太阳能光伏电源系统在通信系统中的应用分析及设计要点.doc

太阳能光伏电源系统在通信系统中的应用分析及设计要点 林培桂 第二设计院 导读：太阳能光伏发电已经成为发展最为迅速的产业之一。目前在电网延伸不到或电网质量不高的地方，利用太阳能光伏发电设备组成的通信电源系统，对解决通信系统的供电发挥着越来越大的作用。通信基站根据不同的建设目的，会有不同的系统设计要求，因此应该在系统设计初期，让设计人员充分了解太阳能光伏电源系统的运行方式和设计要求。本文将从太阳能光伏发电的原理入手，详细介绍通信用太阳能光伏电源系统的系统原理和技术要求，并深入研究通信用太阳能光伏电源系统设计中需要明确和关注的五个方面，即总体设计原则、太阳能极板容量设计、太阳能蓄电池配置、系统控制单元设计和系统保护及防盗安全。 本课题的研究旨在让设计人员了解通信用太阳能光伏电源系统的原理和设计要求，并在实际设计工作中参考本课题的一些设计原则和思路，使设计工作达到网络运行商的要求，并保障设计完成的太阳能光伏电源系统能安全、稳定的运行。 摘要 分析了太阳能光伏电源系统的结构特点和运行原理，在此基础上深入研究通信用太阳能光伏电源系统设计中需要明确和关注的五个方面，提出了设计原则和思路。 关键词 太阳能 光伏发电 电池方阵 蓄电池 控制单元 系统保护 引言 我国是一个拥有丰富的太阳能资源的国家。图1.1为中国太阳能资源分布图。从图中可知：除贵州高原部分地区外，中国的所有地域均为高太阳能资源区域。而目前我国太阳能的开发利用量还不到可开发量的1/1000。 与此同时，随着我国电信事业的迅速发展，通信网络的规模在不断扩大。而目前我国有些偏远地区的基站主要由农电、小水电来支持，甚至有些地区(如某些海岛、戈壁等边远地区)根本没有电力供应。因此对于分布面广，维护工作量大的通信基站来说，太阳能光伏电源系统就成为通信基站供电形式的最佳选择。 图1.1 中国太阳能资源分布图 通信用太阳能光伏电源系统应用 应用前景 随着我国经济建设的持续稳定发展以及通信技术的进步，无论是移动通信、微波、广播和电视转发，还是卫星通信，都各自在全国建立了一定数量的通信基站，分别形成了一个覆盖全国的通信网络。通信质量和服务质量的优劣 ，又在很大程度上取决于其网络覆盖范围的大小。因此，各行业为了更好地服务于大众，提高服务质量，都有计划地扩大其网络的覆盖范围、新建基站，开拓投资项目。电力行业采取了一系列措施，新建、改扩建了用于电力通信的微波中继站、换流站、光纤中继站等基站；石油行业为了满足进口渠道向多元化发展 ，在新建多条石油管线的基础上，兴建了许多石油通信基站、阴极保护站、节点清管站等。通信基站的建设已从最初期的城市内建设向城镇乡村发展，在未来的几年，还将更多地向不发达的西部地区、偏远山区发展。这些地区基础设施条件差、供电质量低，一般采用农电、小水电供电，有些地区甚至根本没有电力供应。此外，由于通信基站分布面广，维护工作量大，且不易到达，为满足这种特殊需要，太阳能光伏发电就成为这些通信基站供电的最佳选择，太阳能光伏发电在通信基站供电领域有着广泛的应用前景。 供电方式选择 通信基站的建设基本包括设备投资(通信设备和供电设备投资)、基础建设投资、工程施工投资等。要保障系统长期可靠地运行，必须要有良好的电源供电保障。对于不同通信基站，其太阳能供电方式大致可归纳为以下几种。 (1)独立太阳能方式：对于完全没有电或供电条件差的站，系统设计安全级别要求一般，宜采用独立太阳能供电方式。独立太阳能供电系统的构成如图2.1所示。 图2.1 独立太阳能供电系统构成示意图 (2)太阳能主用+高频开关电源备用的供电方式：在有市电情况下(包括农电、小水电供电) ，或没有市电而采用油机作为备用电源的基站，系统设计安全级别要求较高或极高，宜采用这种供电方式。太阳能主用+高频开关电源备用的供电系统的构成如图2.2和图2.3所示。 图2.2 太阳能-市电互补供电系统构成示意图 图2.3 太阳能-油机互补供电系统构成示意图 (3)太阳能+风力发电并用方式：对于完全没有电或供电条件差的站，而风力资源比较丰富，系统设计安全级别要求一般，宜采用这种方式。风光互补供电系统的构成如图2.4所示。 图2.4 风光互补供电系统构成示意图 基站通信设备大多数为直流(+12V、+24V、﹣48V或其他特殊电压等级)供电设备，而太阳能光伏电源系统中，太阳能电池方阵板可以提供或通过串联提供满足这些设备电压要求的直流电。如果设备为交流供电，则可通过增加逆变器来满足负载要求，但需要考虑逆变引起能量损耗的影响。出于减少能源损耗以及减少系统部件，提高系统可靠性的考虑，建议在通信设备的选择上，尽可能采用标准电压等级的直流供电设备。下面就对太阳能光伏电源系统基本组成及工作原理进行详细的阐述。 通信用太阳能光伏电源系统的基本组成及工作原理分析