城市道路智慧路燈項(xiàng)目投標(biāo)方案（技術(shù)方案）

城市道路智慧路燈項(xiàng)目投標(biāo)方案

目錄

第一章太陽能LED智慧路燈系統(tǒng)................................6

一、需求分析.................................................6

1.智能路燈概述............................................6

2.智能路燈的設(shè)計(jì)功能......................................6

3.智能路燈的工作原理......................................7

二、功能分析.................................................8

1.系統(tǒng)組成................................................8

2.系統(tǒng)部件指標(biāo)...........................................10

3.功能實(shí)現(xiàn)...............................................12

三、方案設(shè)計(jì)................................................14

1.蓄電池組容量設(shè)計(jì).......................................15

2.太陽能電池.............................................17

3.LED燈..................................................23

4.控制電路...............................................24

5.路燈組件...............................................24

第二章智慧城市道路照明云平臺系統(tǒng)............................26

一、城市道路智慧照明........................................26

1.智能化管理的路燈改造方案迫在眉睫.......................26

2.城市道路智慧照明系統(tǒng)呼之欲出...........................28

3.智慧路燈是智慧城市的最佳入口和服務(wù)端口.................30

二、我國路燈規(guī)模巨大........................................33

1.路燈存量巨大且穩(wěn)定增長.................................33

2.我國城市道路建設(shè)推進(jìn)路燈建設(shè)...........................34

3.城鎮(zhèn)化的持續(xù)推進(jìn)，加快路燈的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)...............35

三、智慧照明技術(shù)比較和效益分析..............................37

1.電力載波和XX通訊.......................................37

2.城市道路智慧照明建設(shè)效益明顯...........................38

3.政策頻出，大力推廣智慧照明.............................40

四、解決方案以及產(chǎn)品介紹....................................40

1.產(chǎn)品簡介...............................................42

2.產(chǎn)品功能及規(guī)格說明.....................................42

第三章智慧燈桿系統(tǒng)..........................................56

1

一、系統(tǒng)架構(gòu)..............................................56

1.系統(tǒng)架構(gòu)圖...........................................56

2.網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì).............................................57

3.平臺設(shè)計(jì)............................................60

4.智慧燈桿信息化設(shè)計(jì)...................................61

二、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì).............................................62

1.總拓?fù)?..............................................62

2.無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu).........................................62

3.有線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu).........................................64

4.認(rèn)證、計(jì)費(fèi)系統(tǒng).......................................65

5.網(wǎng)絡(luò)安全.............................................66

6.運(yùn)維管理............................................68

7.基礎(chǔ)架構(gòu)云平臺設(shè)備的統(tǒng)一管理.........................71

8.基礎(chǔ)架構(gòu)云平臺的高可靠性.............................72

三、信息化燈桿設(shè)計(jì).......................................74

1.云wifi解決方案.......................................74

2.數(shù)據(jù)分析方案.........................................77

3.監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)存儲方案....................................79

4.產(chǎn)品介紹.............................................84

第四章城市道路LED智能化道路改造...........................87

一、項(xiàng)目概述.............................................88

二、項(xiàng)目分析.............................................89

1.經(jīng)濟(jì)效益和社會效益...................................89

2.LED智能化路燈的前景.................................89

3.LED路燈對提升道路照明安全和美化路燈照明環(huán)境的微觀效益.90

三、項(xiàng)目運(yùn)作方式.........................................91

1.LED智能化路燈的ppp運(yùn)作模式..........................91

2.合同能源管理模式流程.................................91

3.智能化路燈運(yùn)作方式(改造方案)........................91

四、LED路燈和高壓鈉燈的比較..............................92

五、企業(yè)生產(chǎn)線...........................................95

1.企業(yè)廠房.............................................95

2.燈具生產(chǎn)線..........................................98

六、質(zhì)量保證措施.........................................99

第五章智慧路燈智能控制系統(tǒng)................................101

一、方案設(shè)計(jì)...............................................101

2

1.系統(tǒng)概述..............................................101

2.系統(tǒng)建設(shè)意義..........................................104

3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案..........................................105

二、智能照明中心控制軟件設(shè)計(jì)...............................107

1.遙控功能..............................................108

2.遙測功能..............................................113

3.顯示功能..............................................116

4.報(bào)警功能..............................................117

5.分組控制功能..........................................121

6.系統(tǒng)設(shè)置功能..........................................122

7.數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)和打印功能................................124

8.通訊功能..............................................127

9.系統(tǒng)擴(kuò)容功能.........................................128

10.系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)功能.......................................128

11.登陸系統(tǒng)管理功能.....................................128

12.開關(guān)燈時間控制......................................129

13.衛(wèi)星自動校時系統(tǒng)(GPS)................................129

14.數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)共享.............................130

15.遠(yuǎn)程實(shí)時查詢.........................................131

16.視頻監(jiān)控圖像功能.....................................131

17.數(shù)據(jù)備份與恢復(fù).......................................132

18.照明地理信息系統(tǒng)功能.................................133

三、路燈監(jiān)控終端...........................................140

1.設(shè)計(jì)依據(jù)：.............................................140

2.基本功能設(shè)計(jì)..........................................142

3.基本配置..............................................142

4.測量和計(jì)量功能........................................143

5.數(shù)據(jù)記錄功能..........................................143

6.通信功能..............................................143

7.監(jiān)控終端自動運(yùn)行功能..................................143

8.終端保護(hù)..............................................143

9.自動抄表功能.........................................143

10.調(diào)壓功能.............................................144

11.單燈控制.............................................144

四、車輛跟蹤定位系統(tǒng).......................................145

1.工程車輛跟蹤定位系統(tǒng)..................................145

3

2.車輛監(jiān)控功能........................................145

3.通訊功能............................................145

4.報(bào)警功能............................................145

5.自動漫游............................................145

五、通信系統(tǒng)............................................145

六、電纜防盜系統(tǒng).........................................146

第六章多功能桿塔系統(tǒng)......................................147

一、方案背景.............................................147

1.政策導(dǎo)向............................................147

2.市場展望............................................148

3.行業(yè)現(xiàn)狀............................................149

4.設(shè)計(jì)原則............................................150

5.設(shè)計(jì)依據(jù)............................................153

二、總體設(shè)計(jì).............................................154

1.方案概述............................................154

2.系統(tǒng)架構(gòu)............................................155

3.網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)............................................157

