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太陽能監控供電系統安裝

設計目的:解決戶外監控供電問題  所需設備:功率10W攝像機一臺,無線傳輸報警設備 一部、避雷針一部、桅桿一支、控制箱一個、太陽能控制器一個、微斷開關一套、120W單晶硅太陽能電池板、120A蓄電池一個  系統效果:天氣晴朗的條件下,可滿年連續使用;遇 到特殊天氣,太陽能電池板無法供電,蓄電池可提供3日的連續正常使用。如需延長特殊天氣使用時間,只需加大電池容量即可。  系統壽命:太陽能電池板正常使用,保用25周年(人 為因素及自然災害除外),控制器、蓄電池如有質量問題,3個月包換,一年保修。  系統配置:120W單晶硅太陽能電池組一套、120AH鉛 酸蓄電池一個,10A太陽能自動控制器一個,其他設備根據自己的需要自行采購。


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太陽能無線監控系統利用取之不盡、用之不竭的清潔環保能源太陽能供電,同時系統采用了先進的音視頻遠距離無線組網技術,使無法得到電力供應的偏遠地區實現遠程不間斷監控成為可能。隨著太陽能無線監控系統集成技術的成熟,該系統在全球得到越來越普遍的應用。本系統具有:環保節能、無需挖溝或架設電力架、不需要大量線材、不需要輸變電設備、施工周期短、不消耗市電不產生電費、不受地理位置限制、維護費用低、低壓無觸電危險及移動靈活等諸多優點。  

本系統主要應用于野外以及城市不方便布線的區域,例如:建筑工地、水庫大壩、河流水位、漁場林場、野生動物活動監控、野生動物反盜獵、礦山道路及周邊、森林防火、石油天然氣管道、鐵路沿線、高速公路、隧道監控、村莊道路、景區監控、高爾夫球場、文物古跡、大型工廠室外監控、別墅周邊、城市廣場、島嶼監控、邊防監控、單兵偵測等等。簡單概括為“三無”的地方,即無人無電無網絡,但需要實時監控管理又需要節能零排放無污染的地方或區域。


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系統原理和架構

  太陽能無線監控系統主要由太陽能供電系統、無線視頻傳輸系統、視頻監控系統三個子系統組成。  太陽能供電子系統是由太陽能組件、風力發電機、膠體蓄電池、智能充放電控制器等組成,而無線視頻傳輸子系統是由數字網橋、3G/4G無線網絡、COFDM等組成,視頻監控子系統是由攝像機、終端視頻管理設備(如數字硬盤錄像機)等組成。根據需要可增加其它輔助功能如:前端拾音、前端喇叭、前端錄像、前端傳感、視頻分析、無線廣播、移動偵測、無線信號中繼站等。


