摘要：為了保證太陽能發(fā)電與供電的安全性和可靠性，實現(xiàn)對太陽能等清潔能源的最大化利用，本文將光伏發(fā)電系統(tǒng)科學(xué)地應(yīng)用到移動通信基站中。首先，介紹光伏發(fā)電系統(tǒng)工作原理和結(jié)構(gòu)組成。其次，將“某市區(qū)移動通信基站”設(shè)置為試點，從安裝方式、并網(wǎng)逆變器、開關(guān)電源設(shè)置、基站負(fù)荷與系統(tǒng)容量設(shè)置、基站監(jiān)控系統(tǒng)配置五個方面入手，完成對光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)方案設(shè)計。最后，研究了光伏發(fā)電系統(tǒng)在移動通信基站中的經(jīng)濟效益和社會效益。結(jié)果表明，光伏發(fā)電系統(tǒng)在移動通信基站中應(yīng)用表現(xiàn)出較高的經(jīng)濟可行性，為后期光伏發(fā)電系統(tǒng)的推廣和普及提供重要的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電系統(tǒng)；移動通信；基站

一、引言

隨著人們對傳統(tǒng)化石能源的不斷利用，傳統(tǒng)化石能源變得越來越稀缺，在這樣的背景下，綠色可再生能源應(yīng)運而生，并得到廣泛應(yīng)用[1]。近幾年，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)得以快速推廣，通過應(yīng)用該技術(shù)，可以實現(xiàn)對太陽能的最大化利用。在移動通信基站領(lǐng)域中，通過應(yīng)用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，不僅可以解決傳統(tǒng)化石能源稀缺的問題，實現(xiàn)對能源消耗結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，還能夠提高光伏發(fā)電的可靠性和安全性，促使光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展[2]。所以，在市電斷電情況下，為了滿足移動通信基站用電需求，建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)顯得尤為重要。

二、光伏發(fā)電系統(tǒng)概述

（一）系統(tǒng)工作原理

在半導(dǎo)體材料的作用下，對太陽能進行轉(zhuǎn)換，使其轉(zhuǎn)換為滿足居民日常生活和工作的電能。該系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

從圖1中看出，該系統(tǒng)用到P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，這兩種半導(dǎo)體分別含有空穴、電子兩種載流子，通過運用特殊組裝工藝，將以上兩種半導(dǎo)體結(jié)合為統(tǒng)一整體，從而形成PN結(jié)，該PN結(jié)屬于特殊的薄層。該系統(tǒng)在運行中，一旦太陽能被PN結(jié)成功感應(yīng)和接收時，在太陽光照的作用下，PN結(jié)內(nèi)部快速產(chǎn)生高強度電場，促使電子、空穴發(fā)生移動，對于空穴而言，從N區(qū)移動到P區(qū)；對于電子而言，其運動方向正好相反，從P區(qū)移動到N區(qū)。當(dāng)空穴、電子出現(xiàn)移動后，PN結(jié)會快速形成一定的電位差，從而產(chǎn)生電流值[3]。

在太陽能電池中，可以將其等效為半導(dǎo)體PN結(jié)。不同太陽能電池，所含有的PN結(jié)存在一定的差異。在不同的光照強度、光照時間的影響下，太陽能電場輸出的功率存在不同[4]。因此，為了促使不同太陽能電池輸出功率變得更加均衡化、穩(wěn)定化，需要采用串并連接的方式，將多個太陽能電池片進行連接和組裝，從而組裝成光伏發(fā)電系統(tǒng)，然后對該系統(tǒng)進行使用[5]。

（二）系統(tǒng)組成

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，包含以下組成部分：

1.太陽能電池

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能電池作為核心組件，主要用于實時收集太陽能資源。為了確保光伏發(fā)電系統(tǒng)具有穩(wěn)定持久電能轉(zhuǎn)化能力，需要采用串并連接的方式，將多個太陽能電池組裝成太陽能電池方陣。在太陽能電池中，主要用到大量的半導(dǎo)體材料。以是否含有晶硅材料為劃分原則，將太陽能電池劃分為有晶硅材料電池、非晶硅材料電池兩種，其中有晶硅材料電池具有較高的電能轉(zhuǎn)化效率[6]。

2.蓄電池組

光伏發(fā)電系統(tǒng)在運行期間會產(chǎn)生大量的電能，而蓄電池組作為一種重要的儲能裝置，用于實時存儲電能。為了滿足光伏發(fā)電系統(tǒng)無人維護需求，降低系統(tǒng)維護成本，配置的蓄電池組必須具有免維護、充電能力高、放電能力高等特點[7]。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，配置和應(yīng)用的蓄電池通常含有閥控密封鉛酸物質(zhì)。

