太阳能站点布局部署建议

赵 峰

（中通服咨询设计研究院有限公司，南京 210000）

1 引言

赤道地区某国微波骨干网建设，基站电源采用太阳能与油机结合的方式供电，减少维护，绿色节能，最终通过各种数据的采集、计算，与客户充分沟通，制定了根据不同纬度、位置采用不同的太阳能矩阵布局的方案。

2 研究背景

2.1 站址限制

该国为山地地形，为方便微波传输建设全国骨干网，规划后基站及中继站大多选址在高山顶，上山下山道路不畅，建设、维护困难，维护成本高昂。

2.2 电力匮乏

该国地广人稀，很多城市电力不稳定，很多乡镇电力匮乏，站点所在位置多为偏僻的原始森林，电力引入成本极高。

2.3 太阳能资源丰富

该国位于中非赤道处，国家贯穿南北半球，林业富饶，但山顶树木较矮，不会造成阻挡，利于太阳能矩阵接收太阳能，平均日照时间见下表：

表1 平均每天日照时长

2.4 站点空间有限

站点多在100-500米的山顶上，山顶空间有限，要建站需将山顶平整后建设，建站成本随站点占地面积的增加成指数级增加。客户为控制成本，严格控制站点空间，站点范围内禁止浪费空间。

3 太阳能矩阵布放难点

3.1 客户严格控制站点大小，否定厂家间隔要求

太阳能厂家建议太阳能矩阵（以下简称矩阵）布放位置要与铁塔间隔不小于5米，与fence间隔不小于1米，每两排太阳能矩阵间隔不小于1.5米，否则会由于阴影遮挡导致太阳能功率不够。

客户对站点空间面积严格要求，坚决否定了矩阵与铁塔间隔5米的要求。这让项目组在必须考虑铁塔阴影的条件下，重新计算每个站点的太阳能板数量及功率需求。

3.2 太阳能矩阵的朝向及位置

根据太阳能厂家提供的资料，在0到15纬度的地区，太阳能板倾斜角度为15°；在北半球，矩阵普遍布放在铁塔南边，在南半球，矩阵普遍布放在铁塔北边。该国位于赤道上，纬度在北纬2°到南纬3°之间，所以在矩阵布放朝向和位置上有很大的疑问。

3.3 解决办法

第一步，我们必须确定矩阵的最佳位置。由于该国处于赤道这个特殊的位置上，铁塔的阴影长度和方向在每一天都是不一样的，但同时又是规律循环变化的。见下图：

图1 铁塔阴影变化图

通过图示，我们可以分析：假如该国每一天每一刻的太阳强度都是一样的。那么矩阵分别放在铁塔的东南西北时，每一年获得的太阳能均量都是一样的，只是不同月份不同而已。因此我们必须通过比较每个月，每一天的日照时间和强度来分析4个方向的优劣。

第一步比较每天的日照长度和强度，经数据查实，该地区下午的平均日照长度和强度明显好于上午，下午时铁塔阴影在东边，我们为了每天获得的光照最大化，得出矩阵放在铁塔西边明显好于东边。

第二步比较每个月的日平均日照长度（见表1）。可以看出，10月份为一年中日平均日照时长最短的月份，10月份时，太阳直射在南半球，铁塔的影子在北边，我们为了在最差月份可以保证通信设备正常供电，认为矩阵在铁塔南边要好于北边。

第三步需要比较布放在南边和西边的优劣，为了保证移动通讯全年不中断，只要保证在最差时间段通讯不中断就可以了。所以并不需要比较一年中每一天的优劣，只需要比较最差月份时（10月）和影子最长时（6月23日）的情况就可以了。

最后一步，在矩阵布放于铁塔西边的基础上，重新配置每个站点的太阳能容量。具体计算应参考太阳能光伏电池容量计算，并在本项目中考虑阴影造成的损耗。

4 结论

开放思维：由于赤道独特的地理位置，令太阳能矩阵的布放格外复杂，如果我们采用最基本的方法，来比较每一天，每一种布放方式的日照情况，将需要巨大的计算量，以及大量的时间，而我们采用最差时间来比较、分析简化了计算，符合移动通讯不间断的需求。

成本比较：在项目中，客户考虑到站点面积的增大需要更多的成本，坚持减少太阳能矩阵与铁塔之前的距离，这造成了太阳能的浪费，此时为了保证站点正常工作，就必须扩大太阳能容量，增加成本，这就需要在两种情况中比较，设计出最佳方案。

光油结合：在项目中，站点位置特殊及考虑站点的重要性，仅由太阳能供电无法满足站点的要求，此时可以采用太阳能和油机相结合的方案，既可以保证站点正常运作，又满足了站点运行维护便捷，克服站点维护不便的要求。