太阳能无线监控系统设计(课程汇报)

太阳能无线监控系统设计(课程汇报)-PAGEI-类型：课程设计名称：太阳能无线监控系统设计关键词：太阳能发电；太阳能；电气特性:无线监控太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第1页。太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第1页。第1章太阳能无线监控系统的组成1.1太阳能无线监控系统太阳能无线监控系统主要是由光伏阵列、控制器、储能装置、监控器、无线路由器、显示设备。控制器无线路由器监控器光伏阵列控制器无线路由器监控器光伏阵列储能装置显示设备云端存储储能装置显示设备云端存储图1.1太阳能无线监控系统的构成1.2光伏阵列1.2.1光伏阵列的结构光伏发电系统，是利用以光生伏打效应原理制成的光伏电池将太阳能直接转化为电能。光伏电池单体是用于光电转换的最小单元，一个单体产生的电压大约为0.45V，工作电流约为220~25mAcm，将光伏电池单体进行串、并联封装后，就成为光伏电池组件。实际光伏发电系统可根据需要，将若干光伏电池组件经过串、并联，排列组成光伏阵列，满足光伏系统实际电压和电流的需要。光伏电池组件串联，要求所串联组件具有相同的电流容量，串联后的阵列输出电压为各光伏组件输出电压之和，相同电流容量光伏电池串联后其阵列输出电流不变；光伏电池组件并联，要求所并联的所有光伏电池组件具有相同的输出电压等级，并联后的阵列输出的电流为各个光伏电池输出电流之和，而电压保持不变。1.2.2光伏阵列的保护太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第2页。为了避免由于光伏电池方阵在阴雨天和夜晚不发电时或者出现短路故障时，蓄电池组通过光伏电池方阵放电，这就需要在方阵中加入防反充二极管，又称为阻塞二极管。阻塞二极管串联在方阵的电路中，起单向导通的作用，它必须能承受足够大的电流，而且正向压降要小，反向饱和电流要小。一般选用合适的整流二极管作为阻塞二极管。在一定条件下，当某种物体落在光伏电池组件上，这块光伏电池组件将被当作负载消耗，被遮蔽的光伏电池组件此时将会发热，这就是热斑效应。这种效应能严重破坏光伏电池，有光照的光伏电池所产生的部分或者全部能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。为了防止光伏电池由于热斑效应而遭受破坏，需要在光伏电池组件的正、负极两端并联一个旁路二极管，实现电流的旁路，保护光伏阵列。除了电方面的保护，还要考虑机械方面的保护，如防风、防雨、防雹能力，另外，为了防止鸟粪沾污光伏电池表面引起热斑效应，还需要在方阵顶上特别安装驱鸟器。太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第2页。光伏阵列的电气连接图如图1.2所示：图1.2光伏阵列电气连接图1.3控制器运用单片机和专用软件，实现智能控制。具有过充、过放、电子短路、过载保护、独特的防反接保护等全自动控制；以上保护均不损坏任何部件，不烧保险。直观的电子显示屏显示当前蓄电池状态。采用了串联式PWM充电主电路，使充电回路的电压损失较使用二极管的充电电路降低近一半，充电效率较非PWM高3%-6%，增加了用电时间；过放恢复的提升充电，正常的直充，浮充自动控制方式使系统由更长的使用寿命；同时具有高精度温度补偿。所有控制全部采用工业级芯片（仅对带I工业级控制器），能在寒冷、高温、潮湿环境运行自如。同时使用了晶振定时控制，定时控制精确。取消了电位器调整控制设定点，而利用了E方存储器记录各工作控制点，使设置数字化，消除了因电位器震动偏位、温漂等使控制点出现误差降低准确性、可靠性的因素。1.4储能装置太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第3页。在独立运行的光伏发电系统中，储能装置是不可缺少的重要环节。因为光伏电池的输出功率随光照强度在变化，当夜间或阴雨天时，光伏电池的输出功率为零或很小，不能满足负载的要求；而当白天阳光充足的时候，光伏电池发出的电相对于负载可能有多余的。因此，需要一个储能装置，既可以作为太阳能不足时候的补充，又可以作为多余太阳能的存储。太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第3页。