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摘要：现如今，我国的科技和经济都得到了蓬勃的发展，但也面临着发展所带来的负面问题，包括能源紧张和环保压力。全世界各国都在积极的发掘新能源，而太阳能作为一种可再生的清洁能源，受到了普遍的关注和利用。在我国的高速公路机电系统中，监控器、摄像器等每个机电设备的稳定运转都关系着高速公路的安全运行，而太阳能供电技术在其中更是起到了举足轻重的作用。本文将通过对机电系统太阳能供电技术进行分析，希望能够为相关单位提供一些借鉴和参考。
关键词：机电系统；太阳能；供电技术
引言
作为高速公路的重要组成部分，高速公路机电系统与高速公路的稳定运转息息相关，并且保障着预警突发事件、收费管理等重要任务的安全进行。而作为高速公路机电系统的稳定运行则需要稳定的电力供应，在这其中太阳能贡献出了相当大的力量，而高速公路机电系统中的监控设备、道路照明设备的设置特点也适合于应用太阳能供电技术的发挥。下面将就此展开具体分析。
一、太阳能概况及其发电原理
太阳能发电系统由太阳电池组件构成的太阳能电池板、太阳能充电控制装置、逆变器、蓄电池构成。太阳电池板在白天把太阳光能转换为电能，给负载供电的同时，也给蓄电池组充电；在无光照时，由蓄电池给负载供电。目前投入使用的太阳能发电系统，其太阳能与电能的转换效率一般在7%-16%之间。如按照12%的转换效率，太阳能发电系统的效率约为120W/m2。由此可以看出，太阳能发电，其单位面积功率较小，较适合于小规模的灵活运用，而大规模应用由于要考虑场地、经济性等各方面的影响而受到较多限制。
二、太阳能供电技术在高速公路机电系统中的应用
1.高速公路机电系统及其供电现状
高速公路机电系统，主要包括收费、监控、通信三大系统和高速公路照明及供配电部分。收费、监控、通信三大系统和公路照明部分的供电方式目前主要为传统供电方式，即在系统的用电负荷中心设变配电设施，将变电站引来的中压电通过变压器转换为低压电，经配电柜集中配电后再通过供电线路向用电设备供电。
2.传统供电方式在高速公路机电系统供电中的优缺点
高速公路机电系统传统的供电方式，要求用电设备相对不能太分散，以便于在负荷中心设置变配电设施进行集中供电。对高速公路收费、通信系统，由于其一般都依托于收费站或收费管理中心设置，用电负荷集中，此种情况采用传统供电方式，可以达到较优的供电效果。而对于高速公路的监控设备和道路照明设施，由于其均为沿路段两侧分散布设，特别是监控设备，在道路中的间距可达1km-2km，造成系统负荷中心不突出，传统供电方式供电成本高且供电质量得不到保证。同时，传统供电还存在着如下缺点。其一，传统供电方式在发电上多采用可燃材料，易造成环境污染。其二，传统供电方式在夏天或冬天用电高峰时受到限制，特别是随着我国经济近几年的迅猛发展，电力供应远远不能满足要求，在电力供应高峰时段，限电现象时有发生。其三，传统供电方式受地域影响严重，在无中压供电回路或远离中压供电回路地区，必须建设较远的专用中压供电回路，从而造成高速公路建设成本的上升。随着今后高速公路向山区的发展，高速公路供电建设成本上升现象将逐步显现。其四，传统供电方式供电线缆一般均使用铜铝等较贵重金属，当供电线路沿高速公路两侧在外场布置时，被盗现象时有发生。
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3.太阳能供电技术在高速公路机电系统中的应用
