摘  要：介紹了太陽能獨立光伏發電在移動通信基站中的應用，重點介紹了太陽能獨立光伏發電系統的組成、系統設計指導原則、移動通信基站的負載類型、太陽能陣列最佳傾角和蓄電池容量的計算步驟與方法等。

　　關鍵詞：獨立光伏發電系統；系統負載；方陣輸出電流；最佳傾角；蓄電池容量

　　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

　　中圖分類號：TN929.5    文獻標識碼： A   文章編號： 2095-0802-(2011)11-0095-02

　　0引言

　　當今社會，能源消耗日益增長，石油、煤炭等不可再生資源可開采年限越來越少，對新能源的需求越來越迫切。新能源中，核能的和平利用雖然已經很成熟，但是鑒于前蘇聯切爾諾貝利、美國三里島事故、日本福島核泄漏等事件的嚴重影響，世界各地反核聲浪從未停息，人類對核能這把雙刃劍的利用之路走的“步步驚心”。

　　因此從環境保護的觀點來看，發展新能源應該以綠色能源為主，目前太陽能在移動通信基站中已有較多的應用，特別是在市電獲取困難的偏遠地區或海島地區。

　　光伏系統以供電方式區分大致可分為獨立系統、混合系統和并網系統三大類，本文僅討論應用最廣泛的獨立光伏系統的設計。

　　1獨立光伏發電系統概述

　　1.1 太陽能光伏發電的基本原理

　　某些特定的半導體在太陽光照射下，內會產生自由電荷，這些自由電荷定向移動和積累后會產生一定的電動勢，從而可以向外電路提供電流。這種現象被稱為光生伏特效應或光伏效應，它是制造太陽能電池的物理基礎。

　　1.2 典型通信基站太陽能光伏發電系統組成

　　獨立光伏系統是指沒有任何輔助電源，光伏發電是唯一電力來源的電源系統。獨立光伏系統應用在移動通信基站時的連接示意圖如下，直流負載主要是基站設備、傳輸設備，交流負載主要是交流交換機、基站照明等。

　　2獨立光伏發電系統設計步驟

　　2.1 太陽能光伏發電系統的設計原則

　　光伏發電系統的設計原則是通過計算最優的陣列傾角和蓄電池容量，使系統達到高可靠性與經濟性的最佳組合。

　　2.2 太陽能光伏發電系統的負載計算

　　需列出通信基站中各種用電負載的耗電功率、工作電壓及平均每天使用時數，還要計入系統的輔助設備如控制器、逆變器等的耗電量。選擇蓄電池工作電壓V，算出負載平均日耗電量QL（Ah/d）。

　　2.3 計算方陣面上太陽輻照量

　　傾斜面上的全年平均太陽輻照量（Kwh/m2）通常采用Klien和Theilacker的計算傾斜面上月平均太陽輻照量的方法，公式如下：

　　其中： 是傾斜面上月平均太陽輻照量與水平面上月平均太陽輻照量的比值；為水平面上月平均散射輻照量；為水平面上月平均總輻照量；β為方陣傾角；ρ是地面反射率。

　　2.4 計算各月發電盈虧量

　　對于某個確定的傾角，計算方陣輸出的最小電流和最大電流

　　其中：η1為從方陣到蓄電池回路的輸入效率；η2為由蓄電池到負載的放電回路效率。

　　方陣實際工作電流應在Imin和 Imax 之間，可先任意選取一中間值I，則方陣各月發電量為

　　Qg=N·I·Ht·η1·η2

　　其中：N 為當月天數，Ht為該月太陽輻照量

　　各月負載耗電量為：Qc= N·QL，進一步計算出各月發電盈虧量△Q=Qg-Qc

　　如果△Q<0,為虧欠量，表示該月發電量不足，需要由蓄電池提供部分儲存的電量。

　　2.5  確定累計虧欠量

　　計算出各月發電盈虧量，如只有一個△Q < 0的連續虧欠期，則累計虧欠量即為該虧欠期內各月虧欠量之和。如有兩個或以上的不連續△Q<0的虧欠期，則累計虧欠量∑∣-⊿Qi∣應扣除連續兩個虧欠期之間⊿Qi為正的盈余量，最后得出累計虧欠量 ∑∣-⊿Qi∣。

　　2.6決定方陣輸出電流

　　將累計虧欠量∑∣-⊿Qi∣代入公式：

　　將 n1與指定的蓄電池維持天數n相比較，若n1>n，則增大電流I，重新計算，反之亦然。直到n1≈n，即得出方陣輸出電流Im。

　　2.7 求出方陣最佳傾角

　　改變傾角，重復以上計算，進行比較，得出最小的方陣輸出電流Im值，相應的傾角即為方陣最佳傾角βopt。

　　2.8 得出蓄電池及方陣容量

　　這樣可以求出蓄電池容量為：

　　光伏方陣容量為

　　P=k·Im·(Vb +Vd )

　　其中：k為安全系數；Vb為蓄電池充電電壓；Vd為防反充二極管及線路等壓降。

　　3結語

　　移動通信基站是組成移動通信系統的最基本單元，為了保證移動通信信號的連續覆蓋，需要根據網絡規劃的結果進行基站部署。雖然有的時候可對基站位置進行微調，但是總體可調幅度不大，因此在遠郊地區或海島上建站不可避免。這些地方市電引入困難，但是往往有豐富的太陽能資源，因此這些地方的基站適宜采用太陽能發電系統，隨著新材料技術的發展，對太陽能的利用效率將會進一步提高，一次建站成本將不斷降低，新能源發電系統將有望在更多場景的移動基站中采用，成為市電的有效補充甚至是替代者。

　　（責任編輯：季 鑫）

　　作者簡介：蘇守訓，1982年生，男，廣東深圳人，2005年畢業于北京郵電大學信息工程專業，助理工程師。

　　收稿日期：2012-06-09