智慧公园太阳能供电解决方案的研究

张亦弛

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210019）

1 背景描述

W智慧公园H区共设计视频监控、公共广播以及森林火灾监测等8个子系统[1]。现H区地块因河流阻隔，导致强弱电管道与公园其他区域不联通，无法从示范区提供电力、网络给H区内信息化前端设备，因此现场设备需采用太阳能方式进行供电。

根据《公园设计规范》《北京市智慧公园建设指导书》等文件中对公园信息化和智能化的要求，调整时应保留规范中明确要求的视频监控系统、紧急求助系统和公共广播系统，并通过适当扩大前端点位布放间距的方式，进一步稀释H区内的信息化设备数量。

根据相关原则，各系统调整具体如表1所示。

表1 各系统调整情况

经过调整，W公园H区保留34处点位共50台监控、广播和一键报警设备，点位和分布如图1和表2所示。

图1 H区信息化前端点位分布（圈表示共杆设备）

表2 H区信息化前端点位信息

2 方案部署

2.1 A方案（能源岛+网桥对打）

供电方案设计在H区布设“能源岛”取代传统弱电设备箱，采用“太阳能发电，蓄电池蓄电”的方式对附近前端点位上的设备进行供电，前端各类设备不涉及改造[2-3]。传输方案设计采用PON网络将数据先在H区地块内进行汇聚，再通过设置在清河两岸的无线网桥设备进行有线/无线信号转换，将信号回传至示范区内的指挥大厅。系统整体拓扑如图2所示。

图2 A方案拓扑结构（能源岛+网桥对打）

本方案在H区内选择16处弱电箱旁建设“能源岛”，通过能源岛为周围点位上的设备供电和信号，同时在位置9处的能源岛附近安装OLT汇聚设备和网桥，将H区内的数据回传给清河南岸的智慧机房，如图3所示。可见，“能源岛”由一体化能源模块、电池组、电池柜、支撑杆和太阳能板组成。

图3 H区能源岛分布图

2.2 B方案（前端设备改造+公网回传）

供电方案通过加装太阳能电板、采用支持太阳能供电的前端设备等方式，对前端点位进行改造，实现电能的“自给自足”[4]。传输方案采用电信运营商的4G流量卡，将各前端点位产生的数据直接通过运营商移动网络回传至W公园核心机房。系统拓扑如图4所示。

选取H区内34处位置进行前端点位改造，采用支持直流供电和4G通信模块的监控摄像机、报警立柱和广播音箱，按球机AC24V1A、枪机DC12V1A、广播音箱DC36V1A以及报警立柱DC12V1A配置每个点位的太阳能供电容量的需求。经测算，50台设备共需1.8 kW的太阳能功率，具体点位配置如表3所示。

图4 B方案拓扑结构（设备太阳能改造+公网回传）

表3 点位配置

上述供电设备依托园区路灯杆或独立立杆建设，满足H区内50台前端设备2～3天的备电时长，满足视频监控、报警立柱全天工作以及广播音箱半天工作的负荷强度。

另需配置50只4G流量卡安装于各类前端设备的通信模块上，可满足H区内各系统的信息传输需要。

2.3 C方案（前端设备改造+网桥对打）

供电方案通过加装太阳能电板、采用支持太阳能供电的前端设备等方式，对前端点位进行改造，实现电能的“自给自足”[5]。传输方案利用PON网络技术，采用ONU将各点位数据通过光纤网络传递至清河旁的汇聚点，再通过设置在清河两岸的无线网桥设备进行有线/无线信号转换，将信号回传至示范区内的指挥大厅。系统拓扑如图5所示。

图5 C方案拓扑结构（前端设备改造+网桥对打）

该方案前端设备与B方案的布局相同，每个点位部署一台ONU设备（DC48V1A），摄像机、广播和报警立柱通过网线将信号回传给ONU设备，再通过光纤网络将数据传输至清河北岸的03号点位的OLT（DC48V1A）设备进行汇聚，信号最后由部署在清河两岸对打的无线网桥集中发送至清河南岸的智慧机房。经测算，50台前端设备和36台传输设备共需2.3 kW的太阳能功率，具体点位配置如表4所示。

表4 具体点位配置

上述供电设备依托园区路灯杆或独立立杆建设，满足H区内50台前端设备和35台传输设备2～3天的备电时长，满足视频监控、报警立柱全天工作以及广播音箱半天工作的负荷强度。

3 投资规模

3.1 A方案（能源岛+网桥对打）

能源岛单点造价10万元，共需建设16处能源岛，预计160万元；网桥及传输设备5万元；前端各类信息化设备共计8.5万元；H区内管道、线缆敷设40万元。总计投资213.5万元。

3.2 B方案（前端设备改造+公网回传）

太阳能供电设备共9万元；采购前端各类支持太阳能供电和4G通信模块的设备（含改造费用）18万元；购买4G流量卡预计1 200元/张·年，50台设备按5年估计共30万元。总计投资57万元。

3.3 C方案（前端设备改造+网桥对打）

太阳能供电设备共15万元；采购前端各类支持太阳能供电的设备（含改造费用）12万元；网桥及传输设备13万元；H区内管道、线缆敷设35万元。总计投资74.1万元。

4 方案比选

4.1 稳定性

A方案中设备采用一体化模块，集成度高，点位相对集中内含传输模块，支持各类电源输出，可满足周围各类交直流用电设备的需要，可实现H区内各类设备的不断电、不断网，故障率低，稳定性较高。B、C方案通过购买或改造的方式使前端设备满足太阳能供电的要求，点位相对比较分散，存在故障的可能性较高。太阳能的备电时长也小于A方案，相比A方案，整个系统的稳定性较低。

4.2 灵活性

4.2.1 供电方面

A方案中的供电和网络范围可覆盖全域，并在配电箱留有空余端子，留有一部分冗余，为后期公园信息化的改造、扩容预留了条件。B、C方案仅考虑本期设备的用电和网络需求，后期调整需要重新调整供电设备，同时增加或更换安装太阳能电板和蓄电池的难度较高，不利于实施。

4.2.2 传输方面

B方案采用4G网络回传的方式，免去了有线网络开挖管道、线缆敷设的工作，节省了建设投资约60万元。A、C方案采用PON网络汇聚、网桥集中回传的方式，数据不易外泄，安全性较高，也省去了每年公网流量的费用，减少了后期运营成本。

5 结 论

考虑H区定位为城市生态蓄洪区，客流量较少，后期信息化的需求较低，综合系统性能、投资以及实施灵活性等方面的考虑，建议采用B方案进行部署。