通信基站光伏系統投資的可行性研究

摘要：在全面推進節能降碳的今天，積極開發使用新能源技術，并將其應用到通信基站上，可以有效節省基站運營的開支。該文對通信基站太陽能供電系統進行了介紹，并就基站光伏發電系統經濟性指標進行了探討。光伏發電系統的經濟效益與光照條件、市電價格、消納情況、建設運維成本等因素密切相關，在基站光伏建設進程中應綜合考慮相關因素。

關鍵詞：通信基站；光伏發電系統；投資；可行性

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.05.052

中圖分類號：TM 615；TN 929.53" " " " " 文獻標志碼：A" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2024）05-0-03

Feasibility Study on Investment in Photovoltaic Systems for Communication Base Stations

LI Guoqiang， ZHAO Hao， REN Chuanyang， SUN Guangqun

（China Mobile Communications Group Shandong Co.， Ltd.， Ji’nan 250001， China）

Abstract： In today's comprehensive promotion of energy conservation and carbon reduction， actively developing and using new energy technologies and applying them to communication base stations will effectively save the operating expenses of base stations. The article introduces the solar power supply system of communication base stations and explores the photovoltaic power generation system of base stations.

Keywords： communication base station; photovoltaic power generation system; investment; feasibility

1" "研究背景

中國移動發布的《C2三能——中國移動碳達峰碳中和行動計劃白皮書》提出，到“十四五”期末，單位電信業務總量綜合能耗和單位電信業務總量碳排放下降率均應不低于20%的目標。隨著5G技術的不斷發展，通信基站基礎設施建設的密度將越來越高，而通信設施的高能耗和整個通信行業綠色能源使用率低的問題將日益凸顯[1]。如果不積極開發和使用新能源技術，將導致能源消耗的快速增長和能源成本的快速增加，從而進一步增加基站運營的開支。

2" "通信基站太陽能供電系統

2.1 并網型交流光伏供電系統

通信基站主要用電設備為直流供電ICT設備及交流供電空調設備，本系統針對通信基站機房綜合用電降耗設計，并網型交流光伏供電系統的建設模式為當下中國光伏建設選擇最多的方式，依托于電網，具有技術成熟、運行可靠性高等特點。

對于有市電引入且可辦理并網手續的基站，可采用并網型交流光伏供電系統。光伏組件經陽光照射后產生直流電，逆變器將直流電逆變為符合電網要求的交流電（單相或三相），通過并網箱并入市電系統。由于光伏所發電力電壓較市電電壓略高，因此光伏所發電力可以實現優先供基站機房交流負載使用（直流負載通過開關電源系統間接使用光伏電力），電量不足部分由市電補充，電量多余部分可上網售電。

2.2 離網型直流疊光供電系統

隨著環境溫度的變化，通信基站內空調系統用電差異較大，而基站內直流負載用電量則呈現全年相對穩定的狀態[2]。本系統依托較為穩定的直流設備負荷，配置相對應的光伏發電系統，可使光伏發電系統達到消納最大化，減少棄光損失。同時，與并網型交流光伏供電系統相比，安裝離網型直流疊光供電系統不需要向供電部門申請并網手續，建設更為簡單。

對于有市電引入但因產權資料等不齊全導致無法辦理并網手續的基站，可采用離網型直流疊光供電系統。光伏控制器將光伏組件發出的直流電穩壓輸出為符合ICT設備要求的直流電，控制器輸出端并聯接入基站原有開關電源母排[3]。由于光伏控制器輸出電力電壓較開關電源輸出電壓略高，因此光伏所發電力可以實現優先供基站機房直流負載使用，電量不足部分由市電通過開關電源整流后補充。

3" "示范基站光伏發電系統

3.1 發電系統方案選擇

在實際建設過程中發現并網型交流光伏供電系統存在以下建設難點。

（1）大部分基站產權手續不齊全，導致光伏備案及并網困難。

（2）基站點位分散，站點零星分布在山東全省百余個縣、縣級市和市轄區，各區縣備案及并網政策不一致，進一步導致光伏備案及并網困難。

（3）基站屋面可用面積小，可利用面積所建光伏基本只可滿足基站直流負載使用。

（4）光伏組件發出的直流電經過逆變器逆變為交流電后，需再次經過開關電源整流方可供直流負載使用，能源利用效率低。

（5）逆變器自帶防孤島功能，當市電停電后，光伏系統不能繼續發電，浪費光照資源，影響發電收益，且不能起到延長蓄電池備電時長的作用。

綜合考慮上述因素，在后續的基站光伏建設推進中，優先考慮采用離網型直流疊光供電系統[4-5]。

3.2 發電系統配置方案

以山東濰坊移動某基站為例，經現場勘查，基站屋面四周無遮擋，屋面可利用尺寸為5 m×6 m，開關電源直流輸出電壓約為53.50 V，直流輸出電流約為68 A，直流負載約為3.64 kW。經過專業軟件建模分析，預留四周檢修運維通道后，基站屋面可安裝8片550 Wp光伏組件，裝機容量為4.40 kWp，考慮到光伏系統效率80%，最大可支撐3.52 kW直流負載使用，光照充足情況下，基本滿足基站內直流負載供電。示范基站采用離網型直流疊光供電系統，主要使用以下設備及材料。

