通信基站多家共享下的光伏发电应用研究

李祥中

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210019）

0 引 言

通信基站供电系统一般采用由市电和备用发电机组成的集中供电方式，存在能源消耗大、运行方式落后等缺点。处于偏远地区的通信基站，主要由农电、小水电支持，甚至某些地区（如某些海岛、戈壁等）根本没有电力供应[1]。因此，对于分布面广、维护工作量大的通信基站来说，太阳能光伏发电系统是最佳的供电形式。

太阳能光伏发电系统安装方便，无需敷设电缆，可克服道路或地形限制，并在基站选址上降低了市电引入条件的影响。太阳能光伏发电系统具有安装时间短、拆装方便、无电磁干扰等优点。

1 光电系统介绍及容量设计

1.1 光电系统介绍

光电系统由太阳能发电设备、太阳能控制器、蓄电池及直流屏组成，可通过光电板将太阳能转换成电能，经过控制器对蓄电池充电，并通过逆变器对交流用电负荷供电，或通过直流屏对直流用电负荷供电。光电系统的优点是运行维护成本低，供电可靠性高，缺点是系统造价偏高[2]。一般情况下，白天由太阳能电池供电系统对蓄电池、负载供电；晚上无光时，蓄电池负责供电。

1.2 计算光电系统的容量

光电系统容量的计算包括负载用电量、太阳能电池数量和蓄电池容量等。

配置蓄电池容量的基本公式为：

（自给天数×负载每天用电量）/最大放电深度=蓄电池容量 （1）

其中，自给天数是指没有太阳情况下可以保证正常工作的天数，一般用当地连续阴雨天数的最大值作为自给天数；最大放电深度是指超过蓄电池允许的放电容量后，蓄电池将不能正常工作，一般为一个定值。

设计光伏组件方阵的基本公式为：

考虑到修正，一般可将太阳能电池输出减少10%和将负载增加10%。

1.3 平均光照

因为 1 MJ=106J、1 kW·h=3.6×106J，所以 1 MJ=0.28 kW·h。按《某省太阳辐射分布特征及气象要素关系分析》2000年-2014年近15年观测数据，某地市总辐射春季为1 074.05 MJ/m2，夏季为1 512.99 MJ/m2，秋季为1 239.70 MJ/m2，冬季为705.48 MJ/m2。取最小值冬季92 d为705.48 MJ/m2，最小平均光照为705.48×0.28÷92=2.15 （kW·h）/（m2·d-1）。

若系统配置能满足最差月份的负载用电需求，即可满足全年的负载用电需求，平均光照取定为2.15 （kW·h）/（m2·d-1）。

2 系统设计

2.1 负载日用电量

新建站，1家1制式，室内站总功耗1 230 W；2家各1制式，室内站总功耗2 130 W；3家各1制式，室内站总功耗3 030 W。以上三种，均24 h不间断工作。

按1家1制式，室内站负载日用电量=1.23 kW×24 h=29.52 kW·h。

2.2 蓄电池选择

通信基站常见为DC 48 V，后备电池采用每节2 V的免维护铅酸电池，24节串联为一组。假定放电深度为70%，无光时需保障2 d用电量：后备蓄电池总容量=（2×29.52÷70%）/48=1 757 Ah。如果采用2 V/1 000 Ah的蓄电池，并联蓄电池的组数=1 757 Ah/1 000 Ah=1.57，向上取整为2组。蓄电池实际个数=串联节数×并联组数=24节/组×2组=48节。

2.3 太阳能供电系统日发电量

为满足无后备电源保障型通信基站供电可靠性和合理控制建设成本的要求，推荐日发电量至少为1.2倍的日用电量。其中，1倍电能用于通信负载供电，剩余电能向蓄电池组充电。新能源供电系统日总发电量为29.52 kW·h×1.2=35.42 kW·h。

2.4 供电系统设备清单和造价

太阳能电池板共72片，按8片/组，分为9组，占地103.68 m2，横向总长14.4 m，纵向总长7.2 m。

3 多家共享情况

采用太阳能供电系统的基站机房，通过自然通风调节温度；建成地下、半地下式的基站机房，通过地热和辅助设备调节机房温度，保证基站设备和蓄电池组的正常工作。

本次按1家1制式、2家各1制式、3家各1制式的需求总功耗，分别计算各种情况下蓄电池选定容量、太阳能系统日发电量、太阳能系统设备造价和占地面积等，结果如表1所示。

由表1可知，单系统1 230 W的功耗需求需配置-48 V/1 000 Ah的蓄电池2组，太阳能系统设备造价29.27万，占地面积在100 m2以上；2套系统的总功耗在2 130 W以上，太阳能系统设备造价和占地面积都会成倍上升。

表2为太阳能系统的造价和10年、20年节省电费的比对结果。

表1 多家共享下光伏发电系统计算结果

表2 光伏发电系统造价和节省电费比对结果

由表2可知，按20年计算节省的电费，从太阳能系统造价中扣除节省的电费，即单家需要的引电成本相当于10.95万元，2家需求的引电成本相当于17.29万元，3家需求的引电成本相当于21万元。单家需求的太阳能引电成本在扣除20年节省电费后，略接近于公变引电。

4 结 论

由对比计算结果可知：采用配备大容量储能蓄电池的太阳能供电系统，同项配套成本都超出标准的配套造价；同等条件下，太阳能供电系统的毛利率比公变引电系统的毛利率低12%～19%；采用太阳能供电系统的2家需求、3家需求的总造价均超出标准造价，但毛利率可保持在30%以上。

通信基站多家共享下的应用场景：市电无法接入；市电接入成本高；市电频繁停电。对市电停电频繁的基站采用光伏系统和市电供电互补型方案，可减少因停电造成蓄电池的放电深度，延长电池寿命，同时利用了节能环保的新能源。