3.交流逆變器

光伏發(fā)電系統(tǒng)在運行中可以借助直流電，將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ魉璧碾娔?。而交流逆變器含有升壓、調(diào)制等組成部分，可以幫助光伏發(fā)電系統(tǒng)將直流電統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為人們生產(chǎn)所需的交流電。以激勵方式為劃分原則，可將交流逆變器劃分為自激式交流逆變器和他激式交流逆變器兩種[8]。

4.光伏控制器

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，通過安裝和應(yīng)用光伏控制器，不僅可以提高蓄電池充電能力、放電能力，還能保護電路，降低電路短路風(fēng)險。同時，還能實現(xiàn)對太陽能電池的反接保護，為太陽能電池、蓄電池運行創(chuàng)造安全可靠的環(huán)境。此外，還能提高系統(tǒng)的輸出功率和運行性能，降低系統(tǒng)運行故障概率。

5.其他設(shè)備

光伏發(fā)電系統(tǒng)除了含有以上設(shè)備，還含有避雷設(shè)備、配電系統(tǒng)等設(shè)備。光伏發(fā)電系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

三、光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)方案

（一）移動通信基站站點介紹

本文選取某市區(qū)移動通信基站為試點，該基站內(nèi)通信設(shè)備負(fù)載功率統(tǒng)一達(dá)到2000W，配置的梯次電池為3組，電池容量為100AH。該基站每月太陽能輻照量、氣溫詳表如表1所示。從表1中數(shù)據(jù)看出，在該基站環(huán)境中，地表10m以上月平均氣溫、年平均日照分別為11.9℃、4.32KWh/m2/天。因此，該基站含有豐富的太陽能資源。該基站在管理中，結(jié)合光伏上塔管控需求，采用單元組合的方式，完成對“T”形單元鐵塔的搭建，該鐵塔具有易拆分、易拓展等特點，相關(guān)人員在應(yīng)用單元鐵塔時，可以結(jié)合工作需求，靈活控制鐵塔的高度和承載力。同時，還可以結(jié)合應(yīng)用情況，對廣告板數(shù)量進行添加或者刪除，從而達(dá)到循環(huán)利用構(gòu)件的目的。另外，“T”形單元組合方式的選用，也可以為相關(guān)人員安裝和布局太陽能板提供便利，此外，還能夠平衡上部塔身基礎(chǔ)受力。

（二）光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)方案

光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)方案在設(shè)計時，需要在降低基站設(shè)備功耗基礎(chǔ)上，結(jié)合塔身承重能力，對單晶組件進行安裝，單晶組件功率和安裝數(shù)量分別為330W、12塊，此時，該系統(tǒng)總功率達(dá)到3.96kW。

1.安裝方式

在單元鐵塔中，技術(shù)人員選用了“T”形單元組合方式，快速排布和安裝太陽能板，并運用分層式，以3×2陣列，對光伏組件進行有序排列。此外，將光伏板層間距統(tǒng)一設(shè)置為6m，從而完成對一體化光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝和部署，光伏建筑無需單獨占地，節(jié)省光伏安裝成本，實現(xiàn)對光伏發(fā)電效率最大化。北方地區(qū)容易出現(xiàn)暴風(fēng)、雨雪天氣，當(dāng)太陽能板附著大量灰塵、積雪后，會導(dǎo)致發(fā)電效率不斷降低。因此，光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)施工時，為了保證太陽能板安裝的科學(xué)性，需要將太陽能板傾角控制在45°以上，避免因附著大量灰塵、積雪而降低發(fā)電效率。為了保證該系統(tǒng)運行安全，除了需要計算支架的重力荷載、雪荷載外，還計算了風(fēng)推力，確保該系統(tǒng)安全系數(shù)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)值要求，從而降低該系統(tǒng)運行安全風(fēng)險。

2.并網(wǎng)逆變器光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用

在并網(wǎng)逆變器參數(shù)中，無論是最大輸入電流還是功率，均控制在額定輸入值的100%以下。結(jié)合電壓輸入情況，保證并網(wǎng)逆變器自動打開、自動關(guān)閉功能實現(xiàn)效果。并網(wǎng)逆變器具有強大的防孤島效應(yīng)功能，運用該功能，可以對孤島運行的光伏發(fā)電系統(tǒng)進行并網(wǎng)自動解除，提高該系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。

