光伏系統在通信局樓中的應用

肖奇良

（廣東南方電信規劃咨詢設計院有限公司，廣東 汕頭 515041）

0 引 言

隨著我國社會經濟的快速發展，引領行業綠色低碳發展、綠色生態環保建設受重視程度日漸提升，綠色文明的社會建設理念日益深入人心。

響應碳達峰、碳中和“3060目標”，一場緊緊圍繞“碳達峰”“碳中和”的能源革命即將展開，通信運營商主導的通信行業作為國家新基建的主要組成部分，將在這場革命中扮演重要的角色。而光伏發電系統作為這場能源革命的一把利劍，面對全國大量的通信局樓，如何利用現有的基礎設施資源，特別是屋頂資源，將光伏發電系統有效利用會起到積極的減碳引領作用，有助于通信企業謀劃碳達峰、碳中和試點示范項目，有效促進生態環境持續改善，科學制定碳達峰行動方案，確保完成上級單位下達的碳強度下降任務[1]。

1 光伏發電系統概述

1.1 光伏發電原理

P-N結是構成太陽能電池的基本結構，其主要作用就是將光照產生的電子-空穴對分開，在其內建電場的作用下在結的兩端產生電勢差，當接入負載時就會產生電流的定向移動，電能也就隨著電流輸送出來了。

光伏發電的工作原理就是將太陽能轉變為電能，通過外接電路與電網或者蓄電池相連，分別構成并網發電光伏系統與離網發電光伏系統。太陽能電池經過一系列串聯后并進行封裝保護可形成較大容量的光伏組件，再配合最大功率點跟蹤（Maximum Power Point Tracking，MPPT）光伏控制器、逆變器等部件就形成了太陽能發電裝置[2]。

1.2 系統組成

光伏發電系統主要由光伏電池組件、逆變器、匯流箱、配電控制柜以及電力（光伏）電纜等組成，其中的光伏電池組件是用來接受太陽能并轉化為電能，發出的電能經逆變器使直流電逆變成交流電，再經過配電控制箱向負載供電。

1.3 技術特點

光伏發電系統具備以下技術特點：綠色環保，無噪聲、無輻射、無污染；無枯竭危險，太陽能豐富；較傳統發電系統而言，無需額外提供燃料；安裝方便，不受資源地域限制（就近發電就近消納），運營、維護簡單。

1.4 發展趨勢

2021年全國新增光伏并網裝機容量54.88 GW，同比上升13.9%，累計光伏并網裝機容量達到308 GW，新增和累計裝機容量排名全球第一。預計2022年光伏新增裝機容量超過75 GW，累計裝機有望達到383 GW。全年光伏發電量為3 259億kW·h，同比增長25.1%，約占全國全年總發電量的4%。其中分布式新增29.28 GW，占比53.4%，裝機同比增長88.7%。

2 典型的通信機樓供電系統

通信局樓的供電系統作為局樓的動力來源，要求供電穩定可靠，主要包括交流供電系統和直流供電系統，如圖1所示。

圖1 通信局樓的供電系統結構

2.1 交流供電系統

交流供電系統主要由市電引入、電力變壓器、低壓配電設備、發電機、不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）設備等組成。當市電正常供電時，市電通過供電線路電源經變壓器降壓后輸送到低壓配電設備，然后再通過配電設備分配到各用電負荷。當市電因故停電時，電源則由后備發電機發電，通過配電線路輸送到低壓配電設備，再通過低壓配電設備分配到各用電負荷，保證供電的負荷的正常用電。

2.2 直流供電系統

直流供電系統主要由直流UPS、供電電源線路及直流用電負荷組成，而直流UPS由整流開關電源和蓄電池組組成。通信局樓一般采用分立式整流開關電源設備供電，其由交流配電柜、整流開關電源機架、直流配電柜及蓄電池組等組成。交流供電正常時，交流電經整流器整流后通過直流配電屏對負荷供電，并同時對蓄電池組進行在線浮充充電工作；交流供電不正常時，整流開關電源停止工作，只能由蓄電池組向負荷供電，從而實現對用電負荷的直流不間斷供電。

3 光伏系統應用實例分析

3.1 應用場景

為使光伏發電系統產生最大的效益，目前主流方式是“自發自用、余電上網”，并且自行消納比例越高，產生的效益越好，更具備回收周期短的優勢。

通信設備要求全天候24 h不間斷供電，供電負荷較為穩定。光伏系統合理的配置可以做到較高的自用比例，消納比幾乎可做到100%，從而產生較為明顯的經濟效益[3]。

下面以目前某一類型的通信局樓為例，論述在現有供電系統的基礎上疊加光伏發電系統的供電系統架構。

3.2 場景系統現狀

某局房安裝有室內基帶處理單元（Building Boseband Unit，BBU）、無線接入網 IP 化（IP Radio Access Network，IPAN）、光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）等通信設備，設備總用電為1 000 A/-48 V，并配備有機房空調等其他用電負荷。原有機樓為傳統的通信局樓供電模式，供電系統如圖2所示。

