一套完整的太阳能远程监控系统设计方案

一、太阳能

太阳能（Solar Energy），一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能、化学能、水的势能等等。在几十亿年内，太阳能是取之不及、用之不竭的理想能源。

太阳能是由内部氢原子发生聚变释放出巨大核能而产生的能，来自太阳的辐射能量。 中材联建太阳能发电系统人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。植物通过光合作用释放氧气、吸收二氧化碳，并把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代演变形成的。此外，水能、风能等也都是由太阳能转换来的。地球本身蕴藏的能量通常指与地球内部的热能有关的能源和与原子核反应有关的能源。

太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。

二、太阳能供电系统组成

太阳能发电系统组成

太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流220V或110V并且要和市电互补，还需要配置逆变器和市电智能切换器。

1.太阳能电池阵列即太阳能电池板

这是太阳能光伏发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，致使它成为最常用的电池。

2.太阳能充电控制器

它的主要工作就是控制整个系统的状态，同时对蓄电池的过充电、过放电起到保护作用。在温度特别低的地方，它还具有温度补偿功能。

3.太阳能深循环蓄电池组

蓄电池顾名思义就是蓄电的，它主要储存由太阳能电池板转化过来的电能，一般为铅酸电池，可以多次循环使用。

在全程监控系统中．有的设备需要提供220V、110V的交流电源，而太阳能的直接输出一般为1 2VDc、24VDc、48VDc。所以为了能给22VAC、11OVAc的设备提供电源，系统中就必须增加直流／交流逆变器，将太阳能光伏发电系统中产生的直流电能转化为交流电能。

三、太阳能发电原理

太阳能发电最简单的原理就是我们所说的化学反应，即太阳能转化为电能。这个转化过程就是太阳能辐射能光子通过半导体物质转变为电能的过程，通常叫做“光生伏打效应”，太阳电池就是利用这种效应制成的。

我们知道，当太阳光照射到半导体上时，有一部分光子被表面反射掉，其余部分要不被半导体吸收要不就被半导体透过，其中被吸收的光子，当然有一些变成热，另～些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电子一空穴对。这样，太阳光能就以产生电子一空穴对的形式转变为电能，再经过半导体内部的电场反应，产生一定的电流，如果把一块一块的电池半导体以各种方式连接起来则形成多股电流电压，从而输出功率。

四、太阳能的应用

在当前全球能源紧张，价格飞涨的情况下，许多国家采取优惠的政策鼓励太阳能技术的开发和应用。太阳能供电技术作为一种高新技术，最早应用于航空探险等高端应用场合，随着各国的推动，太阳能供电技术也得到了日新月异的发展，太阳能发电和太阳能供电技术日益走进民用应用的场合。 在森林、道路、河流、山川等通信或音视频电子设备应用场合，主要采取电网供电和电池供电方式，电池供电往往只能解决临时的需要，不能作为长期的供电电源；而采取电网供电方式存在诸多缺点： 

1、供电方式为电缆输送，工程施工困难，造价高昂； 

2、系统维护不便，高压输送存在安全隐患，运营成本高；

 3、安装、组网困难。 

而太阳供电系统工作时无需水、油、汽、燃料，只要有光就能发电的特点，是清洁、无污染的可再生能源，而且安装维护简单，使用寿命长，可以实现无人值守，倍受人们的青睐，是新能源的领头羊。近年来，太阳能的应用在全球越来越广泛，特别是在野外领域，太阳能电源系统正逐步取代一些传统的电源设备，得到越来越普遍的应用。

太阳能的优点：

●安全可靠、无噪声、无辐射、无需消耗燃料、无机械转动部件、故障率低、寿命长；

●环保美观、不受地理位置限制、建设周期短、规模大小随意、拆装简易、移动方便；

●即装即用、拆装损毁成本低、可以方便地与建筑物相结合，无需预埋架高输电线路，可免去远距离敷设电缆时对植被和环境的破坏及工程费用；

●电压稳定、电源质量高，广泛应用于各种用电设备上，非常适用于乡村、农场、山头、海岛、高速公路等偏僻地方的用电，也是非常优秀的应急备用电源。

●维护简易，使用寿命长达20年以上，多种充电方式互补，太阳能和市电均可对系统充电。

●太阳能发电相对传统发电，资源是取之不尽、用之不竭的，是资源最丰富的可再生能源。 

●利用太阳能发电不会造成空气污染，不会造成生态环境失去平衡，是一种绿色的可再生能源。

●太阳能发电系统安装简单，维护方便，性价比高。

在机电项目中，设备安装及布线的简单与复杂、后期维护的方便与困难等问题也是很多业主及承包商关注的问题，太阳能供电与传统电缆供电相比，前者省去了很多复杂的布线，在立柱上装载即可完成简单的安装：对于后期的维护，也只是对太阳能电池板进行清洁，对蓄电池进行必要的更换。

由于全程监控系统布设的摄像机多，涉及的里程比较长，如果采用传统直埋电缆的供电方式，考虑到沿线电缆压降的因素，都必须采用比较粗大的铜芯线缆，而目前国内铜价又不断上涨，这样显然也增加了很多成本。如果采用太阳能供电，就省去了中间电缆及其敷设的过程，具有很好的性价比。

五、太阳能监控系统

太阳能无线监控系统主要由太阳能供电系统、无线视频传输系统、视频监控系统三个子系统组成。 

太阳能供电子系统是由太阳能组件、风力发电机、胶体蓄电池、智能充放电控制器等组成，而无线视频传输子系统是由数字网桥、3G/4G无线网络、COFDM等组成，视频监控子系统是由摄像机、终端视频管理设备（如数字硬盘录像机）等组成。根据需要可增加其它辅助功能如：前端拾音、前端喇叭、前端录像、前端传感、视频分析、无线广播、移动侦测、无线信号中继站等。

