太阳能光伏供电在高速公路监控中的应用探析

刘东洋

摘 要：在常规化石资源储量日益减少的情况下，应积极开发利用太阳能，以缓解能源危机与减轻环境污染。高速公路中的监控系统需要以电力能源作为支撑，才能够实现正常运行，在监控系统当中应用太阳能供电方式具有无可比拟的优势。文章分析了应用光伏供电的主要优势，并在此基础上根据某高速公路工程实例探讨了应用光伏供电过程中应注意的问题，包括供电系统构成与主要功能，系统建设中应把握的要点。

关键词：高速公路；监控；光伏供电；太阳能

太阳能属于一种清洁可再生能源，目前利用太阳能的方式包括光电转换与光热转换两种，光伏发电及光伏供电属于太阳能的光电转换利用方式，光伏供电具有系统运行成本低、发电效率高及环保性能好等优势，可以在多种领域中应用[1]。文章分析了高速公路监控体系中应用光伏供电的相关问题，旨在改善改善高速公

1 在公路监控当中应用光伏供电的优势

高速公路在现代交通运输体系当中发挥了重要作用，全程监控高速公路运行状况是保障道路通畅性与减少交通事故的有效途径。高速公路的监控内容包括交通流量、道路状况等，以便可以根据公路动态信息变化，如路网、异常事件、交通流及环境气候等提供路况信息，同时发出路径诱导、限速及禁行等指令，从而预防发生交通事故或道路拥堵问题。总之，正常监控高速公路是提升路网畅通度与通行能力的基础[2]。为了正常监控公路，则需要保障监控系统具有稳定的电源作为支撑，而在监控中应用光伏供电能够有效满足上述要求。首先，太阳能具有绿色、可再生的特点，不会污染空气与破坏生态平衡，不会因原煤供应量减少而对供电的稳定性与长期性造成影响。另一方面，太阳能供电可以获得国家的鼓励与大力支持，且供电系统维护方便，具有较高的性价比。国家的鼓励与支持可以为光伏供电的推广使用提供便利，这就能推动光伏供电技术的革新，进而促使监控系统供电质量实现提升[3]。此外，光伏供电的设备安装方法与布线形式相对简单，后期维护工作较少，只需要清洁电池板及更换蓄电池即可，且无需使用中间电缆，这就可以有效减少供电系统的投入成本。

2 在高速公路监控中应用太阳能光伏供电的方法

2.1 工程概况

某高速公路的路线总长度为196.246km，公路中的第二合同段总长度为35.4km，合同段中共设置有2处互通立交枢纽，服务站设在k170+480处，收费站设在K169+865处，路段终点连接312国道线，终点桩号K173+265.13。路段设计为双向4车道，设计车速为125km/h。路段中的监控系统具有全线视频监控功能，摄像机之间的距离约为2km，在重点路段，如互通枢纽区等缩短摄像机之间的距离。由于监控摄像机的用电负荷相对分散且用电量较小，因此在充分调研及考察监控系统运营成本的基础上决定采用光伏供电形式，光伏电源具有独立性，可以解决长距离与负荷分散供电问题。

