拉萨市光伏供电智能公交电子站牌*

文/代销 张平 牛睿琪 陈波 李欣益（西藏大学）

随着信息化时代的不断发展，人民的生活水平进入了快节奏时代，信息的快速获取变得尤为重要。在城市内，伴随着私家车的日益增加，城市道路拥堵，交通压力急速加剧问题成为阻碍城市发展一大障碍。公共交通的发展成为解决该问题的重要途径，公交作为最大的公共交通设施成为许多市民的不二选择，成为市民绿色出行、响应国家政策理念、减缓交通拥堵必不可缺的工具之一。智慧公交的出现不仅给人们的出行带来极大的便利，提高出行效率，而且为公共交通的发展，减缓交通压力做出了巨大的推动作用。对于拉萨市来说，随着近年来西藏拉萨旅游成为旅客们的热门选择，交通拥堵问题日益加剧。城市道路不易扩建、地铁不适用的条件下大力推动公共交通发展成为缓解拉萨市城市交通拥堵问题的根本途径。基于拉萨市的地域优势，合理开发利用太阳能资源，采用光伏电板对实时公交电子站牌进行供电，在很大程度上解决了能源紧缺问题，太阳能属于清洁能源之一，光伏电池作为一种新型能源，具有永久性、清洁性和灵活性三大特点，而且电池寿命较长，在拉萨地区，可以实现一次投资，长期使用，与其他传统发电方式相比，对环境污染本身也是极小的，合理利用太阳能资源也是对拉萨市乃至西藏生态环境的一种保护，并且拉萨光能资源充足，因地制宜发展拉萨智能公交，对于拉萨的发展有着巨大的影响。

一、拉萨地域资源优势及光辐射总量

光伏组件的额定功率为峰值功率Wp时，当照射组件的某些标准光谱（对应于亮得太阳光）的日照（入射太阳辐射）为1Kw/m2，光伏电板的温度固定在25摄氏度左右时，组件功率将与负载完美的配合。总数高达3005.3小时，平均每天有8小时15分钟的日照时间，比在同纬度上的东部地区日照时间多了一半，太阳年辐射总量高达7200～7600MJ/m2，对拉萨的太阳光辐射进行有效测算，将一年内照射到发电系统上的太阳辐射所产生的千瓦时能量（不是功率），可以用额定功率乘以一年内照射到发电系统上太阳辐射的有效时间数再乘以性能比PR得到，再将组装系统时逆变器（逆变器效率取用0.90～0.97）的损失除外，我们可以得到的太阳光辐射总量达到6870MJ/m2。而这些电量提供给公交电子站牌完全绰绰有余。

二、光伏供电实时公交电子站牌的主要构造

主体主要是由光伏电板，蓄电池、智能供电系统和实时公交电子站牌（智慧公交站台）的相互结合，通过光伏电板接受光能转化成电能给电子站牌进行供电。

（1）针对拉萨的地域环境选择合适的光伏电板，在一般的太阳电池中型发射极和p型发射极是不大对称的。发射极大约薄1000倍，掺杂浓度高达10000倍它的扩散长度，根据硅太阳能的特性，计算出光伏电板的铺设面积去选择合适的太阳能电池（图1）。除此之外，光伏电板的出厂制造也是尤为重要，在这里我们选择采用的是新型的背面接触电极的光伏电板，如选择性激光焊接(ive激光焊接)背面接触(背面接触，BJBC)技术。BJBC PN结的背面的电池，选择性激光焊接是将连接线均匀地焊接到电池上，以提高稳定性，减少焊接接头的机械损伤。与传统电池不同，BJBC电池中的电流不通过发射极，因此在粗线和细线阴影和串联电阻损耗之间没有选择。过省略母线和缩短细线长度，可以提高BJBC太阳能电池的充盈系数和短路电流密度，从而有助于提高太阳能电池板的性能。（2）蓄电池，在这里我们采用的是120伏特的锂离子蓄电池，其特征在于在正负极组的中间或极板之间装有非金属材料制作的多孔的片状或棒状弹性体,该蓄电池可有效防止充放电循环中产生的壳体膨胀，具有提高电池循环寿命、安全可靠的优点及效果。在保证电子站牌正常运行的情况下将光伏电板所产生的多余电量进行储存，以保证在天气不好的时候能够提供电子站牌足够的电能 。（3）智能供电系统，智能供电系统是根据光伏电板所产生的电压和电流值的大小，结合电子站牌的实际功率来对点压进行分配，里面配置的是对电流特别敏感的电流传感器进行监控，同时配备了稳流继电器，稳定电压和电流。将来自光伏电板的电流进行分配，和蓄电池一起保证电子站牌的正常运行。（4）电子站牌，采用的是目前市场上的智慧公交电子站牌，将GPS定位系统运用到公交车和电子站牌上并有效结合，可以快速得到车辆的实时信息，并且有着路线查询的功能，能够让我们快速得到该公交的途经路线。除此之外，结合地域特点和文化，将在显示和语音播报方面增加藏文，在电子站牌的外观设计上也结合拉萨风格，体现拉萨的风采。

