一套完整的太陽能遠程監控系統設計方案

一、太陽能

太陽能（Solar Energy），一般是指太陽光的輻射能量，在現代一般用作發電。自地球形成生物就主要以太陽提供的熱和光生存，而自古人類也懂得以陽光曬乾物件，並作為保存食物的方法，如製鹽和曬鹹魚等。但在化石燃料減少下，才有意把太陽能進一步發展。太陽能的利用有被動式利用（光熱轉換）和光電轉換兩種方式。太陽能發電一種新興的可再生能源。廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風能、化學能、水的勢能等等。在幾十億年內，太陽能是取之不及、用之不竭的理想能源。

太陽能是由內部氫原子發生聚變釋放出巨大核能而產生的能，來自太陽的輻射能量。 中材聯建太陽能發電系統人類所需能量的絕大部分都直接或間接地來自太陽。植物通過光合作用釋放氧氣、吸收二氧化碳，並把太陽能轉變成化學能在植物體內貯存下來。煤炭、石油、天然氣等化石燃料也是由古代埋在地下的動植物經過漫長的地質年代演變形成的。此外，水能、風能等也都是由太陽能轉換來的。地球本身蘊藏的能量通常指與地球內部的熱能有關的能源和與原子核反應有關的能源。

太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，對環境無任何汙染。為人類創造了一種新的生活形態，使社會及人類進入一個節約能源減少汙染的時代。

二、太陽能供電系統組成

太陽能發電系統組成

太陽能發電系統由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電源為交流220V或110V並且要和市電互補，還需要配置逆變器和市電智能切換器。

1.太陽能電池陣列即太陽能電池板

這是太陽能光伏發電系統中的最核心部分，它的主要作用就是將太陽能光子轉化為電能，從而推動負載工作。太陽能電池分為單晶矽太電池、多晶矽太陽電池、非晶矽太陽能電池。由於單晶矽電池比其他兩類堅固耐用、使用壽命長(一般可達20年)、光電轉換效率高等，致使它成為最常用的電池。

2.太陽能充電控制器

它的主要工作就是控制整個系統的狀態，同時對蓄電池的過充電、過放電起到保護作用。在溫度特別低的地方，它還具有溫度補償功能。

3.太陽能深循環蓄電池組

蓄電池顧名思義就是蓄電的，它主要儲存由太陽能電池板轉化過來的電能，一般為鉛酸電池，可以多次循環使用。

在全程監控系統中．有的設備需要提供220V、110V的交流電源，而太陽能的直接輸出一般為1 2VDc、24VDc、48VDc。所以為了能給22VAC、11OVAc的設備提供電源，系統中就必須增加直流／交流逆變器，將太陽能光伏發電系統中產生的直流電能轉化為交流電能。

三、太陽能發電原理

太陽能發電最簡單的原理就是我們所說的化學反應，即太陽能轉化為電能。這個轉化過程就是太陽能輻射能光子通過半導體物質轉變為電能的過程，通常叫做「光生伏打效應」，太陽電池就是利用這種效應製成的。

我們知道，當太陽光照射到半導體上時，有一部分光子被表面反射掉，其餘部分要不被半導體吸收要不就被半導體透過，其中被吸收的光子，當然有一些變成熱，另～些光子則同組成半導體的原子價電子碰撞，於是產生電子一空穴對。這樣，太陽光能就以產生電子一空穴對的形式轉變為電能，再經過半導體內部的電場反應，產生一定的電流，如果把一塊一塊的電池半導體以各種方式連接起來則形成多股電流電壓，從而輸出功率。

四、太陽能的應用

在當前全球能源緊張，價格飛漲的情況下，許多國家採取優惠的政策鼓勵太陽能技術的開發和應用。太陽能供電技術作為一種高新技術，最早應用於航空探險等高端應用場合，隨著各國的推動，太陽能供電技術也得到了日新月異的發展，太陽能發電和太陽能供電技術日益走進民用應用的場合。 在森林、道路、河流、山川等通信或音視頻電子設備應用場合，主要採取電網供電和電池供電方式，電池供電往往只能解決臨時的需要，不能作為長期的供電電源；而採取電網供電方式存在諸多缺點： 

