今中外的各个文学著作中出现的各种文字字形密不可分。古有甲骨文、金文、小篆等，今有宋体、楷体等，都在这一方面突出了文的重要性。古今中外，人们对于文都有自己不同的认知，从大的方面来讲，它可以用于表示一个民族的文化历史，从小的方面来说它可用于用于表示单独的一个文字，可用于表示一段话，也可用于人物的姓氏。折叠编辑本段基本字义1事物错综所造成的纹理或形象：灿若锦。2.刺画花纹：身。3记录语言的符号：字。盲。以害辞。4用文字记下来以及与之有关的：凭。艺。体。典。苑。献（指有历史价值和参考价值的图书资料）。采（a文辞、文艺方面的才华；b错杂艳丽的色彩）。5人类劳动成果的总结：化。物。6自然界的某些现象：天。水。7旧时指礼节仪式：虚。繁缛节（过多的礼节仪式）。8文华辞采，与“质”、“情”相对：质彬彬。9温和：火。静。雅。10指非军事的：职。治武功（指礼乐教化和军事功绩）。11指以古汉语为基础的书面语：552言。白间杂。12专指社会科学：科。13掩饰：过饰非。14量词，指旧时小铜钱：一不名。15姓。16 皇帝谥号，经纬天地曰文；道德博闻曰文；慈惠爱民曰文；愍民惠礼曰文；赐民爵位曰文；勤学好问曰文；博闻多见曰文；忠信接礼曰文；能定典礼曰文；经邦定誉曰文；敏而好学曰文；施而中礼曰文；修德来远曰文；刚柔相济曰文；修治班制曰文；德美才秀曰文；万邦为宪、帝德运广曰文；坚强不暴曰文；徽柔懿恭曰文；圣谟丕显曰文；化成天下曰文；纯穆不已曰文；克嗣徽音曰文；敬直慈惠曰文；与贤同升曰文；绍修圣绪曰文；声教四讫曰文。如汉文帝。折叠编辑本段字源字形字源演变与字形比较折叠编辑本段详细字义名1右图是“文”字的甲骨文图片，资料来源：徐无闻主编：甲金篆隶大字典，四川辞书出版社。1991年7月第一版。“文”字的甲骨文字绘画的像一个正面的“大人”，寓意“大象有形”、“象形”；特别放大了胸部，并在胸部画了“心”，含义是“外界客体在心里面的整体影像、整体写真、整体素描、整体速写”。许慎说文解字把“文”解释为“错画也”，意思是“对事物形象进行整体素描，笔画交错，相联相络，不可解构”，这与他说的独体为文、合体为字的话的意思是一致的。“说文解字”这个书名就表示了“文”只能“说”，而“字”则可“解”的意思。“文”是客观事物外在形象的速写，是人类进一步了解事物内在性质的基础，所以它是“字”的父母，“字”是“文”的孩子。“文”生“字”举例（以“哲”为例）：先对人手摩画，其文为“手”；又对斧子摩画，其文为“斤”。以手、斤为父母，结合、生子，其子就是“折”（手和斤各代表父母的基因）。这个“折”就是许慎所谓的“字”。“字”从宀从子，“宀”表示“独立的房子”，子在其中，有“自立门户”的意思。故“字”还能与“文”或其他“字”结合，生出新“字”来。在本例，作为字的“折”与作为文的“口”结合，就生出了新的字“哲”。2同本义 figure;veins文，错画也。象交文。今字作纹。东汉许慎说文五章以奉五色。春秋左丘明左传昭公二十五年。注：“青与赤谓之文，赤与白谓之章，白与黑谓之黼，黑与青谓之黻。”美于黼黼文章。荀子非相茵席雕文。韩非子十过织文鸟章，白旆央央。诗小雅六月斑文小鱼。明 刘基诚意伯刘文成公文集3又如：文驾（彩车）；文斑（杂色的斑纹）；文旆（有文彩的旗帜）；文绣（绣有彩色花纹的丝织品；刺花图案）；文织（有彩色花纹的丝织品）；文鳞（鱼鳞形花纹）。4字，文字（“文”，在先秦时期就有文字的意思，“字”，到了秦朝才有此意。分别讲，“文”指独体字；“字”指合体字。笼统地说，都泛指文字。） character饰以篆文。南朝宋范晔后汉书张衡传分文析字。东汉班固汉书刘歆传夫文，止戈为武。左传宣公十二年距洞数百步，有碑仆道，其文漫灭。王安石游褒禅山记文曰“天启壬戌秋日”。明 魏学洢核舟记文曰“初平山尺”。