现在可选的储能方法有很多，如电容器储能、飞轮储能、超导储能等等，但从方便，可靠，价格等综合因素考虑，多数大中型的光伏发电系统都采用免维护式铅酸蓄电池作为储能元件。但选用铅酸蓄电池也有不足之处，铅酸蓄电池比较昂贵，初期投资能够占到整个发电系统的1/4～1/2，而蓄电池又是整个系统中较薄弱的环节，因此如果管理不当，会使蓄电池提前失效，增加整个系统的运营成本。关于光伏发电系统中蓄电池的管理问题，已经有较多的文献作出了专门的阐述，本文在此就不作赘述。一般分为铅酸电池和胶体电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。1.5监控器本文采用高速球作为监控器。高速球是一种智能化摄像机前端，全名叫高速智能化球型摄像机，或者一体化高速球智能球，或者简称快球，简称高速球。高速球是监控系统最复杂和综合表现效果最好的摄像机前端。高速球是一种集成度相当高的产品，集成了云台系统、通讯系统、和摄像机系统，云台网络高速智能球系统是指电机带动的旋转部分，通讯系统是指对电机的控制以及对图象和信号的处理部分，摄像机系统是指采用的一体机机心。而几大系统之间，起着横向的连接的是一块主控核心cpu和电源部分。电源部分通过与各大系统之间供电，很多地方是采用的二极管、三极管等微电流供电，而核心cpu是实现所有功能正常运行的基础。1.6无线路由器无线路由器是用于用户上网、带有无线覆盖功能的路由器。简单的讲就是可以让你不需要网线就可以上网。解决了线路网线拉接的麻烦。无线路由器的优点有智能管理配备、永远在线连接、多功能服务、多功能展示工具、增益天线信号这五大优点。1.7云端储存云端储存是指云端运算架构中的储存部分，从底层的IaaS、中层PaaS到顶层SaaS都可以看到其身影，其中尤以底层储存资源的网路服务化最为重要。或许可以简单地说，云端储存就是储存即服务的意思。太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第4页。云端储存将资料存储在网上。减少资料占用磁盘内存。然而云端储存的资料会将存放为一个季度的时长。这期间你可以将重要的文件进行选择下载到自己的资料存储盘内，也可以选择一个保存期限。太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第4页。1.8显示设备其实显示设备在现在来说有很多。只要你的设备能够连上网络，并且有在线播放的功能就可以成为显示设备。太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第5页。

太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第5页。第2章太阳能电池板的特性2.1太阳能电池板特性系统方案的设计要依据太阳能电池板的特性来进行，如图2.1、2.2分别为太阳能电池板在不同光照强度下的输出电压-电流以及功率关系曲线图。试验太阳能电池板的标示功率为50W。从图2.1看出：同一光照强度下，在一个输出电压范围内其输出电流基本上保持不变；然而在某个输出电压值之后其输出电流急剧下降，根据功率的定义式：P（W）=U（V）*I（A）（式2.1）图2.1常温下太阳能电池板在不同光照下的输出伏安特性曲线图2.2常温下太阳能电池板在不同光照下的输出功率曲线2.2太阳能电池最大功率点跟踪太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第6页。目前，太阳能电池阵列在太阳能光伏发电系统造价中占很大比重，而且太阳能电池的转化效率本身就不高，因此有必要研究提高太阳能电池利用效率的方法，以降低系统单位价格的成本，促进太阳能光伏发电系统的应用推广。太阳能电池最大功率点跟踪(MaximumPowerPointTracking，简称MPPT)是其中的途径之一，它能最大程度的利用太阳能电池转化所得的电能。太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第6页。2.3.1太阳能电池最大功率点跟踪原理太阳能电池的输出特性受电池温度和日照强度等因素的影响，电池温度主要影响太阳能电池的开路电压，日照强度主要影响太阳能电池的短路电流。在一定日照强度和温度下，太阳能电池有唯一的最大输出功率点，太阳能电池只有工作在最大功率点才能使其输出的功率最大。