4.終端介紹............................................157

5.平臺介紹............................................158

6.方案優(yōu)勢............................................163

7.未來演進(jìn)............................................164

8.場景分解............................................165

三、主要產(chǎn)品參數(shù).........................................166

1.桿塔................................................166

2.LED模組.............................................167

3.信息發(fā)布屏..........................................167

4.互動交互屏..........................................168

5.WIFI模塊............................................168

6.廣播模塊............................................169

7.一鍵對講............................................169

8.監(jiān)控?cái)z像機(jī).........................................170

第七章質(zhì)量管理體系與保證措施...............................171

一、質(zhì)量控制目標(biāo).........................................171

二、質(zhì)量管理流程.........................................171

三、質(zhì)量保證體系建立.....................................174

四、質(zhì)量管理崗位職責(zé).....................................176

4

4.1項(xiàng)目經(jīng)理..........................................176

4.2項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人....................................176

4.3質(zhì)量部...........................................177

4.4工程技術(shù)部........................................177

4.5各專業(yè)工程師.......................................178

五、質(zhì)量要素的控制.......................................179

5.1勞動力的保證......................................179

5.2施工機(jī)具、檢測設(shè)備的保證...........................179

5.3材料的優(yōu)質(zhì)保證....................................180

六、項(xiàng)目文檔管理.........................................181

七、安裝工程質(zhì)量達(dá)優(yōu)的保證措施...........................181

第八章安全文明管理體系與措施...............................184

一、安全生產(chǎn)管理目標(biāo).....................................184

二、安全生產(chǎn)管理組織機(jī)構(gòu)設(shè)置.............................184

1.人員配備............................................186

2.安全生產(chǎn)責(zé)任制......................................186

三、安全生產(chǎn)保證措施....................................192

3.1安全生產(chǎn)管理制度..................................192

3.2安全生產(chǎn)技術(shù)保證措施..............................200

3.3設(shè)置安全專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)...................................207

第九章環(huán)境保護(hù)管理體系與措施...............................208

一、環(huán)境保護(hù)管理體系....................................208

二、主要環(huán)境污染及其特征.................................210

三、施工準(zhǔn)備階段環(huán)保措施.................................210

四、施工階段環(huán)保措施.....................................211

五、施工噪聲、振動、廢氣物等的控制措施...................212

5

第一章太陽能LED智慧路燈系統(tǒng)

一、需求分析

LED智能路燈充分考慮了城市道路照明的實(shí)際狀況，采用單片機(jī)控制技術(shù)對

智慧城市

路燈照度進(jìn)行動態(tài)智能化管理，實(shí)現(xiàn)路燈人性化。路燈燈桿方案開發(fā)由于

LED路燈具有其它路燈所沒有的瞬態(tài)響應(yīng)極快的特性，

電路上極易實(shí)現(xiàn)使用KHZ級的脈寬調(diào)制方式對LED

路燈的亮滅進(jìn)行占空比調(diào)節(jié)，即調(diào)節(jié)了整體燈具亮度。

工作于如此高的頻率下不會存在頻閃現(xiàn)象。通過對燈具設(shè)定，可在繁忙的時段使

路燈保持較強(qiáng)的照度，在后半夜車稀人少時開始自動調(diào)光，使路燈保持較低照度

的照明。

1.智能路燈概述

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，能源的開發(fā)和利用也顯得日益緊張起來。而隨著

城市路網(wǎng)建設(shè)的不斷發(fā)展，路燈數(shù)量增多，使得人們對電能節(jié)約以及路燈的管理

要求也越來越高。采用先進(jìn)技術(shù)節(jié)約能源以及提高路燈智能化控制與管理水平，

已成為城市照明系統(tǒng)建設(shè)的當(dāng)務(wù)之急。

2.智能路燈的設(shè)計(jì)功能

與遍布大街小巷的路燈不同的是，智能路燈并不依賴傳統(tǒng)的鈉汽燈，而是依

賴發(fā)光二極管或LED。首先，LED燈耗電更少。其次，LED燈的壽命比鈉汽燈長

智慧城市

5倍，這意味著減少浪費(fèi)和節(jié)省電能，使城市的街道

路燈燈桿

照明成本直接減少四分之三。智能路燈進(jìn)一步方案開發(fā)發(fā)揮

LED燈的優(yōu)勢，使照明設(shè)備適應(yīng)其半徑150米以內(nèi)的

智能方案開發(fā)一站式服務(wù)

周邊環(huán)境。由英唐眾創(chuàng)設(shè)計(jì)研發(fā)的雷達(dá)芯片能電主PCAAPPH夠檢

測是否有目標(biāo)如行人或車輛接近路燈，并判斷其行進(jìn)速度。雷達(dá)芯片與

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光源控制器的協(xié)同作用下，路燈可以在目標(biāo)接近時照亮。僅在目標(biāo)遠(yuǎn)離路燈時，

