太陽能光伏技術(shù)在路燈與安防監(jiān)控系統(tǒng)上的應(yīng)用

張善武

（北京城建集團有限責(zé)任公司，北京 100080）

1 項目簡介

本項目位于巴基斯坦瓜達爾市中心東北方向約26km。建設(shè)內(nèi)容包括飛行區(qū)、航站區(qū)工程、空管工程、生產(chǎn)輔助用房、公用配套設(shè)施以及家屬區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院等附屬設(shè)施，占地約18km2。氣候條件是典型的馬克蘭海岸平原氣候。全年大多數(shù)時候都是炎熱的天氣，日照較為強烈，靠近海邊，腐蝕性較為嚴重，伴有沙塵天氣，氣候較為惡劣。出于安防考慮，本文所述工程前期需要在18km的圍界安裝576套路燈和156個監(jiān)控點位的安防監(jiān)控系統(tǒng)為項目報價護航。

2 太陽能光伏技術(shù)在路燈和安防監(jiān)控供電系統(tǒng)上的應(yīng)用

2.1 太陽能光伏技術(shù)供電原理

太陽光伏系統(tǒng)，是指利用光伏半導(dǎo)體材料的光生伏打效應(yīng)而將太陽能轉(zhuǎn)化為直流電能的設(shè)施。光伏設(shè)施的核心是太陽能電池板。用來發(fā)電的半導(dǎo)體材料主要有單晶硅、多晶硅、非晶硅及碲化鎘等。要把太陽輻射轉(zhuǎn)化為可供使用的電力，需要一套完整的太陽能光伏系統(tǒng)。

本項目所使用的太陽能供電，保證在特殊氣象條件下獨立3天×24h不間斷供電。光伏組件連接太陽能控制器，太陽能控制器、智能管理DC-AC逆變器、儲能站點分別連接配電空開，前端用電設(shè)備連接開關(guān)負載。光伏組件、太陽能控制器、智能管理DC-AC逆變器、數(shù)控單元等集成在太陽能配電及電池柜中。整體太陽能配電及電池柜具備防雷、接地、恒溫、防腐蝕、防蟲等功能，以保障整體設(shè)備的穩(wěn)定運行。通過數(shù)控單元對太陽能供

電系統(tǒng)進行整體遠程管控和運維管理，實時監(jiān)測光伏組件發(fā)電情況、儲能站點儲電情況、整體系統(tǒng)的供電電壓、電流等實時管控、實時報警。

2.2 太陽能光伏組件的防風(fēng)做法

為了應(yīng)對當(dāng)?shù)氐拇箫L(fēng)天氣，瓜達爾項目路燈照明系統(tǒng)采用的光伏板為150WP單晶硅,通過54000帕正面雪壓，2400帕風(fēng)壓載荷測試，通過直徑達35mm，速度97km/h的冰雹測試，光伏組件使用壽命大于25年。磷酸鐵鋰電池66A 12.8V,電池充放電循環(huán)次數(shù)大于1500次，防水等級性能IP65。

3 路燈的設(shè)計與安裝

3.1 路燈的設(shè)計

瓜達爾機場項目圍界內(nèi)巡場路照明采用雙臂太陽能路燈單排布置，共計576套，設(shè)置在圍界內(nèi)，燈具安裝間距30m，路燈挑臂長度為1.3m，采用太陽能光伏技術(shù)作為燈具用電電源供應(yīng)，每套路燈配有一套獨立完整的光伏組件供電系統(tǒng)。

3.2 路燈抗風(fēng)防腐處理

LED太陽能路燈燈體采用一次性壓鑄成型，表面靜電噴塑處理，防護等級為IP65,應(yīng)對項目所在地腐蝕性氣候和沙塵天氣。燈頭采用高性能散熱設(shè)計，上下對流散熱技術(shù)，應(yīng)對當(dāng)?shù)氐母邷靥鞖猓詣踊p耦合結(jié)構(gòu)設(shè)計，用以抵擋大風(fēng)天氣。太陽能路燈控制器采用的是IP67的防水等級，應(yīng)對當(dāng)?shù)氐纳硥m天氣。太陽能路燈燈桿高6m，燈桿主桿材質(zhì)為Q345，燈桿抗剪強度滿足要求，在強風(fēng)下不會發(fā)生共振，燈桿強度能夠滿足安全要求。燈桿采用熱鍍鋅、噴塑。鍍鋅層厚度≥100μm，噴涂厚度≥100μm，用以應(yīng)對海邊的腐蝕性氣候。

