公路监控系统用太阳能独立电源系统设计方案
公路监控系统用太阳能独立电源系统设计方案太阳能电源系统设计方案说明1.系统配置方案说明1. 1 系统配置主要组成部分本太阳能电源系统主要由太阳电池方阵（太阳电池组件及支架）、太阳能充电控制器、逆变器、蓄电池、交流负荷（摄像机和通讯设备）等五部分以及它们之间的联系电缆组成。1.2 各部分的数量配置1.2.1 交流负荷概述交流负荷的额定工作电压为 AC220V，它们共有两种，一种是摄像机和通讯控制机，其负荷总功率为30W；这两种交流负荷每天工作12 小时，要求连续2天供电。1.2.2 太阳电池方阵太阳能充电控制器的太阳电池方阵输入端额定电压为 DC48V，因此选用的太阳电池组件为4 块（50Wp/块）串联的接线方式，得到太阳电池方阵的输出最大工作电压为70.4V（17.6 V×4），这样能够使太阳电池正常工作时以近似太阳能充电控制器设计的额定输入电压工作，从而使系统配置更加合理，提高了系统的发电效率，此时方阵的峰值功率为200Wp。200Wp 的太阳电池组件一天的发太阳电池方阵太阳能充电控制器蓄电池正弦波逆变器交流负荷- 2 -电量完全能够满足30W 负荷的用电要求。从系统运行的安全性、可靠性角度考虑，在太阳能充电控制器的太阳电池方阵输入端内部设置有防过压保护器，避免受到太阳电池方阵产生的高压冲击。1.2.3 太阳能充电控制器本系统使用一个 48V/500W 的太阳能充电控制器，它主要由输入输出端子、太阳能充电控制单元、蓄电池状态指示灯、蓄电池回路保险组成。太阳能充电控制器由北京日佳公司制造，它具有外观美观、质量可靠、接线方便、电压显示直观等特点，此外还具有过充、接反、短路等保护功能以及充电速度快及平稳、损耗小等特点。1.2.4 逆变器本系统使用一个 AC220V 输出的300W 正弦波逆变器，它主要由输入端子、输出插座、电源开关、状态指示灯等组成。逆变器由北京日佳公司制造，它具有安全的输入输出隔离设计、高转换效率（94%）、输出电能的谐波分量小于3%、各种指示状态清晰、各种保护功能、温控风冷。1.2.5 蓄电池本系统使用 4 只胶体铅酸密封免维护蓄电池，其容量是28Ah（C10），它具有极低的自放电率、使用寿命在10 年以上、运行可靠等特点。4 只28Ah 的蓄电池能够维持当地2 天无日照日的放电要求，即负荷完全由蓄电池供电时，可以持续2 天的时间。2.设备设置地点方案说明2.1 太阳电池方阵太阳电池方阵由 4 块组件组成，其外形尺寸为宽1.007m、高1.32m。可将其放置在杆体的一侧，其采光面应朝向正南、并与地面呈45°角倾斜放置，此时的发电效果最佳。太阳电池组件及其支架的总重量约为 25kg。为了保证其稳固，采用40×4mm的等边角钢为其固定用的支架。角钢经过热镀锌处理，完全能够适应室外环境而- 3 -不会锈蚀。2.2 太阳能充电控制器太阳能充电控制器应放置在控制箱内，其外形尺寸为：85 高×98 宽×34 深mm，有4 个安装孔，采用4 个M4×20 螺栓固定，宜采用垂直固定（方便接线与观察），整个控制器的重量为108g。其外形如下图所示。2.3 逆变器逆变器应放置在控制箱内，其外形尺寸为：155 高×237 宽×72 深mm，有4个安装孔，采用4 个M6×20 螺栓固定，整个控制器的重量为3.5kg。其外形及安装尺寸图如下图所示。2.4 蓄电池蓄电池应放置在蓄电池箱内，系统总共用 2 只蓄电池，每只的外形尺寸为：381 长×175 宽×190 高mm，重量为：24.6kg。