一 、方案背景介绍

1.1农村通信的现状
      我国幅员辽阔，经济发展不平衡，我国经济发展的不平衡性和地理分布的差异性，使我国在东西部地区、城市和农村地区的通信能力存在着严重的差别。虽然地面通信网发展迅速，覆盖面积不断扩大，但是，受到地形和人口分布等客观因素的限制，在一些地广人稀的区域（如海洋、高山、沙漠和草原等）建设并长期运营蜂窝网和有线网是得不偿失的，在中国有60％左右的地域是网络盲区，特别是在农村偏远地区普遍存在打电话难的问题，西部地区问题更加突出。

1.2信息产业部村通工程工作部署
      信息产业部组织中国电信、中国网通、中国移动、中国联通、中国卫通、中国铁通肩负历史使命和社会责任，主张采用多种技术手段，基本解决全国剩余未通电话行政村的通电话问题，逐步推进自然村通电话进程，加快农村地区互联网接入能力建设，促进互联网在农村地区的推广应用， 积极支持“低成本、广覆盖、低功耗、易维护”农村通信产品的开发和使用。

      为此中国卫星通信集团公司承担了青海省未完成村通电话的行政村和自然村的任务。青海省的基本特征是：（1）人口密度低，人口分布分散，自然村间距离大；（2）地形复杂，大多分布在多种地貌类型区，恶劣的自然环境使得通信建设难度大，周期长，建设成本高，且运营维护困难；（3）经济不发达，农民平均收入偏低。其中尤以玉树、果洛两州为甚！

1.3青海省玉树、果洛两州情况简介
      玉树和果洛两个州实施村通的主要特点和难点：一是两州地处三江源头，环境保护要求高，不宜大兴基础设施建设；二是两地平均海拔4000米以上，冻土、缺氧和复杂地理环境等因素导致地面通信施工难度极大；三是两州地广人稀，传统通信手段建设投资巨大；四是很多村落还没有通上电。
      针对这种情况我们结合卫星通信的特点和优势设计了卫星移动通信系统加太阳能供电系统实施电信普遍服务的方案。方案如下图：

二、太阳能供电的优势
      1.普遍性。 
      太阳光照射的面积散布在地球大部分角落，仅入射角不同造成的光能稍有差异。 
      2.永久性。 
      3.无污染性，是一种清洁的能源。
      4. 安全可靠性。
      5. 是人类可以利用的最丰富的能源。
      由此可见，发展和利用太阳能来减少和替代化石能源的使用，是保护人类生存环境，创造可持续发展和和谐社会的必由之路。

三、采用太阳能供电原因分析
      1)  太阳能随处可得，并且不污染当地环境。
      2)  太阳能供电系统技术指标及可靠性均能满足卫星通信电源技术要求。
      3)  对采用太阳能供电的卫星通信设备要求提供直流电源输入接口，减少了交流变直流的转换环节，降低设备功耗，降低太阳能使用能量，减少投资造价。
      4)  从投资成本来看，按5-10年的设备费，维护费，电费等来综合评估是合理的。
      5)  从国家能源发展战略考虑，符合国家的长远发展目标。

四、中国卫通青海村通工程太阳能供电解决方案

4.1负载基本情况
   ■ 直流负载电流：＜1000mA；
   ■ 直流工作电压：10.5～24Vdc；
   ■ 直流负载每天工作时间：24 小时；
   ■ 负载工作温度：-40～55℃；
   ■ 负载工作湿度：5%～95%无凝结；
   ■ 负载保存温度：-50～70℃；
   ■ 地震烈度：8度；
   ■ 最大风速：200 km/h(室外设备)；
   ■ 蓄电池后备时间：3 天。

4.2太阳能供电系统
      由蓄电池组、光伏电池板方阵、太阳能控制器、直流负载组成。
（1）蓄电池组
蓄电池配置分析
      负载的工作电压范围较宽－10.5～24Vdc，考虑到与光伏电池板的匹配性，将太阳能供电源系统定为12V直流系统。结合当地的实际情况分析，整个系统的后备工作时间要能达到3天的后备时间。由于系统负载的工作电流处于一个变数，考虑到冗余情况，取负载电流为1A进行计算，另外由于负载是属于民用的卫星电话类负载，系统的每天工作状况为全天候工作。
      系统所需的蓄电池容量为：  
      蓄电池的容量应为90AH/12V，所取用的蓄电池型号为6GFM90，数量为：1块。
（2）光伏电池板方阵
光伏电池板配置分析
太阳能电池组件技术特点及发展趋势
      1)    种类
      目前太阳能电池组件分三种，单晶硅、多晶硅和薄膜电池CIS（也叫非晶硅）。单晶硅、多晶硅技术较为成熟，性能稳定，抗老化抗衰减能力强，应用较为广泛。此处采用多晶硅技术。
      选取离安装地点最近的气象站数据作为计算依据，利用供电系统容量的软件进行分析，若要维持负载全天候24小时运行，光伏电池板电气参数选择如下：

