太阳能监控系统详解

对于远距离的监控或者野外监控，供电比较困难，一般采用太阳能监控系统比较多，但是对于太阳能监控系统如何实现呢？如何施工呢？

这些问题弱电人经常问起，本期我们来看下太阳能监控系统设计与施工解决方案，一步步详解太阳能监控系统的安装。解决现实中的太阳能远距离监控传输问题。

一、太阳能监控原理

1、太阳能监控原理

大家都知道太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁环保型新型能源，但是要在野外安装监控由于安装环境多处在人烟稀少、环境恶劣的地方，一般都没有正常、稳定的交流电供电；

在这种情况下，可以选用太阳能或者风能发电系统解决现场供电问题。太阳能供电系统的工作原理是将太阳的光能转化为电能，太阳能充放电控制作为中心控制设备，一方面将太阳电池组件转化的电能存储在蓄电池组里，一方面控制蓄电池组对负载设备供电。如果负载设备中需要交流电供电，则需要通过逆变器将直流电逆变成交流电。根据系统设备的用电需求，可输出12V/24V/36V/48/220V 等不同电压，满足各种设备的供电需要，系统运行可靠稳定，能满足户外各种恶劣工作环境。

太阳能监控主要应用于野外以及城市不方便布线的区域，例如：建筑工地、水库大坝、河流水位、渔场林场监控,森林防火、岛屿监控、边防监控、单兵侦测等等。

太阳能监控可采用4G一体网络摄像头，直接插入三大网络运营商的 4G 流量卡即可对现场进行实时监控，弥补了市场上普通监控对于施工难度大，无网无电环境的应用。

即装即用，不受距离的限制，只要有网络就可以进行实时观看。

二、安装前的准备工作

1、检查 4G 覆盖情况

方法比较简单，准备好一部支持 4G 卡手机及一张 4G 流量卡，到需要安装的位置查看一下手机的信号是否有 4G 的标识，且播放网上的小视频是否流畅，同时要注意三大运营商：中国电信，中国联通以及中国移动 4G 信号覆盖的情况，优先考虑信号最强的运营商。如果安装环境没有 4G 的信号，可以使用网桥进行连接。

2、检查安装太阳能立杆位置地理条件。

1.电池板朝南安装成 45 度角，我公司的太阳能板支架已经调整好角度，只需抱箍进行安装即可。

电池板之间需避免遮挡。包括周边建筑物(电线杆，房屋檐角等)。

3、立杆安装准备工作（由于立杆属于大件产品物流费用比较贵，不建议在我公司购买，建议当地购买，一般使用 76 的 5 米-6 米的立杆即可）。

首先对安装施工地点气候及周围环境考察，确定施工方案实施的可行性。施工地点选择遵循以下原则：

三、太阳能监控地基施工

地基施工流程图

基础开挖：以设计图为准对绿化带、人行道开挖基础基坑，按道路安全作业标准文明施工悬挂明显警示标志防止行人跌入，及时清运渣土。

监控基础浇筑步骤：安放地笼、安装接地、预埋管线（光路、电路管线）、浇筑混凝土（商混 C25）、使用震动棒排出混凝土中的空气、打水平仪调整角度、安装模具（制作各个尺寸）保养、悬挂警示标志。

基础浇筑标准：严格按照送检要求进行混凝土配比（C25 商混），并预埋直径 90mmPVC 穿线管侧面穿入手井，浇筑时需打水平尺将地龙固正，注意最外侧 2 螺杆需与马路方向（监控方位）平齐（误差≤0.5°）。浇筑倒浆时需用搅动棒在四角落区域进行均匀震动，基础浇筑完后，应对表面水泥进行细化处理，并对该基础进行连续七天覆膜养护处理。施工过程中拍照（长、宽、深、基坑全景、浇筑震荡、浇筑完成），并填写隐蔽工程记录表报与监理验收后签字确认。

开挖基础尺寸：

4 米杆高基础:

（长*宽*深为 600mm*600mm*800mm）

6 米杆高基础:

（长*宽*深 800mm*800mm*1000mm）

杆件吊装：安装监控立杆步骤：吊装杆件、串引网线、信号线、电源线由横臂至设备箱、由吊车起吊安装固定（螺栓固定后抹黄油做好防锈措施）、夜间道路施工车辆打双闪，施工作业面至前方 30 米处放置反光锥作为警示，并安排一名人员维持交通。安装过程中拍照记录存档。

立杆安装标准：立杆杆体与地面水平垂直（误差≤0.5°），保证杆体与接地母线焊接牢固（阻值不大于 0.1 Ω），保证杆件与地龙牢固结合，对地龙螺栓进行抗腐蚀、抗氧化、保安全处理（螺杆抹黄油），保证杆体与配电箱紧密结合，保证横臂开口方向与道路方向垂直（误差≤1°），立杆过程中提前穿好细铁丝方便后期穿线。

