太陽能環保節能電子公交站牌方案
一、項目意義
“十二五”規劃綱要明確提出，要大力發展節能環保、新一代信息技術、生物、 高端裝備制造、新能源、新材料、新能源汽車等戰略性新興產業。
太陽能資源是取之不盡用之不竭的自然資源，不論經過多長的時間，仍能為 建筑用能提供有效能源，無損耗，無浪費，無能源成本。太陽能如果作為建設資 源或生產價值參與在生產過程，就會帶來利潤，即得到增值，太陽能資源利用的增值現象可稱為資源的時間價值。
太陽能電子公交站牌利用太陽能，采用新一代信息技術，模塊化設計，節能環保，安裝維護方便。
二、 方案介紹
2.1 組件及功能
太陽能電子公交站牌，主要是由太陽能光伏組件、控制逆變器、蓄電池、 連接電纜、高清節能T-LCD，4G無線網絡模塊等組成。
太陽能光伏組件：利用光伏效應將太陽能轉變為電能的器件，安裝在站亭頂部。
控制逆變器：防止蓄電池過充或過放電，給蓄電池充電。
蓄電池：推薦采用環保型高效鋰電池，其功能是存儲光伏組件受光照時轉換的電能并可隨時向T-LCD負載供電，蓄電池配有電源信號檢測功能，電源檢測信號可以上傳監控后臺，通過電源信號值判斷蓄電池剩余續航時間。蓄電池安裝在站亭側面已有的燈箱內部。
T-LCD顯示屏：顯示屏采用高清、節能、專業戶外高清32/43寸T-LCD顯示屏。太陽能光伏組件將太陽能轉變為電能，電能通過控制器存儲在蓄電池內，再通過控制器時控原理自動連接到高清節能T-LCD顯示屏。乘客可與在T-LCD屏上看到公交車輛相關報站信息。
4G無線網絡模塊：用于網絡信息傳輸。中控后臺發布信息通過4G無線網絡模塊，將車輛預報站相關信息發送到T-LCD顯示屏。
根據某市當前公交站牌的現狀，結合升級改造成本，因地制宜配置兩種方案。
方案一：純太陽能供電。這種方案主要針對無市電電源情況，采用兩組互為備份蓄電池。當日照充足時，太陽能給兩組蓄電池同時充電，并給T-LCD顯示屏負載供電；日照不足或陰雨天由蓄電池給T-LCD顯示屏負載供電。單個蓄電池充滿電可以滿足負載工作3~4天正常工作，兩組電池可以滿足負載7天正常工作。蓄電池由電源信號檢測功能，當電源電量低于20%時，將有提示信息反饋到后臺，維護人員可以根據天氣情況考慮是否更換事先充滿電的備用電池。這樣既可以節約重新鋪設市電的成本，又能保證設備的正常持續運行，系統設計采用模塊化設計，維護方便簡潔。
方案一示意圖
方案二：太陽能為主，市電為輔供電。這種方案是針對當前站臺已通市電電源的情況。對于已有市電電源的站臺，配備一組蓄電池。當日照充足時，太陽能給蓄電池充電，并給T-LCD顯示屏負載供電；日照不足或陰雨天由蓄電池給T-LCD顯示屏負載供電。單個蓄電池充滿電可以滿足負載工作3~4天正常工作，當陰雨天持續時間較長時蓄電池的電源不足時，自動切換到市電電源供電。例如當鋰電池放出電壓達到14.6V時，則判斷電池充滿電；當電池放電電壓低至10.0V時，則判斷電池已達到放電深度。太陽能市電互補控制根據不同電池特性可以設置過充保護和欠電保護。這樣既保證T-LCD顯示屏負載能正常持續工作，又能保證最大效率利用太陽能資源。
2.2 工作原理
鋰電池連接到太陽能控制器，鋰電池和太陽能控制器之間用斷路器和防雷模塊來進行電池保護，太陽能控制器的12V電源口是給電子公交站牌供電的電源口，太陽能控制器的GPRS口是給GPRS控制卡設備供電。當太陽能板發電時太陽能控制器能一邊給電池充電一邊給設備供電；同時蓄電池另一端口直接連接市政電路，采用錯峰形式充電，實現晚上充電，白天使用，加上太陽能充電多種模式，節能環保高效，另外由于電池容量很小，所以設計了便于更換模式，當太用能或市電不能及時供電，采用外部更換電池的方式，做到顯示屏能隨時有電的方式。
2.3 系統組件能耗