圖2 原有的通信局樓供電系統結構

3.3 光伏系統接入及規劃

根據屋頂資源情況，局樓現有可利用屋頂資源為400 m2，擬在屋頂建設分布式光伏發電系統，并網模式采用“自發自用、余電上網”的低壓接入方式，裝機容量為61.6 kW。光伏發電系統疊加現有的配電系統，如圖3所示。

圖3 光伏發電系統疊加入現有的配電系統結構

3.4 光伏組件

光伏組件主要由鋼化玻璃、EVA、電池串、背板、鋁邊框、接線盒以及插接件構成。

光伏組件各部分的技術性能如下文所述。

鋼化玻璃具有防水、防紫外線、透光率高、抗沖擊能力強以及使用壽命長等特點，一般厚度為3.2 mm，在晶體硅太陽電池響應的波長范圍內（320～1 100 nm）,透光率達90%以上，對于波長大于1 200 nm的紅外線有較高的反射率，同時能耐太陽紫外線的輻射[4]。

EVA在電池與玻璃、電池與背板TPT之間起粘接作用，固化后的透光率大于90%。

電池串起發電作用。

背板絕緣、防潮、抗紫外線、不透氣，耐老化，耐腐蝕。

鋁邊框保護組件、連接安裝，抗沖擊強度能力強。

接線盒主要為了引出匯流接線端，通過配置旁路二極管，可以有效減小陰影遮擋及熱斑帶來的負面影響。

接插頭起電氣連接作用。

本方案計劃采用單晶硅光伏組件，其主要技術參數見表1。

表1 單晶硅光伏組件主要技術參數

本方案所在地區地理緯度為23°，經查閱相關資料，最佳安裝傾角為19°，光伏組件采用鋼結構支架固定安裝在本工程屋面，如圖4所示，正南朝向安裝。可計算出組件前后間距D為1 030.5 mm，組件后后間距L為 3 163.5 mm，單片組件占地面積為 3.584 m2，則400 m2可安裝組件數量為112片，共61.6 kW。

圖4 光伏組件固定安裝圖

根據裝機容量，采用組串逆變方案，光伏組件按照每18或20塊進行串聯，采用最佳傾角固定式運行方式，即計算輻照最大的傾角后，根據場地實際情況，選取最佳傾斜角度。

3.5 組串式逆變器

逆變器選型要求：選擇轉換效率高的設備，同時選擇逆變器的輸入電壓范圍寬的設備，可以將早晨和傍晚照度較低的時間段的發電量加以利用，從而延長發電時間，增加發電量。同時，還可以使逆變器所配用的組件類型多樣化。

逆變器具有以下功能：過載、短路、電網停電、電網過欠頻、電網過欠壓、極對地絕緣監測、極性反接保護、防孤島保護、直流過壓/過流保護以及模塊溫度保護等。所選用逆變器主要技術參數見表2。

表2 逆變器主要技術參數表

3.6 電纜

直流電纜采用PV1-F光伏電纜，電纜的絕緣和護套材料采用輻照交聯聚烯烴，A級阻燃，組件之間的連接采用MC4插接頭，接頭防護等級要求為IP67。

PV1-F太陽能光伏電纜具有低煙無鹵、耐寒、耐紫外線、耐臭氧、阻燃、耐切痕以及耐穿透等特性。線纜保護級別為Ⅱ級。環境溫度為-40～+90 ℃，導體最高溫度為120 ℃。設計壽命為25年。

交流電纜采用阻燃C級交聯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套銅芯電纜。電纜敷設以金屬槽盒為主，局部穿熱鍍鋅鋼管，敷設路徑應平直并便于巡查。電纜槽盒在穿越防火分區、樓板、墻體的洞口等處應用無機材料進行防火封堵。

3.7 環境效益分析

根據以上光伏發電系統的建設規模，系統效率按照80%計算，光伏組件全壽命期25年,總發電量為133.2萬kW·h，年均發電量為5.328萬kW·h。則年均可相應節約標準煤約16.94 t，減少CO2排放量約53.12 t，減少SO2排放量約1.6 t，減少NOX排放量約0.8 t。

4 結 論

隨著國家“雙碳”政策的深入開展，通信運營商面臨巨大的減碳壓力。伴隨著光伏發電技術的日臻成熟，發電效率不斷提升，在現有供電模式下疊加光伏發電系統，成為通信運營商一項重要抓手。另外，信息技術的發展也促進了光伏發電技術在職能運營、效率提升、數據智能采集等方面的高效智能化。