城市交通信息采集设备太阳能供电设计

所属栏目：交通运输论文发布日期：2010-08-28 15:48 热度：

　　摘要：深圳市城市交通信息综合采集与处理平台完成SUTSS所需的外场实时交通信息获取，外场采集设备供电采用太阳能供电。
　　关键词：外场环境、设备功率、太阳能电池板功率、蓄电池容量
　　1．1 设计概述
　　本交通采集系统数据测量站点不少处于地形环境十分复杂、传输距离远、无电网供电的地方。检测系统中，电源设计选用太阳能对蓄电池进行浮充的电源方案。
　　选择的太阳能电池板和蓄电池应是经济、可靠性的。既要防止太阳能发电板在阴雨期容量不够，达不到测量目的，又要避免容量过大，造成浪费。
　　设计要求为24小时不间断工作，并保证连续5天阴雨正常工作。
　　1．2方案设计
　　1．2.1采集点设备功率
　　数据采集仪器应采用低功能耗的：EIS:DC12V4.5W，GPRS:DC12V3W，控制器及防雷器及电损,共计小于12W,以下按12W计算。
　　1.2.2太阳能电池板功率计算
　　太阳能电池板容量是指平板式太阳能板发电功率WP。太阳能电池功率量值取决于负载24h所能消耗的电力H(WH)，由负载额定电流与负载24h所消耗的电力，决定了负载24h消耗的容量P(AH)，再考虑到平均每天日照时数及阴雨天造成的影响，计算出太阳能电池阵列工作电流IP(A)。
　　由负载额定电流，选取蓄电池公称电压，由蓄电池公称电压来确定蓄电池串联个数及蓄电池浮充电压VF(V)，再考虑到太阳能电池因温度升高而引起的温升电压VT(v)及反充二极管P-N结的压降VD(V)所造成的影响，则可计算出太阳能电池阵列的工作电压VP(V)，由太阳电池阵列工作电流IP(A)与工作电压VP(V)，便可决定平板式太阳能板发电功率WPW，从而设计出太阳能板容量，由设计出的容量WP与太阳能电池阵列工作电压VP，确定电池平板的串联块数与并联组数。
　　太阳能电池阵列的具体设计步骤如下：
　　１.计算负载24h消耗容量P。
　　P=H/V=Wh/V=12*24/12=24
　　V——负载额定电压(DC12V)
　　2.选定每天日照时数T(H)。(7至8H，按7H计算)
　　3.计算太阳能阵列工作电流。
　　IP=P(1+Q)/T=24*(1+0.5)/7≈5.14
　　Q——按阴雨期富余系数，Q=0.21～1.00,(取0.5计算)
　　4.确定蓄电池浮充电压VF。
　　镉镍(ＧＮ)和铅酸(ＣＳ)蓄电池的单体浮充电压分别为1.4～1.6V和2.2V。
　　5.太阳能电池温度补偿电压VT。
　　VT=2.1/430(T-25)VF=2.1/430*(7-25)*2.2=-0.19
　　6.计算太阳能电池阵列工作电压VP。
　　VP=(VF+VD+VT)×6=[2.2+0.6+(-0.19)]×6=15.66(V)
　　其中VD=0.5～0.7(取中间值0.6)12V的蓄电池由6个单体组成。
　　7.太阳电池阵列输出功率ＷＰ平板式太阳能电板。
　　WP=IP×VP=5.14×15.66=80.5（W）
　　8.根据VP、WP确定本采集系统为80.5W、15.66 V
　　9.为了更为安全保险,所以采用120W、17V
　　因为负载设备电压在12V，所以相应的充放电控制器选择12V。
　　太阳能电池板的选择主要与其充电电流有关，也就是太阳能板决定了在理想的日照条件下究竟需要多长时间才能将蓄电池充满。这个和本地的日照情况有关，为此我们参考了深圳市全年全年各月平均日照时间表。
　　深圳市全年各月平均日照时间表
　　　　
　　根据上表，加权平均得出深圳市平均的日照时数为5kWh/m²/d。要满足平均3天充满蓄电池的要求，参考选用的太阳能电池组件型号为120Wp。
　　1.2.3蓄电池的容量计算
　　蓄电池的容量由下列因素决定：
　　1.蓄电池单独工作天数。在特殊气候条件下，蓄电池允许放电达到蓄电池所剩容量占正常额定容量的20%。
　　2.蓄电池每天放电量。对于日负载稳定且要求不高的场合，日放电周期深度可限制在蓄电池所剩容量占额定容量的80%。
　　3.蓄电池要有足够的容量，以保证不会因过充电所造成的失水。一般在选蓄电池容量时，只要蓄电池容量大于太阳能发电板峰值电流的25倍，则蓄电池在充电时就不会造成失水。
　　4.蓄电池自身漏掉的电能。随着电池使用时间的增长及电池温度的升高，自放电率会增加。对于新的电池自放电率通常小于容量的5%，但对于旧的质量不好的电池，自放电率可增至每月10%～15%。
　　在本检测系统中，连续阴雨天的长短决定了蓄电池的容量，由检测设备在连续5天阴雨天中所消耗能量120安时加上20%因子24安时，再加上10%电池自放电能量12安时，便可计算出蓄电池的容量为156AH。但实际设备每隔5min发射一次数据，发射时间2Sec；所以蓄电池的容量选用DC12V-150AH就足够了。
　　综上所述，设计采用如下配置：
　　1. 太阳能电池组件：120Wp，使用寿命20年以上。
　　2. 免维护铅酸蓄电池：100Ah/12V使用寿命3年左右。
　　3. 控制器：SPV-DCRC-10I额定电流10A，工作温度：-35°C~+50°C。使用寿命10年以上。
　　4. DC-DC电源模块：5V/12V输出，额定功率6W。
　　
　　1.3结束语
　　经过科学计算方法，城市交通信息外场采集点太阳能供电方案可以完全满足系统工作需求，为城市交通仿真系统数据采集提供可靠保障。
　　

文章标题：城市交通信息采集设备太阳能供电设计

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