通信機房太陽能供電系統的設計

摘要：隨著科學技術的不斷發展，太陽能供電系統的技術有了比較大的發展，施工成本也降低了很多。在一些通信機房建設的過程中，會選擇太陽能供電系統作為一種供電方法。基于此，文章對通信機房太陽能供電系統的設計措施進行了探討。

關鍵詞：通信機房；太陽能供電系統；設計措施

中圖分類號：TP303 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）03-0019-03

1 工程簡介

某通信機房位于廣州市，在機房中共設置了四臺UPS，額定功率分別為120kVA和80kVA，為了達到節能和最大化應急保證的目標，決定使用太陽能為其中一臺UPS進行供電。太陽能的設備要放置在屋頂，要求在標準的日照條件下，五個小時內對UPS電池組完成充電。太陽能系統的安裝方法為內部并網，并對太陽能電優先進行使用，在太陽能電池不足的情況下，自動跳轉到市電工作，系統不再配備蓄電池組。

2 太陽能供電系統的意義和系統的特點

太陽能在所有的能源中是最穩定、最環保、最節能的一種能源，受到了社會、政府和用戶的廣泛關注，利用太陽能為居民、工業、通訊供電的方式將成為未來一個大的發展趨勢。目前太陽能供電系統在別墅園林、高端房地產項目、無電地區、監控基站、通訊等方面都進行了推廣應用。太陽能供電系統在研發和設計的過程中，會充分地對用電設備的用電特性進行分析和考慮，具有智能高效、經濟實用、維護簡單、使用壽命長、安全可靠等優點。一般情況下，太陽能電池的供電可靠度可以達到100%，可以充分適應各種氣候條件，在設計的過程中，使用獨到的數學模型進行設計，系統模型的配置非常合理，而且投資一次可以獲得長期的經濟效益，管理起來非常簡單，運行費用非常低，主要設備的效能非常高，可以使用25年以上。

3 太陽能系統模塊的構成

通信機房太陽能供電系統主要是由充放電模塊、太陽能電池板、防雷擊浪涌保護模塊、降壓穩壓模塊、逆變器、配電箱、太陽能光伏組件組成，可以提供280V/380V的所需電壓。比較常用的太陽能供電系統有并網型太陽能供電系統和離網型太陽能供電系統，如圖1所示。其中充放電模塊是系統中非常重要的一個模塊，對系統的電能輸出起著一定的控制作用，可以根據太陽光照射的情況對蓄電池和太陽能供電進行互相切換，完成蓄電池的充電和過點保護，太陽能電池板會把照射到上面的太陽能輻射轉化成系統的初始電能，這些電能可以在滿足系統預設的基礎上對蓄電池組進行充電。當和系統預設的條件不符合的時候，只可以對蓄電池進行充電。降壓穩壓模塊主要是用來對系統的低電壓輸出進行控制，利用不同的參數得到不同的低壓輸出，考慮到大多數的太陽能供電系統都在戶外，為了對整個系統的穩定性和安全性進行提升，防止系統的電路受到雷電的干擾，需要使用到防雷擊浪涌模塊來對系統進行保護。

圖1 離網型太陽能供電系統和并網型太陽能供電系統

4 太陽能供電系統的電路設計

4.1 充放電控制線路的設計

此工程的充放電控制電路如圖2所示，本項目使用20KWp的太陽能電池板，在電路中太陽能電池板輸出端和電路中的a、b兩端對接，太陽能系統電池的最大額定輸出電壓為17.7V，輸出功率為11W，最大額定輸出電流為755mA，在受到陽光照射的時候，提供出系統的初始電能，在電路中分壓控制三極管Q2主要用來對電路中的D6、D5、R5、R7進行截止或導通，從而對繼電器的吸合和開關進行控制，鉛酸電池的參數為12V/7Ah，配置了R7和R5電阻，當陽光比較充足的時候，繼電器會將觸點吸合常開，系統在向外供電的同時對鉛酸電池進行充電，在陽光不充足的時候，繼電器會切換到常閉觸點，然后由鉛酸電池對系統進行供電。在充放電控制線路中，a、b兩端的電壓是太陽能電池板的輸出電壓，在太陽光照射強度不斷的變化下，電壓也會隨著變化，經過試驗得出，當a、b兩端的電壓在14.4V以下的時候，繼電器的常閉觸點的狀態是吸合的，c端的電壓持續保持在12.5V，也就是說在這個階段中，是由鉛酸蓄電池對外進行供電，系統只是對鉛酸電池進行充電。當a、b端的電壓在14.4V以上時，繼電器常開觸點的狀態為吸合，c段的電壓和a、b兩端的電壓相同，而且會隨著光照射的強度的變化而變化，所以在這個階段系統除了對鉛酸電池進行充電以外，還會對外進行供電，在陽光照射強度逐漸降低的情況下，a、b兩端的電壓會在11.3V以下，繼電器的觸點會從常開狀態轉變成常閉狀態，這個時候在鉛酸電池對外供電的時候，系統會對鉛酸系統進行充電，C端的電壓持續保持在12.2V。

