风光互补技术在基站电源系统的应用研究

摘要：随着通信事业的飞速发展，使电信行业能耗成本不断增加，在通信网络运营生产工作中大力加强节能减排，是当前通信运营商的一项重要工作。本文介绍了风光互补电源系统的原理和配置方法，为基站电源设计提供了新的思路及建议。最后结合实际工程进行了设计，并对相关数据进行分析，验证了方案的可行性。

关键词：风光电互补, 节能减排,气候数据,基站电源,可再生能源

Abstract: with the rapid development of our business communication, telecom industry energy costs continue to increase, in the communication network operation in the production should strengthen the energy conservation and emission reductions, is the current communication operators of a important work. This paper introduces the principle of the power supply system scenery complementary and configuration method, for the base station provides new power source design ideas and Suggestions. Based on the practical engineering design, and the related data, the feasibility of the scheme are proved.

Keywords: scenery electricity complementary and save energy, climate data for the base station to power, renewable energy

中图分类号： TE08 文献标识码： A 文章编号：

随着社会经济的发展，太阳能与风能已开始在石油、通信、铁路、军队等领域大量使用，尤其是太阳能因其工作稳定、故障率低、维护少、安装简单等特点被普遍采用。这些行业对供电电源不同于民用产品，需满足更高的可靠性要求。通信行业对太阳能的应用较早，其野外各类基站的电源大多是采用太阳能供电方式，但由于通信局站所要求的高可靠性，在太阳能电池设计时，往往需要考虑的因素较多，其配置的太阳能电池组件的功率相对较大，投资较高。如果在风力条件较好的地区采用太阳能与风能互补的发电方式供电，不仅增加了全天发电的可能性，而且会大大节省站点建设的投入。为了满足通信网络建设的需求，风光互补供电系统逐步成为解决缺电地区或者外电引入造价偏高基站的必要的途径。

1 风光互补供电系统原理 [4] [5]

所谓风光互补，实质上就是风能和太阳能在能量上的相互补充，共同给负载供电。由于太阳能与风能具有天然的互补性，风光互补电源系统弥补了风电和光电独立系统在资源上的缺陷。同时，风电和光电系统蓄电池组和逆变环节可以通用，太阳能板容量减少，系统成本趋于合理，系统的经济性和运行可靠性进一步提高。系统由能量采集（太阳能电池、风力发电机）、能量控制（太阳能控制器、风能控制器、逆变器、中控模块、交直流配电）及能量存储（蓄电池组）三部组成，其结构原理图如下：

图1风光互补系统原理图

系统工作原理为：风力发电机和太阳能电池将风能和光能转化为不稳定交、直流电，经能量控制系统将电能输送至蓄电池组和负载。蓄电池组用以存贮电能，在无风无光时为负载供电。

系统有以下几个工作模式：

1．有光无风时由太阳能电池供电。

2．无光有风时由风力发电机供电。

3．有光有风时，太阳能电池和风力发电机同时供电。蓄电池充足后，一般以太阳能电池优先为负载供电，在太阳能电力不足时投入风力发电机，最大限度地减少风力发电机磨损，提高供电可靠性。

4．无光无风时由蓄电池供电，直至阳光或风力出现，补充蓄电池放电损失的能量。充电充足的蓄电池持续放电的最长时间，即系统持续供电的极限时间。此时所对应的蓄电池放电量，是蓄电池极限能耗。

蓄电池组最大持续供电时间（T）和系统补足蓄电池组最大能耗所用时间（N），是设计风光互补电源的两个关键指标。

2 风光互补供电系统设计[1] [2]

2.1负载耗电量的分析与计算

需要确定负载的耗电量、数量及日使用小时数，并考虑额定耗电量与实际耗电量间的关系。

目前搜集到通信基站2G、3G设备的耗电量如表1、2，考虑需用系数，实际耗电量约为额定耗电量的60%。

表1 2G设备耗电量统计表

表2 3G设备耗电量

注：典型功耗值是每载波机顶20W输出配置，负荷50％的功耗值。最大功耗值是每载波机顶20W输出配置，负荷100％的功耗值。

2.2太阳能电池配置[3] [7]

目前常用的太阳能电池组件有单晶硅、多晶硅、非晶硅等。将太阳能电池组件的最大输出功率与输入功率之比称为太阳能组件的转化效率。其中，单晶硅组件转化效率最高，约为14%～18%；多晶硅组件的转化效率次之，约为12%～15%；非晶硅组件的转化效率最低，为6%左右。

太阳能电池板阵列是由多块太阳能电池板按照串、并联的方式连接后形成，在48V通信电源系统中，电池板的串联数量要按照电池板的不同电压等级参数进行设计，目前常用的板型主要有两种类型，36片封装和72片封装。36片封装的电池板工作电压在17V左右，需要4块串联；72块封装的电池板工作电压在35V左右，需要2块串联。电池板的并联数量要根据负载耗电量及当地日照条件等因素确定。

根据YD/T 5040-2005《通信电源设备安装工程设计规范》，单独使用太阳电池与蓄电池构成的半浮充制供电电源系统，即独立光伏电源系统中，太阳电池仿真总容量计算[1]：（标准测试条件：25℃，1.5AM，1000W/m2）

（2-1）

—太阳电池方阵总容量（W）；

—一个太阳能电池组件在标准测试条件下取得的工作点电压（V）；

—负荷电流（A）；

—蓄电池充电安时效率，铅蓄电池取=0.84；

—当地年日照时数（h）；

—每只蓄电池浮充电压（V）；

—每组蓄电池只数；

—串入太阳电池至蓄电池供电回路中的元器件和导线在浮充供电时引起的压降（V）；

—影响太阳电池发电量的综合修正系数，一般取1.2～1.5；

—根据当地平均中午日照时数折合成标准测试条件下光照时数所取得光强校正系数，一般取；

—一个太阳电池组件中单体太阳电池的电压温度系数，其值为-0.002～-0.0022V/℃；

—太阳电池组件工作温度（℃）；

—太阳电池标准测试温度（℃）；

—一个太阳电池组件中单体太阳电池串联只数；

8760—平年每年小时数（h）。

表3的选取方法

其中，影响太阳能电池板容量配置的主要因素是：负荷电流及当地年日照时数。其余参数选取参照YD/T 5040-2005附录C。