太陽能電池在偏遠基站的應用

唐士洲，邢 鋒

（江蘇省郵電規劃設計院有限責任公司，江蘇 南京210006）

0 引 言

隨著移動通信業的發展，加強海域覆蓋和偏遠山區的覆蓋對各通信運營商已經越來越重要。但這些地方通常沒有市電供應或市電供應十分困難，如何保障這些基站的用電是一個很大的挑戰。中國移動廣州公司在廣州市從化京珠高速建設了太陽能供電系統的試點基站，其供電系統能源供給基本來自太陽能。而太陽能為綠色能源，不會產生任何污染，符合國家節能減排環保政策。除設備一次性投資費用及意外維護費用外，不需花費額外費用。

1 項目背景

京珠格塘基站地處廣東省廣州市京珠高速從化段，京珠高速是重要南北通道。為加強區域覆蓋、滿足廣大過往車輛用戶的通話需求，2011年10月，廣州移動公司提出了興建京珠格塘基站的計劃。然而該基站遠離村莊，沒有市電供應，故基站通信設備的用電保障成為一個難題。

2012年4月，中國移動通信集團廣州公司決定為京珠格塘基站建設獨立的太陽能供電系統，如圖1。基站設備采用愛立信RBS6601設備4／4個載頻，傳輸采用光纖方式，包括通風系統及監控在內總負荷1 292 W，設備供電為直流－48 V。基站的動力保障系統由太陽能方陣、太陽控制器、2組－48 V1 000 Ah的雙登膠體蓄電池、1臺8 k W柴油發電機組、1架滿架容量為600 A／48 V開關電源、1套20 W的直流供電的節能通風系統及基站環境動力監控系統組成。基站設備平時由太陽能供電，在連續陰天時由油機啟動為基站設備提供用電。

圖1 太陽能方陣圖

2 基站供電解決方案及原理

太陽能是可再生能源的一種，通過光電轉換裝置把太陽輻射能轉換成電能并加以利用。而光電轉換裝置通常是利用半導體器件的光伏效應原理進行光電轉換的，因此稱為太陽能光伏供電技術。通信站點目前常用的太陽能發電方式有以下兩種：

（1）獨立運行的光伏發電系統，系統框圖如圖2。

圖2 獨立運行發電系統框圖

（2）混合型光伏發電系統，即在系統中增加了一路備用電源（如發電機組或市電等），系統框圖如圖3。

圖3 混合型光伏發電系統

太陽能發電系統主要由以下四部分組成：

（1）太陽能電池陣列即太陽能電池板：這是太陽能光伏發電系統中的最核心部分，它的主要作用就是將太陽能光子轉化為電能，從而推動負載工作。太陽能電池分為單晶硅太陽電池、多晶硅太陽電池、非晶硅太陽能電池。由于單晶硅電池比其他兩類堅固耐用、使用壽命長（一般可達25年）、光電轉換效率高等，使它成為最常用的電池。

（2）太陽能充放電控制器：它的主要工作就是控制整個系統的狀態，同時對蓄電池的過充電、過放電起到保護作用。在溫度特別低的地方，它還具有溫度補償功能。

（3）太陽能深循環蓄電池組：它主要儲存由太陽能電池板轉化過來的電能，一般為閥控密封鉛酸蓄電池，低溫地區則需要使用太陽能膠體蓄電池，可以多次循環使用。

（4）逆變器：在全程監控系統中，有的設備需要提供220 V、110 V的交流電源，而太陽能的直接輸出一般為12 V／DC、24 V／DC、48 V／DC，所以為了能給220 V／AC、110 V／AC的設備提供電源，系統中就必須增加直流／交流逆變器，將太陽能光伏發電系統中產生的直流電能轉化為交流電能。