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該系統主要由太陽能組件、風力發電機、膠體蓄電池、智能控制器等組成。太陽能組件和風力發電機將光能轉變為電能,經由一臺風光互補智能控制器的控制,把電能存儲到蓄電池(充電);需要供電時,打開控制器開關接通負載,把蓄電池中的電能提供給負載(放電)。智能控制器的主要作用是對蓄電池進行充放電管理,當在工作時間內蓄電池供電不足時,控制器自動切斷負載供電,對蓄電池進行過放保護;當蓄電池持續充電時,控制器對蓄電池進行過充保護。  太陽能發電是整個系統工作能量的主要來源,太陽能組件的大小需要根據負載設備的耗電量來決定。風力發電平時起輔助供電的作用,在連續陰雨天的時候,風力發電機將發揮重要作用,以確保對控制器的不間斷供電,從而避免了長時間陰雨天氣下供電系統的癱瘓。  很多用戶有這樣一個認識誤區,攝像機是由太陽能來供電,實際上給攝像機供電的是蓄電池,太陽能只是負責給蓄電池充電,所以蓄電池對于太陽能供電系統來說也是非常重要的一環;太陽能供電系統因長期處于大幅度充放電狀態,如果采用普通鉛酸蓄電池大幅充放電壽命會比較短,而且蓄電池通常是埋在地下,頻繁更換費時費力,所以應采用太陽能專用膠體蓄電池,膠體蓄電池質量高循環壽命好可達5-8年,是普通鉛酸電池壽命的兩倍以上;深放電循環性能好,耐高頻率充放電及過放電、自放電小可以長期不充足電又進行放電、適應環境溫度范圍廣尤其是低溫,使用時無酸霧氣體析出,無電解質外溢更為環保。  蓄電池是在沒有日照情況下維持系統工作所需的能量來源,當發生連續陰雨天的情況時就需要蓄電池有足夠的電量維持整個系統的連續工作,因太陽能膠體蓄電池的價格較高,不能因為顧及一年當中會出現幾次長的陰雨天而增加系統蓄電池配置,使系統在大部分時間內蓄電池配置都處在浪費的狀態,過多配置蓄電池的結果必然導致成本大幅上升。所以太陽能供電應用系統應允許發生概率較低的缺電現象,蓄電池獨立供電時間一般為4-10天。  太陽能無線監控系統與普通有線監控系統的工作原理不一樣。普通有線監控系統可以不考慮攝像機或其它負載的電壓和功率,也可以不考慮系統的工作時間,而在太陽能無線監控系統中攝像機或者其它負載的功率越大,工作時間越長,系統的配置就會越大,系統的價格就會越高。由于太陽能發電和蓄電池儲電的寶貴,它直接影響了整個系統的建設成本,因此整個系統中負載設備的低功耗運行成為了太陽能無線監控系統的關鍵。首先負載設備的電壓如攝像機應選擇DC12V,不少用戶錯誤的選擇AC24V的負載設備如市場上常見的AC24V高速球攝像機,這不僅造成經多次電壓轉換帶來的電量損耗以及增加逆變電設備額外增加了耗電,而且增加了系統故障率,給以后系統運行的問題頻發埋下隱患。電壓轉換具體說明:如果選擇AC24V球機需要增加逆變器(逆變器增加了耗電),把電壓從直流12V轉換成交流220V,再增加適配器,把電壓從交流220V降到交流24V,經過幾次轉換電量流失,有限的太陽能利用率大打折扣  其次負載設備應選擇低耗電的產品以有效降低系統耗電量。為了解決夜視中紅外燈功率過大的問題,本公司特別研發了太陽能系統專用低功耗激光節能、主板節能球機,采用全新低溫低功耗激光技術,激光燈比普通點陣燈省電80%,最新球機云臺節電電路,耗電為普通球機的一半,以獲得更長的蓄電池續航天數;激光紅外距離200米,野外夜視效果遠遠優于點陣紅外,從而使得攝像機的功耗大為降低的同時又滿足了夜視需求,也降低了太陽能系統的供電成本。


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目前適合進行太陽能無線監控的數據傳輸方式有三種,一是基于無線網橋的微波網絡,二是基于無線平臺運營商的3G/4G網絡。三是COFDM網絡。三種網絡具有各自不同的優點,用戶可以有針對性地進行選擇。  如果用戶的監控點離監控中心之間的距離為20公里以內,而且中間沒有遮擋,或者可以通過增加很少的中繼點連接到監控中心,這種情況就比較適合采用網橋傳輸。采用數字網橋傳輸可以獲得較高的有效帶寬,保證視頻傳輸的清晰度和流暢性,根據現場情況可選擇一對一或者一對多進行無線傳輸,并且網橋的傳輸完全免費。本系統網橋的通訊頻率為5.8G帶寬為300M,5.8G通訊頻率是國家允許使用的民用開放頻段,本公司新款網橋具有傳輸距離遠、無線鏈路穩定、易于調試、可接入雙攝像機等優點。  如果用戶的監控點周圍有3G信號,而且監控點和監控中心之間有很多建筑物或山體遮擋,這時采用3G視頻傳輸將是一個比較好的選擇。利用3G視頻傳輸,將視頻數據通過相關的3G平臺運營商的網絡傳遞到監控中心。  綜合起來比較,網橋可以免費傳輸百萬高清視頻,適合于沒有或較少遮擋的地區。3G帶寬較小目前暫不能應用于高清畫質實時傳輸,3G傳輸由于運營商大量基站的支持,可以有效地克服建筑等對信號的阻擋,適合于城市、村莊、郊區和快速應急應用。另3G視頻傳輸會產生較高的流量費用,具體收費標準請咨詢當地3G平臺運營商。  4G傳輸特點和3G相同,不同之處在于4G解決了3G帶寬小的弱點,理論帶寬100M實際帶寬15-60M遠大于3G,所以4G可以實時傳輸百萬高清圖像,但目前信號覆蓋區域有限,有4G信號覆蓋的項目可以予以考慮  在沒有3G/4G信號的野外又有較多的山體遮擋可以采用COFDM傳輸,COFDM具有一定的穿透障礙物以及在移動中傳輸的能力,和網橋一樣它是基于自身的傳輸所以傳輸也是免費的,一般應用于移動單兵設備、無人機圖傳等,當然也可以應用于遮擋情況復雜多建筑物的城市。

