通信基站多家共享下的光伏發(fā)電應(yīng)用研究

李祥中

（中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

通信基站供電系統(tǒng)一般采用由市電和備用發(fā)電機(jī)組成的集中供電方式，存在能源消耗大、運(yùn)行方式落后等缺點(diǎn)。處于偏遠(yuǎn)地區(qū)的通信基站，主要由農(nóng)電、小水電支持，甚至某些地區(qū)（如某些海島、戈壁等）根本沒有電力供應(yīng)[1]。因此，對于分布面廣、維護(hù)工作量大的通信基站來說，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是最佳的供電形式。

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝方便，無需敷設(shè)電纜，可克服道路或地形限制，并在基站選址上降低了市電引入條件的影響。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)具有安裝時間短、拆裝方便、無電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。

1 光電系統(tǒng)介紹及容量設(shè)計

1.1 光電系統(tǒng)介紹

光電系統(tǒng)由太陽能發(fā)電設(shè)備、太陽能控制器、蓄電池及直流屏組成，可通過光電板將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，經(jīng)過控制器對蓄電池充電，并通過逆變器對交流用電負(fù)荷供電，或通過直流屏對直流用電負(fù)荷供電。光電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行維護(hù)成本低，供電可靠性高，缺點(diǎn)是系統(tǒng)造價偏高[2]。一般情況下，白天由太陽能電池供電系統(tǒng)對蓄電池、負(fù)載供電；晚上無光時，蓄電池負(fù)責(zé)供電。

1.2 計算光電系統(tǒng)的容量

光電系統(tǒng)容量的計算包括負(fù)載用電量、太陽能電池數(shù)量和蓄電池容量等。

配置蓄電池容量的基本公式為：

（自給天數(shù)×負(fù)載每天用電量）/最大放電深度=蓄電池容量 （1）

其中，自給天數(shù)是指沒有太陽情況下可以保證正常工作的天數(shù)，一般用當(dāng)?shù)剡B續(xù)陰雨天數(shù)的最大值作為自給天數(shù)；最大放電深度是指超過蓄電池允許的放電容量后，蓄電池將不能正常工作，一般為一個定值。

設(shè)計光伏組件方陣的基本公式為：

考慮到修正，一般可將太陽能電池輸出減少10%和將負(fù)載增加10%。

1.3 平均光照

因?yàn)?1 MJ=106J、1 kW·h=3.6×106J，所以 1 MJ=0.28 kW·h。按《某省太陽輻射分布特征及氣象要素關(guān)系分析》2000年-2014年近15年觀測數(shù)據(jù)，某地市總輻射春季為1 074.05 MJ/m2，夏季為1 512.99 MJ/m2，秋季為1 239.70 MJ/m2，冬季為705.48 MJ/m2。取最小值冬季92 d為705.48 MJ/m2，最小平均光照為705.48×0.28÷92=2.15 （kW·h）/（m2·d-1）。

若系統(tǒng)配置能滿足最差月份的負(fù)載用電需求，即可滿足全年的負(fù)載用電需求，平均光照取定為2.15 （kW·h）/（m2·d-1）。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 負(fù)載日用電量

新建站，1家1制式，室內(nèi)站總功耗1 230 W；2家各1制式，室內(nèi)站總功耗2 130 W；3家各1制式，室內(nèi)站總功耗3 030 W。以上三種，均24 h不間斷工作。

按1家1制式，室內(nèi)站負(fù)載日用電量=1.23 kW×24 h=29.52 kW·h。

2.2 蓄電池選擇

通信基站常見為DC 48 V，后備電池采用每節(jié)2 V的免維護(hù)鉛酸電池，24節(jié)串聯(lián)為一組。假定放電深度為70%，無光時需保障2 d用電量：后備蓄電池總?cè)萘?（2×29.52÷70%）/48=1 757 Ah。如果采用2 V/1 000 Ah的蓄電池，并聯(lián)蓄電池的組數(shù)=1 757 Ah/1 000 Ah=1.57，向上取整為2組。蓄電池實(shí)際個數(shù)=串聯(lián)節(jié)數(shù)×并聯(lián)組數(shù)=24節(jié)/組×2組=48節(jié)。

2.3 太陽能供電系統(tǒng)日發(fā)電量

為滿足無后備電源保障型通信基站供電可靠性和合理控制建設(shè)成本的要求，推薦日發(fā)電量至少為1.2倍的日用電量。其中，1倍電能用于通信負(fù)載供電，剩余電能向蓄電池組充電。新能源供電系統(tǒng)日總發(fā)電量為29.52 kW·h×1.2=35.42 kW·h。

2.4 供電系統(tǒng)設(shè)備清單和造價

太陽能電池板共72片，按8片/組，分為9組，占地103.68 m2，橫向總長14.4 m，縱向總長7.2 m。

3 多家共享情況

采用太陽能供電系統(tǒng)的基站機(jī)房，通過自然通風(fēng)調(diào)節(jié)溫度；建成地下、半地下式的基站機(jī)房，通過地?zé)岷洼o助設(shè)備調(diào)節(jié)機(jī)房溫度，保證基站設(shè)備和蓄電池組的正常工作。

本次按1家1制式、2家各1制式、3家各1制式的需求總功耗，分別計算各種情況下蓄電池選定容量、太陽能系統(tǒng)日發(fā)電量、太陽能系統(tǒng)設(shè)備造價和占地面積等，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，單系統(tǒng)1 230 W的功耗需求需配置-48 V/1 000 Ah的蓄電池2組，太陽能系統(tǒng)設(shè)備造價29.27萬，占地面積在100 m2以上；2套系統(tǒng)的總功耗在2 130 W以上，太陽能系統(tǒng)設(shè)備造價和占地面積都會成倍上升。

表2為太陽能系統(tǒng)的造價和10年、20年節(jié)省電費(fèi)的比對結(jié)果。

表1 多家共享下光伏發(fā)電系統(tǒng)計算結(jié)果

表2 光伏發(fā)電系統(tǒng)造價和節(jié)省電費(fèi)比對結(jié)果

由表2可知，按20年計算節(jié)省的電費(fèi)，從太陽能系統(tǒng)造價中扣除節(jié)省的電費(fèi)，即單家需要的引電成本相當(dāng)于10.95萬元，2家需求的引電成本相當(dāng)于17.29萬元，3家需求的引電成本相當(dāng)于21萬元。單家需求的太陽能引電成本在扣除20年節(jié)省電費(fèi)后，略接近于公變引電。

4 結(jié) 論

由對比計算結(jié)果可知：采用配備大容量儲能蓄電池的太陽能供電系統(tǒng)，同項配套成本都超出標(biāo)準(zhǔn)的配套造價；同等條件下，太陽能供電系統(tǒng)的毛利率比公變引電系統(tǒng)的毛利率低12%～19%；采用太陽能供電系統(tǒng)的2家需求、3家需求的總造價均超出標(biāo)準(zhǔn)造價，但毛利率可保持在30%以上。

通信基站多家共享下的應(yīng)用場景：市電無法接入；市電接入成本高；市電頻繁停電。對市電停電頻繁的基站采用光伏系統(tǒng)和市電供電互補(bǔ)型方案，可減少因停電造成蓄電池的放電深度，延長電池壽命，同時利用了節(jié)能環(huán)保的新能源。