拉薩市光伏供電智能公交電子站牌*

文/代銷 張平 牛睿琪 陳波 李欣益（西藏大學(xué)）

隨著信息化時(shí)代的不斷發(fā)展，人民的生活水平進(jìn)入了快節(jié)奏時(shí)代，信息的快速獲取變得尤為重要。在城市內(nèi)，伴隨著私家車的日益增加，城市道路擁堵，交通壓力急速加劇問題成為阻礙城市發(fā)展一大障礙。公共交通的發(fā)展成為解決該問題的重要途徑，公交作為最大的公共交通設(shè)施成為許多市民的不二選擇，成為市民綠色出行、響應(yīng)國家政策理念、減緩交通擁堵必不可缺的工具之一。智慧公交的出現(xiàn)不僅給人們的出行帶來極大的便利，提高出行效率，而且為公共交通的發(fā)展，減緩交通壓力做出了巨大的推動(dòng)作用。對(duì)于拉薩市來說，隨著近年來西藏拉薩旅游成為旅客們的熱門選擇，交通擁堵問題日益加劇。城市道路不易擴(kuò)建、地鐵不適用的條件下大力推動(dòng)公共交通發(fā)展成為緩解拉薩市城市交通擁堵問題的根本途徑?；诶_市的地域優(yōu)勢，合理開發(fā)利用太陽能資源，采用光伏電板對(duì)實(shí)時(shí)公交電子站牌進(jìn)行供電，在很大程度上解決了能源緊缺問題，太陽能屬于清潔能源之一，光伏電池作為一種新型能源，具有永久性、清潔性和靈活性三大特點(diǎn)，而且電池壽命較長，在拉薩地區(qū)，可以實(shí)現(xiàn)一次投資，長期使用，與其他傳統(tǒng)發(fā)電方式相比，對(duì)環(huán)境污染本身也是極小的，合理利用太陽能資源也是對(duì)拉薩市乃至西藏生態(tài)環(huán)境的一種保護(hù)，并且拉薩光能資源充足，因地制宜發(fā)展拉薩智能公交，對(duì)于拉薩的發(fā)展有著巨大的影響。

一、拉薩地域資源優(yōu)勢及光輻射總量

光伏組件的額定功率為峰值功率Wp時(shí)，當(dāng)照射組件的某些標(biāo)準(zhǔn)光譜（對(duì)應(yīng)于亮得太陽光）的日照（入射太陽輻射）為1Kw/m2，光伏電板的溫度固定在25攝氏度左右時(shí)，組件功率將與負(fù)載完美的配合?？倲?shù)高達(dá)3005.3小時(shí)，平均每天有8小時(shí)15分鐘的日照時(shí)間，比在同緯度上的東部地區(qū)日照時(shí)間多了一半，太陽年輻射總量高達(dá)7200～7600MJ/m2，對(duì)拉薩的太陽光輻射進(jìn)行有效測算，將一年內(nèi)照射到發(fā)電系統(tǒng)上的太陽輻射所產(chǎn)生的千瓦時(shí)能量（不是功率），可以用額定功率乘以一年內(nèi)照射到發(fā)電系統(tǒng)上太陽輻射的有效時(shí)間數(shù)再乘以性能比PR得到，再將組裝系統(tǒng)時(shí)逆變器（逆變器效率取用0.90～0.97）的損失除外，我們可以得到的太陽光輻射總量達(dá)到6870MJ/m2。而這些電量提供給公交電子站牌完全綽綽有余。

二、光伏供電實(shí)時(shí)公交電子站牌的主要構(gòu)造

主體主要是由光伏電板，蓄電池、智能供電系統(tǒng)和實(shí)時(shí)公交電子站牌（智慧公交站臺(tái)）的相互結(jié)合，通過光伏電板接受光能轉(zhuǎn)化成電能給電子站牌進(jìn)行供電。