      光伏电池板方阵在不同的月份平均每天日照，光伏电池板方阵产生的能量以及负载消耗的能量如下表：

      注：取青海省玉树的日照气象数据作为参考数据。

（3）太阳能控制器
太阳能控制器配置分析
      1)    种类
      根据目前已使用的通信用太阳能控制器可大致分为3种形式。
   ● 逐级投入/甩开控制型和脉宽调制控制（PWM）型（限流方式）。
   ● 恒压充电控制型。
   ● 最大功率占跟踪控制（MPPT）型。
      2)    技术特点及现状
      由于太阳能电池输出量非线性特性，它受到太阳光强度，环境温度及系统负载等诸多因素影响是个动态的量。就通信用太阳能控制器本身主要是以太阳能电池输出特性控制蓄电池组的充放电为目的的。
      太阳能控制器的工作原理图如下所示：

      图中的光伏电池板的最大输出电流为4.36A，所以太阳能控制器选择通流量为10A的型号就能满足此系统的要求。其智能型的工作原理能很好的控制系统各部份的正常工作。其中全天候工作方式采用1台太阳能控制器。

4.3太阳能供电系统的安装：
蓄电池和控制器安装
      蓄电池的数量为1块，考虑到美观及保护系统的正常工作，将蓄电池安装在相应的太阳能控制箱中，箱内分为两层结构，上层用于安装太阳能控制器及相关附件，下层用于安装蓄电池。
光伏电池板安装分析
      从上面对光伏电池板的配置分析可得，光伏电池板的数量为1块，在安装时可采用室外铁杆架高的方式固定，将光伏电池板在架设一定高度的同时使其正面朝正南方，更好的吸收阳光为系统供电。在安装光伏电池板的地点上尽量选择靠近蓄电池的原则，以减小电缆的损耗，提高系统的使用效率。如下图所示：

五、太阳能供电系统应用中的主要问题
5.1 系统设计的准确性
      太阳能电池和蓄电池容量差异较大，重要原因是：
   ● 负载实际功耗计算不准确，造成容量偏大或偏小。
   ● 气象资料数据不准确。
   ● 容量计算方法上存在差异。
   ● 组件的额定峰值功率标称值的范围差异。
   ● 环境温度的保证对容量的影响，尤其是对蓄电池组的影响。
5.2 可靠性
   ● 充电控制器的可靠性，特别是内部电子元件或器件的质量及选用等级上决定其可靠性。
   ● 控制器的内部损耗过大并发热造成器件的加速老化，从而影响可靠性。
   ● 控制器的充放电限流方式不同，造成元件或器件的频繁工作，从而降低其使用寿命，造成可靠性下降。
   ● 设计技术要求规范与功能要求的不对称，也是影响可靠性的原因之一。即保证主要功能前提下，可靠性是最主要要求，不需要的功能可以不要，系统愈简单，环节愈少愈好，可靠性就愈高。
5.3 受环境的影响
   ● 台风或冰雹、地震等自然灾害造成的破坏，这种机率比较小。
   ● 高海拔对系统设备造成的影响，特别是控制器内损较大的控制器往往由于内部热量放不出来，造成设备无法正常工作或损坏。
   ● 蓄电池组的低温性能。目前大多数铅酸电池低温放电容量达不到技术要求，造成蓄电池组必须超标准配置，这方面的问题较为突出，必须加以改进。
   ● 自然环境的不可抗力导致的破坏。
5.4 人为环境因素
   ● 由于设备放置在边远地区，偷盗情况比较严重，这也是目前亟待解决的问题。

六、经济性分析
1)    采用市电供电
      采用市电供电方式经济分析表

2)    采用太阳能
      采用太阳能供电方式经济分析表

3)    比较
      采用市电供电约5.6万，采用太阳能2.6万，若按10年考虑，仅节省电费就是1万元，而且省去了和电力部门的许多手续，节省了大量的业务费用和市电带来的影响。从长期投入来看，采用太阳能是经济的。

七、方案实施效果
      在设备开发完成后，中国卫通在一个月的时间内完成了青海省果洛、玉树藏族自治州最后186个未通电话的行政村村通任务。目前全部太阳能供电设备运行良好。