该系统主要由太阳能组件、风力发电机、胶体蓄电池、智能控制器等组成。太阳能组件和风力发电机将光能转变为电能，经由一台风光互补智能控制器的控制，把电能存储到蓄电池（充电）；需要供电时，打开控制器开关接通负载，把蓄电池中的电能提供给负载（放电）。智能控制器的主要作用是对蓄电池进行充放电管理，当在工作时间内蓄电池供电不足时，控制器自动切断负载供电，对蓄电池进行过放保护；当蓄电池持续充电时，控制器对蓄电池进行过充保护。 

太阳能发电是整个系统工作能量的主要来源，太阳能组件的大小需要根据负载设备的耗电量来决定。风力发电平时起辅助供电的作用，在连续阴雨天的时候，风力发电机将发挥重要作用，以确保对控制器的不间断供电，从而避免了长时间阴雨天气下供电系统的瘫痪。 

蓄电池是在没有日照情况下维持系统工作所需的能量来源，当发生连续阴雨天的情况时就需要蓄电池有足够的电量维持整个系统的连续工作，因太阳能胶体蓄电池的价格较高，不能因为顾及一年当中会出现几次长的阴雨天而增加系统蓄电池配置，使系统在大部分时间内蓄电池配置都处在浪费的状态，过多配置蓄电池的结果必然导致成本大幅上升。所以太阳能供电应用系统应允许发生概率较低的缺电现象，蓄电池独立供电时间一般为4-10天。

太阳能控制系统具有：环保节能、无需挖沟或架设电力架、不需要大量线材、不需要输变电设备、施工周期短、不消耗市电不产生电费、不受地理位置限制、维护费用低、低压无触电危险及移动灵活等诸多优点。   

目前适合进行太阳能监控的数据传输方式有三种，一是基于无线网桥的微波网络，二是基于无线平台运营商的3G/4G网络,三是有线传输.可以根据实际情况结合需要来选择. 总的来讲无线监控，适合于没有或较少遮挡的地区。

太阳能视频监控供电系统工作原理： 

  1）.当太阳光照较强时，太阳能光伏组件产生的电流汇聚到控制器，控制器进行供电监控。太阳能光伏组件通过控制器给视频监控部件供电，同时将多于的能量储存在储能系统中。 

    2）.当太阳光照较弱时，太阳能储能单元板的发电满足不了视频监控需求的能量时，负载除从太阳能储能单元板获取能量以外，储能系统同时处于放电状态以满足视频监控稳定运行。 

3). 当到夜间、阴天等日照条件不好的情况下，转由储能系统给视频监控供电。

在野外安装无线监控系统由于设备安装地方偏远无法供电或者供电成本过高、供电不稳定，严重影响应用。这种情况可以采用太阳能供电来解决，太阳能供电无线视频监控系统的工作原理是太阳电池组件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摄像机、无线视频传输设备以及其他负载设备供电。如果用电设备中有交流设备，通过逆变器将直流电逆变成交流电，可向交流设备提供电源。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，无线视频监控系统运行可靠稳定，能满足户外各种恶劣工作环境。

太阳能视频监控系通统显著优势:

1、根据地区的太阳能资源具体情况和负载耗电量确定太阳能发电的容量。

   2、保证所有监控设备持续稳定供电。

   3、无线监控设备考虑全天供电，最大每日供电时间为：24小时。

   4、经济、实用、可靠、安全。

   5、连续使用阴雨天长（可根据实际情况设计持续供电天数）。

   6、可同时提供DC12V 24V或AC220电源。

   7、采用最新深循环铅酸免维护防水蓄电池作为储能设备，工作温度在-40℃~+60℃之间，具有高寿命高性能的特点。

   8、设备运行自动控制，能实现无人值守及无线远程监控。

   9、采用监控专用控制、逆变系统，对监控正常的收发信号没有干扰，管理维护简单便利，运行费用极低。

  10、一次投资，长期受益；

这种太阳能供电的无线通信和视频监控系统优点如下： 

1、 采用太阳能独立供电，无线传输，彻底无线化； 

2、 组件灵活，小巧，方便安装与组网； 

3、 交直流供电方式，满足多种负载用电的需要； 

4、 安全性好，维护费用少，造价低。

太阳能视频监控供电系统（太阳能光伏支架上杆安装场景）组成：立杆、悬臂、避雷针、太阳能支架、太阳能光伏组件、汇流盒（选配）、电控柜（含控制器、DC 稳压模块、DC 转 DC 模块）、遮阳棚、储能系统、视频监控（摄像头等）、无线网桥。

实现快速安装，施工时间短，投入低，效果好。采用本系统可以摆脱山地、森林、河流、开阔地等特殊地理环境的限制，无须考虑电源线及通信光缆的布线和施工问题，彻底解决布线工程周期长，施工成本高昂甚至根本无法实现的困难，尤其适合：建筑工地、水库大坝、河流水位、渔场林场、野生动物活动监控、野生动物反盗猎、矿山道路及周边、森林防火、石油天然气管道、铁路沿线、高速公路、隧道监控、村庄道路、景区监控、高尔夫球场、文物古迹、大型工厂室外监控、别墅周边、城市广场、岛屿监控、边防监控、单兵侦测等等。简单概括为“三无”的地方，即无人无电无网络，但需要实时监控管理又需要节能零排放无污染的地方或区域。