（广西送变电建设公司 广西 南宁）
摘要：太阳能是一种绿色，高效的清洁能源，它不受地域限制，取之不尽，用之不竭，可操作性强，转化率高。利用太阳能的优点，研发一套太阳能供电系统将它应用到施工现场监控中，解决了电力工程施工现场地处偏僻，野外施工环境条件恶劣，监控设备的供电问题。
关键词：太阳能电池 现场监控系统 控制器 短信开关 GSM/GPRS网络
一、前言
远程监控系统在电力施工现场的运用越来越广，其作用和效果也愈加明显。但是由于电力工程大都在野外施工作业，特别是在未具备四通一平的施工现场，我们的远程监控系统用电就成了难题。由于施工现场用电系统具有暂设和临时性和特殊性，如：裸露性、暂时性、移动性、多样性、易损性、环境条件不可选择性等决定了施工现场临时用电与一般用电不同。现场诸多电气设备和线路的工作环境错综复杂，从而使得因电气设备和线路损坏而发生电气事故，引起人身伤害及财产损失。显然寻找替代施工现场临时用电系统为监控系统供电的电源是必要的。考虑监控系统的设备功率低耗电少、系统非24小时运行、操作简便、安全等因素。在通过多方的考证和试验，采用太阳能发电结合蓄电池组成的太阳能供电系统完全能满足设备用电需求。
二、设计思路
综合考虑可使用电源的现场环境、操作性、安全性、优劣性等因素。研究利用太阳能发电结合蓄电池组成的太阳能供电系统为监控设备供电的设计方案。
我们的思路就是利用太阳能电池发电的便利性、持久性、可操作性强等优点，作为实现我们系统建立的一部分。太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。太阳能电池组件（Solar cells）是利用半导体材料的电子学特性实现光伏P-V转换的固体装置，在广大的无电力网地区，该装置可以方便地实现为用户生活照明及设备供电。太阳能供电系统主要包括：太阳能电池组件（阵列）、控制器、蓄电池、逆变器、用户即照明负载等组成。其中，太阳能电池组件和蓄电池为电源系统，控制器和逆变器为控制保护系统，短信开关为远程无线开关系统，负载为系统终端。
三、太阳能电池板的性能和工作原理
太阳能光伏发电是利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电系统主要由太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器组成，其中太阳能电池是光伏发电系统的关键部分。太阳能电池主要分为晶体硅电池和薄膜电池两类。单晶硅N/P太阳能电池工作原理为：当P型半导体和N型半导体紧密结合连成一块时，在两者的交界处就形成P-N结。当光电池被太阳照射时，在结两侧形成了正、负电荷的积累，产生了光生电压，形成了内建电场，这就是“光生伏特效应”。从理论上讲，此时，若在内建电场的两侧面引出电极并接上适当负载，就会形成电流，负载上就会得到功率。太阳能电池组件就是利用半导体材料的这种电子学特性实现P-V转换的固体装置。
四、实现项目模块
1、太阳能供电系统
太阳能光电控制器图示
太阳能供电系统由太阳能电池（发电板）、太阳能发电控制器及蓄电池组成。太阳能发电控制器（光伏控制器）对所发的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存，当所发的电不能满足负载需要时，控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后，控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时，控制器要控制蓄电池不被过放电，保护蓄电池。控制器的性能不好时，对蓄电池的使用寿命影响很大，并最终影响系统的可靠性。蓄电池组的任务是贮能，以便在夜间或阴雨天保证负载用电。本系统从发电组件、蓄电池及负载设备均采用12V直流电压。可根据设备负载大小选用发电组件及蓄电池大小。当负载为交流设备时，则需配置逆变器，逆变器负责把直流电转换为交流电，供交流负荷使用。在此不做阐述。
2、基于GSM/GPRS短信通信的开关控制器
有‘电’必有开关。考虑可随时控制电源或长期阴雨天气蓄电池无法持续持久供电的原因，为系统嵌入了远程控制开关。当遇上特殊情况可通过远程控制开关关闭/打开监控设备电源，提高灵活便利性。普通手机、安卓系统智能手机或电脑通过短信、Internet网络均可以全球范围内远程控制电器开关和接收现场的报警信息。远程控制开关由GSM短信模块、单片机、控制电路及显示部分组成。国内的主流手机模块是法国WAVECom公司的TC35手机模块和德国西门子公司的MC35系列手机模块。北京三友卓越科技有限公司开发了既可以使用WaveCom手机模块也可以使用德国两门子手机模块的短信模块,实现了可以随时更换手机模块,而不用更改原来的电路设计。本系统采用南京千里通信息技术有限责任公司生产QLT-70WD工业级远程无线遥控/报警器，内置4-6路10A继电器。每路继电器可以通过Internet网络、短信遥控、DTMF遥控（通话时按键遥控）来分别控制。并具有遥控执行结果反馈功能。模块在执行遥控指令后，能把控制结果仍以短信的形式回传，大大增加了控制的可靠性。同时通过短信或Internet网络可以随时查询各路继电器的工作状态。
GSM短信开关系统连图
模块硬件电路主要解决单片机控制电路与GSM短信模块的连接问题。 当GSM短信模块接收到手机信息,并以AT指令传送给单片机时,单片机将AT指令转换为单片机指令,控制8路控制开关;当由单片机向GSM短信模块发送信息时,由4路按键开关输入信息,同样由单片机将单片机指令转换为AT指令后传输给GSM短信模块,由GSM短信模块将信息发送到远方,实现远程信息传输控制的目的。并且能够自动保存设置状态，支持断电保护。
五、项目应用效果
为了加强建筑工程质量安全和文明施工监督管理,提高施工建设管理水平。同时为了提高现代远程监控系统的实时性、可靠性，促进施工建设等行业监控系统的智能化和信息化。本公司自主研发了一套《施工现场远程监控系统》。在未具备四通一平的野外施工现场，采用由太阳能供电基于GSM、3G/4G无线网络控制、传输的总体设计方案。由施工现场摄像机采集的图像、视频传送至控制中心。实现了在工地不通有线互联网络，不通市电的环境下，将工程现场的实时图像传送回公司总部，达到足不出户也可了解工程进展情况，增加工程管控手段。系统示意图如下：
监控系统由数据采集、数据传输、数据显示、电源四大系统组成。其中电源即太阳能供电系统正是我们今天探讨的问题。附成功案例图
六、总结
利用太阳能供电系统解决了公司在野外施工环境条件普遍不佳，有线网络无法覆盖，布线困难，供电无法保障的问题，实现现场监控
系统部署，印证了太阳能供电广泛应用领域。太阳能是一种绿色，高效的清洁能源，它不受地域限制，取之不尽，用之不竭，可操作性强，转化率高，极大的满足了人们这一需求。太阳能光伏发电技术能高效，快捷的将太阳能转化为电能，且其系统结构简单，体积小且轻，运行维护方便，清洁安全，无噪声，可靠性高，寿命长，有极大的经济利用价值，近年来，在世界范围内发展迅速，在城市路灯控制系统、电力配电系统、远程遥控无人值守的油田电机设备、水库水位监控系统、农业林业监控系统等得到了极其广泛的推广及应用。
论文作者:黎家念
论文发表刊物:《电力设备》2015年第9期供稿
论文发表时间:2016/4/20
标签：蓄电池论文; 太阳能论文; 太阳能电池论文; 负载论文; 系统论文; 供电系统论文; 控制器论文; 《电力设备》2015年第9期供稿论文;