Jak stworzyć sieć CCTV zasilaną energią słoneczną
Richard Wang 31 maja 2022 r
Przedmowa
Edgeware zaprojektowało wiele różnych typów sieci CCTV zasilanych energią słoneczną. W tym artykule podsumowano doświadczenia z projektów Edgeware i omówiono sposób tworzenia sieci CCTV zasilanej energią słoneczną, uwzględniając aspekty kamery CCTV, sieci dosyłowej, obsługi i konserwacji.
1. Dlaczego potrzebujemy sieci CCTV zasilanej energią słoneczną
Sieć CCTV jest często wdrażana w niektórych odległych obszarach lub w niektórych obszarach bez światłowodu i zasilania. W tych obszarach, jeśli sieć światłowodowa i elektroenergetyczna mają być budowane od zera, nie można wykluczyć, że dużym problemem będzie koszt dostawy i czas realizacji całego projektu. Dlatego też jako główne źródło zasilania należy wykorzystać energię słoneczną, a technologię bezprzewodową jako podstawę sieci szkieletowej do budowy całej sieci CCTV. W przeciwieństwie do niektórych cywilnych scenariuszy dotyczących energii słonecznej, sieć CCTV ma wysokie wymagania dotyczące niezawodności i dostępności systemu. Dlatego też przy projektowaniu układu fotowoltaicznego i bezprzewodowej sieci dosyłowej należy wziąć pod uwagę różne aspekty projektu.
Edgeware miał kiedyś projekt w Ameryce Łacińskiej, gdzie nie było prądu ani światłowodu. Mieliśmy dwa plany, pierwszy zakładał wykorzystanie sieci CCTV Solar Powerer z technologią LTE Small Cell. Drugim jest wdrożenie włókien optycznych i zasilania z technologią GPON jako rdzeniem. Na podstawie porównania całkowitego kosztu i czasu budowy każdego lokalnego projektu Edgeware dokonuje następującego porównania danych:
Powyższe dane stanowią porównanie czasów realizacji naszych projektów w Ameryce Łacińskiej. Należy pamiętać, że te czasy dostawy będą się różnić w zależności od regionu i projektu. W tym regionie największe problemy jakie napotkaliśmy ze światłowodem GPON i sposobem budowy sieci energetycznej to:
(1) Lokalna budowa sieci światłowodowej obejmuje takie czynniki, jak zezwolenie na budowę i pozwolenie na budowę, a czas zatwierdzenia jest długi.
(2) Okres budowy nowo wybudowanych robót budowlanych sieci światłowodowej jest długi, a okres budowy ekip budowlanych w różnych regionach będzie się znacznie różnić. Międzynarodowej firmie trudno jest określić specyficzne warunki lokalne.
(3) Budowa sieci elektroenergetycznej często wiąże się z uzyskaniem zezwoleń władz lokalnych i zezwoleń administracyjnych, a cykle te mogą być długie lub krótkie. Oprogramowanie Edgeware przeszło dwuletnie cykle zatwierdzania. Dlatego cykl tej części dostawy często nie jest oparty na czynnikach związanych z projektem projektu i samym dostawcą.
Ponieważ czynniki te są niekontrolowane, prędkość dostarczania energii słonecznej i małych komórek LTE jest znacznie zwiększona.
Źródło: Dane projektu Edgeware dla regionu Ameryki Łacińskiej
Jak widać na powyższym rysunku, z punktu widzenia inwestycji CAPEX, istnieje duża rozbieżność pomiędzy wdrożeniem LTE Small Cell i GPON Fiber. W rzeczywistości głównym powodem nie są nakłady inwestycyjne na sprzęt, ale czynnik prac budowlanych.
(1) Praca cywilna w każdym kraju charakteryzuje się innymi specyficznymi okolicznościami. Chociaż koszty pracy są niskie w niektórych krajach rozwijających się, całkowity koszt jest trudny do przewidzenia ze względu na możliwości zespołu budowlanego. W krajach rozwiniętych koszty pracy są zaporowo wysokie.
(2) Długi cykl wdrażania światłowodu GPON bezpośrednio doprowadził do wykładniczego wzrostu ogólnego poziomu zarządzania projektem i innych wydatków.
