通信基站多家共享下的光伏發電應用研究

李祥中

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

通信基站供電系統一般采用由市電和備用發電機組成的集中供電方式，存在能源消耗大、運行方式落后等缺點。處于偏遠地區的通信基站，主要由農電、小水電支持，甚至某些地區（如某些海島、戈壁等）根本沒有電力供應[1]。因此，對于分布面廣、維護工作量大的通信基站來說，太陽能光伏發電系統是最佳的供電形式。

太陽能光伏發電系統安裝方便，無需敷設電纜，可克服道路或地形限制，并在基站選址上降低了市電引入條件的影響。太陽能光伏發電系統具有安裝時間短、拆裝方便、無電磁干擾等優點。

1 光電系統介紹及容量設計

1.1 光電系統介紹

光電系統由太陽能發電設備、太陽能控制器、蓄電池及直流屏組成，可通過光電板將太陽能轉換成電能，經過控制器對蓄電池充電，并通過逆變器對交流用電負荷供電，或通過直流屏對直流用電負荷供電。光電系統的優點是運行維護成本低，供電可靠性高，缺點是系統造價偏高[2]。一般情況下，白天由太陽能電池供電系統對蓄電池、負載供電；晚上無光時，蓄電池負責供電。

1.2 計算光電系統的容量

光電系統容量的計算包括負載用電量、太陽能電池數量和蓄電池容量等。

配置蓄電池容量的基本公式為：

（自給天數×負載每天用電量）/最大放電深度=蓄電池容量 （1）

其中，自給天數是指沒有太陽情況下可以保證正常工作的天數，一般用當地連續陰雨天數的最大值作為自給天數；最大放電深度是指超過蓄電池允許的放電容量后，蓄電池將不能正常工作，一般為一個定值。

設計光伏組件方陣的基本公式為：

考慮到修正，一般可將太陽能電池輸出減少10%和將負載增加10%。

1.3 平均光照

因為 1 MJ=106J、1 kW·h=3.6×106J，所以 1 MJ=0.28 kW·h。按《某省太陽輻射分布特征及氣象要素關系分析》2000年-2014年近15年觀測數據，某地市總輻射春季為1 074.05 MJ/m2，夏季為1 512.99 MJ/m2，秋季為1 239.70 MJ/m2，冬季為705.48 MJ/m2。取最小值冬季92 d為705.48 MJ/m2，最小平均光照為705.48×0.28÷92=2.15 （kW·h）/（m2·d-1）。

若系統配置能滿足最差月份的負載用電需求，即可滿足全年的負載用電需求，平均光照取定為2.15 （kW·h）/（m2·d-1）。

2 系統設計

2.1 負載日用電量

新建站，1家1制式，室內站總功耗1 230 W；2家各1制式，室內站總功耗2 130 W；3家各1制式，室內站總功耗3 030 W。以上三種，均24 h不間斷工作。

按1家1制式，室內站負載日用電量=1.23 kW×24 h=29.52 kW·h。

2.2 蓄電池選擇

通信基站常見為DC 48 V，后備電池采用每節2 V的免維護鉛酸電池，24節串聯為一組。假定放電深度為70%，無光時需保障2 d用電量：后備蓄電池總容量=（2×29.52÷70%）/48=1 757 Ah。如果采用2 V/1 000 Ah的蓄電池，并聯蓄電池的組數=1 757 Ah/1 000 Ah=1.57，向上取整為2組。蓄電池實際個數=串聯節數×并聯組數=24節/組×2組=48節。

2.3 太陽能供電系統日發電量

為滿足無后備電源保障型通信基站供電可靠性和合理控制建設成本的要求，推薦日發電量至少為1.2倍的日用電量。其中，1倍電能用于通信負載供電，剩余電能向蓄電池組充電。新能源供電系統日總發電量為29.52 kW·h×1.2=35.42 kW·h。

2.4 供電系統設備清單和造價

太陽能電池板共72片，按8片/組，分為9組，占地103.68 m2，橫向總長14.4 m，縱向總長7.2 m。

3 多家共享情況

采用太陽能供電系統的基站機房，通過自然通風調節溫度；建成地下、半地下式的基站機房，通過地熱和輔助設備調節機房溫度，保證基站設備和蓄電池組的正常工作。

本次按1家1制式、2家各1制式、3家各1制式的需求總功耗，分別計算各種情況下蓄電池選定容量、太陽能系統日發電量、太陽能系統設備造價和占地面積等，結果如表1所示。

由表1可知，單系統1 230 W的功耗需求需配置-48 V/1 000 Ah的蓄電池2組，太陽能系統設備造價29.27萬，占地面積在100 m2以上；2套系統的總功耗在2 130 W以上，太陽能系統設備造價和占地面積都會成倍上升。

表2為太陽能系統的造價和10年、20年節省電費的比對結果。

表1 多家共享下光伏發電系統計算結果

表2 光伏發電系統造價和節省電費比對結果

由表2可知，按20年計算節省的電費，從太陽能系統造價中扣除節省的電費，即單家需要的引電成本相當于10.95萬元，2家需求的引電成本相當于17.29萬元，3家需求的引電成本相當于21萬元。單家需求的太陽能引電成本在扣除20年節省電費后，略接近于公變引電。

4 結 論

由對比計算結果可知：采用配備大容量儲能蓄電池的太陽能供電系統，同項配套成本都超出標準的配套造價；同等條件下，太陽能供電系統的毛利率比公變引電系統的毛利率低12%～19%；采用太陽能供電系統的2家需求、3家需求的總造價均超出標準造價，但毛利率可保持在30%以上。

通信基站多家共享下的應用場景：市電無法接入；市電接入成本高；市電頻繁停電。對市電停電頻繁的基站采用光伏系統和市電供電互補型方案，可減少因停電造成蓄電池的放電深度，延長電池壽命，同時利用了節能環保的新能源。