（1）光伏組件。共使用8片550 Wp單晶硅光伏組件，組件尺寸為1 134 mm×2 278×35 mm。

（2）光伏支架。使用Q235B熱鍍鋅材質，采用屋面混凝土預制塊安裝形式，傾角朝南30°布置。

（3）光伏控制器。選用MPPT光伏控制器，最大功率點跟蹤精度＞99.5%，光伏控制器集成MPPT光伏控制模塊、監控模塊、防雷模塊、無線傳輸模塊、計量電表等部分。

（4）電纜。光伏輸入電纜采用PV1-F-4 mm2光伏專用電纜，導體材質為鍍錫銅絞線；光伏輸出電纜采用ZA-RVV-0.6/1 kV-25 mm2，導體材質為銅線。

3.3 發電系統運行情況

示范基站的光伏發電系統于2023年8月4日正式運行，投運當天，技術人員進行了逐時電流值的測量，可以看出，隨著光伏系統的發電輸出電流增加，基站內原有開關電源的輸出電流明顯下降。截至2023年12月31日，試點基站光伏系統共發電2 230 kW·h，相當于減少二氧化碳排放2 200 kg，取得了良好的社會和經濟效益。

3.4 經濟指標測算

根據國家標準《GB 50797-2012光伏發電站設計規范》中的發電量計算公式為：

（1）

式中，為光伏系統總發電量/kW·h；為水平面太陽能總輻照量/kW·h/m2；為光伏電站裝機總容量/kW；為標準條件下的輻照度（常數=1 kW/m2）；為系統修正系數（本文取80%）。

基于示范基站光伏系統配置和當地光照條件，本文對上述示范基站光伏發電系統進行了經濟性分析，所采用的各項參數如下。

①最佳斜面總輻射量：1 561 kW·h/m2（濰坊）。

②裝機容量：4.4 kWp。

③組件功率衰減：首年衰減2%，后續每年衰減增加0.55%。

④示范站原始市電電價：0.62元/kW·h。

⑤系統修正系數：80%。

⑥光伏電站工程造價：4.5元/Wp（參照行業水平）。

⑦維護費用：首年0.1元/Wp，后續每年增加1%。

⑧年資金利息：0.5%。

基于上述參數，本次示范基站光伏發電系統的全生命周期經濟指標見表1。

由上述測算可知，示范基站的投資回收期約為8.2年，全生命周期收益為42 308元，IRR（內部收益率）為11.47%，基站光伏項目投資收益可觀。

4" "山東省基站光伏經濟指標測算

在光伏發電系統參數配置及建設運維單價一致的情況下，各地區由于光照條件差異，經濟指標存在顯著差別。就山東地區而言，臨沂、德州等10個地市經濟指標優于全省指標平均值，煙臺光照條件最好，其經濟指標最佳。

同時，市電電價對基站光伏經濟指標影響較大，當電價從0.62元/kW·h提升至0.70元/kW·h時，基站光伏投資效益顯著提升。

5" "結束語

在黨和國家政策的積極引導下，光伏發電行業取得了高速發展，光伏電站整體建設及運維成本相較往年有大幅下降。作為用電能耗大戶的通信行業，響應國家號召，實現“雙碳”目標，將是中國移動的必然選擇，優化能源結構，發展基站光伏必將成為中國移動節能降耗的重要舉措。

參考文獻

[1] 閆富平．一種獨立光伏發電系統的設計與仿真研究[J]．中國新技術新產品，2022（24）：20-22．

[2] 田世芳．光伏發電的發展應用[J]．農村電工，2022，30（07）：30-31．

[3] 郭文豪．混合光伏的5G基站多源微電網系統方案研究[D]．南寧：廣西大學，2022．

[4] 李華偉．鐵塔基站微電網系統設計[J]．光源與照明，2021（11）：126-128．

[5] 王詩雅，王慶瑋，柴少鋒，等．太陽能光伏供電系統在通信端局的應用研究[J]．郵電設計技術，2021（10）：83-87．