通信基站光伏供电设计

通信基站光伏供电设计

二○一八年十月三十日

I

摘要

本文介绍了通信基站光伏供电系统设计，其中包含了太阳能电源的配置、风光互补的配置等，在工程设计中，可因地制宜，选择适合当地站址的接入方式，降低工程造价，加快施工进度。

关键词：太阳能； 风光互补；设计

前序

在通信工程建设中，通信基站的供电方式选择，成为工程建设进度及设备投运后稳定运行的核心问题。

通信电源建设方案的确定，取决于设备安装地点的供电情况及设备的供电要求，因此要求电源查勘人员具备现场确定供电方案的能力。在通信工程中，电源设备需最先加电，因此，电源工程的设计、施工时间非常紧凑，成为整个通信工程进度的关键因素。

一、太阳能供电系统的配置原则

（一）配置步骤

查阅当地气象资料，确定每日有效日照时长，确定系统最大持续供电时间和补充蓄电池的最大充电时间；

按照太阳能供电计算公式，确定太阳能电池容量，选择合适的太阳能设备，确定太阳能电池安装模式。

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（二）有效日照时长

太阳能有效日照时长：即太阳能组件在标准测试条件下的发电量峰瓦值，如果太阳有效日照时长按每天4.5小时计算，相当于每天10：30～15：00为当地有效日照时间，则意味着太阳能组件每天能够提供4.5小时峰瓦值的发电量。但气象意义上的日照时长并非太阳能供电设计时所考虑的每平米的阳光能量，而是以阴影是否阻挡光线为衡量标准，因此，计算太阳能有效日照时长应以气象日照时长减去3～4 小时为宜。

（三）太阳能电池功率计算

S=J U（IT+24NI）/NHρ 公式（6.1）

式中：

S—太阳能电池功率；

J—气候指数（根据当地气候而定，一般在1～1.45之间）；

U—系统输出电压；

I—负载电流；

T—蓄电池持续供电时间；

N—要求补足蓄电池极限能耗时间；

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H—当地日平均有效日照时间；

ρ—控制系统效率。

例题2：基站配置为3个载扇，要求满足3天配置。

解：

负载功率：3个载扇，每个载扇175W，合计525W；BBU设备为120W；传输为200-300W，本次计取250W；负载功率合计为：895W，负载电流约为18A。

根据青海省实际情况，各参数取值如下：

J =1，U =48V，I =18A(负载功率895W) ，T =72h，N =3天，H =5h，ρ=95%。

可得到配置方案：

S=J U（IT+24NI）/NHρ

=1×48×（18×72＋24×3×18）/3×5×0.95

=8730（Wp）

（是负载功率的9.7倍）

（四）快速匹配计算公式

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要求满足3天配置，即蓄电池支撑3个连续连阴天，利用3个连续晴天充满蓄电池亏欠电量。

结合例题2，得到：

S=1×48×（I×72＋24×3×I）/3×4.5×0.95

=538×I

=538×P/50

=10.76P

由此得到经验公式：太阳能组件容量 = 10×负载功率。

青海有效日照时间丰富，因此倍率选择9倍即可。

利用快速经验公式

采用9倍的倍率来计算配置，太阳能电池的配置为：

895W×9=8055（Wp）

太阳能极板的数量计算

采用180Wp规格的太阳能组件：180Wp规格组件2块组成一串，即极板数量必须为

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偶数，8055Wp/180Wp = 44.75块，实际配置为180Wp×44块=7920Wp。

采用240Wp规格的太阳能组件：240Wp规格组件3块组成一串，即极板数量必须为3的倍数，8055Wp/240Wp = 33.56块，实际配置为240Wp×33块=7920Wp。