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序號 |
名稱 |
DC電流（A） |
DC電壓(V) |
數量 |
功率(W) |
|
1 |
節能智能控制器 |
0.7 |
12 |
1 |
8.4 |
|
2 |
控制板 |
0.3 |
12 |
1 |
3.6 |
|
3 |
太陽能/市電互補控制器 |
0.1 |
12 |
1 |
1.2 |
|
4 |
T-T-LCD顯示屏 |
0.42 |
12 |
1 |
5 |
|
5 |
4G通訊模塊 |
|
|
|
5 |
|
總功率 |
約23.2W |
2.4 某市日照情況
某年某市月平均日照數據（數據是南方城市，北方或西北城市效果更佳）
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城市名 |
一月 |
二月 |
三月 |
四月 |
五月 |
六月 |
七月 |
八月 |
九月 |
十月 |
十一月 |
十二月 |
年平均日照
（kWh/m²/day） |
|
|
2.8 |
3.2 |
2.2 |
2.8 |
3.4 |
6.5 |
6.0 |
5.0 |
6.8 |
4.9 |
4.3 |
5.5 |
4.4 |
|
季度平均日照 |
2.72 |
4.23 |
5.93 |
4.9 |
3.75 |
|
冬季日照 |
十二月 |
一月 |
二月 |
|
日照時間 |
5.5 |
2.8 |
3.2 |
|
平均日照 |
3.8小時 |
2.5 容量計算
本產品為太陽能電子站牌太陽能方案，負載主要為顯示屏及控制設備；負載容量約為23.2W，平均每天運行時間為16個小時。
蓄電池容量設計
系統電壓按照直流12V進行設計。
如果純太陽能供電情況時（上述方案一情況），考慮一次充滿電后能堅持100個小時（大約6天，也就是一個晴天后，接著連續5個陰雨天），另外鋰電池的利用率95%，計算如下：
23.2X100=2320WH，考慮鋰電池利用率是95%，電壓是12V
2320/0.95/12V=203.5AH
考慮鋰電池的通用型號，選用2組12V 100AH的鋰電池（我公司建議使用,具體和根據甲方和當他條件進行更改）。
如果太陽能為主，市電為輔供電情況時（上述方案二情況），選用1組12V 100AH的鋰電池即可。
2.6 太陽能組件的選取
2.6.1單晶硅200W太陽能板
單晶硅太陽能電池板的單體光電轉換效率為 18%～19.5%，是轉換效率最高的，但是制作成本相對較高，但是發電要求也高，需要陽光達到相對的亮度才能發電。
為了計算太陽能電池板安裝容量，應該考慮日照時間最短的時候太陽能電池板也能充滿鋰電池，當地冬季平均峰值日照小時數按2.3小時考慮(最短日照，三月份數據)，充電效率取0.9，太陽能電池板溫度修正系數取0.92，線耗和傾角系數取0.95，則：
如果上述方案一情況：
如果要在一天內充滿兩組12V 100AH，在冬天時需要的電池板容量是：
2X12X100X0.95/(2.3x0.9x0.92x0.95)=1260W
考慮到連續5天的霧霾及陰雨天氣,電池板也能弱光發電，我們設計選用4塊200W太陽能板，共800W電池板，太陽能站牌需選址在空曠無遮擋環境下朝向正南安裝，以保證太陽能板的充電時間和效率。
如果上述方案二情況：
如果要在一天內充滿一組12V 100AH，在冬天時需要的電池板容量是：
12X100X0.95/(2.3x0.9x0.92x0.95)=630W
我們設計選用2塊200W太陽能板，共400W電池板，太陽能站牌需選址在空曠無遮擋環境下朝向正南安裝，以保證太陽能板的充電時間和效率。
2.6.2太陽能控制器