5又如：甲骨文；金文；汉文；英文；文迹（文字所记载的事迹）；文书爻（有关文字、文凭之类的卦象）；文异（文字相异）；文轨（文字和车轨）；文狱（文字狱）；文钱（钱。因钱有文字，故称）；文状（字据，军令状）；文引（通行证；路凭）；文定（定婚）。6文章（遣造的词句叫做“文”，结构段落叫做 “章”。） literary composition故说诗者不以文害辞。孟子万章上好古文。唐 韩愈师说属予作文以记之。宋 范仲淹岳阳楼记能述以文。宋 欧阳修醉翁亭记摘其诗文。清 纪昀阅微草堂笔记7又如：文价（文章的声誉）；文魔（书呆子）；文会（旧时读书人为了准备应试，在一起写文章、互相观摩的集会）；文移（旧时官府文书的代称）；文雄（擅长写文章的大作家）；文意（文章的旨趣）；文义（文章的义理）；文情（文章的词句和情思）；本文（所指的这篇文章）；作文（写文章；学习练习所写的文章）；文魁（文章魁首）；文价（文章的声价）；文什（文章与诗篇）。8美德；文德 virtue圣云继之神，神乃用文治。杜牧感怀诗一首9又如：文丈（对才高德韶的老者的敬称）；文母（文德之母）；文武（文德与武功）；文命（文德教命）；文惠（文德恩惠）；文德（写文章的道德）；文薄（谓文德浅薄）；文昭（文德昭著）。10.文才；才华。亦谓有文才，有才华 literary talent而文采不表于后世也。汉 司马迁报任安书11又如：文业（才学）；文英（文才出众的人）；文采风流（横溢的才华与潇洒的风度）；文郎（有才华的青少年）；文彦（有文才德行的人）；文通残锦（比喻剩下不多的才华）。12文献，经典；韵文 document;classics;verse儒以文乱法。韩非子五蠹言必遵修旧文而不穿凿。说文解字叙13辞词句。亦指文字记载 writings;record。如：文几（旧时书信中开头常用的套语。意为将书信呈献于几前）；文倒（文句颠倒）；文过其实（文辞浮夸，不切实际）；文义（文辞）；文辞（言词动听的辞令）；文绣（辞藻华丽）。14自然界的某些现象 natural phenomenon经纬天地曰文。左传昭公二十八年15又如：天文；地文；水文；文象（日月星辰变化的迹象）；文曜（指日月星辰；文星）；文昌（星座名）。16文治；文事；文职。与“武”相对。 achievements in culture and education；civilian post文能取胜。史记平原君虞卿列传文不能取胜。文武并用。唐 魏征谏太宗十思疏精神折冲于千里，文武为宪于万邦。明袁可立晋秩兵部右侍郎诰17又如：文臣，文吏（文职官吏）；文席（教书先生的几席）；文品（文官的品阶）；文帅（文职官员出任或兼领统帅）；文烈（文治显赫）；文员（文职吏员）；文阶（文职官阶）；文道（文治之道）；文业（文事）；文僚（文职官吏）。18法令条文 articles of decree而刀笔吏专深文巧诋，陷人于罪。史记汲黯列传19又如：文劾（根据律令弹劾）；文法吏（通晓法令、执法严峻的官吏）；文丈（规矩；制度）；文移（官府文书）；文牓（布告；文告）；文宪（礼法；法制）。20文言。古代散文文体之一；别于白话的古汉语书面语 literary language。如：半文半白；文语；文白（文言文和白话文）。21文教；礼节仪式 rites则修文德。论语季氏22又如：文丈(崇尚礼文仪节)；文俗(拘守礼法而安于习俗)；文致(指礼乐)；文貌(礼文仪节)；文绪（文教礼乐之事）；文仪(礼节仪式)23指表现形式；外表 form;appearance。如：文服(表面服从)；文榜(告示、布告之类)；文诰(诰令)24指鼓乐，泛指曲调 music;tune。如：文曲(指乐曲)；文始(舞乐名)25谥号，谥法：勤学好问叫文 study deligently何以谓之文。论语是以谓之文。26姓动1在肌