（五）太阳能控制柜配置

1. 城镇宏基站

对于8000WP ～10000WP的太阳能系统，配置1套350A开关电源（机架总容量600A）、2组1000Ah蓄电池组。

2. 山地、丘陵地带微基站

一般选用5000WP太阳能系统，并配置1套250A室外开关电源（机架总容量300A）、2组500Ah蓄电池组。

二、太阳能光伏电池方阵选址

（一）选址的一般原则和满足条件

太阳能电池依赖于日光照射而产生电能，当投射到电池极板上的日光被遮挡时，方阵功率输出特性将受到严重影响，在电池板上的一个小小阴影也能够使其性能大大降低，因此，在光伏系统设计和安装过程中仔细地确定阳光通路和避开阴影，对保证方阵的额定功率和降低光伏系统发电成本极为重要。

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场地出现的阴影经常来自树木、山岭、建筑等。选址原则是：从上午9点～下午3点没有阴影为佳，特定地理条件下，时间区段可以前后偏移，例如时间区段为上午9：30～下午3：30。我国位于北半球，对太阳能电池方阵最多的阴影出现在12月22日(即冬至)前后一段时间。

（二）建设场地要求

选择建设场地必须确认以下条件是否满足：

1. 一年中任何月份，投向太阳能电池方阵的阳光都不会被遮挡；

2. 每天上午9点～下午3点太阳能电池板上无阴影；

3. 若有遮蔽，则需识别上午9点～下午3点遮挡方阵的障碍物，消除阴影来源；

4. 如无法消除产生阴影的因素，也可考虑移动太阳能电池方阵或增加容量，以弥补由于阴影造成的损失。

（三）方位角选择

在北半球正南方向是太阳能电池方阵的最佳方位。如果确保方阵面向正南或0°方位角，则每天的日照将是最好的。然而，应全面考虑当地气候特征的影响并仔细评价，例如：如果场地附近早晨有雾笼罩，或者场地东部有部分遮蔽等，则太阳能方阵需要调整朝向，可略微偏向西南，以获取滞后一段时间的更为有效的太阳辐射。

例如在部分地区，由于某些方阵建立在山谷中，早晨升起的太阳被大山遮蔽，太阳能

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方阵存在遮蔽阴影，为了延长光照时间，最大限度地发挥太阳能方阵效率，可将方阵偏向西南10°～15°，延长太阳能方阵受光时长，获取更多太阳辐射。

（四）运输条件

安装现场应考虑交通和运输条件，附近应有公路，便于光伏组件、控制柜、蓄电池等没备的运输。

三、风光互补供电

（一）系统特点

1. 专门为通信基站开发的控制器，直接输出直流24V/48V；

2. 适合于无市电或四类市电、高海拔、严寒、沙漠、海岛等地区；

3. 四类市电、风、光、柴（汽）油发电机可无缝切换；

4. 实现系统的远程实时监控；

5. 节省电源设备，降低设备能耗；

6. 降低建设和维护成本，降低各种隐性社会成本。

（二）工作原理

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（三）配置原则

例题：参考气象数据，果洛州平均海拔约4000米，年平均风速5.5m/s，年平均光照4.6h。每年12月份日光资源最少，该月平均风速为6.2m/s，平均光照3.22h。

基站负载为1.1KW，风光互补系统配置为1台5KW风机和42片190Wp光伏组件，整个系统转换效率为0.8。

解：

负载耗电量=1.1KW*24h=26.4KWh

年平均发电量

5KW风机在风速为5.5m/s时发电量为0.8KW/h。

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风光互补系统发电量=（风机发电量×24小时+光伏电池功率×数量×日照时长）×转换效率

=（0.8×24+0.19×42×4.6）×0.8

=44.7KWh

约为负载耗电量的1.7倍。

12月发电量

5KW风机在风速为5.5m/s时发电量为1.05 KW/h。

风光互补系统发电量=（1.05×24+0.19×42×3.22）×0.8

=40.7KWh

约为负载耗电量的1.5倍，在满足风光资源的条件下，风光互补供电系统能保证负载的稳定运行。

四、结论

本文从理论和实践上，探讨了通信基站的太阳能供电设计方案，可有效降低偏远地区基站的建设成本，降低施工难度；且可以减少运营后碳排放量，符合节能减排的要求。

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