图1 电池电压、电流与功率关系图

三、智能供电系统的工作原理图（图2）

图2 智能供电系统原理图

在智能供电系统中，有着实时检测电压的模块，在电量充足时能够给蓄电池充电，在电量不足时能够及时地让蓄电池给电子站牌提供电能，为保证电子站牌的高效运行带来一定保证

智能供电系统Arduino单片机能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、电动机和其他的装置来反馈、影响环境。Arduino开发板上的微控制器可以通过Arduino的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，通过ArduinoIDE烧录进微控制器。Arduino的编程是通过Arduino编程语言(基于Wiring)和Arduino开发环境(基于Processing)来实现的。基于Arduino的项目，可以只包含Arduino，也可以包含Arduino和其他一些在PC上运行的软件，它们之间进行通行（比如Flash，Processing，MaxMSP）来 实现，它有着与C语言和Java类似的开发环境，操作起来也较为简单一些。通过该单片机来制作智能供电系统，完全可以将光伏电板和电子公交站牌高校结合运行。Arduino单片机在目前的市场上有着较大的应用前景，被很多人所接受采纳，并且运用到智能站牌上也是很容易推广和实现的。

电子站牌的显示屏，选用的是TFT的显示屏，受温度影响较小，应用广泛，损坏了也比较容易更换。

四、光伏供电实时公交电子站牌的设计思路图（图3）

图3 电子站牌设计思路图

在通常状况下，电子站牌显示的是西藏拉萨的地方特色和美景，这样也不失为一种有效的宣传方式，为拉萨的旅游业发展做出一定的贡献；在有人触摸屏幕情况下将会跳转到正常工作界面，可供查看公交车实时信息，显示车辆到站时间，还可以供出行市民查询公交路线图，为出行提供足够的便利，以利于便捷地选择乘车。

五、系统功能模块化

一个功能完整的系统，利用功能模块化的方式划分为若干个功能模块，每个模块完成它相应指定的功能。系统中将供电系统、电子站牌系统功能模块化，实现供电系统的多用途。在模块化技术的研究基础上，模块化设计将成为一种趋势，系统的内部结构将不断优化，并可根据不同的任务更换相应的功能模块，实现一台机器的多用途。此外，模块化还可以降低生产成本，延长系统生命周期，并降低后期用户的维护成本。

六、设计发展方向及未来趋势

与传统的公交站牌相比，拉萨市光伏供电实时公交电子站牌，改变了传统公交站牌模式，使站牌朝着信息化、智能化方向发展，结合拉萨的地域资源优势采用光伏电板供给电能，极大提高了科技感。近年来，随着习近平总书记的生态理念观点的提出，保护生态环境愈发受到重视，光伏供电的电子站牌作为一种绿色能源与智能信息的结合体，必将会引起高度重视。

目前，拉萨市并未开通快速公交（BRT）通道,随着国家对西藏的重视与建设，BRT将不会遥远，届时，光伏供电实时公交电子站牌也能够运用到快速公交上面，当前，拉萨轻轨已经在选路线、准备修建当中，如果光伏供电的电子站牌在公交方面应用取得进展性的成果，那么轻轨上也会采取应用。随着电子站牌的发展，将在电子站牌上安装免费WiFi，并提供充电数据线接口，以备行人的不时之需。

七、结语

随着信息化和数据化时代的不断发展，信息接收尤为重要，光伏供电实时公交电子站牌能够随时反映车辆状况，为出行的市民提供所需的车辆信息，极大提高出行效率，在生态环境保护方面也起着很大的作用。在推动建设该电子站牌的前提下，仍有一些技术难题待解决，对后期的具体应用中的不确定性还有待商榷。整体来说，具有较为广阔的应用前景。