1、供電方式為電纜輸送，工程施工困難，造價高昂； 

2、系統維護不便，高壓輸送存在安全隱患，運營成本高；

 3、安裝、組網困難。 

而太陽供電系統工作時無需水、油、汽、燃料，只要有光就能發電的特點，是清潔、無汙染的可再生能源，而且安裝維護簡單，使用壽命長，可以實現無人值守，倍受人們的青睞，是新能源的領頭羊。近年來，太陽能的應用在全球越來越廣泛，特別是在野外領域，太陽能電源系統正逐步取代一些傳統的電源設備，得到越來越普遍的應用。

太陽能的優點：

●安全可靠、無噪聲、無輻射、無需消耗燃料、無機械轉動部件、故障率低、壽命長；

●環保美觀、不受地理位置限制、建設周期短、規模大小隨意、拆裝簡易、移動方便；

●即裝即用、拆裝損毀成本低、可以方便地與建築物相結合，無需預埋架高輸電線路，可免去遠距離敷設電纜時對植被和環境的破壞及工程費用；

●電壓穩定、電源質量高，廣泛應用於各種用電設備上，非常適用於鄉村、農場、山頭、海島、高速公路等偏僻地方的用電，也是非常優秀的應急備用電源。

●維護簡易，使用壽命長達20年以上，多種充電方式互補，太陽能和市電均可對系統充電。

●太陽能發電相對傳統發電，資源是取之不盡、用之不竭的，是資源最豐富的可再生能源。 

●利用太陽能發電不會造成空氣汙染，不會造成生態環境失去平衡，是一種綠色的可再生能源。

●太陽能發電系統安裝簡單，維護方便，性價比高。

在機電項目中，設備安裝及布線的簡單與複雜、後期維護的方便與困難等問題也是很多業主及承包商關注的問題，太陽能供電與傳統電纜供電相比，前者省去了很多複雜的布線，在立柱上裝載即可完成簡單的安裝：對於後期的維護，也只是對太陽能電池板進行清潔，對蓄電池進行必要的更換。

由於全程監控系統布設的攝像機多，涉及的裡程比較長，如果採用傳統直埋電纜的供電方式，考慮到沿線電纜壓降的因素，都必須採用比較粗大的銅芯線纜，而目前國內銅價又不斷上漲，這樣顯然也增加了很多成本。如果採用太陽能供電，就省去了中間電纜及其敷設的過程，具有很好的性價比。

五、太陽能監控系統

太陽能無線監控系統主要由太陽能供電系統、無線視頻傳輸系統、視頻監控系統三個子系統組成。 

太陽能供電子系統是由太陽能組件、風力發電機、膠體蓄電池、智能充放電控制器等組成，而無線視頻傳輸子系統是由數字網橋、3G/4G無線網絡、COFDM等組成，視頻監控子系統是由攝像機、終端視頻管理設備（如數字硬碟錄像機）等組成。根據需要可增加其它輔助功能如：前端拾音、前端喇叭、前端錄像、前端傳感、視頻分析、無線廣播、移動偵測、無線信號中繼站等。

該系統主要由太陽能組件、風力發電機、膠體蓄電池、智能控制器等組成。太陽能組件和風力發電機將光能轉變為電能，經由一颱風光互補智能控制器的控制，把電能存儲到蓄電池（充電）；需要供電時，打開控制器開關接通負載，把蓄電池中的電能提供給負載（放電）。智能控制器的主要作用是對蓄電池進行充放電管理，當在工作時間內蓄電池供電不足時，控制器自動切斷負載供電，對蓄電池進行過放保護；當蓄電池持續充電時，控制器對蓄電池進行過充保護。 

太陽能發電是整個系統工作能量的主要來源，太陽能組件的大小需要根據負載設備的耗電量來決定。風力發電平時起輔助供電的作用，在連續陰雨天的時候，風力發電機將發揮重要作用，以確保對控制器的不間斷供電，從而避免了長時間陰雨天氣下供電系統的癱瘓。 

蓄電池是在沒有日照情況下維持系統工作所需的能量來源，當發生連續陰雨天的情況時就需要蓄電池有足夠的電量維持整個系統的連續工作，因太陽能膠體蓄電池的價格較高，不能因為顧及一年當中會出現幾次長的陰雨天而增加系統蓄電池配置，使系統在大部分時間內蓄電池配置都處在浪費的狀態，過多配置蓄電池的結果必然導致成本大幅上升。所以太陽能供電應用系統應允許發生概率較低的缺電現象，蓄電池獨立供電時間一般為4-10天。

