中国移动通信集团浙江有限公司规划技术部  胡坚钧
中国移动通信集团浙江有限公司台州分公司网络部  金美华

摘要：太阳能供电系统由太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池等组成，太阳能供电系统供电可靠、长期成本低、维护量少，且能耗极低，符合国家节能减排政策。本文首先介绍了没有市电供应的海岛基站太阳能供电系统的组成及配置方法，然后在系统投资、运行成本、节能减排方面与同等情况下的其它供电方式进行了比较，认为太阳能系统是一种很好的供电方式，并有明显的节能减排效果，在偏远基站有广阔的应用前景。
关键字：太阳能供电，节能，减排，长期成本

前    言
      随着移动通信业的发展，加强海域覆盖和偏远山区的覆盖对各通信运营商已经越来越重要。但这些地方没有市电供应或市电供应十分困难，如何保障这些基站的用电是一个很大的挑战。中国移动浙江公司在台州市东矶岛建设太阳能供电系统，该基站供电系统系统能源供给几乎全部来自太阳能，而太阳能为绿色能源，不会产生任何污染，符合国家节能减排环保政策。除设备一次性投资费用及意外维护费用外，不需花费额外费用，节约人员等开支。系统投入使用至今三年多时间，运行可靠，为基站提供了源源不断的用电，已经初步取得了较好的成效。

一、基站概况
      台州东矶岛地处浙江省临海市以东海域，距离陆地约37公里，东矶岛周围海域是重要航线和渔场。为加强海域覆盖、满足广大海域用户的通话需求，2003年5月，台州移动公司提出了新建东矶岛基站的需求。然而东矶岛远离大陆，没有市电供应，故基站通信设备的用电保障成为一个难题。2003年6月，中国移动通信集团浙江公司决定在东矶岛建设独立的太阳能供电的移动基站，基站设备采用NOKIA 4个载频，传输采用微波方式，包括通风系统及监控在内总负荷900W，电压为直流-48V。基站的动力保障系统由：9000KW的太阳能方阵、太阳控制器、2组48V1000AH的双登胶体蓄电池、1台8KW柴油发电机组、1台150A由油机供电的开关电源、1套200W的直流供电的节能通风系统及基站环境动力监控系统组成。基站设备平时由太阳能供电，在连续3个阴雨天后由油机启动为基站设备提供用电。

二、动力系统介绍
（一）太阳能供电系统介绍：
      台州东矶岛基站太阳能－油机混和供电方式系统图如下：

      整个供电系统主要由太阳能电池板、太阳能系统控制器、蓄电池组、开关电源、备用油机及油机控制器等组成。太阳能控制器控制太阳能的输出电压，油机启动控制器控制油机起动和停止。
      下面介绍各种天气状况下的系统工作原理：
1、晴天或多云的白天：太阳能供电，为了避免电池过充电及对通信设备的影响，太阳能控制器控制输出电压不高于57V（电压变换方式和太阳能电池方陈切离方式），太阳能电池的最高输出电流可达110A(在电池电压54V时晴天中午实测)，太阳能方阵向负载供电并向电池组充电。
      这是04年6月29日（阴天后的第二天、多云）中午在基站测得各时段电压、电流如下表：

      当电池电压高于57V时或太阳能方阵输出高于85V时，太阳能方陈逐个切离。
2、 晴天后的夜晚或阴雨天：太阳能停止供电，电池向负荷放电。
3、 连续阴雨后：电池放电，当电池电压至48V时（电池充足后阴雨60小时左右后），油机启动控制器起动油机，油机向开关电源供电，开关电源向电池及负载供电，当对电池的充电电流小于20A时（即开关电源输出电流小于37A），则油机启动控制器关停油机（此时要么是电池已基本充足、要么是太阳能恢复供电）。
4、 在阴天且油机又故障时：电池放电至44V,太阳能控制器内的LVDS跳脱，电池停止向负载供电。
（二）智能通风系统及监控系统介绍：
      东矶岛基站采用智能通风系统对基站内降温，智能通风系统由风机和控制器组成，受机房温度及电池充电电流控制。当机房温度高于32℃时，控制器控制风机无条件工作；当机房温度在22℃－32℃时，在对电池充电电流大于10A时（即太阳能输出有富余时、或油机工作时），控制器控制风机工作，在对电池充电电流小于10A时（即太阳能输出少或无时且油机未工作时），控制器控制风机停止工作，以节省电池容量，提高电池对负载的放电时间；当机房温度低于22℃时，控制器控制风机关。
      东矶岛基站还配置了动力环境监控系统，对太阳能系统、电池、开关电源、油机、基站环境进行监控，因而可遥控油机，即可远程起动油机或关停油机，可根据气象预报，人工干预油机的工作或停止。 
（三）太阳能系统建设方案介绍：
1、 负荷估算
（1） 通信负载：160W×4（4个载频）＋60W（微波）＝700W；
（2） 通风系统：200W，按每天工作12小时计，平均功率100W；
（3） 监控系统：100W。
因此负荷合计：900W，即为直流19A(48V)。