LED燈才會變暗。同時，芯片還能調(diào)節(jié)燈光，使之適應(yīng)主導(dǎo)天氣條件。在下雪或

下雨天，LED燈的亮度明顯高于黃昏時分。智能路燈的另一項(xiàng)功能是面向電動汽

車的充電模塊。一旦電動汽車的電池電量耗完，司機(jī)可以利用22kW的功率輸出

為電池充電。智能路燈還特別貼心，它能夠識別免費(fèi)停車位，通過“云”連接將

相關(guān)信息傳遞給司機(jī)。不但幫助節(jié)約能源、節(jié)省時間，還可緩和司機(jī)的緊張情緒

呢。智能路燈節(jié)能裝置采用分時換擋方法，在保證照明的情況下兼顧到了用電低

谷期節(jié)能效果。在節(jié)約能源、電力資源合理利用的前提下，智能路燈有著十分廣

闊的社會和商業(yè)前景。

3.智能路燈的工作原理

智能路燈又叫智能化路燈，或者智慧路燈、智慧照明，是采用物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)

算技術(shù)，對城市公共照明管理系統(tǒng)進(jìn)行升級，實(shí)現(xiàn)路燈集中管控、運(yùn)維信息化、

照明智能化。智能路燈是應(yīng)用先進(jìn)、可靠的電力線載波和無線通信技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)

對路燈的遠(yuǎn)程集中控制與管理。該系統(tǒng)具有根據(jù)車流量自動調(diào)節(jié)亮度、遠(yuǎn)程照明

控制、無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋、故障主動警報(bào)、燈具線纜防盜、遠(yuǎn)程抄表等功能，能夠大

幅節(jié)省電力資源，提升公共照明管理水平。

7

二、功能分析

LED太陽能燈，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長，免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，光源可以采用幾

百顆高亮度LED組成，內(nèi)置路燈控制器(光控、時控)及LED恒流驅(qū)動器，用

戶只需要連接燈桿、蓄電池，就可以完成太陽能路燈的組裝生產(chǎn)。產(chǎn)品適用于小

區(qū)道路、庭院、工業(yè)園區(qū)及新農(nóng)村亮化工程的照明。

太陽能LED燈不需要外接220V電源，提高安全性。采用太陽能作為驅(qū)動。

每個LED燈組都配置一個單獨(dú)的太陽能電池板，該電池板能夠使電池在陽光充

足的條件下充電?？梢詫⑺鼈兎胖迷诩议T口，信箱上，柱子等白天或者夜晚需要

高亮度照明的地方。燈的電池不需要直接的太陽光，僅僅需要對著天空即可。只

要有太陽光，燈的電池就可以自動充電，同時，日落之后燈就會自動發(fā)亮。不需

要保養(yǎng)，不需要更換電池，不需要更換燈泡。

燈的特點(diǎn)：

1.采用太陽能驅(qū)動，不需要電力

2.采用LED為光源，不需要更換燈泡

3.電池在充足電之后可以維持發(fā)光

4.燈可以自動啟動和關(guān)閉

5.具備良好的防水和耐環(huán)境侵蝕的性能

1.系統(tǒng)組成

太陽能LED燈指的是用太陽能電池板作為能源采集方式替代傳統(tǒng)的市電接

入方式，采集太陽能轉(zhuǎn)換為電能存儲到蓄電池，在需要照明時驅(qū)動照明設(shè)備，這

里的照明設(shè)備采用高亮度LED替代傳統(tǒng)的照明燈。

產(chǎn)品由四大部分組成，即：

1)太陽能采集和轉(zhuǎn)換部分太陽能板；

8

2)電能存儲部分蓄電池；

3)照明部分高亮度LED燈

4)控制電路；

5)其它——如支撐部件，控制箱燈。

圖1太陽能路燈實(shí)物圖圖2太陽能LED路燈結(jié)構(gòu)示意圖

太陽能板蓄電池

LED燈

控制電路

指示燈

圖3系統(tǒng)電氣連接示意圖

組件功能類型

太陽能利用光伏效應(yīng)將太單晶硅太陽電池、多晶硅太陽電池(總

電池板陽能轉(zhuǎn)換為電能稱晶體硅太陽電池)和非晶硅太陽電

池

電池存儲電能有鉛酸免維護(hù)蓄電池、普通鉛酸蓄電

池和堿性鎳鎘蓄電池三種，主要是第

一個，普通鉛酸蓄電池需要維護(hù)，而

堿性鎳鎘蓄電池較貴

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LED燈照明白色，彩色，單個大功率或多個小功

率

電路過充、過放保護(hù)，單片機(jī)或比較器方式

光控、時控，防反

接，LED恒流驅(qū)動

其它提供物理支撐，連燈架，控制箱，連線

線等

表1、部件功能

2.系統(tǒng)部件指標(biāo)

1、太陽能電池板指標(biāo)：

●材料(單晶硅，多晶硅，非晶體);非晶硅

●光電效率；

●價位；30元/W

●峰值電壓；17.5

●接口；

●工作壽命

●工作電流

●太陽能板的面積、重量

●工作條件(溫度、濕度范圍)-20度80度

使用單晶和多晶的電池片，功率從1W到190W。電池片的厚度大約在

200-350微米，使用高透光的鋼化玻璃和TPT,保證組件在惡劣環(huán)境下的良好

性能。組件用電鍍的鋁型材框架便于安裝和攜帶，組件邊框和電池片之間的距離

確保抵御氣候變化的影響，同時保證組件的最經(jīng)濟(jì)尺寸。

10

2、電池指標(biāo)：

●過充電壓14.4V+-0.2V

●容量50AH

●無電時的電壓

●接口(連線標(biāo)準(zhǔn))

●太陽能電池對電池充電的開關(guān)控制方式(放電-待機(jī)-充電)