圖2 充放電控制線路

4.2 穩壓降壓電路的設計

在設計此項目的穩壓和降壓電路的時候，當前級電路中的蓄電池組向后級電路中供電的時候，后級電路的電壓為12.2V，在使用太陽能電池向后級電路進行供電的時候，供電電壓為12.2～17.6V，當陽光照射強度出現變化時，電壓也會隨之產生變化，所以要使用LM2575-ADJ芯片安裝到電路中，從而達到穩定前級輸入電壓的目的，電路中的元件參數配置圖如圖3所示，其中R17=2.1kΩ，R8=12.7kΩ，可以在OUT端輸出非常穩定的電壓。在對電路設計的時候，需要對單片機、放大器、傳感器和一些專用的功能芯片進行考慮，使用的供電電壓一般為3.4V、5.2V，所以需要使用一個單刀雙擲開關和TPS73HD301PWP組成的電源管理電路進行連接，當需要使用3.4V、5.2V的電壓時，可以將開關搬動，并和前級的降壓穩壓電路進行連接，從而得到穩定的3.4V、5.2V雙輸出電壓，在不需要的時候，只需要將開關搬開就可以把其和前級電路的聯系斷開。

4.3 電路的防雷保護設計

由于太陽能供電系統主要在戶外進行使用，所以雷電對電路的干擾是一個需要慎重考慮的問題，因此在對此項目的電路設計的過程中，決定使用防雷設施對電路進行保護，如圖4所示。此防雷擊浪涌使用防雷管和TVS管共同組成級保護線路，太陽能電池板的兩輸出端和電路的兩端進行連接，當線路感應到比較大的能量信號的時候，可以利用線地間防雷保護功能將電壓迅速釋放，在釋放電壓的時候，產生的瞬態大電流會感應出電路中的尖峰電壓，這時進行次級保護的TVS管可以對這個尖峰電壓進行吸收，當有加大電流出現時，可以利用壓敏電阻來對高阻值進行降壓。

圖4 防雷保護器

5 綜合投資回報分析

從經濟性的角度來看，使用太陽能進行發電，雖然在首次建設的過程中，需要增加太陽能設備和一些額外的投入，不過這部分投入所帶來的隱性和顯性的社會效益和經濟效益是非常可觀的，有非常多的好處和現實意義。現對綜合投資回報作如下分析：（1）使用太陽能方法，只需要進行一次性投資即可，無后期的使用費用，日常維護費用非常低，管理非常方便，使用的時間越長，經濟效益越明顯；（2）在此工程項目中引入太陽能發電的產品和技術，得到了當地政府的宣傳和重視，再結合企業的廣告策劃，可以得到良好的廣告效應，極大地節省了廣告費用；（3）太陽能發電有比較高的科技含量，可以更好地對用戶單位的檔次和品位進行提升，得到了社會的美譽；（4）太陽能供電系統的建設得到了國家政府的大力支持，如果運作得當，太陽能光伏系統的投入可以得到國家和地方政府的資金補貼；（5）符合未來的節能減排的發展趨勢，積極響應了國家節能的號召，使用和國家政策相符合的節能技術產品，有著非常深遠的政治意義。

6 結語

此太陽能供電系統在投入使用后，經過一段時間的使用和相關的測試數據進行驗證，系統的設計和用戶的預期目標是符合的，在陽光照射強度比較充足的情況下，此系統的穩壓降壓輸出端可以穩定地對電壓進行輸出，在陽光照射不足的情況下，此系統可以使用備用的鉛酸蓄電池組進行后級供電，同時這個系統有防雷擊的功能，電路運行非常的可靠安全。

參考文獻

[1] 范長城，王勇，植涌.基于太陽能電池板的直流

不間斷電源設計[J].電源技術應用，2008，

（9）：26-28.

[2] 李艷浩，潘國鋒，王銀玉.基于單片機的電流故

障錄波系統設計與實現[J].電子測量技術，

2010，（3）：72-74.