效果图

四、太阳能监控地基施工

1、太阳能电池板

太阳能电池板的作用是将太阳辐射能量直接转换成直流电，供负载使用或贮存于蓄电池内备用，它是太阳能发电系统中最重要的部件之一，其转换率和使用寿命是决定太阳能电池是否具有使用价值的重要因素。太阳能光电池板可组成各种大小不同的太阳能电池方阵，亦称太阳能电池阵列。太阳能电池板的功率输出能力与其面积的大小密切相关，面积越大，在相同光照条件下的输出功率也越大。

太阳能电池板一般由电池片、组件边框、钢化玻璃、封装材料以及接线盒等组成。

2、太阳能充放电控制器

在太阳能发电系统中，充放电控制器在整个系统中起着重要的作用，扮演着系统管理和组织核心的角色。太阳能充放电控制器能够为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效的为蓄电池充电，并在充电过程中减少损耗、尽量延长电池的使用寿命；同时保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。

3、蓄电池组

蓄电池组是独立太阳能供电系统不可缺少的重要部件。蓄电池组将太阳能电池方阵发出的直流电贮能起来，供负载使用。在太阳能发电系统中，蓄电池处于浮充电状态。白天太阳能电池方阵给负载供电，同时电池方阵还给蓄电池充电。

蓄电池主要有：铅酸免维护电池，磷酸铁锂电池

优点：铅酸电池价格便宜，在北方 0 度以下照常工作，使用寿命 4 年左右磷酸铁锂电池体积小，使用寿命 8 年以上，完全不需要任何维护。

缺点：铅酸电池体面非常大，只能地埋，一年最少要打开维护一次更换电池水。

4、逆变器

由于太阳能电池的直接输出一般都是直流电，为能向使用交流电的设备提供电能，应将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用 DC-AC 逆变器。有时还要根据设备工作电压的需要，采用变压器进行升降压。

五、太阳能前端使用功率计算及配置

1、监控设备功率及日耗电量的确定

确定太阳能发电功率及配置的前提是确定前端需要供电设备（负载）的功率及耗电量。通过厂家提供的技术资料和实验方式可以确定设备功率，所有设备功率（注：适配器供电时，功率=设备额定功率/适配器效率）的算术和即为总功率 W，由此可以确定负载日耗电量 P：

P=W*24h/K

K 为逆变器效率若太阳能电池板和蓄电池的输出电压为 12V，则负载设备日耗电容量 Q=P/12V

若太阳能电池板和蓄电池的输出电压为 24V，则负载设备日耗电容量 Q=P/24V

2、蓄电池组容量设计

蓄电池的容量对保证连续供电是极其重要的。太阳能方阵每日所发电量除供设备消耗外，还要多出一部分电量存储到蓄电池内以备夜间及阴雨天使用。

蓄电池的容量 Q＇计算公式为：

Q＇=γ*Q*N＇*τ/C（AH）

式中：

γ 为安全系数，取 1.1～1.4 之间；

Q 为负载设备日耗电容量；

N＇为最长连续阴雨天数；

τ 为温度修正系数，一般在 0℃以上取 1，-10℃以上取 1.1，-10℃以下取 1.2；

C 为蓄电池放电深度，一般铅酸电池为 0.75。

六、太阳能板安装

1、准备工作

（1）、拆装及组装地点选择：拆装地点应在安装地点附近，以便于组装后的运输。此外，安装地点铺有防雨布，放置因地面的凸起或细沙及污渍而造磨损、划伤及玷污等。

（2)、安装人员及工具：专业安装人员 1～2名（安装任务较重时可相应增加安装人员），每人配备安装工具一套， 包括万用表一台、内六角扳手一套，平口螺丝刀、三角锁工装、十字螺丝刀和尖嘴钳各一把，绝缘胶布、防水胶带数卷等。

(3)、依照货物清单清点配件；拆装并参照装箱清单一一核对各零部件并检查有无磕碰、磨损、变形和划伤等损坏， 不合格品 禁止安装。

(4)、太阳能组件及易磨损配件（例如太阳电池组件、监控设备等）在放置时必须垫有柔软的垫物以免在安装过程 中造成划伤等不必要的损坏。

2、太阳能组件安装

（1）、组装立杆组件，调整立杆与太阳能电池组件的方向。组装灯杆时,螺栓连接处连接紧固，受力均匀，必要时 采用螺纹锁固胶；

（2）、借用预穿好的穿线铁丝穿电线。穿线时，禁止用力拉拽，以免造成护套线划伤乃至断裂。连接太阳电池组 件及电源的护套线必须留有足够余量；连接控制器的电源线需向下弯曲一些， 防止水顺电线流入接线端子上。