2.2 系统构成与主要功能

本工程中采用的供电系统由以下几个部分组成：监测软件、负载、控制器、蓄电池组、电池组件等，其中负载主要包括摄像机等。各组成部分所具有的功能如下：（1）电池组件。电池组件由电池片、EVA胶膜、TPT背膜、钢化玻璃与边框构成。电池片采用单晶硅制成，光电转化率较高，可以确保电池组件的发电功率达到要求。TPT背膜为氟塑料模，具有不透气、耐腐蚀及耐老化的特点，可反射阳光与降低组件温度，有助于提高组件光电转化率。EVA胶膜的具有密封电池组件、连接TPT背膜与玻璃的作用，厚度为0.75mm，还具有增加组件透光率的作用[4]。钢化玻璃的厚度为3.0mm，透光率>91%（波长为300nP～1000nP），同时可以有效反射红外光及提升电池组件耐受紫外线能力。电池组件的边框由铝合金材料制成，能够提升组件的强度与抗冲击能力。（2）控制器、蓄电池、负载。蓄电池属于储能设备，安装在野外的蓄电池可受到环境条件的影响，连续阴雨天气及温度过低、过高均会对蓄电池的使用寿命与容量造成影响，控制器及负载单元均能够发挥保护蓄电池的重要作用。控制器具有过冲、过放、反接、短路及过载保护等功能。在蓄电池处于充满状态的情况下，控制器可将正常充电状态转换成浮充状态；如蓄电池在放电时的电压过大，则控制器可及时将负载切断，因此可以避免蓄电池受到过放的损害。在蓄电池出现反接或短路问题时控制器可以在保护其他部件安全的情况下快速熔断熔丝，只需将熔断的熔丝更换掉便可以排除反接或短路故障。如负载输出的电流较大，则控制器可及时将系统中的负载切断，在蓄电池的电压明显高于电池的电压时，控制器将会切换成串联PWM控制，避免电池出现反向充电问题[5]。（3）监测软件具有安全性良好、可靠性高及精度高的特点，可以利用微处理器与精确测量技术采集数据、测量信号，在供电系统中的子系统出现故障时，可及时发出告警，并自动切除，避免其他子系统的正常运行受到影响。监测软件还具有诊断硬件故障、软件故障、通信中断等方面的作用，能为供电系统稳定运行提供坚实保障。

2.3 系统建设

在建设光伏供电系统时采用了以下方法：（1）先按照设计要求分层安装电池组件，以2块组件为1层，底层组件的净空为6.5m，不同层电池组件之间的距离为2.5m，安装好电池组件后根据太阳照射角对倾角进行适当调整。随后在安装摄像机的立柱周围开挖地井，地井规格为1.75m×1m×1.25m，地井底部加砌0.3m壁砖，井底砌砖，砌砖高度为0.1m，随后在壁砖及底砖上涂好防水层，注意在地井中设置好排水孔及走线孔。完成上述工作后便可以连接好蓄电池及安装好光传感器，随后在控制箱中安装好充电接口、负载配电、放电与充电控制器等控制板块构件。安装好控制器后可以敷设控制箱与蓄电池、电池组件之间的电缆敷设，并连接好通讯电缆与电气电缆，确认电缆敷设正确后可调试光伏供电电源，试运行供电系统，为摄像机供电，试运行中没有发现系统存在运行缺陷后便可以安装监测软件，利用监测软件在线监测蓄电池、供电系统运行状况，并根据现场运行需要调整监测软件设置方式。（2）蓄电池的容量计算。在计算蓄电池的实际容量时可以采用以下公式BC=To/CC×NL×QL×A，在上述公式中CC-放电深度，碱性镍镉电池为0.85，铅酸电池为0.75；To-温度修正值，小于10℃时取12，-10℃～0℃取10，大于0℃时取1；NL-阴雨天气连续天数；QL-负载耗电量；A-安全系数，取1.0～1.4。

3 结束语

综上所述，监控高速公路的通行状况是保障交通运输系统实现正常运行的基本条件。在高速公路的监控系统当中应用光伏供电模式具有减少建设成本、节约资源及方便后期维护等优势，有助于保障监控系统运行的安全性、稳定性与可靠性。

参考文献

[1]鄂加强，苏秀超，左威，等.碟式太阳能聚光器气动特性和最大风压分布仿真分析[J].湖南大学学报（自然科学版），2015，42（2）：8-16.

[2]常春，李石栋，李鑫，等.周向非均匀热流边界条件下混合熔融盐在太阳能高温吸热管内的强化换热研究[J].中国电机工程学报，2014，34（20）：3341-3346.

[3]陈晓燕，田朋飞.攀枝花太阳能光热资源开发利用研究—以小型太阳能主题公园为例[J].煤炭技术，2013（10）：205-206.