[3] 李兵.基于UC3906的免維護鉛酸蓄電池智能充電

器的設計[J].機械工程師，2006，（11）：94-95.

[4] 沈建軍，侯福平.太陽能光伏供電系統在通信行業

的應用探討[J].電信技術，2009，（9）：143-144.

作者簡介：潘偉雄（1963—），男，上海人，廣州中海電信有限公司工程師，研究方向：通信機電。

圖4 防雷保護器

5 綜合投資回報分析

從經濟性的角度來看，使用太陽能進行發電，雖然在首次建設的過程中，需要增加太陽能設備和一些額外的投入，不過這部分投入所帶來的隱性和顯性的社會效益和經濟效益是非常可觀的，有非常多的好處和現實意義。現對綜合投資回報作如下分析：（1）使用太陽能方法，只需要進行一次性投資即可，無后期的使用費用，日常維護費用非常低，管理非常方便，使用的時間越長，經濟效益越明顯；（2）在此工程項目中引入太陽能發電的產品和技術，得到了當地政府的宣傳和重視，再結合企業的廣告策劃，可以得到良好的廣告效應，極大地節省了廣告費用；（3）太陽能發電有比較高的科技含量，可以更好地對用戶單位的檔次和品位進行提升，得到了社會的美譽；（4）太陽能供電系統的建設得到了國家政府的大力支持，如果運作得當，太陽能光伏系統的投入可以得到國家和地方政府的資金補貼；（5）符合未來的節能減排的發展趨勢，積極響應了國家節能的號召，使用和國家政策相符合的節能技術產品，有著非常深遠的政治意義。

6 結語

此太陽能供電系統在投入使用后，經過一段時間的使用和相關的測試數據進行驗證，系統的設計和用戶的預期目標是符合的，在陽光照射強度比較充足的情況下，此系統的穩壓降壓輸出端可以穩定地對電壓進行輸出，在陽光照射不足的情況下，此系統可以使用備用的鉛酸蓄電池組進行后級供電，同時這個系統有防雷擊的功能，電路運行非常的可靠安全。

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[3] 李兵.基于UC3906的免維護鉛酸蓄電池智能充電

器的設計[J].機械工程師，2006，（11）：94-95.

[4] 沈建軍，侯福平.太陽能光伏供電系統在通信行業

的應用探討[J].電信技術，2009，（9）：143-144.

作者簡介：潘偉雄（1963—），男，上海人，廣州中海電信有限公司工程師，研究方向：通信機電。

圖4 防雷保護器

5 綜合投資回報分析

從經濟性的角度來看，使用太陽能進行發電，雖然在首次建設的過程中，需要增加太陽能設備和一些額外的投入，不過這部分投入所帶來的隱性和顯性的社會效益和經濟效益是非常可觀的，有非常多的好處和現實意義。現對綜合投資回報作如下分析：（1）使用太陽能方法，只需要進行一次性投資即可，無后期的使用費用，日常維護費用非常低，管理非常方便，使用的時間越長，經濟效益越明顯；（2）在此工程項目中引入太陽能發電的產品和技術，得到了當地政府的宣傳和重視，再結合企業的廣告策劃，可以得到良好的廣告效應，極大地節省了廣告費用；（3）太陽能發電有比較高的科技含量，可以更好地對用戶單位的檔次和品位進行提升，得到了社會的美譽；（4）太陽能供電系統的建設得到了國家政府的大力支持，如果運作得當，太陽能光伏系統的投入可以得到國家和地方政府的資金補貼；（5）符合未來的節能減排的發展趨勢，積極響應了國家節能的號召，使用和國家政策相符合的節能技術產品，有著非常深遠的政治意義。

6 結語

此太陽能供電系統在投入使用后，經過一段時間的使用和相關的測試數據進行驗證，系統的設計和用戶的預期目標是符合的，在陽光照射強度比較充足的情況下，此系統的穩壓降壓輸出端可以穩定地對電壓進行輸出，在陽光照射不足的情況下，此系統可以使用備用的鉛酸蓄電池組進行后級供電，同時這個系統有防雷擊的功能，電路運行非常的可靠安全。

參考文獻

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器的設計[J].機械工程師，2006，（11）：94-95.

[4] 沈建軍，侯福平.太陽能光伏供電系統在通信行業

的應用探討[J].電信技術，2009，（9）：143-144.

作者簡介：潘偉雄（1963—），男，上海人，廣州中海電信有限公司工程師，研究方向：通信機電。