光伏系统在通信局楼中的应用

2023-01-31肖奇良

通信电源技术 2022年20期

肖奇良

（广东南方电信规划咨询设计院有限公司，广东汕头 515041）

0 引言

随着我国社会经济的快速发展，引领行业绿色低碳发展、绿色生态环保建设受重视程度日渐提升，绿色文明的社会建设理念日益深入人心。

响应碳达峰、碳中和“3060目标”，一场紧紧围绕“碳达峰”“碳中和”的能源革命即将展开，通信运营商主导的通信行业作为国家新基建的主要组成部分，将在这场革命中扮演重要的角色。而光伏发电系统作为这场能源革命的一把利剑，面对全国大量的通信局楼，如何利用现有的基础设施资源，特别是屋顶资源，将光伏发电系统有效利用会起到积极的减碳引领作用，有助于通信企业谋划碳达峰、碳中和试点示范项目，有效促进生态环境持续改善，科学制定碳达峰行动方案，确保完成上级单位下达的碳强度下降任务[1]。

1 光伏发电系统概述

1.1 光伏发电原理

P-N结是构成太阳能电池的基本结构，其主要作用就是将光照产生的电子-空穴对分开，在其内建电场的作用下在结的两端产生电势差，当接入负载时就会产生电流的定向移动，电能也就随着电流输送出来了。

光伏发电的工作原理就是将太阳能转变为电能，通过外接电路与电网或者蓄电池相连，分别构成并网发电光伏系统与离网发电光伏系统。太阳能电池经过一系列串联后并进行封装保护可形成较大容量的光伏组件，再配合最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）光伏控制器、逆变器等部件就形成了太阳能发电装置[2]。

1.2 系统组成

光伏发电系统主要由光伏电池组件、逆变器、汇流箱、配电控制柜以及电力（光伏）电缆等组成，其中的光伏电池组件是用来接受太阳能并转化为电能，发出的电能经逆变器使直流电逆变成交流电，再经过配电控制箱向负载供电。

1.3 技术特点

光伏发电系统具备以下技术特点：绿色环保，无噪声、无辐射、无污染；无枯竭危险，太阳能丰富；较传统发电系统而言，无需额外提供燃料；安装方便，不受资源地域限制（就近发电就近消纳），运营、维护简单。

1.4 发展趋势

2021年全国新增光伏并网装机容量54.88 GW，同比上升13.9%，累计光伏并网装机容量达到308 GW，新增和累计装机容量排名全球第一。预计2022年光伏新增装机容量超过75 GW，累计装机有望达到383 GW。全年光伏发电量为3 259亿kW·h，同比增长25.1%，约占全国全年总发电量的4%。其中分布式新增29.28 GW，占比53.4%，装机同比增长88.7%。

2 典型的通信机楼供电系统

通信局楼的供电系统作为局楼的动力来源，要求供电稳定可靠，主要包括交流供电系统和直流供电系统，如图1所示。

图1 通信局楼的供电系统结构

2.1 交流供电系统

交流供电系统主要由市电引入、电力变压器、低压配电设备、发电机、不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）设备等组成。当市电正常供电时，市电通过供电线路电源经变压器降压后输送到低压配电设备，然后再通过配电设备分配到各用电负荷。当市电因故停电时，电源则由后备发电机发电，通过配电线路输送到低压配电设备，再通过低压配电设备分配到各用电负荷，保证供电的负荷的正常用电。

2.2 直流供电系统

直流供电系统主要由直流UPS、供电电源线路及直流用电负荷组成，而直流UPS由整流开关电源和蓄电池组组成。通信局楼一般采用分立式整流开关电源设备供电，其由交流配电柜、整流开关电源机架、直流配电柜及蓄电池组等组成。交流供电正常时，交流电经整流器整流后通过直流配电屏对负荷供电，并同时对蓄电池组进行在线浮充充电工作；交流供电不正常时，整流开关电源停止工作，只能由蓄电池组向负荷供电，从而实现对用电负荷的直流不间断供电。

3 光伏系统应用实例分析

3.1 应用场景

为使光伏发电系统产生最大的效益，目前主流方式是“自发自用、余电上网”，并且自行消纳比例越高，产生的效益越好，更具备回收周期短的优势。

通信设备要求全天候24 h不间断供电，供电负荷较为稳定。光伏系统合理的配置可以做到较高的自用比例，消纳比几乎可做到100%，从而产生较为明显的经济效益[3]。

下面以目前某一类型的通信局楼为例，论述在现有供电系统的基础上叠加光伏发电系统的供电系统架构。

3.2 场景系统现状

某局房安装有室内基带处理单元（Building Boseband Unit，BBU）、无线接入网 IP 化（IP Radio Access Network，IPAN）、光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）等通信设备，设备总用电为1 000 A/-48 V，并配备有机房空调等其他用电负荷。原有机楼为传统的通信局楼供电模式，供电系统如图2所示。

图2 原有的通信局楼供电系统结构

3.3 光伏系统接入及规划

根据屋顶资源情况，局楼现有可利用屋顶资源为400 m2，拟在屋顶建设分布式光伏发电系统，并网模式采用“自发自用、余电上网”的低压接入方式，装机容量为61.6 kW。光伏发电系统叠加现有的配电系统，如图3所示。

图3 光伏发电系统叠加入现有的配电系统结构

3.4 光伏组件

光伏组件主要由钢化玻璃、EVA、电池串、背板、铝边框、接线盒以及插接件构成。

光伏组件各部分的技术性能如下文所述。

钢化玻璃具有防水、防紫外线、透光率高、抗冲击能力强以及使用寿命长等特点，一般厚度为3.2 mm，在晶体硅太阳电池响应的波长范围内（320～1 100 nm）,透光率达90%以上，对于波长大于1 200 nm的红外线有较高的反射率，同时能耐太阳紫外线的辐射[4]。

EVA在电池与玻璃、电池与背板TPT之间起粘接作用，固化后的透光率大于90%。

电池串起发电作用。

背板绝缘、防潮、抗紫外线、不透气，耐老化，耐腐蚀。

铝边框保护组件、连接安装，抗冲击强度能力强。

接线盒主要为了引出汇流接线端，通过配置旁路二极管，可以有效减小阴影遮挡及热斑带来的负面影响。

接插头起电气连接作用。

本方案计划采用单晶硅光伏组件，其主要技术参数见表1。

表1 单晶硅光伏组件主要技术参数

本方案所在地区地理纬度为23°，经查阅相关资料，最佳安装倾角为19°，光伏组件采用钢结构支架固定安装在本工程屋面，如图4所示，正南朝向安装。可计算出组件前后间距D为1 030.5 mm，组件后后间距L为 3 163.5 mm，单片组件占地面积为 3.584 m2，则400 m2可安装组件数量为112片，共61.6 kW。