独立光伏发电系统在移动通信基站中的设计与应用

　　摘  要：介绍了太阳能独立光伏发电在移动通信基站中的应用，重点介绍了太阳能独立光伏发电系统的组成、系统设计指导原则、移动通信基站的负载类型、太阳能阵列最佳倾角和蓄电池容量的计算步骤与方法等。

　　关键词：独立光伏发电系统；系统负载；方阵输出电流；最佳倾角；蓄电池容量

　　Independent Photovoltaic Power Generation System in Mobile Communication Base Station Design and Application

　　SU Shou-xun

　　(ZTE Co., Inc. Shenzhen 508057, Guangdong, China)

　　Abstract: This paper introduces the independent solar photovoltaic power generation in mobile communication base station application, emphatically introduces the solar photovoltaic power generation system independent of the composition, design principles, system of mobile communication base station load type, solar array optimum tilt angle and battery capacity calculation steps and methods.

　　Key words: independent photovoltaic power system; load; array output current; optimum tilt angle; the capacity of storage battery

　　中图分类号：TN929.5    文献标识码： A   文章编号： 2095-0802-(2011)11-0095-02

　　0引言

　　当今社会，能源消耗日益增长，石油、煤炭等不可再生资源可开采年限越来越少，对新能源的需求越来越迫切。新能源中，核能的和平利用虽然已经很成熟，但是鉴于前苏联切尔诺贝利、美国三里岛事故、日本福岛核泄漏等事件的严重影响，世界各地反核声浪从未停息，人类对核能这把双刃剑的利用之路走的“步步惊心”。

　　因此从环境保护的观点来看，发展新能源应该以绿色能源为主，目前太阳能在移动通信基站中已有较多的应用，特别是在市电获取困难的偏远地区或海岛地区。

　　光伏系统以供电方式区分大致可分为独立系统、混合系统和并网系统三大类，本文仅讨论应用最广泛的独立光伏系统的设计。

　　1独立光伏发电系统概述

　　1.1 太阳能光伏发电的基本原理

　　某些特定的半导体在太阳光照射下，内会产生自由电荷，这些自由电荷定向移动和积累后会产生一定的电动势，从而可以向外电路提供电流。这种现象被称为光生伏特效应或光伏效应，它是制造太阳能电池的物理基础。

　　1.2 典型通信基站太阳能光伏发电系统组成

　　独立光伏系统是指没有任何辅助电源，光伏发电是唯一电力来源的电源系统。独立光伏系统应用在移动通信基站时的连接示意图如下，直流负载主要是基站设备、传输设备，交流负载主要是交流交换机、基站照明等。

　　2独立光伏发电系统设计步骤

　　2.1 太阳能光伏发电系统的设计原则

　　光伏发电系统的设计原则是通过计算最优的阵列倾角和蓄电池容量，使系统达到高可靠性与经济性的最佳组合。

　　2.2 太阳能光伏发电系统的负载计算

　　需列出通信基站中各种用电负载的耗电功率、工作电压及平均每天使用时数，还要计入系统的辅助设备如控制器、逆变器等的耗电量。选择蓄电池工作电压V，算出负载平均日耗电量QL（Ah/d）。

　　2.3 计算方阵面上太阳辐照量

　　倾斜面上的全年平均太阳辐照量（Kwh/m2）通常采用Klien和Theilacker的计算倾斜面上月平均太阳辐照量的方法，公式如下：

　　其中： 是倾斜面上月平均太阳辐照量与水平面上月平均太阳辐照量的比值；为水平面上月平均散射辐照量；为水平面上月平均总辐照量；β为方阵倾角；ρ是地面反射率。

　　2.4 计算各月发电盈亏量

　　对于某个确定的倾角，计算方阵输出的最小电流和最大电流

　　其中：η1为从方阵到蓄电池回路的输入效率；η2为由蓄电池到负载的放电回路效率。

　　方阵实际工作电流应在Imin和 Imax 之间，可先任意选取一中间值I，则方阵各月发电量为

　　Qg=N·I·Ht·η1·η2

　　其中：N 为当月天数，Ht为该月太阳辐照量

　　各月负载耗电量为：Qc= N·QL，进一步计算出各月发电盈亏量△Q=Qg-Qc

　　如果△Q<0,为亏欠量，表示该月发电量不足，需要由蓄电池提供部分储存的电量。

　　2.5  确定累计亏欠量

　　计算出各月发电盈亏量，如只有一个△Q < 0的连续亏欠期，则累计亏欠量即为该亏欠期内各月亏欠量之和。如有两个或以上的不连续△Q<0的亏欠期，则累计亏欠量∑∣-⊿Qi∣应扣除连续两个亏欠期之间⊿Qi为正的盈余量，最后得出累计亏欠量 ∑∣-⊿Qi∣。

　　2.6决定方阵输出电流

　　将累计亏欠量∑∣-⊿Qi∣代入公式：

　　将 n1与指定的蓄电池维持天数n相比较，若n1>n，则增大电流I，重新计算，反之亦然。直到n1≈n，即得出方阵输出电流Im。

　　2.7 求出方阵最佳倾角

　　改变倾角，重复以上计算，进行比较，得出最小的方阵输出电流Im值，相应的倾角即为方阵最佳倾角βopt。

　　2.8 得出蓄电池及方阵容量

　　这样可以求出蓄电池容量为：

　　光伏方阵容量为

　　P=k·Im·(Vb +Vd )

　　其中：k为安全系数；Vb为蓄电池充电电压；Vd为防反充二极管及线路等压降。

　　3结语

　　移动通信基站是组成移动通信系统的最基本单元，为了保证移动通信信号的连续覆盖，需要根据网络规划的结果进行基站部署。虽然有的时候可对基站位置进行微调，但是总体可调幅度不大，因此在远郊地区或海岛上建站不可避免。这些地方市电引入困难，但是往往有丰富的太阳能资源，因此这些地方的基站适宜采用太阳能发电系统，随着新材料技术的发展，对太阳能的利用效率将会进一步提高，一次建站成本将不断降低，新能源发电系统将有望在更多场景的移动基站中采用，成为市电的有效补充甚至是替代者。

　　（责任编辑：季 鑫）

　　作者简介：苏守训，1982年生，男，广东深圳人，2005年毕业于北京邮电大学信息工程专业，助理工程师。

　　收稿日期：2012-06-09