城市道路智慧路燈項目投標(biāo)方案（技術(shù)方案）

城市道路智慧路燈項目投標(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.功能實現(xiàn)...............................................12

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

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

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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.............................................57

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

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

二、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計.............................................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、計費系統(tǒng).......................................65

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

6.運維管理............................................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.......................................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、項目概述.............................................88

二、項目分析.............................................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、項目運作方式.........................................91

1.LED智能化路燈的ppp運作模式..........................91

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

3.智能化路燈運作方式(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...............................................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)計方案..........................................105

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

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

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

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

4.報警功能..............................................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)計依據(jù)：.............................................140

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

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

4.測量和計量功能........................................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)計原則............................................150

5.設(shè)計依據(jù)............................................153

二、總體設(shè)計.............................................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)控攝像機(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項目經(jīng)理..........................................176

4.2項目技術(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)置安全專項經(jīng)費...................................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

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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

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

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、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。

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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，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：

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；

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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。絕對不用燒保險絲的辦法來保

護(hù)電路。

2:智能電子保險絲設(shè)計具有過流保護(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；

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4、試驗；

5、BOM表，詢價，試生產(chǎn)

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三、方案設(shè)計

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，需要考慮的因素多而復(fù)雜.特點是：所用的數(shù)據(jù)

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

設(shè)計者的任務(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)

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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

將其補充好.設(shè)計者多數(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

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

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，因為其固有的“免”維護(hù)特性及對環(huán)境較少污染的特點，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

獨立發(fā)電系統(tǒng)(見圖形3)

獨立發(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，主要原因為；[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，這主要是因為硅是間

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

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)的電池數(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)量的計算方法。

(1)將太陽能電池方陣安裝地點的太陽能日輻射量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)計之獨特

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

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

號(元)

1太陽能板WBG*(P)120W30元/W3600

2免費維護(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(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(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(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，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、計劃單列市在內(nèi)的81個重點城市的統(tǒng)計，智能監(jiān)控儀的總數(shù)最多，已達(dá)21826

點，分別為時控、光控和防盜監(jiān)控點的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)域為單位對照明設(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

不能實時獲取每盞路燈的狀況，也無法根據(jù)實際情況對路燈進(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)只能實現(xiàn)回路級別的采集和控制，對單燈運行情況無法實時、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

能原兩耗偏大運行，后半夜采取節(jié)能照度運行),無法實現(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)，運維效率低、成本高，難以實

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。

設(shè)施安全難以保缺少實時監(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

降功率運行；既提升了城市路燈的整體控制實現(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。

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)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，進(jìn)一步實現(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)防盜報貿(mào)滿應(yīng)

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

燈桿漏電警報

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