2.3.2太阳能电池最大功率点跟踪方法目前使用的太阳能电池最大功率点跟踪方法主要有恒电压法、观察扰动法、电导增量法以及其它的一些跟踪方法。恒电压法（简称CVT）温度一定时，在不同的日照强度下，太阳能电池阵列输出曲线的最大功率点基本是分布在一条垂直线的附近，因此只要保持太阳能电池阵列输出电压为常数且等于某一日照强度下太阳能电池阵列最大功率点的电压，就可以大致保证在该温度下太阳能电池阵列输出最大功率。恒电压法具有控制简单，易于实现，稳定性好，可靠性高等优点。然而恒电压法忽略了太阳能电池温度对太阳能电池阵列最大功率点的影响，一般硅太阳能电池的开路电压都在较大程度上受结温影响，以常规单晶硅太阳能电池而言，当太阳能电池温度每升高1℃时，其开路电压下降率约为0.35%-0.45%，这说明太阳能电池的最大功率点对应的电压也随电池温度的变化而变化，其中对太阳能电池温度影响最大的因素是环境温度和日照强度。虽然许多太阳能光伏系统仍然采用这种最大功率点跟踪方法，但这种方式所带来的功率损耗相比于微电子技术的迅速发展及微电子器件的大幅度降价，已经显得很不经济。扰动观察法太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第7页。扰动观察法的原理是:在每个控制周期用较小的步长改变太阳能电池阵列的输出，改变的步长是一定的，方向可以是增加也可以是减少，控制对象可以是太阳能电池阵列的输出电压或电流，这一过程称为“扰动”;然后，通过比较干扰周期前后太阳能电池阵列的输出功率，如果输出功率增加，那么继续按照上一周期的方向继续“干扰”过程，如果检测到输出功率减少，则改变“干扰”的方向。扰动观察法的最大优点就是结构简单，被测参数少，容易实现。但是即使在某一周期太阳能电池阵列运行在最大功率点，由于扰动的存在，下一周期太阳能电池阵列运行点又会偏离最大功率点，因此太阳能电池阵列实际是在最大功率点附近振荡运行，从而导致部分功率损失;其次，难以选择合适的变化步长，步长过小，跟踪的速度缓慢，太阳能电池阵列可能长时间运行于低功率输出区，步长过大太阳能电池阵列在最大功率点附近的振荡又会加大，跟踪精度下降，从而导致更多的功率损失;另外，当外部环境突然变化，太阳能电池阵列从一个稳定运行状态变换到另一个稳定运行状态的过程中，会出现误判现象。太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第7页。增量电导法增量电导法的优点是:在日照强度发生变化时，太阳能电池阵列输出电压能以平稳的方式追随其变化，而且稳态的电压振荡也较扰动观察法小。增量电导法的缺点是:太阳能电池阵列可能存在一个局部的最大功率点，这种算法可能导致系统稳定在一个局部的最大功率点。太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第8页。

第3章高速球监控器的特性太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第8页。3.1高速球的分类高速球可根据外径的尺寸、成像光源、安装方式、使用环境、监控方式、球内的一体机光学变倍、传输方式进行分类。表格3.1高速球的分类外径的尺寸9寸球（已淘汰）7寸球6寸球5寸球4寸3寸迷你球成像光源红外高速球激光高速球点阵高速球安装方式壁挂式吊顶式室内吸顶式安装使用环境室内室外监控方式普通球机智能跟踪球机球内的一体机光学变倍10倍18倍27倍36倍传输方式模拟高速球网络高速球数字高清高速球3.2高速球的特点最基本的功能：第一是运行速度快、第二是运行平稳、第三是定位精确。高速功能：要求预置位速度强调快，基本达到250度/秒以上；第二手控速度强调平稳，控制灵敏灵活，不能过快，不能生硬，支持变速。预置位功能：必须带有64个以上的预置位，同时要求预置位必须准确，断电后也能记忆该预置位。巡航扫描：必须可以设置高速球能在各个预置位之间巡航扫描功能。高级功能：太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第9页。轨迹记忆功能：要求高速球能记忆多条任意的轨迹路线，同时能将轨迹路线通过设置进行调用。太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第9页。菜单显示功能：能够显示一个完善的操作菜单，通过菜单进行对运行速度、预置位停留时间、运行模式等的修改，通过菜单能进行摄像机参数的修改，以及编程，自动跟踪、隐私遮蔽等功能。