两只蓄电池可并排放置，其总体- 4 -的外形尺寸为：381 长×350 宽×190 高mm，重量为：49.2kg。蓄电池的接线端子在顶上偏一边。3.系统工作原理设计方案说明3.1 太阳能电源系统正常时的工作过程在晴朗的白天，太阳电池方阵接受太阳光的照射，组成方阵的太阳电池组件内的最小单元（太阳电池芯片）通过纯物理反应，将太阳能转换为电能，此时的电为直流电。直流电经过太阳能充电控制器给蓄电池充电，同时给逆变器输入电能，直流电经过逆变器的逆变作用以后，才能变为交流电，才可以向负荷供电。在阴雨天及夜间时，太阳能不能发电，此时负荷全部由蓄电池给逆变器供电而得到电能；3.2 太阳能电源系统异常时的工作过程假如太阳电池方阵或太阳能充电控制器出现异常情况时，蓄电池得不到电能的补充，当蓄电池的端电压下降到一定值（44V）时，逆变器停止工作，此时负荷没有工作电源。只有当电源系统恢复正常后，蓄电池电压充电到 48V 以上时，系统才能够恢复向负荷供电。5.电缆铺设及接地线方案说明5.1 电缆铺设方案说明5.1.1 容纳电缆的材料由于太阳能发电系统的太阳电池方阵置于室外使用，因此，用于室外与控制器箱或蓄电池箱之间连接的电缆须将其铺设在镀锌钢管或室外用塑料管 (所选材料应该有足够的抗拉、抗弯曲强度)中，以免受到外界环境因素（如阳光、雨、雪及风沙等）的破坏，从而保证太阳能电源系统的可靠运行。5.1.2 电缆铺设地点太阳电池方阵太阳能充电控制器之间、太阳能充电控制器蓄电池之间、- 5 -太阳能充电控制器逆变器之间、逆变器用户负荷之间。5.1.3 电缆铺设方案5.1.3.1 太阳电池方阵太阳能充电控制器之间这两种设备一个在室外、一个在控制器箱内，建议采用在镀锌钢管内铺设，镀锌管的管口用绝缘材料密封处理，以防进水或将电缆线损坏。5.1.3.2 太阳能充电控制器蓄电池之间与 6.1.3.1 项采用相同的铺设方法。5.1.3.3 太阳能充电控制器逆变器之间此两种设备都放置在控制器箱中，因此直接用导线进行连接即可。5.1.3.4 逆变器用户负荷之间与 6.1.3.1 项采用相同的铺设方法。5.2 接地线方案说明5.2.1 接地设备太阳电池方阵的架台、逆变器。5.2.2 接地线方案5.2.2.1 室外设备由于太阳电池组件边框为铝合金材料、太阳电池方阵的支架也为金属材料，因此可以将接地电缆（线径至少为16mm2 的铜芯电缆）接到支架上，然后再将接地电缆接到大地接地体上。接地体的接地电阻应不大于4 欧姆。5.2.2.2 控制器箱内设备将逆变器的接地端子与接地体用接地电缆线（线径至少为 16mm2 的铜芯电缆）连接起来，这样整个太阳能发电系统的地线系统为一个等电位系。这样对设备的正常运行起到保护作用，并且对人身安全也起到保障作用。6.系统防雷及浪涌等保护方案说明6.1 接地保护网- 6 -系统设备的所有地线是与大地连接在一起的，形成以大地为中心的网状结构，对于当地的雷电状况来说，可以对设备起到一定的保护作用。6.2 防雷及浪涌组件在太阳能控制器内部的输入、输出端还设置有避雷及消除浪涌的吸收组件。6.3 其他保护如过流保护，本系统的主回路中采用电子保险或保险丝进行保护，系统过流后可以切断过流回路，减少故障范围扩大。如当太阳能电源系统是自动出现故障时，它会自动发出保护命令且通过指示灯发出警报，方便维护。7.主要设备清单序号 名称 型号 数量1 太阳电池组件50W 4 块2 太阳电池方阵架台热镀锌钢结构 1套（200W 用）3 太阳能充电控制器48V/500W 1 个4 逆变器48V/300W 1 个5 蓄电池12V/28Ah 2 只6 蓄电池箱钢板结构 1套7 设备间电缆1 套