由于太阳能光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、能量随处可得、无机械转动部件、故障率低、维护简便、无人值守、建站周期短、规模大小随意和无需架设输电线路、方便与建筑物结合等特点，它已成为太阳能发电最基本、最普遍和最有前景的应用形式。太阳能光伏发电技术是将太阳光辐射能通过光伏效应直接转换为电能。太阳能光伏发电系统主要由太阳能电池组件（阵列）、控制器、蓄电池、逆变器和用户负载等组成。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，用户负载为系统终端。高速公路外场监控所采用的主要设备有外场监控摄像机、光端机、微波车检器、气象检测器等。而大部分设备的供电电压为5V～24V。采用太阳能供电系统能够完全满足这一要求。在高速公路外场设备设置点上，太阳能光伏发电系统一般设置在电缆输电线路远、采光好、日照平均时长超过8小时的地点，即能节省投资又施工、维护方便。按照高速公路道路监控系统及公安部安防等相关规范，在重要路段、特大桥、隧道出入口、收费站互通立交等重点监控地点应当安装道路监控设备。有些重点监控区域由于距离有源供电点远，无法实施供电电缆供电，太阳能供电系统的应用就显得尤为重要，另外根据供电距离的远近，太阳能供电系统一次性投资较电缆供电而言能够节约相当成本。
4.太阳能供电系统应用中遇到的问题
在我国的高速公路机电项目中，太阳能供电系统已经有过很多的实际应用。在湖南、广东、河南、江西、天津等省市的高速公路项目中，太阳能供电系统首先出现在用电量较小的路侧紧急电话系统中，经过一段时间的发展，在路侧遥控摄像机、能见度检测器、微波车辆检测器等设备的供电系统中，太阳能供电系统也得到了越来越多的应用实例。太阳能供电系统的在实际应用过程中，也并不是一帆风顺的，还是遇到了种种的困难和问题。在很多地方的高速公路机电项目中，太阳能供电系统的应用并不像当初设计的时候那样好。其中最主要的就是一个问题就是太阳能供电系统的可靠性在实际应用中并没有想象中理想。在一些项目中，由于在项目的建设阶段，对于项目所在地区的有效日照时间测算过长、对地区连续阴雨的恶劣天气持续时间估计不足、对于太阳能供电系统对于太阳能向电能的能量转换效率期望过高，以至于使用太阳能供电系统提供电力支持的用电设备出现了断电停用等情况，进而为高速公路管理带来了一定的不良影响。在年初，我国南方地区遭遇了百年罕见的冰雪雨冻灾害，电网供电设施遭到了极大的破坏，高速公路沿线的电缆供电系统基本瘫痪。此时，部分设置了太阳能供电系统的高速公路项目发挥了一定的供电优势。但是，由于在系统建设时对太阳能供电系统的设计方案不同，不同项目太阳能供电系统的优势发挥程度也大大不同。由于连续的阴雨天气，大部分项目的有效日照时间基本较短。有的地方太阳能供电系统支撑的时间也没有很长，没有起到在关键时刻挺身而出的作用。而有的项目中，太阳能供电系统由于在建设阶段合理的进行了设计，在这次冰雪灾害中为高速公路上的遥控摄像机、道路结冰检测器等设备长时间持续供电，发挥了很好的作用。由此可见，太阳能供电系统的可靠性，是这个系统最关键的设计要素。
结语
随着高速公路管理者对管理水平的要求提高，在高速公路上越来越多的地段需要设置监控外场设备，尤其是遥控摄像机、微波车辆检测器、能见度检测器这些用电量一定、而设置位置又经常远离高速公路变电所设施的机电设备。这些设备的稳定运行需要依靠高速公路机电系统。而为机电系统提供安全、可靠、经济的电力供应，保证机电系统正常运转，则成为高速公路正常运转的基础环节。探讨太阳能、风能在高速公路机电系统供电中的应用，作为高速公路正常供电部分的有益补充，有着积极的技术和经济意义。
参考文献
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[3]魏建新，路一平，秦景.独立太阳能光伏发电系统储能单元设计[J].电源技术，2010(07).
论文作者:吕世焱1,韩允青2
论文发表刊物:《基层建设》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/29
标签：太阳能论文; 高速公路论文; 供电系统论文; 机电论文; 系统论文; 检测器论文; 传统论文; 《基层建设》2017年第14期论文;