3.3 路燈的安裝

由于路燈基礎(chǔ)相同，混凝土基礎(chǔ)采用集中預(yù)制的方法來降本增效。路燈基礎(chǔ)放線定位后，采用兩頭忙機械進行基礎(chǔ)開挖，夯實找平后進行基礎(chǔ)吊裝就位，回填后進行夯實處理。太陽能光伏組件安裝支架上的鋰電池、控制器、太陽能光伏組件三個部件，按先裝太陽能控制器，再裝鋰電池，最后裝太陽能光伏組的順序進行。路燈挑臂及LED路燈頭的組裝，應(yīng)先將LED路燈頭裝上挑臂后，再將挑臂固定在燈桿上的順序完成。最后，將太陽能光伏組件安裝支架套接在燈桿上進行初步固定，然后，將太陽能控制器與各部件聯(lián)結(jié)完畢進行試燈操作，試燈正常即可進行吊裝，將燈桿法蘭盤固定在混凝土基礎(chǔ)的地腳籠螺栓上。

4 安防監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與安裝

4.1 安防監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

根據(jù)本項目特點和安防要求，考慮到供電方式、現(xiàn)場環(huán)境等因素，采用太陽能供電方式和數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，由高清網(wǎng)絡(luò)槍式攝像機和高清網(wǎng)絡(luò)高速球形攝像機二種機型組成，對項目四周巡場路18km周界及重點區(qū)域進行監(jiān)控。

（1）攝像機配置。沿項目周界設(shè)置153個監(jiān)控點位，穿插布置在路燈的中間且錯線擺放，避開視線遮擋，共計129臺高清網(wǎng)絡(luò)槍式攝像機、24臺高清網(wǎng)絡(luò)高速球形攝像機，設(shè)置如下：在每塔附近設(shè)置2根5.0m高桿，其上分別安裝1臺高清網(wǎng)絡(luò)高速球形攝像機和2臺高清網(wǎng)絡(luò)槍式攝像機（槍機分別向左右兩側(cè)監(jiān)視），瞭望塔間隔區(qū)間共有24處需補充監(jiān)控站點。每監(jiān)控站點附近一側(cè)高桿上安裝1臺高清網(wǎng)絡(luò)槍式攝像機，在相距約25m處設(shè)置另一高桿，高桿上安裝1臺高清網(wǎng)絡(luò)槍式攝像機，兩高桿攝像機相互交叉監(jiān)視，以解決瞭望塔間隔區(qū)間過大的問題，保證無監(jiān)控盲區(qū)。對于周界南、北、西南大門3個區(qū)域，在大門兩側(cè)各安裝一根監(jiān)控立桿，每根立桿頂部安裝一臺高清網(wǎng)絡(luò)槍式攝像機，分別監(jiān)控進出的人員和車輛。對于周界巡場路上的20個排水涵洞橋，每1臺高清網(wǎng)絡(luò)槍式攝像機安裝在1根5.0m高桿上，槍機向涵洞口方向監(jiān)視。

（2）通信系統(tǒng)。視頻監(jiān)控信號采用光纖傳輸，在前端設(shè)備箱內(nèi)配置接入層工業(yè)級光交換機，共計72臺，工業(yè)級光交換機通過千兆光纖組成冗余環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)鏈路冗余備份，下聯(lián)接入高清網(wǎng)絡(luò)攝像機?？刂剖覂?nèi)配置2臺核心、匯聚交換機，啟用VRRP協(xié)議，達到雙機熱備的效果。通信系統(tǒng)接入層在各前端設(shè)備箱安裝接入工業(yè)交換機，將現(xiàn)場前端工業(yè)交換機分為6個區(qū)域，組建6個接入環(huán)網(wǎng)，每個環(huán)網(wǎng)占用2芯光纜，每個環(huán)網(wǎng)的現(xiàn)場工業(yè)交換機組成工業(yè)環(huán)網(wǎng)以后通過其中2個站點分別接入2臺匯聚交換機，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖1。