自带报警输入输出：在高速球上加一个报警输入输出模块。网络高速球，光纤高速球：在高速球里再集成网络视频服务器模块或者光端机模块。3.3高速球的功能（1）目标跟踪用户可以使用控制键盘上的摇杆控制高速球的上下左右转动，用来追踪移动目标或转移视界，另外可以通过调整焦距来改变视角的大小或目标图像的大小。在缺省的自动聚焦、自动光圈的状态下，随着高速球的转动，镜头会自动根据景物的变化做出迅速调节，即刻得到清晰的图像。焦距/转速自动调整技术手动调节时，对焦距较长的情况，球机高速的反应使得轻微触动摇杆可能使画面迅速移动，从而造成画面丢失。基于人性化设计，高速球根据焦距的远近自动调整云台水平和垂直转速，使手动跟踪目标操作更为简便易行。自动翻转在操作摇杆跟踪监视的过程中，如果操作者将镜头拉到底部(垂直)后仍压住摇杆，镜头将自动水平旋转180°，可直接观看到并跟踪监视背面的情景，从而实现纵向180º的全程连续监视。设置及调用预置位预置位功能是高速球将当前状态下的水平角度、倾斜角度和摄像机镜头焦距等参数通过预置位编号储存，需要时可以迅速调用这些参数，并将云台和摄像头调整至该位置。本智能球能支持128个预置位。巡航功能巡航功能是高速球内置的功能，通过预先编程，将预置位按需要的顺序编排到巡航队列中。在需要巡航时调用巡航组号，使高速球自动地按设定的预置位顺序以规定的时间间隔往返不停地运动。左右扫描太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第10页。本球机支持左右扫描功能，操作者可以任意设置左限位和右限位，设置好后用户可以随时调用左右扫描功能，高速球会按照用户选定的速度水平自动往返扫描。太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第10页。报警功能用户可以将需要重点监控的地方设为报警点，通过外接的感应器联动，如果有报警信号传到球机，高速球会迅速地将摄像机转向报警点，同时会通过报警输出端输出报警信号。看守位功能高速球自带一个看守位，用户可根据实际情况把需要重点保护的区域设置为看守位，当球机五分钟无人操作时，球机将自动转动到看守位实施监控。镜头控制用户可以通过控制键盘调整焦距的远近，得到所需的全景画面，或是近景视图。3.4高速球的机芯参数视频输出：复合视频信号1.0Vp-p(75欧,BNC)3.信噪比：50dB(AGCOFF，WeightON)日夜转换模式：ICR红外滤光片最低照度：彩色0.7Lux/F1.8（50IRE），黑白0.02Lux/F1.8（50IRE）白平衡：自动追踪白平衡，自动白平衡控制，手动背光补偿：低，中，高，关扫描系统：PAL2：1隔行;NTSC2：1隔行摄像元件：1/4英寸InterlineTransferCCD有效像素：752(H)x582(V);768(H)x494(V)扫描频率：H:15.625KHz/V:50.00Hz;H:15.734KHz/V:59.94Hz分辨率：500TV线彩色，570TV线黑白3.5高速球的选择选择高速球时，先要查看它的通讯协议和方式。通讯协议是指高速球跟主机系统相通讯时候，选择的通讯协议，比如pelco、曼码、松下、菲利普协议等。通讯方式是指这些通讯协议采用什么方式来进行通讯，比如485通讯方式、232通讯方式、422通讯方式、同轴视控通讯方式，一般来讲，高速球都采用485通讯方式。太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第11页。在选择安装方式来决定是否用于这个环境。般机场、海关、交警、博物馆等采用的都是高档的高速球，同时内置的一体机都采用的是最好的一体机。然后一般工厂、学校、医院、大楼等采用的都是中档或者中档以下的高速球，而超市或者小区采用的都是比价廉价的高速球或者低速球。太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第11页。最重要的还是经济上的选择。符合目前经济能力从而进行设计。太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第12页。