可以根據不同電池廠家生產的鋰電池技術參數設定過充和欠電狀態，例如當鋰電池放出電壓達到14.6V時，則判斷電池充滿電；當電池放電電壓低至10.0V時，則判斷電池已達到放電深度。太陽能市電互補控制根據不同電池特性可以設置過充保護和欠電保護。
太陽能/市電兩路輸入接口，可同時接多個太陽能板及市電充電接口，市電充電口應用于市電互補的系統。
智能MPPT算法，根據太陽光照的變化，動態調整充電電壓以最高的充電效率進行充電。
完善的充電保護、放電保護，支持鋰電池、鉛酸電池，過充電壓和過放電壓用戶可設置。
低功耗設計，電池欠壓后關閉所有輸出，但是太陽能控制還是低功耗待機狀態，在有太陽光的情況下，繼續給電池充電。
2.6.3鋰電池
|
產品名稱: |
LFP-12V-100AH鋰電池組 |
產品圖片 |
|
電池標稱電壓: |
12.8V(磷酸鐵鋰電池) |
 |
|
電池規格/型號: |
LFP-12V-100AH |
|
標稱容量（0.2C5A）: |
100Ah |
|
持續工作電流: |
≤100A |
|
脈沖放電電流: |
≤100A |
|
標準充電電流: |
≤100A |
|
電池工作電壓范圍: |
10V-14.6V |
|
充電保護截止電壓: |
14.6V |
|
放電保護截止電壓: |
10.0V |
|
充放電輸出端口: |
M8螺絲 |
|
電池尺寸（mm）: |
高218*寬169*長260 |
|
電池重量（kg）: |
約11kg |
|
充電溫度（℃）: |
0℃～45℃ |
|
放電溫度（℃）: |
-20℃～60℃ |
|
貯存溫度（℃）: |
-20℃～45℃ |
|
電池使用壽命: |
1500次循環以上 |
|
封裝工藝: |
ABS防火外殼 |
2.6.4 T-LCD技術參數
|
屏幕尺寸 |
32寸/43寸 |
|
顏色 |
10 bit, 16.7M |
|
分辨率 |
1920x1080P |
|
主板 |
安卓RK3288 |
|
運行內存 |
2G |
|
存儲 |
8GB |
|
拓展存儲 |
USB / SD 卡 |
|
視頻輸出 |
HDMI |
|
遙控器 |
有 |
|
操作系統 |
安卓 7.1 |
|
接口 |
SD卡，USB, HDMI, MIC, 電源 |
|
語言 |
中文（支持多語言） |
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屏品牌 |
京東方 |
|
電池容量 |
12v, 200Ah |
|
整機功耗 |
白天約5W（工作12小時）； 夜晚約30W（工作4小時） |
|
陰天使用時間 |
7天 |
整機重量
（不含太陽能板） |
32寸：約10KG
43寸：約15KG |
|
屏幕尺寸 |
32寸/43寸 |
|
分辨率 |
1920x1080P |
|
運行內存 |
2G |
|
拓展存儲 |
USB / SD 卡 |
|
遙控器 |
有 |
|
接口 |
SD卡，USB, HDMI, MIC, 電源 |
|
屏品牌 |
京東方 |
|
整機功耗 |
白天約5W（工作12小時）； 夜晚約30W（工作4小時） |
整機重量
（不含太陽能板） |
32寸：約10KG
43寸：約15KG |
三、 太陽能公交電子站牌優勢
綜上所述，本方案太陽能公交電子站牌相比常規供電電子站牌優勢如下：
1、符合時代要求綠色環保理念。
2、環保、節能、高效
普通電子站牌總功耗大約330~350W,本方案太陽能電子站牌最大總功耗為30W，且利用太陽能自然資源，每套年節約電量為：
300W*每天16小時*365天=1725度電
按照1度電折合0.9KG二氧化碳，碳排放量減少為：1725*0.9=1552.5KG
3、經濟效益
按照一度電1.5元折算，每臺太陽能電子站牌電費節約：1725*1.5=2587.5元。