從技術上分析，采用太陽能光伏供電系統作為解決偏遠局站市電供應情況差的有效手段，能實現滿足設備供電需要的最終目的。

本次京珠格塘基站采用混合型光伏發電方式，供電方案如圖4。

整個供電系統主要由太陽能電池板、太陽能系統控制器、蓄電池組、開關電源、備用油機及油機接口箱組成。其中太陽能控制器與蓄電池組在開關電源架內直流配電屏輸入電池熔絲處并接在一起。下面將介紹各種情況下基站內設備供電解決方案。

圖4 京珠格塘基站太陽能供電方案系統圖

2.1 晴天或多云的白天情況下基站供電解決方案

此時，基站內設備由太陽能電池方陣供電，為了避免電池過充電及對通信設備的影響，太陽能控制器控制輸出電壓不高于57 V（電壓變換方式和太陽能電池方陣切離方式），太陽能方陣向負載供電并向電池組充電，如圖5。

圖5 晴天或多云的白天太陽能方陣供電方案路由圖

2.2 太陽能方陣無輸出、移動油機供電方案

當長期陰雨天或者天氣不佳時，基站由室外的油機供電，油機向開關電源供電，開關電源對蓄電池組充電，同時通過太陽能控制器對負載供電，如圖6。

2.3 夜間蓄電池組供電方案

在夜晚，蓄電池組通過太陽能控制器給負載供電，考慮到白天也是陰雨天的情況下，可適當增大蓄電池組容量，供電路由如圖7。

3 基站光伏發電裝置使用維護注意事項

3.1 對蓄電池組維護要求

圖6 太陽能方陣無輸出、移動油機供電方案路由圖

圖7 蓄電池組供電方案路由圖

（1）當連續陰雨天氣，蓄電池放出電量較大時，不管蓄電池組是否到達放電終止電壓，都應及時用移動油機對蓄電池組進行補充充電，提高電池使用壽命。

（2）光伏發電供電系統中，蓄電池組不是完全的浮充運行方式，蓄電池壽命及容量較－48 V直流電源系統或UPS系統中差。在連續陰雨天季節來臨前需對蓄電池組進行容量試驗，以保證蓄電池組安全可靠。

3.2 對太陽電池方陣的檢查、調整、除塵和維護使用要求

（1）太陽電池方陣至太陽能供電組合電源的電力電纜有部分處于室外，需定期檢查電纜是否老化。

（2）為更好發揮太陽電池效力，可根據一年中季節的變化，調整太陽電池方陣平面傾斜角。

（3）應保持太陽電池方陣表面清潔，否則會影響太陽電池方陣的發電量。如有積塵，應先用清水沖洗，然后用潔凈紗布將水跡擦干。切勿用硬物或腐蝕性溶劑清洗。

（4）太陽電池方陣與蓄電池組組合使用時，方陣輸出端應串聯防逆流二極管，二極管正極和方陣輸出正極相連。

（5）遇有異常天氣情況，應加強對太陽電池方陣防護措施，以免損壞。事后進行檢查，對損壞部分進行及時檢修。

4 結 論

隨著移動通信用戶數日益增加，網絡覆蓋范圍的不斷延伸，各種偏遠移動通信站的供電形勢越發嚴峻。太陽能供電系統供電可靠、一次建成后后期維護工作較少，能量基本來源于太陽能，無污染，長期來看投資相對較少，符合國家節能、減排政策，利國、利民、利公司。在沒有市電供應的海島移動通信站及各種偏遠基站，太陽能供電系統是一種很好的供電方式。隨著光伏技術的不斷進步，太陽能系統光電轉換效率的不斷提高，太陽能系統的價格也越來越低，太陽能供電系統在通信行業的應用將越來越多，太陽能供電系統也將為中國通信業的發展做出巨大的貢獻。

［1］ 侯振義，夏 崢.通信電源站原理及設計［M］.北京：人民郵電出版社，2002.

［2］ 李安定.太陽能光伏發電系統工程［M］.北京：北京工業大學出版社，2001.

［3］ 施重芳，段玉平，耿文學.新型電源—太陽能電源［M］.北京：中國廣播電視出版社出版，2006.

［4］ YD／T 5040－2005.通信電源設備安裝設計規范［S］.通信行業標準，2005.