Źródło: Dane projektu Edgeware dla regionu Ameryki Łacińskiej
Powyższy obraz stanowi porównanie budowy całej sieci w oparciu o energię słoneczną z położeniem mocy użytkowej od zera. Należy pamiętać, że w przypadku sieci CCTV jej zapotrzebowanie na moc często nie jest duże, głównie na poziomie 30W-300W. Przy tym poziomie mocy inwestycja w energię słoneczną w rzeczywistości nie jest duża. Odpowiednio, jeśli chcesz zbudować sieć energetyczną od zera, będzie to obejmować wszystkie aspekty problemu. Ponieważ w większości krajów sieć energetyczna jest powiązana z uzyskaniem zgody administracyjnej rządu i planem rozwoju przedsiębiorstwa energetycznego. Realizator projektu będzie musiał zmierzyć się z następującymi problemami:
(1) O planowaniu i projektowaniu sieci energetycznej przez rząd nie może decydować prywatne przedsiębiorstwo. Jeżeli konieczne będzie wytyczne rządowi dotyczące budowy sieci elektroenergetycznej od zera, czas i inne ukryte koszty z tym związane stanowią czynniki ryzyka projektu.
(2) Ze względu na naturalny monopol i cechy administracyjne przedsiębiorstw zajmujących się sieciami elektroenergetycznymi rzeczywisty czas budowy sieci elektroenergetycznej jest bardzo długi.
(3) Przed zakończeniem budowy i dostawy sieci elektroenergetycznej cała sieć telewizji przemysłowej nie jest uważana za ukończoną, nie można uzyskać ATP klienta ani odzyskać płatności. I to długie oczekiwanie nie jest spowodowane obciążeniem projektu sieci CCTV.
Dlatego Edeware zaleca właścicielowi projektu CCTV unikanie tej opcji, co bezpośrednio doprowadzi do niepowodzenia projektu w większości krajów.
Podsumowując, na terenach pozbawionych sieci światłowodowej i energetycznej, pod względem nakładów inwestycyjnych i czasu dostawy bardziej odpowiednie jest rozwiązanie sieci CCTV zasilanej energią słoneczną z małą komórką LTE.
2. Miejsce kamery CCTV zasilanej energią słoneczną
2.1 Ogólna architektura obiektu z kamerą CCTV zasilaną energią słoneczną
Sieć CCTV zasilana energią słoneczną to pozornie prosty, ale złożony scenariusz. Wydaje się to proste, ponieważ jego całkowite obciążenie wynosi od 30 W do 300 W. Większość z nich ma moc poniżej 100 W. Jeśli moc jest mała, pojemność całej konfiguracji nie będzie zbyt duża. Ale to jest trochę bardziej skomplikowane. Ogólnie rzecz biorąc, duże projekty sieci CCTV są często realizowane przez instytucje rządowe i inne, które mają wysokie wymagania dotyczące niezawodności. Dlatego musimy rozważyć i ulepszyć ogólny projekt pod każdym względem.
Powyższe zdjęcie przedstawia typową architekturę naszego ogólnego rozmieszczenia kamer CCTV. Ogólnie dzieli się na następujące systemy:
(1) Kontroler słoneczny
(2) Bateria i zarządzanie baterią
(3) Tłumik przepięć
(4) Łamacz
(5) Środowisko
(6) Przełącznik PoE
(7) Panel słoneczny
(8) Dosył 4G
Po podsumowaniu wieloletnich projektów Edgeware jest wiele miejsc, na które musimy zwrócić uwagę i zoptymalizować. Te doświadczenia stanowią także teoretyczną podstawę dla Edgeware do zaprojektowania naszego systemu.
2.1 Kontroler słoneczny i panel słoneczny dla kamery CCTV zasilanej energią słoneczną
2.1.1 Konfiguracja panelu słonecznego w lokalizacji kamery CCTV zasilanej energią słoneczną
Scenariusze sieci CCTV bardzo różnią się od ogólnych scenariuszy cywilnych. Scenariusze cywilne zazwyczaj mają wystarczająco dużo miejsca na umieszczenie paneli słonecznych. Jak pokazano na poniższym obrazku, widzę, że panel słoneczny zostanie zainstalowany na dachu w ogólnych scenariuszach cywilnych. Przestrzeń na dachu nie jest zbytnio ograniczona, dlatego jak największe rozłożenie paneli fotowoltaicznych sprzyja gromadzeniu energii słonecznej. Panel słoneczny o dużej powierzchni jest łatwiejszy do zamocowania na dachu, a opór powietrza jest duży, jeśli jest dobrze zamocowany.