●電池的品種免維護(hù)鉛酸電池

●價位

●工作壽命

●工作條件

3、LED燈：

●實(shí)現(xiàn)方式

●色彩

●價位17元/W

●功耗

●電路形式

4、控制電路：

太陽能LED系統(tǒng)的控制電路需要具備以下四大功能：

●充放電控制功能

●路燈控制功能：時控、光控

●LED驅(qū)動

●其他輔助功能。

另外，還需要有以下的特別功能：

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1:太陽能板、蓄電池、負(fù)載反接無憂設(shè)計(jì)。絕對不用燒保險(xiǎn)絲的辦法來保

護(hù)電路。

2:智能電子保險(xiǎn)絲設(shè)計(jì)具有過流保護(hù)、過溫保護(hù)(特有)功能。

3:大過流率TVS雷擊保護(hù)

以上三項(xiàng)保護(hù)措施，可以使產(chǎn)品更可靠。

具體技術(shù)數(shù)據(jù)有：

●12V,24V

●防蓄電池反接

●防太陽能板反接

●防負(fù)載反接

●蓄電池過充保護(hù)

●蓄電池過放保護(hù)

●LED燈恒流驅(qū)動

●負(fù)載短路保護(hù)

●智能充電算法

●溫度補(bǔ)償(選件)

●系統(tǒng)狀態(tài)指示

●內(nèi)置微控制器

●路燈控制-時控(4-10小時，0:無定時),光控

3.功能實(shí)現(xiàn)

1、類似產(chǎn)品資料收集，市場分析；

2、產(chǎn)品分析，原理分析；

3、電路設(shè)計(jì)；

12

4、試驗(yàn)；

5、BOM表，詢價，試生產(chǎn)

13

三、方案設(shè)計(jì)

太陽照在地面太陽能電池方陣上的輻射光的光譜、光強(qiáng)受到大氣層厚度(即

大氣質(zhì)量)、地理位置、所在地的氣候和氣象、地形地物等的影響，其能量在一日、

一月和一年內(nèi)都有很大的變化，甚至各年之間的每年總輻射量也有較大的差別。

太陽能電池方陣的光電轉(zhuǎn)換效率，受到電池本身的溫度、太陽光強(qiáng)和蓄電池

電壓浮動的影響，而這三者在一天內(nèi)都會發(fā)生變化，所以太陽能電池方陣的光電轉(zhuǎn)

換效率也是變量。

蓄電池組也是工作在浮充電狀態(tài)下的，其電壓隨方陣發(fā)電量和負(fù)載用電量的

變化而變化.蓄電池提供的能量還受環(huán)境溫度的影響。

太陽能電池充放電控制器由電子元器件制造而成，它本身也需要耗能，而使用

的元器件的性能、質(zhì)量等也關(guān)系到耗能的大小，從而影響到充電的效率等。

負(fù)載的用電情況，也視用途而定，如通信中繼站、無人氣象站等，有固定的設(shè)備

耗電量.而有些設(shè)備如燈塔、航標(biāo)燈、民用照明及生活用電等設(shè)備，用電量是經(jīng)常

有變化的。

因此，太陽能電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要考慮的因素多而復(fù)雜.特點(diǎn)是：所用的數(shù)據(jù)

大多為以前統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，各統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的測量以及數(shù)據(jù)的選擇是重要的。

設(shè)計(jì)者的任務(wù)是：在太陽能電池方陣所處的環(huán)境條件下(即現(xiàn)場的地理位置、

太陽輻射能、氣候、氣象、地形和地物等),設(shè)計(jì)的太陽能電池方陣及蓄電池電源

系統(tǒng)既要講究經(jīng)濟(jì)效益，又要保證系統(tǒng)的高可靠性。

某特定地點(diǎn)的太陽輻射能量數(shù)據(jù)，以氣象臺提供的資料為依據(jù)，供設(shè)計(jì)太陽能

電池方陣用.這些氣象數(shù)據(jù)需取積累幾年甚至幾十年的平均值。

地球上各地區(qū)受太陽光照射及輻射能變化的周期為一天24h.處在某一地區(qū)

的太陽能電池方陣的發(fā)電量也有24h的周期性的變化，其規(guī)律與太陽照在該地區(qū)

14

輻射的變化規(guī)律相同.但是天氣的變化將影響方陣的發(fā)電量.如果有幾天連續(xù)陰雨

天，方陣就幾乎不能發(fā)電，只能靠蓄電池來供電，而蓄電池深度放電后又需盡快地

將其補(bǔ)充好.設(shè)計(jì)者多數(shù)以氣象臺提供的太陽每天總的輻射能量或每年的日照時

數(shù)的平均值作為設(shè)計(jì)的主要數(shù)據(jù).由于一個地區(qū)各年的數(shù)據(jù)不相同，為可靠起見應(yīng)

取近十年內(nèi)的最小數(shù)據(jù).根據(jù)負(fù)載的耗電情況，在日照和無日照時，均需用蓄電池

供電.氣象臺提供的太陽能總輻射量或總?cè)照諘r數(shù)對決定蓄電池的容量大小是不

可缺少的數(shù)據(jù)。

對太陽能電池方陣而言，負(fù)載應(yīng)包括系統(tǒng)中所有耗電裝置(除用電器外還有蓄

電池及線路、控制器等)的耗量。

方陣的輸出功率與組件串并聯(lián)的數(shù)量有關(guān)，串聯(lián)是為了獲得所需要的工作電

壓，并聯(lián)是為了獲得所需要的工作電流，適當(dāng)數(shù)量的組件經(jīng)過串并聯(lián)即組成所需要

的太陽能電池方陣。

1.蓄電池組容量設(shè)計(jì)