第4章系统设计太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第12页。4.1系统构成太阳能无线视频监控系统有光伏发电子系统、电源管理子系统、蓄电池子系统、摄像机子系统、视频记录子系统、数据传输子系统和其它辅助子系统组成。4.1.1太阳能发电子系统一个运行的系统最重要的是能源，光伏发电是整个系统工作的能量来源。当光伏阵列发出的电量在供给整个系统工作后有依然还能产生电能，蓄电池中的储备电量才会不断上升。所以光伏发电的能力是整个系统的关键，需要根据太阳能为蓄电池充电的速度来决定太阳能发电的功率。由于蓄电池充电有其自身的特性和有效日照时间的影响，蓄电池需要一天或以上才能达到充满的效果。蓄电池是维持在没有日照情况下系统工作所需的能量，当发生连日阴雨的情况时就需要蓄电池有足够的电量维持整个系统的连续工作。由于太阳能发电和蓄电池储电的宝贵，它直接影响了整个系统的建设成本，因此整个系统中工作部分设备的低功耗运行变成为了太阳能无线视频监控的关键之一。目前市场销售的摄像机都没有在这方面提供明确的数据，不少摄像机如高速球采用24伏交流供电。为了使太阳能和蓄电池的电压能够满足市售摄像机的工作，必须对系统中的电压进行变化。由于电压变换过程中的损耗，使得整个系统的电量有效使用率大幅度下降。为了解决这个棘手的问题，我们必须制定太阳能无线监控系统进行供电及相关标准并进行统一。“首先，所有摄像机和各种设备都基于直流12伏电压，而且满足低功耗运行要求，比如说我们对摄像机换了电机，对部分电路采用低功耗元器件并进行了特别设计；其次：缩短其部分系统的运行时间。比如说功放，它只有在通话时才会自动开启。这样整个耗电系统就符合低功耗要求，同时也降低了太阳能系统的供电成本。4.1.2数据无线传输子系统目前适合进行太阳能无线视频监控的数据传输方式有两种，一是基于计算机无线网络即WIFI，二是基于电信运营商的4G/3G网络。两种网络具有各自不同的优点，但本文侧重是家庭运用版。所以本文只写无线的优点。太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第13页。采用WIFI传输可以获得较高的有效带宽，保证视频传输的清晰度和流畅性。如果用户可以通过自身的能力建设这些WIFI基站和转接点，系统建成后总体运营成本会比较低，不过前期投入成本高。太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第13页。4.1.3摄像机子系统摄像机子系统，这是视频监控的中心。工程要根据耗电设备的整个功耗参数指标，所以这些设备的参数非常重要，将直接影响到对太阳能能发电子系统和蓄电池子系统的计算和设计，直接影响到整个系统能否正常运行。同时，由于太阳能无线视频监控都是应用于野外，受气候条件的影响很大。由于我国国土之大，排在世界第四。这就造成不同的地方有不同的温度差。就室外气温而言，从零下40多度至零上40多度，因此需要能够在如此宽范围的气候条件下工作的监控设备。但不能为了解决在低温情况下的工作问题，简单地采用摄像机内加热的方法。因为加热需要消耗大量的电量。所以在此种监控工程中采用工业级设计标准、选用工业级元器件，使得摄像机可以在比较宽的气候条件下工作，尽量减少机内加热的工作才是最佳选择。4.1.4视频记录子系统视频记录子系统，主要是安置在监控中心。不过要提及到一点的是，由于是无线传输，为了克服无线传输过程可能出现的视频中断，保证视频监控不丢失，需要在现场记录设备中采用相应的存储器件，例如SD卡和硬盘。4.1.5辅助子系统辅助子系统，类似于灯光、探测、报警、支架等辅助系统，使他太阳能无线监控系统工作在良好状态。太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第14页。

第5章系统容量设计太阳能无线监控系统设计(课程汇报)全文共17页，当前为第14页。5.1容量设计全国各地太阳能总辐射量与年平均日照当量参考资料。表格5.1全国各地太阳能总辐射量与年平均日照当量地区类别地区太阳能年辐射量年日照时数标准光照下年平均日照时间（时）MJ/m2·年kWh/m2·年一宁夏北部、甘肃北部、新疆南部、青海西部、西藏西部6680-84001855-23333200-33005.08-6.3二河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部、新疆南部5852-66801625-18553000-32004.45-5.08三山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部