（1）針對(duì)拉薩的地域環(huán)境選擇合適的光伏電板，在一般的太陽電池中型發(fā)射極和p型發(fā)射極是不大對(duì)稱的。發(fā)射極大約薄1000倍，摻雜濃度高達(dá)10000倍它的擴(kuò)散長度，根據(jù)硅太陽能的特性，計(jì)算出光伏電板的鋪設(shè)面積去選擇合適的太陽能電池（圖1）。除此之外，光伏電板的出廠制造也是尤為重要，在這里我們選擇采用的是新型的背面接觸電極的光伏電板，如選擇性激光焊接(ive激光焊接)背面接觸(背面接觸，BJBC)技術(shù)。BJBC PN結(jié)的背面的電池，選擇性激光焊接是將連接線均勻地焊接到電池上，以提高穩(wěn)定性，減少焊接接頭的機(jī)械損傷。與傳統(tǒng)電池不同，BJBC電池中的電流不通過發(fā)射極，因此在粗線和細(xì)線陰影和串聯(lián)電阻損耗之間沒有選擇。過省略母線和縮短細(xì)線長度，可以提高BJBC太陽能電池的充盈系數(shù)和短路電流密度，從而有助于提高太陽能電池板的性能。（2）蓄電池，在這里我們采用的是120伏特的鋰離子蓄電池，其特征在于在正負(fù)極組的中間或極板之間裝有非金屬材料制作的多孔的片狀或棒狀彈性體,該蓄電池可有效防止充放電循環(huán)中產(chǎn)生的殼體膨脹，具有提高電池循環(huán)壽命、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)及效果。在保證電子站牌正常運(yùn)行的情況下將光伏電板所產(chǎn)生的多余電量進(jìn)行儲(chǔ)存，以保證在天氣不好的時(shí)候能夠提供電子站牌足夠的電能 。（3）智能供電系統(tǒng)，智能供電系統(tǒng)是根據(jù)光伏電板所產(chǎn)生的電壓和電流值的大小，結(jié)合電子站牌的實(shí)際功率來對(duì)點(diǎn)壓進(jìn)行分配，里面配置的是對(duì)電流特別敏感的電流傳感器進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)配備了穩(wěn)流繼電器，穩(wěn)定電壓和電流。將來自光伏電板的電流進(jìn)行分配，和蓄電池一起保證電子站牌的正常運(yùn)行。（4）電子站牌，采用的是目前市場上的智慧公交電子站牌，將GPS定位系統(tǒng)運(yùn)用到公交車和電子站牌上并有效結(jié)合，可以快速得到車輛的實(shí)時(shí)信息，并且有著路線查詢的功能，能夠讓我們快速得到該公交的途經(jīng)路線。除此之外，結(jié)合地域特點(diǎn)和文化，將在顯示和語音播報(bào)方面增加藏文，在電子站牌的外觀設(shè)計(jì)上也結(jié)合拉薩風(fēng)格，體現(xiàn)拉薩的風(fēng)采。

圖1 電池電壓、電流與功率關(guān)系圖

三、智能供電系統(tǒng)的工作原理圖（圖2）

圖2 智能供電系統(tǒng)原理圖

在智能供電系統(tǒng)中，有著實(shí)時(shí)檢測電壓的模塊，在電量充足時(shí)能夠給蓄電池充電，在電量不足時(shí)能夠及時(shí)地讓蓄電池給電子站牌提供電能，為保證電子站牌的高效運(yùn)行帶來一定保證

智能供電系統(tǒng)Arduino單片機(jī)能通過各種各樣的傳感器來感知環(huán)境，通過控制燈光、電動(dòng)機(jī)和其他的裝置來反饋、影響環(huán)境。Arduino開發(fā)板上的微控制器可以通過Arduino的編程語言來編寫程序，編譯成二進(jìn)制文件，通過ArduinoIDE燒錄進(jìn)微控制器。Arduino的編程是通過Arduino編程語言(基于Wiring)和Arduino開發(fā)環(huán)境(基于Processing)來實(shí)現(xiàn)的。基于Arduino的項(xiàng)目，可以只包含Arduino，也可以包含Arduino和其他一些在PC上運(yùn)行的軟件，它們之間進(jìn)行通行（比如Flash，Processing，MaxMSP）來 實(shí)現(xiàn)，它有著與C語言和Java類似的開發(fā)環(huán)境，操作起來也較為簡單一些。通過該單片機(jī)來制作智能供電系統(tǒng)，完全可以將光伏電板和電子公交站牌高校結(jié)合運(yùn)行。Arduino單片機(jī)在目前的市場上有著較大的應(yīng)用前景，被很多人所接受采納，并且運(yùn)用到智能站牌上也是很容易推廣和實(shí)現(xiàn)的。