1.1蓄電池種類

后備式蓄電池通常用在UPS系統(tǒng)中，他不適合長期充放電，但是，他可以

極大程度的極限放電，比如UPS在短電后，為了保持輸出供應(yīng)，在全速維持著

系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，他絕對不允許蓄電池中途沒電了或者放不光，否則柴油引擎等還沒有

來得及啟動可能電力就中斷了，這種事對于數(shù)據(jù)中心等場合，造成的后果可能是

整個國家甚至全世界的網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

而動力型蓄電池，比如電動車的就是，適合經(jīng)常充電和放電，而且擁有比較

強(qiáng)的放電能力，持續(xù)大電流放電的性能的

啟動型蓄電池就是通常見的那些，比如汽車等，他低溫性能會比較好，可以

在瞬間釋放大量的電流，這樣啟動引擎，但啟動幾下就要等一會讓他恢復(fù)過來，

15

不然就沒電了。事實(shí)上，除了這3類外，還有其他很多呢，比如通訊專用蓄電池，

緩沖蓄電池等。

1.2蓄電池組容量設(shè)計(jì)

太陽能電池電源系統(tǒng)的儲能裝置主要是蓄電池.與太陽能電池方陣配套的蓄

電池通常工作在浮充狀態(tài)下，其電壓隨方陣發(fā)電量和負(fù)載用電量的變化而變化.它

的容量比負(fù)載所需的電量大得多.蓄電池提供的能量還受環(huán)境溫度的影響.為了與

太陽能電池匹配，要求蓄電池工作壽命長且維護(hù)簡單。

1.蓄電池的選用

能夠和太陽能電池配套使用的蓄電池種類很多，目前廣泛采用的有鉛酸免維

護(hù)蓄電池、普通鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池三種.國內(nèi)目前主要使用鉛酸免維

護(hù)蓄電池，因?yàn)槠涔逃械摹懊狻本S護(hù)特性及對環(huán)境較少污染的特點(diǎn)，很適合用于性

能可靠的太陽能電源系統(tǒng)，特別是無人值守的工作站.普通鉛酸蓄電池由于需要經(jīng)

常維護(hù)及其環(huán)境污染較大，所以主要適于有維護(hù)能力或低檔場合使用.堿性鎳鎘蓄

電池雖然有較好的低溫、過充、過放性能，但由于其價格較高，僅適用于較為特殊

的場合。

2.蓄電池組容量的計(jì)算

蓄電池的容量對保證連續(xù)供電是很重要的.在一年內(nèi)，方陣發(fā)電量各月份有很

大差別.方陣的發(fā)電量在不能滿足用電需要的月份，要靠蓄電池的電能給以補(bǔ)足；

在超過用電需要的月份，是靠蓄電池將多余的電能儲存起來.所以方陣發(fā)電量的不

足和過剩值，是確定蓄電池容量的依據(jù)之一.同樣，連續(xù)陰雨天期間的負(fù)載用電也

必須從蓄電池取得.所以，這期間的耗電量也是確定蓄電池容量的因素之一。

因此，蓄電池的容量BC計(jì)算公式為：

BC=A×QL×NL×TO/CCAh(1)

16

公式中：

A為安全系數(shù)，取1.1~1.4之間；

QL為負(fù)載日平均耗電量，為工作電流乘以日工作小時數(shù)；

NL為最長連續(xù)陰雨天數(shù)；

TO為溫度修正系數(shù)，一般在OC°以上取1,-10C°以上取1.1,-10C°以下取1.2;

CC為蓄電池放電深度，一般鉛酸蓄電池取0.75,堿性鎳鎘蓄電池取0.85。

2.太陽能電池

2.1原理

太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，通過轉(zhuǎn)換裝置把太陽輻射能

轉(zhuǎn)換成電能利用的屬于太陽能光發(fā)電技術(shù)，光電轉(zhuǎn)換裝置通常是利用半導(dǎo)體器件

的光伏效應(yīng)原理進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的，因此又稱太陽能光伏技術(shù)。

Sun

Electricalload

電源負(fù)載(-)太陽

Photovoltaiccell

DCcurrentfiow光伏電泡

直流電流向

BordpedPp)Phosphorousdoped(N-type)

aeonysom(+)|siliconlayer0.3um

罐質(zhì)硅層(P-結(jié))250μm確質(zhì)硅層(N-結(jié))0.3um

圖形1.光伏電池

Graph1.Diagramofphotovoltaiccell

光伏電池的工作原理(見圖形1)

當(dāng)光線照射太陽電池表面時，一部分光子被硅材料吸收，光子的能量傳遞給

了硅原子，使電子發(fā)生了躍遷，成為自由電子在P-N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，

當(dāng)外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸

出功率。這個過程的的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。

17

光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成：

一套基本的太陽能發(fā)電系統(tǒng)是由太陽電池板、控制器、逆變器和蓄電池構(gòu)成。

光伏發(fā)電系統(tǒng)的類型：

光伏發(fā)電系統(tǒng)的兩大分類：并網(wǎng)發(fā)電和獨(dú)立發(fā)電

交流負(fù)載

ACLoads

光伏電池組逆變器/電電流分配盤

源調(diào)節(jié)器

PVArayDstrbutionPanel

InvertecPower

Condtioner

發(fā)電局

EecreUaty

圖形2.并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)

Graph2.Gridconnectedphotovoltaicsystem

并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)(見圖形2)

太陽能電池方陣發(fā)出的電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器將電能直接輸送到交流電網(wǎng)上，或

將太陽能所發(fā)出的電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器直接為交流負(fù)載供電。

光伏電池組充電控制器直流負(fù)載

蓄電池逆變器

交流負(fù)載

圖形3.獨(dú)立型光伏發(fā)電系統(tǒng)，

配合逆變器和蓄電池

Graph3.Stand-alonePVsystemwithbattery

storagepoweringDC&ACloads

獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)(見圖形3)

獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)，太陽能電池方陣發(fā)出的電經(jīng)蓄電池充電并經(jīng)過逆變器直流轉(zhuǎn)

換成交流電。

2.2太陽能電池材料

多晶硅是生產(chǎn)單晶硅的直接原料，是當(dāng)代人工智能、自動控制、信息處理、

18

光電轉(zhuǎn)換等半導(dǎo)體器件的電子信息基礎(chǔ)材料。被稱為"微電子大廈的基石"。

在太陽能利用上，單晶硅和多晶硅也發(fā)揮著巨大的作用。雖然從目前來講，

要使太陽能發(fā)電具有較大的市場，被廣大的消費(fèi)者接受，就必須提高太陽電池的

光電轉(zhuǎn)換效率，降低生產(chǎn)成本。從目前國際太陽電池的發(fā)展過程可以看出其發(fā)展

趨勢為單晶硅、多晶硅、帶狀硅、薄膜材料(包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜

及染料薄膜)。

從工業(yè)化發(fā)展來看，重心已由單晶向多晶方向發(fā)展，主要原因?yàn)?；[1]可供應(yīng)

太陽電池的頭尾料愈來愈少；[2]對太陽電池來講，方形基片更合算，通過澆鑄

法和直接凝固法所獲得的多晶硅可直接獲得方形材料[3]多晶硅的生產(chǎn)工藝不斷

取得進(jìn)展，全自動澆鑄爐每生產(chǎn)周期(50小時)可生產(chǎn)200公斤以上的硅錠，

晶粒的尺寸達(dá)到厘米級；[4]由于近十年單晶硅工藝的研究與發(fā)展很快，其中工藝

也被應(yīng)用于多晶硅電池的生產(chǎn)，例如選擇腐蝕發(fā)射結(jié)、背表面場、腐蝕絨面、表

面和體鈍化、細(xì)金屬柵電極，采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)可使柵電極的寬度降低到50微

米，高度達(dá)到15微米以上，快速熱退火技術(shù)用于多晶硅的生產(chǎn)可大大縮短工藝

時間，單片熱工序時間可在一分鐘之內(nèi)完成，采用該工藝在100平方厘米的多晶

硅片上作出的電池轉(zhuǎn)換效率超過14%。據(jù)報(bào)道，目前在50～60微米多晶硅襯底

上制作的電池效率超過16%。利用機(jī)械刻槽、絲網(wǎng)印刷技術(shù)在100平方厘米多

晶上效率超過17%,無機(jī)械刻槽在同樣面積上效率達(dá)到16%,采用埋柵結(jié)構(gòu)，

機(jī)械刻槽在130平方厘米的多晶上電池效率達(dá)到15.8%。

單晶硅電池具有電池轉(zhuǎn)換效率高，穩(wěn)定性好，但是成本較高。單晶硅電池早

在20多年前就已突破光電轉(zhuǎn)換效率20%以上的技術(shù)關(guān)口。

多晶硅電池成本低，轉(zhuǎn)換效率略低于直拉單晶硅太陽能電池，材料中的各種

缺陷，如晶界、位錯、微缺陷，和材料中的雜質(zhì)碳和氧，以及工藝過程中玷污的

19

過渡族金屬被認(rèn)為是造成多晶硅電池光電轉(zhuǎn)換率一直無法突破20%的關(guān)口。德國

弗勞恩霍夫協(xié)會科研人員采用新技術(shù)，在世界上率先使多晶硅太陽能電池的光電

轉(zhuǎn)換率達(dá)到20.3%。

從固體物理學(xué)上講，硅材料并不是最理想的光伏材料，這主要是因?yàn)楣枋情g

接能帶半導(dǎo)體材料，其光吸收系數(shù)較低，所以研究其他光伏材料成為一種趨勢。

其中，碲化鎘(CdTe)和銅銦硒(CulnSe2)被認(rèn)識是兩種非常有前途的光伏材料，而

且目前已經(jīng)取得一定的進(jìn)展，但是距離大規(guī)模生產(chǎn)，并與晶體硅太陽電池抗衡需

要大量的工作去做。

2.3太陽能電池設(shè)計(jì)

1.太陽能電池組件串聯(lián)數(shù)Ns

太陽能電池組件按一定數(shù)目串聯(lián)起來，就可獲得所需要的工作電壓，但是，太

陽能電池組件的串聯(lián)數(shù)必須適當(dāng)。1)串聯(lián)數(shù)太少，串聯(lián)電壓低于蓄電池浮充電

壓，方陣就不能對蓄電池充電。2)如果串聯(lián)數(shù)太多使輸出電壓遠(yuǎn)高于浮充電壓時，

充電電流也不會有明顯的增加。因此，只有當(dāng)太陽能電池組件的串聯(lián)電壓等于合

適的浮充電壓時，才能達(dá)到最佳的充電狀態(tài)。

計(jì)算方法如下：

()

Ns=UR/Uoc=(Uf+UD+Uc)/Uoc()

(2)式中：

UR為太陽能電池方陣輸出最小電壓；

Uoc為太陽能電池組件的最佳工作電壓；

Uf為蓄電池浮充電壓；

UD為二極管壓降，一般取0.7V;

UC為其它因數(shù)引起的壓降。

20

電池的浮充電壓和所選的蓄電池參數(shù)有關(guān)，應(yīng)等于在最低溫度下所選蓄電池

單體的最大工作電壓乘以串聯(lián)的電池?cái)?shù)。

2.太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)Np

在確定NP之前，我們先確定其相關(guān)量的計(jì)算方法。

(1)將太陽能電池方陣安裝地點(diǎn)的太陽能日輻射量Ht,轉(zhuǎn)換成在標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下