3.開關(guān)電源設(shè)置

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，技術(shù)人員可以運用該系統(tǒng)的光伏發(fā)電整流模塊輸入功能，對交流電壓、直流電壓進入自動輸入。通常情況下，交流電壓輸入值控制為22V；直流電壓輸入值控制為190V～390V。對于光伏發(fā)電整流模塊而言，其輸出電壓通常設(shè)置在57～57.5V之間。同時，安裝和部署直流電子計量表，設(shè)計和實現(xiàn)定時監(jiān)控模塊，并借助該監(jiān)控模塊，將相關(guān)數(shù)據(jù)安全發(fā)送和傳輸至監(jiān)控中心。

4.基站負(fù)荷與系統(tǒng)容量設(shè)置

在移動通信基站中，為了更好地建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，需要科學(xué)控制基站負(fù)荷與系統(tǒng)容量。為了保證基站直流負(fù)荷值設(shè)計滿足標(biāo)準(zhǔn)和要求，需要將傳輸設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等通信設(shè)備的負(fù)荷值統(tǒng)一設(shè)置為2783W。在移動通信基站中，主要配置了2組500AH、50V型號的蓄電池，因此在安裝和建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)時，需將系統(tǒng)容量統(tǒng)一設(shè)置為1690W，為移動通信基站運行提供源源不斷的電能支持。在未出現(xiàn)市電停電的情況下，光伏發(fā)電系統(tǒng)提供60%電能，市電系統(tǒng)提供了40%電能。蓄電池在進行充放電時，技術(shù)人員可嚴(yán)格按照30%～90%容量核算蓄電池充放電能力。同時，為實現(xiàn)對系統(tǒng)容量的科學(xué)配置，需以6天為計算周期，核算蓄電池需要額外補充的電容量。當(dāng)蓄電池容量不足時，需要采用充電模式，同時使用市電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)。蓄電池經(jīng)長時間放電后，如果容量過低，該系統(tǒng)會自動啟用報警功能，并切斷不必要的設(shè)備電源，防止因用電設(shè)備啟用過多而損壞系統(tǒng)電源性能。當(dāng)蓄電池容量達(dá)標(biāo)，且光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出電量后，才能啟用不必要的用電設(shè)備。

5.基站監(jiān)控系統(tǒng)配置

當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)引入到移動通信基站后，還要為該基站配置相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)，從而達(dá)到實時監(jiān)控和維護光伏發(fā)電系統(tǒng)運行性能的目的。當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)引入后，會增加移動通信基站的維護難度，通過配置監(jiān)控系統(tǒng)，可以實時監(jiān)控和維護發(fā)電系統(tǒng)控制器，同時，還能智能檢測光伏信息，確保相關(guān)技術(shù)人員掌握光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行情況，為后期系統(tǒng)維護提供重要的參考依據(jù)。

四、光伏發(fā)電系統(tǒng)在移動通信基站中的應(yīng)用效益分析

（一）經(jīng)濟效益分析

某市區(qū)移動通信基站成功引入光伏發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)經(jīng)26天運行后，總發(fā)電量經(jīng)計算達(dá)到了139.7KWh。假設(shè)日照時間、光伏板環(huán)境因素、日發(fā)電量分別為8h、0.9、12.1KWh，在6.9h日照時長下，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)3800KWh電量節(jié)約，共節(jié)約3400元的電費。因此，本文系統(tǒng)應(yīng)用具有較高的經(jīng)濟效益。

（二）社會效益分析

蓄電池在運行期間，如果以50%容量比例進行深度放電，可以在市電停電的情況下，為居民提供長達(dá)9.4h的太陽能供電。這樣一來，不僅可以降低車輛交通費用，還能夠降低電池放電次數(shù)，避免因電池放電次數(shù)過多而縮短電池使用壽命。另外，對于市電而言，平均每節(jié)約1度電量，可以節(jié)約0.4kg煤炭資源。同時，還能夠避免向生態(tài)環(huán)境中排放大量的CO2、粉塵等污染物，實現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境的保護，為促使電力行業(yè)發(fā)展帶來較高的社會效益。

五、結(jié)束語

綜上所述，通過將光伏發(fā)電系統(tǒng)科學(xué)地應(yīng)用到移動通信基站中，不僅可以實現(xiàn)對電量的有效節(jié)約，還能降低電費成本和系統(tǒng)維護成本，幫助移動通信基站獲得較高的經(jīng)濟效益和社會效益。因此，光伏發(fā)電系統(tǒng)在移動通信基站應(yīng)用中，具有較高經(jīng)濟可行性和技術(shù)可行性，符合應(yīng)用需求。

作者單位：肖禎 蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校

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