太阳能监控方案

太阳能监控方案

高速公路全程视频监控技术是现代交通管理的有效手段，通过视频监控可实时掌握道路交通运行状态，对突发事件做出快速响应。但是公路的线性分布特点导致了监控外场摄像机的电网供电建设成本高、线路损耗大、电能利用率低等问题，影响了全程视频监控技术的推广应用。河南高速公路发展有限责任公司利用太阳能光伏发电技术，在连霍高速公路郑州和洛阳段全程220km范围内100个监控点，成功实施了太阳能供电的全程视频监控系统示范工程，为解决上述问题探索出了一条新途径。经过近5年的实际运行证明该示范工程技术方案成熟可靠，与电网供电相比，可节省供配电工程建设投资58.3%，平均每公里节省3.13万元；5年来节省电费22万元、汽油费96万元，减少CO2排量402吨，效果显著。该示范工程成功的关键在于示范单位领导重视以科技创新为引领，以科学实验为基础，在技术上通过优化设计大大减少了摄像机等部件的功耗，通过地埋恒温技术保证了蓄电池的最佳工作状态，通过应急充电及电源在线管理等维护措施保障了整个系统的长期稳定。该技术可广泛应用于太阳能光照条件三级以上的公路视频监控系统外场摄像机或50W以下的类似负载，在现代交通管理中具有广阔的应用前景。建议行业主管部门以实施单位在建设和维护过程中的先进经验为基础，尽快制定出相应技术标准，在全国推广应用。

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“太阳能技术在连霍高速公路郑州至洛阳段道路全程监控系统中的应用”推广材料

——交通运输部节能减排专家工作组

一、概况

河南高速公路发展有限责任公司是河南省人民政府授权省交通运输厅组建的国有独资企业，公司管理资产总额达1100亿元，员工总数近2万人。主营高速公路、特大型独立桥梁等交通基础设施的开发建设、养护和经营管理，是河南省高速公路建设管理的投资主体。成立以来，累计建成通车高速公路2540公里，约占全省通车高速公路的53%；管养已通车高速公路2069公里，为全省高速公路通车总里程的46%；在建高速公路404公里。公司目前下设郑州、商

丘、开封、洛阳、三门峡等15个管理分公司，9个项目建设公司，15个多种经营公司，控股河南中原高速公路股份有限公司，公司机关设办公室、工程管理部、养护管理部、路产管理部等职能部门。经营范围涉及高速公路工程施工、道路养护、交通机电运营维护、服务区经营、油品供应等领域。

随着河南高速公路路网的逐步形成，对道路设施和交通状况进行全面监控，为制定和实施应急预案，减少道路拥堵、预防交通事故、提高服务水平，河南高速公路发展有限责任公司决定在连（运港）霍（尔果斯）高速公路郑州和洛阳管辖的220km范围内（K528+881-K748+136）实施道路全程监控。

为扩展监视范围，有效实施全程监控，外场摄像机的设置间隔约为2km,处于一种线状的非集中布局，若采用电网供电方式，存在线路损耗大、建设投资成本高、施工复杂和运营维护费用高等问题。同时，该路段即将实施不中断运营的道路两侧拓宽工程（四改八），外场摄像机需设置在中央隔离带。如在中央隔离带敷设电力电缆，则影响通信及其它弱电信号。因此，摄像机供电问题已成为项

目实施单位面临的难点问题。

太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁环保型能源，利用太阳能光伏技术将太阳能转换为电能，现已广泛应用于航空航天、气象站、遥测遥感、航道灯塔、铁路信号、通信以及偏远地区、海岛居民的供电等领域。太阳能光伏发电技术为上述问题提供了解决方案。

因此，根据郑洛路全程监控实际需要，从经济、节能、环保、缩短工期的角度考虑，连霍高速公路郑州至洛阳段道路监控系统了采用太阳能供电方式，为全线100套视频监控摄像机供电。

二、基本原理

（一）系统原理

太阳能光伏发电系统是通过太阳能电池组件在日照辐射下产生光伏电流，为用电负载提供电力能源。太阳能电池产生的电流通过充放电控制器一方面对

负载直接供电，另一方面将多余的电能储存在蓄电池中以备光照不足时向负载供电。

交流负载可通过逆变器、变压器转换成适用的交流电供电。为应对恶劣气象条件造成蓄电池电量不足的情况，系统可配置市电或自发电应急充电接口。为了提高供电系统的可靠性通过光端机将光伏系统的运行状态实时上传至监控中心，以便及时采取人工维护措施。

太阳能供电技术原理示意图如图1所示。

图1太阳能供电技术原理示意图

（二）自然条件分析

郑洛路处于河南省中部，位于北纬34.7度，全年日照2000-2600小时，年均日照率为45-55%，年太阳辐射总量110-125千卡/平方厘米，沿线日平均辐照时间约4.1小时，属于三级太阳能资源地区中光能资源较丰富的区域。因此，郑洛路实现太阳能全程监控具有较好的自然条件。

三、实施方案

（一）太阳能全程监控系统构成

太阳能供电的高速公路道路全程监控系统由太阳能电池阵列、蓄电池组、太阳能充放电控制器、逆变器、变压器、摄像机和光端机等设备组成，如图2所示。

图2道路全程监控系统太阳能供电组成图

（二）优化设计

太阳能光伏发电技术在公路交通行业中应用的主要障碍是供电负载的适用性问题，如何结合高速公路全程监控系统的用电负载特性，优化供电系统设计，降低用电负载功耗，提高太阳能发电系统效率则是该项目的关键技术环节。

因此，本项目针对系统主要部件进行如下优化。

1、摄像机

为降低太阳能供电系统的初期投资成本，在满足交通监控图像质量要求的前提下，经过试验与研究，对摄像机用电功率提出具体要求并进行技术改进，将一台全天候带云台摄像机的额定功率限定在30W以内，并且采用直流24V供电方式。选出符合要求的系统部件和施工方案，确保了项目顺利实施。

五、项目成效

该项目在全长约220km的路段实施了100套太阳能全程道路监控系统，5年来产生的直接经济效益和社会效益十分显著。

（一）经济效益

1、太阳能全程监控系统产生的直接经济效益

该系统投入运行后，值班人员定时利用摄像机进行人工巡查，每天可减少路政人员两次路巡计880公里，以百公里耗油10升计算，每年可节约汽油32120升，以每升汽油6元计，每年节省19.27万元人民币。5年来共节约人民币96.35万元。

2、采用太阳能供电产生的直接经济效益

（1）节约建设费用

节约建设费用：688.4万元，详见下表。

节约建设费用表

供电方式建设成本

电网供电计算方法（含工程费，以每千米计）：

电缆材料费：35元/米×1千米=3.5万元

电缆挖沟、敷设费：16元/米×1千米=1.6万元

钢管材料费（每千米约敷设钢管50米）：27元/米×50米=0.135万元