太阳能无线监控系统设计课程汇报Word文件下载.docx

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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

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。

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

（1）运用单片机和专用软件，实现智能控制。

（2）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。

（3）直观的电子显示屏显示当前蓄电池状态。

（4）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。

（5）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。

（6）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

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

（1）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。

（2）扰动观察法

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。

（3）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。

第3章高速球监控器的特性

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。

（1）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。

（2）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。

（3）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：

（1）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。

（2）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。

（3）自带报警输入输出：

在高速球上加一个报警输入输出模块。

（4）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