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1、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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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 5.92 1.096 3656 2807.4西 宁 36.75 4.66 1.136 2958 2483.0呼和浩特 40.78 4.60 1.147 2547 2692.2银 川 38.48 4.60 1.156 2807 2749.4北 京 39.80 4.24 1.098 2641 2489.0太 原 37.78 4.18 1.101 2843 2396.8兰 州 36.05 4.16 0.949
8、 3032 2528.9乌鲁木齐 43.78 4.02 1.009 2249 2442.9天 津 39.10 3.99 1.069 2727 2223.7昆 明 25.02 3.94 0.922 4132 2119.5济 南 36.68 3.90 1.063 2955 2220.4海 口 20.03 3.84 0.876 4632 1831.1沈 阳 41.77 3.83 1.067 2448 2274.7长 春 43.90 3.77 1.155 2242 2674.1郑 州 34.72 3.70 1.048 3150 1876.2武 汉 30.63 3.67 0.904 3602 1822.
9、6南 京 32.00 3.64 1.025 3432 1930.9南 昌 28.67 3.64 0.864 3754 1790.4西 安 34.30 3.55 0.928 3219 1528.9上 海 31.17 3.54 0.990 3521 1754.9哈尔滨 45.68 3.53 1.140 2051 2423.7合 肥 31.85 3.48 0.999 3443 1797.0南 宁 22.82 3.48 0.823 4347 1466.1广 州 23.13 3.36 0.885 4328 1567.3福 州 26.08 3.33 0.898 4030 1571.3杭 州 30.23 3
10、.24 0.936 3619 1647.3长 沙 28.20 3.16 0.803 3823 1426.9成 都 30.67 2.89 0.755 3555 945.7贵 阳 26.58 2.87 0.814 4000 991.0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
11、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
12、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）2 140W 。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