電子站牌的顯示屏，選用的是TFT的顯示屏，受溫度影響較小，應(yīng)用廣泛，損壞了也比較容易更換。

四、光伏供電實(shí)時(shí)公交電子站牌的設(shè)計(jì)思路圖（圖3）

圖3 電子站牌設(shè)計(jì)思路圖

在通常狀況下，電子站牌顯示的是西藏拉薩的地方特色和美景，這樣也不失為一種有效的宣傳方式，為拉薩的旅游業(yè)發(fā)展做出一定的貢獻(xiàn)；在有人觸摸屏幕情況下將會(huì)跳轉(zhuǎn)到正常工作界面，可供查看公交車實(shí)時(shí)信息，顯示車輛到站時(shí)間，還可以供出行市民查詢公交路線圖，為出行提供足夠的便利，以利于便捷地選擇乘車。

五、系統(tǒng)功能模塊化

一個(gè)功能完整的系統(tǒng)，利用功能模塊化的方式劃分為若干個(gè)功能模塊，每個(gè)模塊完成它相應(yīng)指定的功能。系統(tǒng)中將供電系統(tǒng)、電子站牌系統(tǒng)功能模塊化，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的多用途。在模塊化技術(shù)的研究基礎(chǔ)上，模塊化設(shè)計(jì)將成為一種趨勢，系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)將不斷優(yōu)化，并可根據(jù)不同的任務(wù)更換相應(yīng)的功能模塊，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)機(jī)器的多用途。此外，模塊化還可以降低生產(chǎn)成本，延長系統(tǒng)生命周期，并降低后期用戶的維護(hù)成本。

六、設(shè)計(jì)發(fā)展方向及未來趨勢

與傳統(tǒng)的公交站牌相比，拉薩市光伏供電實(shí)時(shí)公交電子站牌，改變了傳統(tǒng)公交站牌模式，使站牌朝著信息化、智能化方向發(fā)展，結(jié)合拉薩的地域資源優(yōu)勢采用光伏電板供給電能，極大提高了科技感。近年來，隨著習(xí)近平總書記的生態(tài)理念觀點(diǎn)的提出，保護(hù)生態(tài)環(huán)境愈發(fā)受到重視，光伏供電的電子站牌作為一種綠色能源與智能信息的結(jié)合體，必將會(huì)引起高度重視。

目前，拉薩市并未開通快速公交（BRT）通道,隨著國家對(duì)西藏的重視與建設(shè)，BRT將不會(huì)遙遠(yuǎn)，屆時(shí)，光伏供電實(shí)時(shí)公交電子站牌也能夠運(yùn)用到快速公交上面，當(dāng)前，拉薩輕軌已經(jīng)在選路線、準(zhǔn)備修建當(dāng)中，如果光伏供電的電子站牌在公交方面應(yīng)用取得進(jìn)展性的成果，那么輕軌上也會(huì)采取應(yīng)用。隨著電子站牌的發(fā)展，將在電子站牌上安裝免費(fèi)WiFi，并提供充電數(shù)據(jù)線接口，以備行人的不時(shí)之需。

七、結(jié)語

隨著信息化和數(shù)據(jù)化時(shí)代的不斷發(fā)展，信息接收尤為重要，光伏供電實(shí)時(shí)公交電子站牌能夠隨時(shí)反映車輛狀況，為出行的市民提供所需的車輛信息，極大提高出行效率，在生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面也起著很大的作用。在推動(dòng)建設(shè)該電子站牌的前提下，仍有一些技術(shù)難題待解決，對(duì)后期的具體應(yīng)用中的不確定性還有待商榷。整體來說，具有較為廣闊的應(yīng)用前景。