太陽能控制系統具有：環保節能、無需挖溝或架設電力架、不需要大量線材、不需要輸變電設備、施工周期短、不消耗市電不產生電費、不受地理位置限制、維護費用低、低壓無觸電危險及移動靈活等諸多優點。   

目前適合進行太陽能監控的數據傳輸方式有三種，一是基於無線網橋的微波網絡，二是基於無線平臺運營商的3G/4G網絡,三是有線傳輸.可以根據實際情況結合需要來選擇. 總的來講無線監控，適合於沒有或較少遮擋的地區。

太陽能視頻監控供電系統工作原理： 

  1）.當太陽光照較強時，太陽能光伏組件產生的電流匯聚到控制器，控制器進行供電監控。太陽能光伏組件通過控制器給視頻監控部件供電，同時將多於的能量儲存在儲能系統中。 

    2）.當太陽光照較弱時，太陽能儲能單元板的發電滿足不了視頻監控需求的能量時，負載除從太陽能儲能單元板獲取能量以外，儲能系統同時處於放電狀態以滿足視頻監控穩定運行。 

3). 當到夜間、陰天等日照條件不好的情況下，轉由儲能系統給視頻監控供電。

在野外安裝無線監控系統由於設備安裝地方偏遠無法供電或者供電成本過高、供電不穩定，嚴重影響應用。這種情況可以採用太陽能供電來解決，太陽能供電無線視頻監控系統的工作原理是太陽電池組件將太陽的光能轉化為電能，太陽能充放電控制作為中心控制設備，一方面將太陽電池組件轉化的電能存儲在蓄電池組裡，一方面控制蓄電池組對攝像機、無線視頻傳輸設備以及其他負載設備供電。如果用電設備中有交流設備，通過逆變器將直流電逆變成交流電，可向交流設備提供電源。根據系統設備的用電需求，可輸出12V/24V/36V/48/220V等不同電壓，滿足各種設備的供電需要，無線視頻監控系統運行可靠穩定，能滿足戶外各種惡劣工作環境。

太陽能視頻監控系通統顯著優勢:

1、根據地區的太陽能資源具體情況和負載耗電量確定太陽能發電的容量。

   2、保證所有監控設備持續穩定供電。

   3、無線監控設備考慮全天供電，最大每日供電時間為：24小時。

   4、經濟、實用、可靠、安全。

   5、連續使用陰雨天長（可根據實際情況設計持續供電天數）。

   6、可同時提供DC12V 24V或AC220電源。

   7、採用最新深循環鉛酸免維護防水蓄電池作為儲能設備，工作溫度在-40℃~+60℃之間，具有高壽命高性能的特點。

   8、設備運行自動控制，能實現無人值守及無線遠程監控。

   9、採用監控專用控制、逆變系統，對監控正常的收發信號沒有幹擾，管理維護簡單便利，運行費用極低。

  10、一次投資，長期受益；

這種太陽能供電的無線通信和視頻監控系統優點如下： 

1、 採用太陽能獨立供電，無線傳輸，徹底無線化； 

2、 組件靈活，小巧，方便安裝與組網； 

3、 交直流供電方式，滿足多種負載用電的需要； 

4、 安全性好，維護費用少，造價低。

太陽能視頻監控供電系統（太陽能光伏支架上杆安裝場景）組成：立杆、懸臂、避雷針、太陽能支架、太陽能光伏組件、匯流盒（選配）、電控櫃（含控制器、DC 穩壓模塊、DC 轉 DC 模塊）、遮陽棚、儲能系統、視頻監控（攝像頭等）、無線網橋。

實現快速安裝，施工時間短，投入低，效果好。採用本系統可以擺脫山地、森林、河流、開闊地等特殊地理環境的限制，無須考慮電源線及通信光纜的布線和施工問題，徹底解決布線工程周期長，施工成本高昂甚至根本無法實現的困難，尤其適合：建築工地、水庫大壩、河流水位、漁場林場、野生動物活動監控、野生動物反盜獵、礦山道路及周邊、森林防火、石油天然氣管道、鐵路沿線、高速公路、隧道監控、村莊道路、景區監控、高爾夫球場、文物古蹟、大型工廠室外監控、別墅周邊、城市廣場、島嶼監控、邊防監控、單兵偵測等等。簡單概括為「三無」的地方，即無人無電無網絡，但需要實時監控管理又需要節能零排放無汙染的地方或區域。