的平均日輻射時數(shù)H:

H=Ht×2.778/10000h(3)

式中：

2.778/10000(h-m2/kJ)為將日輻射量換算為標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)(1000W/m2)下的平均日

輻射時數(shù)的系數(shù)。

(2)太陽能電池組件日發(fā)電量Qp:

Qp=1oc×H×Kop×CzAh(4)

式中：

loc為太陽能電池組件最佳工作電流；

Kop為斜面修正系數(shù)；

Cz為修正系數(shù)，主要為組合、衰減、灰塵、充電效率等的損失，一般取0.8。

(3)兩組最長連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)Nw,此數(shù)據(jù)為本設(shè)計(jì)之獨(dú)特

之處，主要考慮要在此段時間內(nèi)將虧損的蓄電池電量補(bǔ)充起來，需補(bǔ)充的蓄電池容

量Bcb為：

Bcb=A×QL×NLAh(5)

(4)太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)Np的計(jì)算方法為：

Np=(Bcb+Nw×QL)/(Qp×Nw)(6)

公式(6)的表達(dá)意為：并聯(lián)的太陽能電池組組數(shù)，在兩組連續(xù)陰雨天之間的最

21

短間隔天數(shù)內(nèi)所發(fā)電量，不僅供負(fù)載使用，還需補(bǔ)足蓄電池在最長連續(xù)陰雨天內(nèi)所

虧損電量。

3.太陽能電池方陣的功率計(jì)算

根據(jù)太陽能電池組件的串并聯(lián)數(shù)，即可得出所需太陽能電池方陣的功率P:

P=Po×Ns×NpW(7)

式中：Po為太陽能電池組件的額定功率。

本次設(shè)計(jì)光源電壓12V,功率為21W,每天工作6h,最長連續(xù)陰雨天為3d,兩

最長連續(xù)陰雨天最短間隔天數(shù)為15d,太陽能電池采用云南半導(dǎo)體器件廠生產(chǎn)的

WBG40(P)型組件，組件標(biāo)準(zhǔn)功率為40W,工作電壓17.2V,工作電流2.32A,蓄

電池采用鉛酸免維護(hù)蓄電池，浮充電壓為(144±2)V.其水平面太陽輻射數(shù)據(jù)參照

表，成都地區(qū)其水平面的年平均日輻射量為10392(kJ/m2),Kop值為0.7553,計(jì)算

太陽能電池方陣功率及蓄電池容量。

1.蓄電池容量Bc:

Bc=A×QL×NL×To/CC=1.2×(21/12)×6×3×1/0.75≈50Ah

2.太陽能電池方陣功率P:

太陽能電池組件串聯(lián)數(shù)Ns:

Ns=UR/Uoc=(Uf+UD+UC)/Uoc=(14+0.7+)/17.1=0.88≈1

太陽能電池組件日發(fā)電量Qp:

Qp=loc×H×Kop×Cz=2.32×10392×(2.778/10000)×0.7553×0.8≈4.05Ah

需補(bǔ)充的蓄電池容量Bcb:

Bcb=A×QL×NL=1.2×21/12×6×3=37.8Ah,其中QL=(21/12)×6=10.5Ah

太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)Np:

Np=(Bcb+Nw×QL)/(Qp×Nw)=(37.8+15×10.5)/(4.05×15)≈3故太陽能電池

22

方陣功率為：

P=Po×Ns×Np=40×1×3=120W

3.計(jì)算結(jié)果該地面衛(wèi)星接收站需太陽能電池方陣功率為120W,蓄電池容量

為50Ah

上述設(shè)計(jì)所需：

50Ah蓄電池：

NS=1,NP=3,功能為120W太陽能電池：

序號器件名稱產(chǎn)品型數(shù)量單價(元)金額小計(jì)

號(元)

1太陽能板WBG*(P)120W30元/W3600

2免費(fèi)維護(hù)鉛50Ah640560

酸電池

3.LED燈

燈頭部分采用1W的白光LED燈，以3個一串，共并聯(lián)7組，共27顆，分布

在散熱板上作為平面光源

序號器件名稱產(chǎn)品型號數(shù)量單價(元)金額小計(jì)(元)

1大功率LED1W2114294

2LED透鏡21363

3散熱片1100~250100~250

4路燈燈頭DD101200200

5其它器件1010

23

總計(jì)667~817元

4.控制電路

控制電路分為兩大部分，即：太陽能充放電控制器和LED燈供電電路。太

陽能充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄電池，基本功能必須具備過充、過防保護(hù)，

防反接等。

而LED燈供電電路則需要具有光控、時控功能。

蓄電池過充、過放保護(hù)電壓一般參數(shù)如表1,當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到設(shè)定值后就

改變電路狀態(tài)。

表1蓄電池充放電保護(hù)

標(biāo)稱電壓防過充電壓防過放電壓

6V7.2+-0.1V5.5+-0.1V

12V14.4+-0.210.8+-0.2V

24V28.6+-0.1V22V

選用器件上，有用比較器，也有用單片機(jī)的，具體依情況而定。

序號器件名稱產(chǎn)品型號數(shù)量單價(元)金額小計(jì)(元)

1控制器12V21W1100100

5.路燈組件

路燈燈桿高6M,厚度為5MM

序號器件名稱產(chǎn)品型號數(shù)量單價(元)金額小計(jì)(元)

16M燈桿1800-1000800-1000

24

2蓄電池箱1100100

3線纜15米3030

25

第二章智慧城市道路照明云平臺系統(tǒng)

一、城市道路智慧照明

1.智能化管理的路燈改造方案迫在眉睫

城市道路照明是城市公共設(shè)施的重要組成部分，而隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的推進(jìn)，

