光伏發電系統在移動通信基站的應用研究

摘要：為了保證太陽能發電與供電的安全性和可靠性，實現對太陽能等清潔能源的最大化利用，本文將光伏發電系統科學地應用到移動通信基站中。首先，介紹光伏發電系統工作原理和結構組成。其次，將“某市區移動通信基站”設置為試點，從安裝方式、并網逆變器、開關電源設置、基站負荷與系統容量設置、基站監控系統配置五個方面入手，完成對光伏發電系統建設方案設計。最后，研究了光伏發電系統在移動通信基站中的經濟效益和社會效益。結果表明，光伏發電系統在移動通信基站中應用表現出較高的經濟可行性，為后期光伏發電系統的推廣和普及提供重要的參考依據。

關鍵詞：光伏發電系統；移動通信；基站

一、引言

隨著人們對傳統化石能源的不斷利用，傳統化石能源變得越來越稀缺，在這樣的背景下，綠色可再生能源應運而生，并得到廣泛應用[1]。近幾年，太陽能光伏發電技術得以快速推廣，通過應用該技術，可以實現對太陽能的最大化利用。在移動通信基站領域中，通過應用太陽能光伏發電系統，不僅可以解決傳統化石能源稀缺的問題，實現對能源消耗結構的優化，還能夠提高光伏發電的可靠性和安全性，促使光伏發電產業健康、可持續發展[2]。所以，在市電斷電情況下，為了滿足移動通信基站用電需求，建設光伏發電系統顯得尤為重要。

二、光伏發電系統概述

（一）系統工作原理

在半導體材料的作用下，對太陽能進行轉換，使其轉換為滿足居民日常生活和工作的電能。該系統工作原理如圖1所示。

從圖1中看出，該系統用到P型半導體和N型半導體，這兩種半導體分別含有空穴、電子兩種載流子，通過運用特殊組裝工藝，將以上兩種半導體結合為統一整體，從而形成PN結，該PN結屬于特殊的薄層。該系統在運行中，一旦太陽能被PN結成功感應和接收時，在太陽光照的作用下，PN結內部快速產生高強度電場，促使電子、空穴發生移動，對于空穴而言，從N區移動到P區；對于電子而言，其運動方向正好相反，從P區移動到N區。當空穴、電子出現移動后，PN結會快速形成一定的電位差，從而產生電流值[3]。

在太陽能電池中，可以將其等效為半導體PN結。不同太陽能電池，所含有的PN結存在一定的差異。在不同的光照強度、光照時間的影響下，太陽能電場輸出的功率存在不同[4]。因此，為了促使不同太陽能電池輸出功率變得更加均衡化、穩定化，需要采用串并連接的方式，將多個太陽能電池片進行連接和組裝，從而組裝成光伏發電系統，然后對該系統進行使用[5]。

（二）系統組成

在光伏發電系統中，包含以下組成部分：

1.太陽能電池

在光伏發電系統中，太陽能電池作為核心組件，主要用于實時收集太陽能資源。為了確保光伏發電系統具有穩定持久電能轉化能力，需要采用串并連接的方式，將多個太陽能電池組裝成太陽能電池方陣。在太陽能電池中，主要用到大量的半導體材料。以是否含有晶硅材料為劃分原則，將太陽能電池劃分為有晶硅材料電池、非晶硅材料電池兩種，其中有晶硅材料電池具有較高的電能轉化效率[6]。

2.蓄電池組

光伏發電系統在運行期間會產生大量的電能，而蓄電池組作為一種重要的儲能裝置，用于實時存儲電能。為了滿足光伏發電系統無人維護需求，降低系統維護成本，配置的蓄電池組必須具有免維護、充電能力高、放電能力高等特點[7]。在光伏發電系統中，配置和應用的蓄電池通常含有閥控密封鉛酸物質。

3.交流逆變器

光伏發電系統在運行中可以借助直流電，將太陽光能直接轉化為人們日常生活和工作所需的電能。而交流逆變器含有升壓、調制等組成部分，可以幫助光伏發電系統將直流電統一轉化為人們生產所需的交流電。以激勵方式為劃分原則，可將交流逆變器劃分為自激式交流逆變器和他激式交流逆變器兩種[8]。

4.光伏控制器

在光伏發電系統中，通過安裝和應用光伏控制器，不僅可以提高蓄電池充電能力、放電能力，還能保護電路，降低電路短路風險。同時，還能實現對太陽能電池的反接保護，為太陽能電池、蓄電池運行創造安全可靠的環境。此外，還能提高系統的輸出功率和運行性能，降低系統運行故障概率。

5.其他設備

光伏發電系統除了含有以上設備，還含有避雷設備、配電系統等設備。光伏發電系統組成結構如圖2所示。

三、光伏發電系統建設方案

（一）移動通信基站站點介紹

本文選取某市區移動通信基站為試點，該基站內通信設備負載功率統一達到2000W，配置的梯次電池為3組，電池容量為100AH。該基站每月太陽能輻照量、氣溫詳表如表1所示。從表1中數據看出，在該基站環境中，地表10m以上月平均氣溫、年平均日照分別為11.9℃、4.32KWh/m2/天。因此，該基站含有豐富的太陽能資源。該基站在管理中，結合光伏上塔管控需求，采用單元組合的方式，完成對“T”形單元鐵塔的搭建，該鐵塔具有易拆分、易拓展等特點，相關人員在應用單元鐵塔時，可以結合工作需求，靈活控制鐵塔的高度和承載力。同時，還可以結合應用情況，對廣告板數量進行添加或者刪除，從而達到循環利用構件的目的。另外，“T”形單元組合方式的選用，也可以為相關人員安裝和布局太陽能板提供便利，此外，還能夠平衡上部塔身基礎受力。