Jednak scenariusz instalacji kamery zasilanej energią słoneczną jest zupełnie inny. Całkowita moc miejsca na kamerę zasilaną energią słoneczną nie jest duża, ale nadal musimy skonfigurować panel słoneczny tak efektywnie, jak to możliwe. Głównym powodem jest to, że montaż paneli słonecznych musi uwzględniać znacznie więcej czynników niż montaż na dachu w ogólnych scenariuszach cywilnych.
Powyższe zdjęcie przedstawia typowy scenariusz montażu paneli słonecznych na słupie. Można sobie wyobrazić, że taki scenariusz nie może obsługiwać paneli słonecznych o bardzo dużej mocy. Całkowita moc kamery zasilanej energią słoneczną nie jest duża, ale
Wymagania dotyczące dostępności są wysokie. Dlatego też, w miarę możliwości, wdrażanie paneli słonecznych o większej mocy pomaga poprawić dostępność systemu. Jednakże, ponieważ większość miejsc z kamerami zasilanymi energią słoneczną to scenariusze montowane na słupie, należy w pełni wziąć pod uwagę odporność konfiguracji panelu słonecznego na wiatr, co uniemożliwia skonfigurowanie dużego panelu słonecznego. Konkretną konfigurację paneli słonecznych, grube i mocne słupy, które należy skonfigurować, należy obliczyć w zależności od regionu i wspólnego poziomu wiatru.
2.1.2 Kontroler słoneczny dla obiektu CCTV zasilanego energią słoneczną
Kontroler słoneczny w scenariuszu instalacji CCTV zasilanej energią słoneczną ma pewne szczególne cechy i jego wymagań nie mogą spełnić cywilne kontrolery słoneczne dostępne na rynku. Projektując sterownik słoneczny dla obiektu CCTV zasilanego energią słoneczną, musimy zwrócić szczególną uwagę na następujące punkty:
(1) Kontroler słoneczny MPPT jest koniecznością
Jak wspomnieliśmy w powyższym rozdziale, obiekt CCTV zasilany energią słoneczną nie może być zbyt duży ze względu na ograniczoną liczbę miejsc do montażu na słupie. Aby więc poprawić wydajność całego systemu, konieczne jest zastosowanie wydajnego sterownika słonecznego MPPT.
(2)Problem ochrony odgromowej
Sterownik słoneczny musi uwzględniać idealny projekt ochrony odgromowej. Zalecana jest ochrona odgromowa na poziomie 20ka.
(3) Problem z napięciem wyjściowym sterownika słonecznego
Scena sieci CCTV jest zupełnie inna od ogólnego scenariusza cywilnego. Większość urządzeń obciążających w ogólnych scenariuszach cywilnych to wejścia prądu przemiennego. Jednak w scenariuszu sieci CCTV niekoniecznie musimy używać obciążenia AC. Dostępne są na przykład DC48V i inne opcje napięcia DC. Co więcej, wszystkie metody zasilania POE/POE+/POE++ wymagają wejścia DC48V. Nawet jeśli wybrany przełącznik POE obsługuje wejście AC, istotą jest konwersja AC na DC48V dla mechanizmu zasilania POE. Technologia POE jest szeroko stosowana w sieci CCTV. Dlatego uważamy, że w scenariuszu sieci CCTV najwłaściwsze jest użycie prądu stałego o wartości 48 V jako głównego napięcia uziemienia.
Kiedy wybierzemy kontroler słoneczny DC48V, przekonamy się, że na rynku trudno znaleźć zminiaturyzowane produkty klasy przemysłowej. Spośród różnych sterowników słonecznych dostępnych na rynku większość z nich jest przeznaczona do zastosowań cywilnych. Scenariusze o niskim poborze mocy, takie jak poziom 500 W, to zazwyczaj DC12V, DC24V. Kontroler słoneczny z mocą wyjściową DC48V ma na ogół moc większą niż 2000 W. Oczywiście większość sterowników słonecznych opiera się na wyjściu prądu przemiennego.
Dlatego nie jest łatwo znaleźć sterownik solarny odpowiedni do scenariuszy sieci CCTV, dlatego też Edgeware wiele lat temu zdecydowało się opracować własny kontroler solarny.