圖1

（3）監(jiān)控系統(tǒng)中心配置。本項目圍界安防監(jiān)控系統(tǒng)工程范圍即為槍機、球機、交換機、網(wǎng)管、網(wǎng)管服務(wù)器、解碼器、電腦、顯示器、太陽能供電系統(tǒng)、輔助配件等。周界監(jiān)控攝像機連接到監(jiān)控控制室內(nèi)的安防系統(tǒng)平臺。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的148路高清網(wǎng)絡(luò)攝像機信號，按要求進行15天錄像存儲?？刂剖覂?nèi)通過柴油發(fā)電機接入UPS不間斷電源，保證機房設(shè)備不低于30min備電。

4.2 安防監(jiān)控系統(tǒng)的安裝

（1）光纜敷設(shè)。由于光纜較長，光纜溝采用的是兩頭忙機械開挖和回填，局部機械不方便操作的地方采用人工開挖回填，過路穿鍍鋅鋼管并澆筑混凝土保護，防止鋼管走位割斷光纜。光纜敷設(shè)采用光纜放線車與人工結(jié)合的方式，分段進行敷設(shè)，每個監(jiān)控點位留有足夠的富余量，為光纖熔接做準備。

（2）設(shè)備安裝。由于距離比較遠，為了節(jié)省人力和車輛資源，將設(shè)備分類放在不同的車上，每隊人負責(zé)將這些設(shè)備及配件分別放到各個監(jiān)控點位，這充分體現(xiàn)了資源組織的能力。①監(jiān)控桿基礎(chǔ)就位后，準備一張桌子或者架子搭放監(jiān)控桿，高度約1m，將避雷針固定安裝在立柱頂部。②監(jiān)控橫臂采用螺絲固定后安裝相關(guān)攝像頭槍機和球機，注意設(shè)備保護工作。③把太陽能配電及電池柜擺放到立柱桿的固定高度位置，調(diào)整好距離，安裝上控制柜抱緊。

（3）設(shè)備吊裝。①設(shè)備起吊前，一定要檢查各部件固定情況，并查看設(shè)備和太陽能板是否有偏差，太陽能板正面朝南，并進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。②將吊繩穿在立桿合適的位置，緩慢起吊設(shè)備。避免吊車鋼絲繩劃損電池板。③當(dāng)桿起吊到地基正上方時，緩慢放下立桿，同時，旋轉(zhuǎn)立桿，調(diào)整設(shè)備方向，法蘭盤上的孔對準地腳螺栓。

