太阳能在高速公路监控系统中的应用探讨

来源:用户上传      作者: 何维国 张 娟

　　[关键词]高速公路;太阳能;全程监控
　　
　　当今,消费经济日益增长,居民对电力的需求与日俱增。我国部分地区相继出现电力紧缺现象。究其原因,主要在于煤电之间的矛盾。虽然我国为原煤大国,但随着煤炭行业的大量开采,部分地方出现原煤供应紧张的状况,在这样一个能源供需矛盾日益突出的形势下,太阳能作为低碳、环保型新能源正逐步在电力行业中得到广泛应用。
　　我国高速公路建设正在突飞猛进地发展,为保证行车安全,高速公路全程监控系统是必不可少的设施之一。很多高速公路都相继设置了全程监控系统,实现全程监护和24小时录像。在这些监视系统中,使用太阳能作为监控系统的能源,在全国高速公路系统中的占比还很少,现大都采用比较传统的直埋电缆的供电方式来支持监控设备的运转,安装成本和运行成本都比较高。如果把监控系统的供电能源选用太阳作为能源,将为国家节省大量的资源。
　　太阳能供电方式的主要优点在于它的能源全部来自太阳,能量取之不尽用之不绝,无须传统繁杂的布线,并且系统无污染、无公害、维护简便、使用寿命长、能源丰富等优点。
　　一、太阳能发电原理
　　太阳能发电最简单的原理就是利用化学反应原理,将太阳能转化为电能。在转化过程中将太阳辐射能光子通过半导体物质转变为电能的过程,通常叫做“光伏效应”,太阳能电池就是利用这种效应制成的。我们知道,当太阳光照射到半导体上时,有一部分光子被表面反射掉,一部分被半导体吸收还有一部分被半导体透过,其中被吸收的光子,有一些变成热,另一些光子则同组成半导体的原子价电子相互碰撞,于是产生电子一空穴对。这样,太阳光能就以产生电子、空穴对的形式转变为电能,再经过半导体内部的电场反应,产生一定的电流,如果把一块一块的电池半导体以各种方式连接起来则形成多股电流电压,从而输出功率为设备供电。
　　二、太阳能光伏发电系统
　　主要由以下四部分组成:
　　1.太阳能电池板。太阳能电池板是太阳能光伏发电系统中的最核心部分,它的主要作用就是将太阳光子的能量转化为电能。太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池。由于单晶硅电池比其他两类坚固耐用、使用寿命长(一般可达20年)、光电转换效率相对较高等优点,致使它成为太阳能电池中用量较多的。
　　2.太阳能充电控制器。在太阳能光伏发电系统中太阳能充电控制器主要作用就是控制整个系统的工作状态,同时对蓄电池的过充电、过放电起到保护作用。在温度特别低的地方,它还具有温度补偿功能。
　　3.太阳能深循环蓄电池组。蓄电池顾名思义就是蓄电的,它主要储存由太阳能电池板转化过来的电能,一般为铅酸电池,可以多次循环使用。
　　4.直流/交流逆变器。在高速公路全程监控系统中,根据不同设备的电压等级,有的设备需要提供220V、110V的交流电源,有的设备需要直流电源,而太阳能的直接输出一般为12VDc、24VDc、48VDc。所以为了能给220VAC、110VAc的设备提供电源,系统中就必须增加直流/交流逆变器,将太阳能光伏发电系统中产生的直流电能转化为交流电能。
　　三、太阳能供电与传统供电的对比
　　1.利用太阳能发电不会造成空气污染,不会破坏大自然,不会造成生态环境失去平衡,是一种绿色的可再生能源,是国家提倡的低碳、环保型新能源。
　　2.太阳能发电相对传统发电,资源是取之不尽、用之不竭的,是资源最丰富的可再生能源。
　　3.国家鼓励充分利用太阳能发电。2005年2月,我国就颁布实施了《可再生能源法》,人大会议也提到了要充分利用新能源的议题,这些都表明了国家对新型能源利用的支持。
　　4.太阳能发电系统安装简单,维护方便,性价比高。在机电项目中,设备安装及布线的简单与复杂、后期维护方便与困难的程度等问题,是很多业主及承包商所关注的问题,太阳能供电与传统电缆供电相比,前者省去了很多复杂的布线,在立柱上装载即可完成简单的安装。对于后期的维护,也只是对太阳能电池板进行清洁,对蓄电池进行必要的更换。后者由于全程监控系统布设的摄像机多,涉及的里程比较长,如果采用传统直埋电缆的供电方式,考虑到沿线电缆压降的因素,都必须采用比较粗大的铜芯线缆,而目前国内铜价又不断上涨,这样显然也增加了很多成本。如果采用太阳能供电,就省去了中间电缆及其敷设的过程,具有很好的性价比。
　　四、利用太阳能供电须注意的问题
　　1.首先要考虑高速公路沿线所设监控位置的全天日光照射时间,由于供电系统的主要能源都来自于太阳光,所以我们必须考虑太阳的照射时间,这点在山区路段很少见阳光的地方尤其突出,而在平原地区则不是主要考虑的问题。
　　2.高速公路沿线所设监控设施负载的运转功率及其工作电压、电流。考虑了整个负载的功率之后,我们就可以选择更适合设备长期工作的太阳能电池板。
　　3.当连续出现阴雨天气时,系统最多能供电多长时间。如果电池放电不能维持监控设备工作足够长的时间,那么在雨季里监控系统将会处于瘫痪状态,而偏偏在雨季里高速公路上又是事故多发时节。
　　4.太阳能电池的转化率较低。目前太阳能电池供电的转化率只有20%左右、也就是说,如果在1平方米面积上铺满了硅太阳能电池的话,可以得到100～200瓦的电力,要满足监控设备连续的长时间运行,这些显然是不够的。当然,随着技术的发展及晶体硅电池质量的提高,在不久的将来我们可以在更小的面积上获取更大功率的电力资源。
　　结束语
　　通过上述我们对太阳能发电的分析了解之后,我们可以认为太阳能是以后能源的主要发展方向。有了国家对新能源的支持、有了太阳能的很多优点以及全国建设生态环境高速公路的要求,特别是太阳能在其他高速公路路段实施的成功经验,不久的将来,太阳能将会在高速公路监控系统及其他行业中得到广泛推广。
　　
　　收稿日期:2010-08-02□
　　(编辑/穆杨)

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