（二）光伏發電系統建設方案

光伏發電系統建設方案在設計時，需要在降低基站設備功耗基礎上，結合塔身承重能力，對單晶組件進行安裝，單晶組件功率和安裝數量分別為330W、12塊，此時，該系統總功率達到3.96kW。

1.安裝方式

在單元鐵塔中，技術人員選用了“T”形單元組合方式，快速排布和安裝太陽能板，并運用分層式，以3×2陣列，對光伏組件進行有序排列。此外，將光伏板層間距統一設置為6m，從而完成對一體化光伏發電系統的安裝和部署，光伏建筑無需單獨占地，節省光伏安裝成本，實現對光伏發電效率最大化。北方地區容易出現暴風、雨雪天氣，當太陽能板附著大量灰塵、積雪后，會導致發電效率不斷降低。因此，光伏發電系統建設施工時，為了保證太陽能板安裝的科學性，需要將太陽能板傾角控制在45°以上，避免因附著大量灰塵、積雪而降低發電效率。為了保證該系統運行安全，除了需要計算支架的重力荷載、雪荷載外，還計算了風推力，確保該系統安全系數滿足相關標準值要求，從而降低該系統運行安全風險。

2.并網逆變器光伏發電系統應用

在并網逆變器參數中，無論是最大輸入電流還是功率，均控制在額定輸入值的100%以下。結合電壓輸入情況，保證并網逆變器自動打開、自動關閉功能實現效果。并網逆變器具有強大的防孤島效應功能，運用該功能，可以對孤島運行的光伏發電系統進行并網自動解除，提高該系統運行的安全性和可靠性。

3.開關電源設置

在光伏發電系統中，技術人員可以運用該系統的光伏發電整流模塊輸入功能，對交流電壓、直流電壓進入自動輸入。通常情況下，交流電壓輸入值控制為22V；直流電壓輸入值控制為190V～390V。對于光伏發電整流模塊而言，其輸出電壓通常設置在57～57.5V之間。同時，安裝和部署直流電子計量表，設計和實現定時監控模塊，并借助該監控模塊，將相關數據安全發送和傳輸至監控中心。

4.基站負荷與系統容量設置

在移動通信基站中，為了更好地建設光伏發電系統，需要科學控制基站負荷與系統容量。為了保證基站直流負荷值設計滿足標準和要求，需要將傳輸設備、監控設備等通信設備的負荷值統一設置為2783W。在移動通信基站中，主要配置了2組500AH、50V型號的蓄電池，因此在安裝和建設光伏發電系統時，需將系統容量統一設置為1690W，為移動通信基站運行提供源源不斷的電能支持。在未出現市電停電的情況下，光伏發電系統提供60%電能，市電系統提供了40%電能。蓄電池在進行充放電時，技術人員可嚴格按照30%～90%容量核算蓄電池充放電能力。同時，為實現對系統容量的科學配置，需以6天為計算周期，核算蓄電池需要額外補充的電容量。當蓄電池容量不足時，需要采用充電模式，同時使用市電系統和光伏發電系統。蓄電池經長時間放電后，如果容量過低，該系統會自動啟用報警功能，并切斷不必要的設備電源，防止因用電設備啟用過多而損壞系統電源性能。當蓄電池容量達標，且光伏發電系統輸出電量后，才能啟用不必要的用電設備。

5.基站監控系統配置

當光伏發電系統引入到移動通信基站后，還要為該基站配置相應的監控系統，從而達到實時監控和維護光伏發電系統運行性能的目的。當光伏發電系統引入后，會增加移動通信基站的維護難度，通過配置監控系統，可以實時監控和維護發電系統控制器，同時，還能智能檢測光伏信息，確保相關技術人員掌握光伏發電系統的運行情況，為后期系統維護提供重要的參考依據。

四、光伏發電系統在移動通信基站中的應用效益分析

（一）經濟效益分析

某市區移動通信基站成功引入光伏發電系統，該系統經26天運行后，總發電量經計算達到了139.7KWh。假設日照時間、光伏板環境因素、日發電量分別為8h、0.9、12.1KWh，在6.9h日照時長下，該系統可以實現3800KWh電量節約，共節約3400元的電費。因此，本文系統應用具有較高的經濟效益。

（二）社會效益分析

蓄電池在運行期間，如果以50%容量比例進行深度放電，可以在市電停電的情況下，為居民提供長達9.4h的太陽能供電。這樣一來，不僅可以降低車輛交通費用，還能夠降低電池放電次數，避免因電池放電次數過多而縮短電池使用壽命。另外，對于市電而言，平均每節約1度電量，可以節約0.4kg煤炭資源。同時，還能夠避免向生態環境中排放大量的CO2、粉塵等污染物，實現對生態環境的保護，為促使電力行業發展帶來較高的社會效益。

五、結束語

綜上所述，通過將光伏發電系統科學地應用到移動通信基站中，不僅可以實現對電量的有效節約，還能降低電費成本和系統維護成本，幫助移動通信基站獲得較高的經濟效益和社會效益。因此，光伏發電系統在移動通信基站應用中，具有較高經濟可行性和技術可行性，符合應用需求。

作者單位：肖禎 蘇州高等職業技術學校

參考文獻

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