（4）光纜熔接。①光纖端面處理。光纖端面處理也稱為端面制備，是光纖技術(shù)中的關(guān)鍵工序，主要包括剝覆、清潔和切割三個環(huán)節(jié)。端面質(zhì)量直接影響光纖激光器的泵浦光耦合效率和激光輸出功率。②光纖涂覆層的剝除。去除光纖涂覆層是光纖端面處理的第一步。可以用剝線鉗和刀片兩種方法進行剝除。當(dāng)采用剝線鉗剝除時，左手拇指和食指捏緊光纖，所露長度為5cm左右，余纖在無名指和小拇指之間自然打彎，防止打滑，剝線鉗應(yīng)與光纖垂直，上方向內(nèi)傾斜一定角度，然后，用鉗口輕輕卡住光纖，右手隨之用力，順光纖軸向平推出去；當(dāng)采用刀片剝除時，首先，用濃硫酸浸泡3～5cm長的光纖端頭1～2min，用酒精棉擦拭干凈。左手捏緊光纖，持纖要平，防止打滑，右手用刀片沿光纖向端頭方向，與光纖成一定傾斜角度，順次剝除表面涂敷層聚合物材料。③包層表面的清潔。觀察光纖剝除部分的包層是否全部去除，若有殘留必須去掉，如有極少量不易剝除的涂覆層，可用棉球沾適量酒精，邊浸漬，邊擦除。將脫脂棉撕成層面平整的扇形小塊，沾少許酒精，折成V形，夾住已剝覆的光纖，順光纖軸向擦拭。④光纖端面切割。切割是光纖端面制備中最關(guān)鍵的步驟，精密優(yōu)質(zhì)的切刀是基礎(chǔ)，嚴格科學(xué)的操作規(guī)范是保證。常用切刀有筆式切割刀和臺式光纖切割刀。使用筆式切割刀切割光纖時，光纖放置在手指上，另一手持刀在距離端頭5mm左右的位置處沿垂直光纖軸線方向切割光纖，然后輕輕將切除的端頭取下。⑤光纖熔接。在把光纖放入熔接機V型槽時，要確保V型槽底部無異物且光纖緊貼V型槽底部。機器自動熔接機器開始熔接時，首先，將左右兩側(cè)V型槽中光纖相向推進，在推進過程中會產(chǎn)生一次短暫放電，接著會把光纖繼續(xù)推進，直至光纖間隙處在原先所設(shè)置的位置上，這時熔接機測量切割角度，并把光纖端面附近的放大圖像顯示在屏幕上，纖芯/包層對準與端面制作一樣直接影響熔接損耗，熔接機會在X軸Y軸方向上同時進行對準，并且把軸向、軸心偏差參數(shù)顯示在屏幕上,如果誤差在允許范圍內(nèi)就開始熔接。由于光纖在連接時去掉了接頭部位的涂覆層其機械強度降低，因此要對接頭部位進行補強保護，可采用光纖熱縮保護管保護光纖接頭部位。將預(yù)先穿置光纖某一端的熱縮管移至光纖接頭處，使熔接點位于熱縮管中間，輕輕拉直光纖接頭，放入加熱器內(nèi)加熱，醋酸乙烯內(nèi)管熔化，聚乙烯管收縮后緊套在接續(xù)好的光纖上，由于此管內(nèi)有一根不銹鋼棒，不僅增加了抗拉強度，同時，也避免了因聚乙烯管的收縮而可能引起接續(xù)部位的微彎。⑥盤纖。盤纖是一門技術(shù)，科學(xué)的盤纖方法可使光纖布局合理、附加損耗小、經(jīng)得住時間和惡劣環(huán)境的考驗，可避免擠壓。富余的光纖要盡量成大圓圈狀盤，為后期維護留有余量，且不可小角度地折疊光纖，影響信號傳輸。

5 太陽能供電系統(tǒng)的維護

為了保持最佳的長久的工作性能，每年進行兩次以上項目的檢查。確認控制器周圍的氣流不會被阻擋住，清除散熱器上的任何污垢或碎屑。檢查所有裸露的導(dǎo)線是不是因日曬，與周圍其他物體摩擦、干朽、昆蟲或鼠類破壞等導(dǎo)致絕緣受到損壞。需必要維修或更換導(dǎo)線。驗證顯示，及指示燈與設(shè)備操作相一致。請注意任何故障或錯誤顯示必要時采取糾正措施。檢查所有的接線端子，查看是否有腐蝕、絕緣損壞、高溫或燃燒/變色跡象，擰緊端子螺絲。檢查是否有污垢、筑巢昆蟲和腐蝕現(xiàn)象，按要求清理。

6 結(jié)語

在項目執(zhí)行期間，本人作為機電經(jīng)理，通過有效的資源組織，首先統(tǒng)一培訓(xùn)一批熟練工種，然后拆分成5組，各自帶領(lǐng)隊伍完成不同的安裝環(huán)節(jié)，形成流水作業(yè)，提高了工作效率。由于當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)沙較大且?guī)в懈g性，在設(shè)備安裝時，對設(shè)備及線纜要固定牢固，接頭做好密封處理，做好防風(fēng)、防沙及防潮處理。路燈及安防監(jiān)控系統(tǒng)安裝調(diào)試后，組織對值班技術(shù)人員進行培訓(xùn)，教會他們?nèi)绾问褂帽O(jiān)控系統(tǒng)及保養(yǎng)技能，安排人員在監(jiān)控室值班。結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境，采用太陽能光伏技術(shù)進行設(shè)備供電，利用路燈的夜間補光功能，充分地發(fā)揮了監(jiān)控系統(tǒng)的作用，對周邊地界進行有效的監(jiān)控。