河南高速公路發(fā)展有限責任公司利用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，在連霍高速公路成功實施了太陽能供電的全程視頻監(jiān)控系統(tǒng)示范工程，為解決高速公路監(jiān)控電網(wǎng)供電建設(shè)成本高、線路損耗大、電能利用率低等問題探索出了一條新途徑。經(jīng)過近5年的實際運行,證明該示范工程技術(shù)方案成熟可靠，與電網(wǎng)供電相比，可節(jié)省供配電工程建設(shè)投資58.3%，平均每公里節(jié)省3.13萬元；5年來節(jié)省電費22萬元、汽油費96萬元，減少二氧化碳排量402噸，效果顯著。

據(jù)了解，隨著河南高速公路路網(wǎng)的逐步形成，為制定和實施應(yīng)急預案，減少道路擁堵、預防交通事故、提高服務(wù)水平，河南高速公路發(fā)展有限責任公司決定在連（運港）霍（爾果斯）高速公路鄭州和洛陽管轄的220千米范圍內(nèi)實施道路全程監(jiān)控。

為擴展監(jiān)視范圍，有效實施全程監(jiān)控，外場攝像機的設(shè)置間隔約為2千米,處于一種線狀的非集中布局，若采用電網(wǎng)供電方式，存在線路損耗大、建設(shè)投資成本高、施工復雜和運營維護費用高等問題。同時，該路段即將實施不中斷運營的道路兩側(cè)拓寬工程（四改八），外場攝像機需設(shè)置在中央隔離帶。如在中央隔離帶鋪設(shè)電力電纜，則影響通信及其他弱電信號。因此，攝像機供電問題成為項目實施單位面臨的難點問題。

太陽能是一種取之不盡、用之不竭的清潔環(huán)保型能源，利用太陽能光伏技術(shù)將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于航空航天、氣象站、遙測遙感、航道燈塔、鐵路信號、通信以及偏遠地區(qū)、海島居民的供電等領(lǐng)域。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)為上述問題提供了解決方案。而且鄭洛路處于河南省中部，位于北緯34.7度，全年日照2000到2600小時，年均日照率為45%到55%，年太陽輻射總量110到125千卡/平方厘米，沿線日平均輻照時間約4.1小時，屬于三級太陽能資源地區(qū)中光能資源較豐富的區(qū)域。因此，鄭洛路實現(xiàn)太陽能全程監(jiān)控具有較好的自然條件。因此，根據(jù)鄭洛路全程監(jiān)控實際需要，從經(jīng)濟、節(jié)能、環(huán)保、縮短工期的角度考慮，連霍高速公路鄭州至洛陽段道路監(jiān)控系統(tǒng)了采用太陽能供電方式，為全線100套視頻監(jiān)控攝像機供電。

優(yōu)化關(guān)鍵設(shè)備 提高發(fā)電效率

太陽能供電的高速公路全程監(jiān)控系統(tǒng)由太陽能電池陣列、蓄電池組、太陽能充放電控制器、逆變器、變壓器、攝像機和光端機等設(shè)備組成。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是通過太陽能電池組件在日照輻射下產(chǎn)生光伏電流，為用電負載提供電力能源。太陽能電池產(chǎn)生的電流通過充放電控制器一方面對負載直接供電，另一方面將多余的電能儲存在蓄電池中以備光照不足時向負載供電。交流負載可通過逆變器、變壓器轉(zhuǎn)換成適用的交流電供電。為應(yīng)對惡劣氣象條件造成蓄電池電量不足的情況，系統(tǒng)可配置市電或自發(fā)電應(yīng)急充電接口。為了提高供電系統(tǒng)的可靠性，通過光端機將光伏系統(tǒng)的運行狀態(tài)實時上傳至監(jiān)控中心，以便及時采取人工維護措施。

太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在公路交通行業(yè)中應(yīng)用的主要障礙是供電負載的適用性問題，如何結(jié)合高速公路全程監(jiān)控系統(tǒng)的用電負載特性，優(yōu)化供電系統(tǒng)設(shè)計，降低用電負載功耗，提高太陽能發(fā)電系統(tǒng)效率則是該項目的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。因此，該項目針對系統(tǒng)主要部件進行如下優(yōu)化。

攝像機：為降低太陽能供電系統(tǒng)的初期投資成本，在滿足交通監(jiān)控圖像質(zhì)量要求的前提下，經(jīng)過試驗與研究，對攝像機用電功率提出具體要求并進行技術(shù)改進，將一臺全天候帶工作的攝像機的額定功率限定在30瓦以內(nèi)，并且采用直流24伏供電方式。

    電源變換系統(tǒng)：為適應(yīng)負載的直流供電模式，對視頻監(jiān)控系統(tǒng)中用電負載進行系列技術(shù)改造，將多數(shù)交流負載改為直流負載。通過技術(shù)改造，節(jié)省了逆變器和變壓器的設(shè)備投資，降低了電源系統(tǒng)的故障風險，減少了逆變器和變壓器自身的用電損耗，提高了太陽能供電系統(tǒng)的可靠性和電源系統(tǒng)的利用率，同時也降低了供電系統(tǒng)對太陽能電池陣列和蓄電池的容量需求，從而進一步節(jié)省建設(shè)成本，提高經(jīng)濟效益。