（3）、安装太阳电池组件：

1）组件固定：用螺栓固定太阳电池组件两个边并紧固；

2）安放太阳电池组件时，接线盒应保持连接线向下；

3）太阳电池组件间连线原则：

a、护套线与太阳电池组件的接线端子必须接实；

b、护套线在杆体内穿行，不可裸露；

c、连线完毕后，用万用表检测各个线路是否正确。注意：电池组件在安装过程中要轻拿轻放，避免工具等器具对其造成损坏

支架安装效果图：

锂电池安装上杆图

100W安装效果图

4、监控摄像头：依据摄像头结构进行安装。

多块太阳能板进行串联连接意图

七、风光互补

一、什么是风光互补

为了提高电力部门的生产效益，各变电站/所实现无人值守将成为一种需要。在电力调度通讯中心建立监控中心，通过对各个变电站/所进行视频画面的实时监视，以便能够实时、直接地了解和掌握各个变电站/所的情况，及时对所发生的情况做出反应，适应行业发展需要。

针对这种形势，使用风光互补无线监控系统将能有效地实现监控和管理。系统全天候地对变电站/所现场的视频数据进行采集编码，一方面将视频数据存储数据于本地的存储设备中，以便事后的回放调查；另一方面，通过 4G无线或者网桥传输设备使监控中心能统一地监视和管理。

2、系统设计关键点

（1）、无线传输由于监控点自身环境特点，传输方式不可能采用有线或光缆，因此应选择无线传输方式来进行数据的传输。目前，4G 无线传输技术成熟，并得到广泛的应用，其具有信号覆盖率高，部署方便等特点，是该系统设计的最佳选择。

（2）、供电保证同样由于监控点自身环境的特点，设备供电不能保证有市电的供应，所以要保证设备全天候正常工作，对应的配套供电系统成了该系统设计重点。太阳能供电系统由太阳电池组件构成的太阳电池方阵、太阳能充电控制装置、逆变器、蓄电池组构成。太阳能供电系统在晴朗的白天能将太阳能转换为电能，给负载供电的同时，也给蓄电池组充电；在无光照时，可由蓄电池给负载供电。又考虑到可能出现的极其恶劣的长时间无光照的天气，配备风能供电系统能给供电带来更大的保证。所以综合来看，风光互补放电系统将是保证设备供电的最佳选择。

3、避雷接地安全可靠。

户外监控系统的软肋是前端的避雷与接地，前端设备的避雷与接地直接影响整个工程的安全性和可靠性，忽视了避雷与接地将会给用户带来巨大的的损失，避雷原则是所有设备都要安装在避雷针的保护范围之内，接地电阻不大于 10 欧姆，避雷与接地的自身特点是由环境决定的并影响到的实际避雷效果，因此脱离了工程所在地的具体情况而设计避雷与接地是纸上谈兵，且不可行。

3、视频系统拓扑图及系统组成

视频监控系统拓扑图

该监控系统包含前端采集单元、无线传输单元和中心管理单元 3 大部分组成。

前端采集单元

前端采集单元由视频服务器、风光互补供电系统和外接采集设备三部分组成，它通过外接的摄像头等采集设备实时采集现场的视频数据，并存储视频数据到本地存储设备。前端采集单元自身配备供电系统，保证设备在无光照、无风、或无光无风等环境下能最大程度地持续正常工作。

无线传输单元

无线传输单元负责用户所需数据的远程传输，在前端采集单元的视频服务器中我们集成有 4G 无线传输单元。4G 无线传输技术具有信号覆盖率高，部署方便等优点，同时具有很高的数据传输能力，为视频的实 时流畅传输提供了保证。

中心管理单元

中心管理单元负责对各个前端采集单元的监控和管理，包括实时视频监控，历史视频回放，历史视频截取，图像抓拍等功能。

4、前端供电系统设计

5、 风力发电机功能参数

1、起动风速低，体积小，外型美观、运行振动轻。

2、采用人性化设计，方便设备的安装、维护和检修。

3、铝合金机身，风轮叶片采用尼龙纤维材质，配以优化的气动外形设计和机构设计，启动风速低，风能利用系数高，增加了年发电量。

4、发电机采用专利技术的永磁转子交流发电机，配以特殊的定子设   计，有效地降低发电机的阻转矩，同时使风轮与发电机具有更为良 好的匹配特性，机组运行的可靠性。

5、采用最大功率跟踪智能型微处理器控制，有效调节电流电压。

6、技术参数

例如下面这些：