城市交通信息采集設(shè)備太陽能供電設(shè)計

　　摘要：深圳市城市交通信息綜合采集與處理平臺完成SUTSS所需的外場實時交通信息獲取，外場采集設(shè)備供電采用太陽能供電。

　　關(guān)鍵詞：外場環(huán)境、設(shè)備功率、太陽能電池板功率、蓄電池容量

　　1．1 設(shè)計概述

　　本交通采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)測量站點不少處于地形環(huán)境十分復(fù)雜、傳輸距離遠、無電網(wǎng)供電的地方。檢測系統(tǒng)中，電源設(shè)計選用太陽能對蓄電池進行浮充的電源方案。

　　選擇的太陽能電池板和蓄電池應(yīng)是經(jīng)濟、可靠性的。既要防止太陽能發(fā)電板在陰雨期容量不夠，達不到測量目的，又要避免容量過大，造成浪費。

　　設(shè)計要求為24小時不間斷工作，并保證連續(xù)5天陰雨正常工作。

　　1．2方案設(shè)計

　　1．2.1采集點設(shè)備功率

　　數(shù)據(jù)采集儀器應(yīng)采用低功能耗的：EIS:DC12V4.5W，GPRS:DC12V3W，控制器及防雷器及電損,共計小于12W,以下按12W計算。

　　1.2.2太陽能電池板功率計算

　　太陽能電池板容量是指平板式太陽能板發(fā)電功率WP。太陽能電池功率量值取決于負載24h所能消耗的電力H(WH)，由負載額定電流與負載24h所消耗的電力，決定了負載24h消耗的容量P(AH)，再考慮到平均每天日照時數(shù)及陰雨天造成的影響，計算出太陽能電池陣列工作電流IP(A)。

　　由負載額定電流，選取蓄電池公稱電壓，由蓄電池公稱電壓來確定蓄電池串聯(lián)個數(shù)及蓄電池浮充電壓VF(V)，再考慮到太陽能電池因溫度升高而引起的溫升電壓VT(v)及反充二極管P-N結(jié)的壓降VD(V)所造成的影響，則可計算出太陽能電池陣列的工作電壓VP(V)，由太陽電池陣列工作電流IP(A)與工作電壓VP(V)，便可決定平板式太陽能板發(fā)電功率WPW，從而設(shè)計出太陽能板容量，由設(shè)計出的容量WP與太陽能電池陣列工作電壓VP，確定電池平板的串聯(lián)塊數(shù)與并聯(lián)組數(shù)。

　　太陽能電池陣列的具體設(shè)計步驟如下：

　�。�.計算負載24h消耗容量P。

　　P=H/V=Wh/V=12*24/12=24

　　V——負載額定電壓(DC12V)

　　2.選定每天日照時數(shù)T(H)。(7至8H，按7H計算)

　　3.計算太陽能陣列工作電流。

　　IP=P(1+Q)/T=24*(1+0.5)/7≈5.14

　　Q——按陰雨期富余系數(shù)，Q=0.21～1.00,(取0.5計算)

　　4.確定蓄電池浮充電壓VF。

　　鎘鎳(ＧＮ)和鉛酸(ＣＳ)蓄電池的單體浮充電壓分別為1.4～1.6V和2.2V。

　　5.太陽能電池溫度補償電壓VT。

　　VT=2.1/430(T-25)VF=2.1/430*(7-25)*2.2=-0.19

　　6.計算太陽能電池陣列工作電壓VP。

　　VP=(VF+VD+VT)×6=[2.2+0.6+(-0.19)]×6=15.66(V)

　　其中VD=0.5～0.7(取中間值0.6)12V的蓄電池由6個單體組成。

　　7.太陽電池陣列輸出功率ＷＰ�熎桨迨教�陽能電板。

　　WP=IP×VP=5.14×15.66=80.5（W）

　　8.根據(jù)VP、WP確定本采集系統(tǒng)為80.5W、15.66 V

　　9.為了更為安全保險,所以采用120W、17V

　　因為負載設(shè)備電壓在12V，所以相應(yīng)的充放電控制器選擇12V。

　　太陽能電池板的選擇主要與其充電電流有關(guān)，也就是太陽能板決定了在理想的日照條件下究竟需要多長時間才能將蓄電池充滿。這個和本地的日照情況有關(guān)，為此我們參考了深圳市全年全年各月平均日照時間表。

　　根據(jù)上表，加權(quán)平均得出深圳市平均的日照時數(shù)為5kWh/m²/d。要滿足平均3天充滿蓄電池的要求，參考選用的太陽能電池組件型號為120Wp。

　　1.2.3蓄電池的容量計算

　　蓄電池的容量由下列因素決定：

　　1.蓄電池單獨工作天數(shù)。在特殊氣候條件下，蓄電池允許放電達到蓄電池所剩容量占正常額定容量的20%。

　　2.蓄電池每天放電量。對于日負載穩(wěn)定且要求不高的場合，日放電周期深度可限制在蓄電池所剩容量占額定容量的80%。

　　3.蓄電池要有足夠的容量，以保證不會因過充電所造成的失水。一般在選蓄電池容量時，只要蓄電池容量大于太陽能發(fā)電板峰值電流的25倍，則蓄電池在充電時就不會造成失水。

　　4.蓄電池自身漏掉的電能。隨著電池使用時間的增長及電池溫度的升高，自放電率會增加。對于新的電池自放電率通常小于容量的5%，但對于舊的質(zhì)量不好的電池，自放電率可增至每月10%～15%。

　　在本檢測系統(tǒng)中，連續(xù)陰雨天的長短決定了蓄電池的容量，由檢測設(shè)備在連續(xù)5天陰雨天中所消耗能量120安時加上20%因子24安時，再加上10%電池自放電能量12安時，便可計算出蓄電池的容量為156AH。但實際設(shè)備每隔5min發(fā)射一次數(shù)據(jù)，發(fā)射時間2Sec；所以蓄電池的容量選用DC12V-150AH就足夠了。

　　綜上所述，設(shè)計采用如下配置：

　　1. 太陽能電池組件：120Wp，使用壽命20年以上。

　　2. 免維護鉛酸蓄電池：100Ah/12V使用壽命3年左右。

　　3. 控制器：SPV-DCRC-10I額定電流10A，工作溫度：-35°C~+50°C。使用壽命10年以上。

　　4. DC-DC電源模塊：5V/12V輸出，額定功率6W�！�

　　1.3結(jié)束語

　　經(jīng)過科學(xué)計算方法，城市交通信息外場采集點太陽能供電方案可以完全滿足系統(tǒng)工作需求，為城市交通仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集提供可靠保障�！　