太陽能電池板：太陽電池板是太陽能供電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，安裝角度對發(fā)電效率影響較大，并盡量避免水平安裝或垂直放置。經(jīng)試驗，該項目太陽能電池板最佳安裝傾角為41.7度，朝向正南。在太陽能供電系統(tǒng)中，單晶硅型電池光電轉(zhuǎn)換效率優(yōu)于多晶硅和非晶硅，雖然非單晶硅太陽能電池板在特殊條件下可以作為補充電源應(yīng)用，但考慮到其供電能力較低，老化速度較快的特點，該項目選用了單晶硅太陽能電池板。

蓄電池：利用電化學反應(yīng)實現(xiàn)電能和化學能的相互轉(zhuǎn)換，是太陽能供電系統(tǒng)中的儲能裝置。其主要技術(shù)指標包括容量、循環(huán)使用壽命、浮充使用壽命等；主要控制參數(shù)包括放電深度、浮充電壓、最大充放電電流等。綜合考慮各種類型蓄電池的特點，結(jié)合成本分析，該項目選用免維護膠體型鉛酸蓄電池。溫度對鉛酸蓄電池的性能影響明顯，在室外應(yīng)對鉛酸蓄電池進行恒溫處理，工程上通常將蓄電池放置在地井或地上的基礎(chǔ)建筑中。本項目經(jīng)過多種實驗手段充分驗證溫度對蓄電池性能的影響，將蓄電池放入保溫防護箱并埋入凍土層以下，保證了蓄電池最佳工作狀態(tài)。運行5年來，經(jīng)抽樣檢測，蓄電池工作狀態(tài)良好。

太陽能充放電控制器：為了實現(xiàn)太陽能電池、蓄電池和負載之間的合理匹配，保障供電質(zhì)量，提高太陽能供電系統(tǒng)效率和延長蓄電池使用壽命。本項目選用了12、24、48VDC自適應(yīng)的20A太陽能充放電控制器，設(shè)置過放電壓為21.6VDC，以保證極端惡劣氣候條件下可靠供電。并配置數(shù)據(jù)采集模塊，將蓄電池電壓、充電電流、放電電流等參數(shù)實時上傳至監(jiān)控中心電源管理系統(tǒng)。

精心組織 科學論證

對于節(jié)能減排和新能源的應(yīng)用，公司領(lǐng)導高度重視，專門成立了項目領(lǐng)導小組，為項目實施提供了有力的組織保障。此外，在人力、物力、財力方面也給予了積極支持，并提供了充足的研究試驗經(jīng)費。

項目組經(jīng)歷了調(diào)研、太陽能自然條件分析與測試、方案論證、試驗驗證、施工設(shè)計、采購、施工安裝、調(diào)試驗收、運營維護等全過程，對每一步都設(shè)定目標，落實到人，做到記錄完整、論述充分、數(shù)據(jù)可靠，確保整個項目目標的實現(xiàn)。

如此大規(guī)模地實施太陽能供電系統(tǒng)，在公路交通領(lǐng)域尚無先例，一個小的技術(shù)細節(jié)都可能影響整個系統(tǒng)的運行，為此公司委托了具有豐富設(shè)計、實驗、檢測經(jīng)驗的國內(nèi)權(quán)威機構(gòu)對每個關(guān)鍵技術(shù)點都進行充分的技術(shù)論證，針對鄭洛路實際情況搭建了試驗平臺，按照設(shè)計原理圖對每個節(jié)點都進行了實驗分析，在此基礎(chǔ)上篩選出符合要求的系統(tǒng)部件和施工方案，確保了項目順利實施。

5年節(jié)電近22萬千瓦時

該項目在全長約220千米的路段安裝了100套太陽能全程道路監(jiān)控系統(tǒng)，5年來產(chǎn)生的直接經(jīng)濟效益和社會效益十分顯著。該系統(tǒng)投入運行后，值班人員定時利用攝像機進行人工巡查，每天可減少路政人員兩次路巡共計880公里，以百公里耗油10升計算，每年可節(jié)約汽油32120升，以每升汽油6元計，每年節(jié)省19.27萬元人民幣。5年來共節(jié)約人民幣96.35萬元。據(jù)統(tǒng)計，采用太陽能供電產(chǎn)生的直接經(jīng)濟效益，節(jié)約建設(shè)費用688.4萬元，節(jié)約電費43800千瓦時/年，5年節(jié)電219000千瓦時，計22萬元。

每燃燒1升汽油可產(chǎn)生2.4千克二氧化碳，實施全程監(jiān)控每年節(jié)約汽油32120升，每年可減少二氧化碳排放77噸。5年來累計減少二氧化碳排放385噸。

經(jīng)測算，道路監(jiān)控系統(tǒng)每套每天耗電1.2千瓦時、全線共布設(shè)100套，每年耗電43800千瓦時。采用太陽能供電，每年節(jié)約市電43800千瓦時，相當于減少標準煤消耗1.314噸，減少排放二氧化碳3.44噸、二氧化硫11.7千克、氮氧化物9.72千克。5年來該太陽能供電系統(tǒng)，累計節(jié)約標準煤6.57噸，減少排放二氧化碳17.20噸、二氧化硫55.85千克、氮氧化物48.60千克。