城市道路照明路燈的數(shù)量越來越多，能耗越來越高，供電趨于緊張。此外，城市

照明的維護(hù)工作和高昂的維護(hù)成本(人工控制、路燈巡查等),給城市管理造成

了巨大的困難。管理部門需要更有效率的管理和節(jié)能方案，從而推進(jìn)城市照明的

科學(xué)管理和綠色節(jié)能。

根據(jù)道路照明專業(yè)委員會的統(tǒng)計(jì)，在全國811座城市中已有263座城市的道

路燈管控采用了“無線三遙(遙控、搖信、遙測)智能化控制系統(tǒng)”。

根據(jù)《“十二五”城市綠色照明規(guī)綱要》課題組對包括所有直轄市、省會城

市、計(jì)劃單列市在內(nèi)的81個重點(diǎn)城市的統(tǒng)計(jì)，智能監(jiān)控儀的總數(shù)最多，已達(dá)21826

點(diǎn)，分別為時控、光控和防盜監(jiān)控點(diǎn)的3倍、6.8倍和9.2倍。

圖表1:道路照明控制系統(tǒng)情況

26

目前，國內(nèi)城市道路照明系統(tǒng)大部分沒有采用網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控管理，“三遙”智

能化控制系統(tǒng)只能以區(qū)域?yàn)閱挝粚φ彰髟O(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程開關(guān)燈控制，多數(shù)城市路燈

的開、關(guān)控制仍由每臺變壓器(配電箱)分散控制，這種控制方法缺乏靈活性，并

不能實(shí)時獲取每盞路燈的狀況，也無法根據(jù)實(shí)際情況對路燈進(jìn)行單燈控制和監(jiān)控，

調(diào)節(jié)路燈的亮度，無法實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能。

這種城市照明的監(jiān)控和管理方式相對簡單、粗放，服務(wù)質(zhì)量和節(jié)能水平偏低，

已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化城市照明的需要。

圖表2:城市照明傳統(tǒng)管理模式存在的弊端

贊端

監(jiān)控管理方式相傳統(tǒng)的“三遙”系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)回路級別的采集和控制，對單燈運(yùn)行情況無法實(shí)時、準(zhǔn)確監(jiān)控，出現(xiàn)

對粗放燈具故障無法及時反饋到監(jiān)控中心，不能實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)控和精細(xì)化管理；另外也不能對故障處理情

況實(shí)時跟蹤、分析，影響能明生產(chǎn)管理考核，以至影響管理的決策判斷。

缺少靈潔有效的節(jié)能控制手段，過度照明和那明不足的矛盾堆以調(diào)和(即韓半夜按船城市形象解度

能原兩耗偏大運(yùn)行，后半夜采取節(jié)能照度運(yùn)行),無法實(shí)現(xiàn)按需照明，從而在保障照明質(zhì)量的前提下有效降低照

明能耗。

由于路燈的數(shù)量非常大，并且分布非常廣，現(xiàn)階段的照明設(shè)施故障發(fā)現(xiàn)機(jī)制主要采用人工巡查模

運(yùn)行維護(hù)效率式，工作量巨大，需要投入大量的人力物力，并目還可能留有盲區(qū)，運(yùn)維效率低、成本高，難以實(shí)

低、成本偏高現(xiàn)主動服務(wù)、保障服務(wù)質(zhì)量；在維護(hù)過程中，對材料的采購也缺少科學(xué)的依據(jù)，不適當(dāng)?shù)牟牧蟼湄?/p>

會造成資金的占用，不能對材料進(jìn)行精細(xì)化的管理，可能會造成材料的浪費(fèi)。

設(shè)施安全難以保缺少實(shí)時監(jiān)管措施，照明電纜等設(shè)施頻繁被盜或損壞，給照明管理部門造成直接的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重

障影響幅市然明的正常運(yùn)行，同時帶來安全隱患。

設(shè)施資源缺乏有城市照明設(shè)施資源管理基本停留在人工臺賬時代，缺少信息化手段，設(shè)施資源數(shù)量不清、狀態(tài)不

效管理明，不利于運(yùn)維養(yǎng)護(hù)，

路燈節(jié)能改造有兩種方式：第一，對已有的路燈燈頭進(jìn)行更換，就是把傳統(tǒng)

的高壓鈉燈或者是金鹵燈之類的光源換成新型的LED光源；第二，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上

27

對路燈進(jìn)行升級，即在現(xiàn)有路燈上安裝單燈控制器，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新產(chǎn)品，新

型的單燈控制器可以使路燈控制智能化，并可以通過0-10v、PWM等接口使調(diào)光

降功率運(yùn)行；既提升了城市路燈的整體控制實(shí)現(xiàn)智能化，又能夠達(dá)到節(jié)能減排的

目的。因此，二次節(jié)能明顯、具有智能化管理的照明方案成為路燈管理的熱點(diǎn)。

2.城市道路智慧照明系統(tǒng)呼之欲出

目前，在原有“三遙”系統(tǒng)上，城市道路智慧照明系統(tǒng)以地理信息系統(tǒng)(GIS)

平臺為基礎(chǔ)，融合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)單燈節(jié)能管理、

設(shè)施安全監(jiān)測、資產(chǎn)管理和生產(chǎn)管理等功能。

圖表3:城市道路智慧照明系統(tǒng)

云平臺

大數(shù)據(jù)防盜報(bào)貿(mào)滿應(yīng)

密產(chǎn)管理系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)采售地理信患系統(tǒng)

燈桿漏電警報(bào)

系統(tǒng)PM

塵露PM2.5

課理窗檢測系績檢測系統(tǒng)

智慧照明，是智慧城市的重要組成部分。它應(yīng)用城市傳感器、電力線載波/XX

通信技術(shù)和無線GPRS/CD