2、蓄电池容量配置（蓄电池后备工作时间按三天计取）：
              KIT
 Q= ___________ 
       η[1+α(t-25)]
其中：
Q：蓄电池容量（Ah）
K：安全系数，取1.25
I：负荷电流(A)，I=18.5A   1210W/48V=25.21A
T：放电小时数(h) ，T=24×3＝72小时
η：放电容量系数，取1
t：最低环境温度数值，本局无采暖，按5℃考虑
α：电池温度系数(1/℃) ，取0.008
经计算需要的电池总容量为：Q＝2200Ah，则配置1000Ah胶体电池2组。

3、太阳能电池板配置
      基站日照情况和太阳能供电情况，见下表（以04年大陈岛的气象资料――日照时间，太阳能的输出电流经测算）：

      从上表可知除每年的5月、6月太阳能略不足外，配置9KW的太阳能电池可基站全年的用电需求，整个太阳能供电系统供电能力的短木板是每年的6月、5月，这些月太阳能供电的不足由油机来补充，或连续阴雨天时，由油机对负载供电并向电池充电，05年全年油机运行250小时。因此配置9KW的太阳能电池较合理，即太阳能电池方阵都为4（串）×30（并），共1200块太阳能电池板，每块板额定功率为75W，太阳能电池方阵总功率为120×75＝9000W。

4、发电机组及开关电源配置
      综合考虑电池补充电需求、开关电源模块配置、油机功率，则开关电源配置3个50A整流模块并加1个备用模块，油机配置10KW的三相风冷油机，油机供电时开关电源对电池的充电电流为150－19＝131A。由于地处海岛加油不方便，自备油箱配置500L，可后备300小时(按平均输出功率6KW计)。
      即太阳能供电系统配置：1000AH胶体电池2组、120×75＝9000W太阳能方阵、10KW风冷油机、150A开关电源系统。

三  太阳能系统成本和节能减排分析
      目前，对基站供电可采用市电、油机、太阳能、风能等形式，但由于台州常有强台风，风能的牢固性差，故不考虑。
      下面对采用太阳能、市电、油机等不同供电形式从投资、维护成本、可靠性、能耗等方面进行比较分析，以此来分析采用太阳能供电系统的特点。
      在市电供电时，选取供电距离为5KM并需自行进行市电电力建设的基站进行比较。
（一）系统投资比较分析
      在投资方面，采用太阳能供电系统初期投资主要包括：太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组、组合开关电源、固定柴油发电机组等。
      下表为太阳能、市电、油机供电模式的投资比较：

      从前期投资来看，太阳能供电系统投资最大。

（二）维护成本比较分析
      太阳能供电系统，平时的维护量很少，且太阳能电池板的寿命长，无论从平时维护成本、还是设备折旧方面都是最低的，从长期来看成本费用相对较少。
      下表为太阳能、市电、油机供电模式的成本费用比较：

（三）可靠性分析
      可靠性方面，由于太阳能系统非常稳定，且日照不充分时可由油机自动保障，且日照不足是可预知的，因此系统的供电相对可靠性较高。
      下表为太阳能、市电、油机供电模式的成本费用比较：

      以东矶岛基站为例，05年基站总退服时长为12小时，而退服的原因是：雨天油机故障引起的供电中断，太阳能电池至今未发生故障。
      另外，东矶岛的太阳能电池经受住了多次强台风，如04年的“云娜”超强台风，风速达61米/秒，太阳能电池只一个角被吹损，其余无任何损伤，而邻近的联通基站的风能系统全部报废。

（四）能耗和气体排放量比较分析
      太阳能供电系统能源供给几乎全部来自太阳能，而太阳能为绿色能源，不会产生任何污染和任何气体排放量，符合国家的节能减排、环保政策。各供电模式的能耗、气体排放量比较：

      采用油机供电系统则要燃烧大量的柴油，柴油发电机组燃烧一般并不充分，因此会向大气中排放CO、NOX、SO2等有害气体以及地球温室效应的主要制造者CO2；采用市电供应系统因为长距离输电线路损耗会比较大，而市电大都源于火力发电厂，在燃烧大量的煤炭的同时也会向大气中排放NOX、SO2、CO2等有害气体。
      太阳能供电系统的能耗、气体排放量最低，且远低于其它供电模式。

（五）总体比较
      总体费用、能耗、气体排放量比较： 
 

      以东矶岛基站为例，如以10年为一个总体考虑尺度，那么，太阳能供电系统10年总成本费用是最低的；10年总能耗和总气体排放量远低于其它供电模式。
      因此，对于偏远山区基站、海岛基站，采用太阳能供电系统供电初期投资较多，但长期来看总体成本相对较少，除设备一次性投资费用及意外维护费用外，人员等开支少，不需花费额外费用，且可靠性高，对环境影响小，能耗低，无论从可靠性、费用来说都是最佳的，且能耗及气体排放量都是极低的，符合国家的节能、减排、环保政策。

四、结论
      随着移动通信用户数日益增加，网络覆盖范围的不断延伸，各种偏远移动通信站的供电形势越发严峻。太阳能供电系统供电可靠、一次建成后后期维护工作较少，能量基本来源于太阳能，无污染，长期来看投资相对较少，符合国家节能、减排政策，利国、利民、利公司，在没有市电供应的海岛移动通信站及各种偏远基站，太阳能供电系统是一种很好的供电方式。随着光伏技术的不断进步，太阳能系统光电转换效率的不断提高，太阳能系统的价格也越来越低，太阳能供电系统在通信行业的应用将越来越多，太阳能供电系统也将为中国通信业的发展做出巨大的贡献。