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以網橋傳輸為例,目標監控點的圖像由攝像機進行采集,經由網絡視頻模塊轉換成網絡數字信號發送給數字網橋,由數字網橋無線發送到監控中心的網橋,再由網橋通過RJ45網線傳輸給數字錄像機或者安裝有專用客戶端軟件的電腦主機進行視頻監控和錄像。前端攝像機根據用戶需求選擇固定槍機或者可以360°旋轉的球型攝像機,另外根據對圖像質量的要求可選擇模擬高清攝像機或者數字高清攝像機。本公司研發的微光攝像機夜視無需紅外燈,可在環境微光下捕捉圖像。如在野外完全無光環境可采用本公司的同步變焦激光球機系統,其同步變焦激光燈功率僅為5W,夜視距離高達200米,在霧雪等惡劣天氣下有較強的穿透力,使用壽命是普通紅外燈的3-5倍,特別適合用于野外環境下對控制耗電量要求極高的太陽能監控系統。  本系統采用標準RJ45網絡通訊口,和電腦網絡無縫對接并可實現任何節點的遠程監控。如用戶僅要求在本地監控,則不需要寬帶網絡支持。用戶在監控中心可以隨時了解和控制前端攝像機的工作狀態,如對攝像機菜單進行調整,對球機云臺進行上、下、左、右調整,對一體機鏡頭進行拉近拉遠、手動或自動聚焦,進行預置位設置、巡航軌跡設置、對錄像進行查詢和回放。監控點數量較多時,可選擇使用本公司的數字硬盤錄像機或者轉發平臺軟件進行處理。如果用戶的顯示設備是電視墻,另需要視頻解碼器和矩陣進行連接。


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太陽能供電技術簡介  在當前全球能源緊張,價格飛漲的情況下,許多國家采取優惠的政策鼓勵太陽能技術的開發和應用。太陽能供電技術作為一種高新技術,最早應用于航空探險等高端應用場合,隨著各國的推動,太陽能供電技術也得到了日新月異的發展,太陽能發電和太陽能供電技術日益走進民用應用的場合。 在森林、道路、河流、山川等通信或音視頻電子設備應用場合,主要采取電網供電和電池供電方式,電池供電往往只能解決臨時的需要,不能作為長期的供電電源;而采取電網供電方式存在諸多缺點:  1、供電方式為電纜輸送,工程施工困難,造價高昂; 2、系統維護不便,高壓輸送存在安全隱患,運營成本高; 3、安裝、組網困難。  而太陽供電系統工作時無需水、油、汽、燃料,只要有光就能發電的特點,是清潔、無污染的可再生能源,而且安裝維護簡單,使用壽命長,可以實現無人值守,倍受人們的青睞,是新能源的領頭羊。近年來,太陽能的應用在全球越來越廣泛,特別是在野外領域,太陽能電源系統正逐步取代一些傳統的電源設備,得到越來越普遍的應用。

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太陽能電池板陣列組件  ●太陽能電池板陣列的表面采用復合材料,由進口層壓機層壓而成。氣密性、耐候性好,抗腐蝕、機械強度好。  ● 太陽電池為單晶硅太陽電池,太陽電池轉換效率高。而且太陽能電池板陣列一次性性能佳。  ● 太陽電池在制造時,先進行化學處理,表面做成了一個象金字塔一樣的絨面,能減少反射,更好地吸收光能。  ●采用雙柵線,使組件的封裝的可靠性更高。  ●太陽能電池板陣列抗沖擊性能佳,符合 IEC 國際標準。