2.1.3 Zarządzanie akumulatorami i akumulatorami kamery CCTV zasilanej energią słoneczną
Większość scen CCTV rozgrywa się na zewnątrz, dlatego zalecamy szczególną ostrożność przy wyborze baterii. W pierwszej kolejności zalecamy wybranie baterii litowych. Ze względu na mały rozmiar i wagę baterii litowych gęstość energii jest wysoka. Najważniejsze jest to, że temperatura pracy jest wysoka, a temperatura pracy ogólnego akumulatora VRLA wynosi 25 ℃. W scenariuszach zewnętrznych temperatura wewnątrz zewnętrznej szafy zasilającej może z łatwością przekroczyć tę temperaturę. Nie wchodząc w szczegóły, możesz zapoznać się z naszymi poprzednimi artykułami:
Jak obliczyć panel słoneczny i baterię dla systemu CCTV 3.1 Wybierz ostrożnie typ baterii
Ważniejsze od wyboru typu baterii jest zarządzanie baterią. Wiemy, że gdy cała instalacja CCTV zasilana energią słoneczną jest rozmieszczona w odległym miejscu na zewnątrz, rozwiązywanie problemów na miejscu jest bardzo kosztowne. Dlatego zdalne zarządzanie baterią jest bardzo potrzebne. Gdy pojawi się akumulator, który będzie wymagał wymiany pod koniec życia, możemy to rozpoznać w NoC, dzięki czemu nie ma potrzeby wielokrotnych wizyt na stacji w celu konserwacji.
Jak skonfigurować próg liczby cykli życia baterii
Zewnętrzny system wentylatorów szaf telekomunikacyjnych sterowany za pomocą oprogramowania do zdalnego monitorowania
Funkcja oprogramowania do zdalnego monitorowania — konfiguracja progu czasu użytkowania baterii
Funkcja oprogramowania do zdalnego monitorowania – jak skonfigurować próg żywotności baterii
2.1.4 Przygotowanie do wyzwania środowiskowego
Instalacja kamer CCTV zasilanych energią słoneczną również stoi przed wielkimi wyzwaniami ze strony środowiska. Ponieważ gdy kamera CCTV musi dostarczać energię w oparciu o energię słoneczną, miejsca te często znajdują się w odległych obszarach, które nieuchronnie napotykają szczególne środowiska, takie jak dżungla, góry, pustynie i wybrzeże. Wymaga to naszej szczególnej uwagi. Ogólny zakład kamer CCTV zasilany energią słoneczną buduje zewnętrzny system solarny w oparciu o szafę zewnętrzną IP55 i wykorzystuje stal ocynkowaną jako podstawowy materiał szafy zewnętrznej, co w rzeczywistości spowoduje szereg problemów:
(1) Obszar dżungli
Głównym problemem na obszarze Dżungli jest oddalenie i niedostępność, co utrudnia konserwację. Ogólna wilgotność w obszarze Dżungli jest wysoka, szczególnie w porze deszczowej, wilgotność sięga 90% lub więcej. Ze względu na dobrą ekologię w obszarze Dżungli żyje wiele owadów i zwierząt. Jeśli rozwiązanie zasilania zewnętrznego opiera się na szafie zewnętrznej IP55, istnieje pewne prawdopodobieństwo inwazji owadów i zwierząt.
(2) Obszar pustynny
Na świecie istnieje również wiele obszarów pustynnych, które są szeroko rozpowszechnione w krajach rozwijających się. Największym problemem na obszarach pustynnych jest uszkodzenie rozwiązań zasilania zewnętrznego przez piasek. Na tych obszarach jest zwykle dużo piasku i pyłu. W przypadku burzy piaskowej problem się pogłębi. Największym problemem szafy zewnętrznej IP55 jest to, że nie jest to system całkowicie zamknięty, więc piasek i kurz mogą łatwo przedostać się do zewnętrznego systemu zasilania i wpłynąć na stabilność systemu.
(3) Blisko morza
Największym problemem w rejonie wybrzeża jest połączenie wysokiej wilgotności i słonego powietrza, które może powodować szybką rdzę metalu. Rdza ta może stanowić poważne wyzwanie dla trwałości i stabilności sprzętu
Więcej informacji znajdziesz w naszym artykule:
Typowy problem rozwiązania zasilania zewnętrznego opartego na szafie zewnętrznej IP55
Kamera Edgeweare zasilana energią słoneczną jest dostępna na zewnątrz, a jej poziom ochrony IP65 jest obudowę zewnętrzną.