 6  ●太陽能電池板陣列層之間采用雙層 EVA 材料以及 TPT 復合材料,組件氣密性好,抗潮,抗紫外線好,不容易老化。  ●ABS 塑料接線盒,耐老化防水防潮性能好。 ●帶有旁路二極管能減少局部陰影而引起的損害。 充放電控制器  ● 智能控制器能控制多路太陽電池方陣對蓄電池組的充電,并實現蓄電池給負載供電。  ● 采用先進的階梯式逐級限流充電方法,依據蓄電池組端電壓的變化趨勢自動控制多路太陽電池方陣的依次接通或切離,既可充分利用寶貴的太陽電池資源,又可保證蓄電池組安全而可靠的工作。  ● 蓄電池組過放電保護功能。 ● 蓄電池組過充電保護功能。 ● 太陽電池、蓄電池、負載反接保護。 ● 太陽電池防反充功能。 ● 太陽電池充電控制功能。 ● 負載供電控制功能。  ● 提供 RS232 和 RS485 通信接口,便于實現遠端和近端監控。

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太陽能供電無線通信和視頻監控系統在供電方式上采用太陽能供電,傳輸方式上采用國際標準 801.11a OFDM 無線技術。采用本系統可以擺脫線纜的束縛,實現快速安裝,施工時間短,投入低,效果好。采用本系統可以擺脫山地、森林、河流、開闊地等特殊地理環境的限制,無須考慮電源線及通信光纜的布線和施工問題,徹底解決布線工程周期長,施工成本高昂甚至根本無法實現的困難,尤其適合森林、礦山、水利、邊疆、道路、油田等部門,快速建設集中監控系統的應用,適應建筑工地、旅游景點等重要場所的無線監控的需要。

8    這種太陽能供電的無線通信和視頻監控系統優點如下: 1、 采用太陽能獨立供電,無線傳輸,徹底無線化; 2、 組件靈活,小巧,方便安裝與組網; 3、 交直流供電方式,滿足多種負載用電的需要; 4、 安全性好,維護費用少,造價低。

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太陽能監控系統由于主要利用的是可再生新能源供電的無線傳輸模式,所以該系統具有:不需挖溝埋線、不需要輸變電設備、不消耗市電、維護費用低、低壓無觸電危險。此種工程案例主要應用于一些偏遠地帶以及太陽能資源相對豐富的地區。如高速公路,電力傳輸線監控,石油、天然氣管道監控,森林防火監控,水資源監控,礦產資源監控,邊境線監控,航道指示燈塔、海岸線,島嶼(群)等。其次是景區的需要,如城市風光景區、旅游景區、自然保護區、野生動物保護園區。簡單概括為“三無一有”的地方,即無人無電無網線,但需要實時監控管理又需節能零排放無污染的地方或區域。      這些野外大范圍監控是網絡視頻監控的一個新的應用市場,它對監控系統的供電和信號傳輸提出了各種新的要求。利用太陽能和無線網絡傳輸來實施遠距離視頻監控,相比傳統的模擬監控模式,有助于大幅度降低工程材料使用量和施工作業工程量,是野外視頻監控領域節能環保的有效選擇。無線太陽能遠程監 控是新能源行業和物聯網行業的一個有效結合。


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太陽能無線視頻監控系統有太陽能發電子系統、電源管理子系統、蓄電池子系統、攝像機子系統、視頻記錄子系統、數據傳輸子系統和其它輔助子系統組成。整個系統的架構圖如下:

    從系統架構圖中可以看出,太陽能發電子系統、電源管理子系統和蓄電池子系統構成了整個系統的供電部分,而數據傳輸子系統、攝像機子系統、視頻記錄子系統則構成了整個系統的工作部分。其它輔助子系統指相關可選功能,如現場檢測、控制、照明、入侵偵測、機械支撐部件等。下面我們就電源管理子系統,數據無線傳輸子系統以及太陽能無線視頻監控系統采用的標準和接口等幾個重要系統分別進行分析和闡述。


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青島斯普瑞智能展示技術服務有限公司  QQ:

2402701068  太陽能發電是整個系統工作的能量來源,當太陽能發出的電量在供給整個系統工作后有富裕時,蓄電池中的儲備電量才會不斷上升。所以太陽能發電的能力是整個系統的關鍵,需要根據太陽能為蓄電池充電的速度來決定太陽能發電的功率。由于蓄電池充電有其自身的特性和有效日照時間的影響,蓄電池需要一天或以上才能達到充滿的效果。  蓄電池是維持在沒有日照情況下系統工作所需的能量,當發生連日陰雨的情況時就需要蓄電池有足夠的電量維持整個系統的連續工作。  由于太陽能發電和蓄電池儲電的寶貴,它直接影響了整個系統的建設成本,因此整個系統中工作部分設備的低功耗運行變成為了太陽能無線視頻監控的關鍵之一。目前市場銷售的攝像機都沒有在這方面提供明確的數據,不少攝像機如高速球采用24伏交流供電。為了使太陽能和蓄電池的電壓能夠滿足市售攝像機的工作,必須對系統中的電壓進行變化。由于電壓變換過程中的損耗,使得整個系統的電量有效使用率大幅度下降。為了解決這個棘手的問題,我們必須制定太陽能無線監控系統進行供電及相關標準并進行統一?!笆紫?,所有攝像機和各種設備都基于直流12伏電壓,而且滿足低功耗運行要求,比如說我們對攝像機換了電機,對部分電路采用低功耗元器件并進行了特別設計;其次:縮短其部分系統的運行時間。比如說功放,它只有在通話時才會自動開啟。這樣整個耗電系統就符合低功耗要求,同時也降低了太陽能系統的供電成本。


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數據無線傳輸子系統  目前適合進行太陽能無線視頻監控的數據傳輸方式有兩種,一是基于計算機無線網絡即WIFI,二是基于電信運營商的3G網絡。兩種網絡具有各自不同的優點,用戶可以有針對性地進行選擇。

如果客戶的監控點離開監控中心之間的距離為數公里,而且中間沒有阻隔,或者可以通過增加很少的轉接點連接到監控中心,這種情況就比較適合采用WIFI傳輸。采用WIFI傳輸可以獲得較高的有效帶寬,保證視頻傳輸的清晰度和流暢性。如果用戶可以通過自身的能力建設這些WIFI基站和轉接點,系統建成后總體運營成本會比較低,不過前期投入成本高。  如果客戶的監控點離開監控中心比較遠,而且中間具有很多負載的建筑和阻隔,這時采用3G視頻傳輸將是一個比較好的選擇。利用3G視頻傳輸,將視頻數據通過相關的電信運營商的網絡傳遞到監控中心。如果可以通過互聯網來傳輸視頻則會更加容易實現跨地區的遠程視頻監控。綜合比較起來,WIFI傳輸適合于沒有或較少阻擋的地區,例如農牧場、湖泊、沼澤、河流、海岸等等。3G傳輸由于運營商的服務的支持,可以有效地克服建筑等對信號的阻擋,最大程度上保證視頻傳輸,更加適合于城市、村莊、郊區和快速應急應用。    2.3 其他子系統  其它就是攝像機子系統,這是視頻監控的中心。工程要根據耗電設備的整個功耗參數指標,所以這些設備的參數非常重要,將直接影響到對太陽能能發電子系統和蓄電池子系統的計算和設計,直接影響到整個系統能否正常運行。同時,由于太陽能無線視頻監控都是應用于野外,受氣候條件的影響很大。在我國各地氣候條件相差很大,就室外氣溫而言,從零下40多度至零上40多度,因此需要能夠在如此寬范圍的氣候條件下工作的監控設備。但不能為了解決在低溫情況下的工作問題,簡單地采用攝像機內加熱的方法。因為加熱需要消耗大量的電量。所以在此種監控工程中采用工業級設計標準、選用工業級元器件,使得攝像機可以在比較寬的氣候條件下工作,盡量減少機內加熱的工作才是最

 “為了使得太陽能視頻監控更加容易實現,我們對攝像機的聯接接口進行改進?!眳强傉f,“減少用線,簡化安裝。我們的攝像機在提供電源、視頻和云臺控制的標準接口以外還提供三位一體的綜合接口,使用一根聯線就可以滿足電源、視頻和云臺控制等需要”。    視頻記錄子系統,主要是安置在監控中心。不過要提及到一點的是,由于是無線傳輸,為了克服無線傳輸過程可能出現的視頻中斷,保證視頻監控不丟失,需要在現場記錄設備中采用相應的存儲器件,例如SD卡和硬盤。除此之外,為了有效地保證系統工作,還需要一些輔助子系統,類似于燈光、探測、報警、支架等輔助系統,使他太陽能無線監控系統工作在良好狀態。

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