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1、太阳能光伏电源系统在通信系统中的应用分析及设计要点林培桂 第二设计院导读：太阳能光伏发电已经成为发展最为迅速的产业之一。目前在电网延伸不到或电网质量不高的地方，利用太阳能光伏发电设备组成的通信电源系统，对解决通信系统的供电发挥着越来越大的作用。通信基站根据不同的建设目的，会有不同的系统设计要求，因此应该在系统设计初期，让设计人员充分了解太阳能光伏电源系统的运行方式和设计要求。本文将从太阳能光伏发电的原理入手，详细介绍通信用太阳能光伏电源系统的系统原理和技术要求，并深入研究通信用太阳能光伏电源系统设计中需要明确和关注的五个方面，即总体设计原则、太阳能极板容量设计、太阳能蓄电池配置、系统控制单元设
2、计和系统保护及防盗安全。本课题的研究旨在让设计人员了解通信用太阳能光伏电源系统的原理和设计要求，并在实际设计工作中参考本课题的一些设计原则和思路，使设计工作达到网络运行商的要求，并保障设计完成的太阳能光伏电源系统能安全、稳定的运行。摘要 分析了太阳能光伏电源系统的结构特点和运行原理，在此基础上深入研究通信用太阳能光伏电源系统设计中需要明确和关注的五个方面，提出了设计原则和思路。关键词 太阳能 光伏发电 电池方阵 蓄电池 控制单元 系统保护一、 引言我国是一个拥有丰富的太阳能资源的国家。图1.1为中国太阳能资源分布图。从图中可知：除贵州高原部分地区外，中国的所有地域均为高太阳能资源区域。而目前我
3、国太阳能的开发利用量还不到可开发量的1/1000。与此同时，随着我国电信事业的迅速发展，通信网络的规模在不断扩大。而目前我国有些偏远地区的基站主要由农电、小水电来支持，甚至有些地区(如某些海岛、戈壁等边远地区)根本没有电力供应。因此对于分布面广，维护工作量大的通信基站来说，太阳能光伏电源系统就成为通信基站供电形式的最佳选择。图1.1 中国太阳能资源分布图二、 通信用太阳能光伏电源系统应用1. 应用前景随着我国经济建设的持续稳定发展以及通信技术的进步，无论是移动通信、微波、广播和电视转发，还是卫星通信，都各自在全国建立了一定数量的通信基站，分别形成了一个覆盖全国的通信网络。通信质量和服务质量的优
4、劣 ，又在很大程度上取决于其网络覆盖范围的大小。因此，各行业为了更好地服务于大众，提高服务质量，都有计划地扩大其网络的覆盖范围、新建基站，开拓投资项目。电力行业采取了一系列措施，新建、改扩建了用于电力通信的微波中继站、换流站、光纤中继站等基站；石油行业为了满足进口渠道向多元化发展 ，在新建多条石油管线的基础上，兴建了许多石油通信基站、阴极保护站、节点清管站等。通信基站的建设已从最初期的城市内建设向城镇乡村发展，在未来的几年，还将更多地向不发达的西部地区、偏远山区发展。这些地区基础设施条件差、供电质量低，一般采用农电、小水电供电，有些地区甚至根本没有电力供应。此外，由于通信基站分布面广，维护工作
5、量大，且不易到达，为满足这种特殊需要，太阳能光伏发电就成为这些通信基站供电的最佳选择，太阳能光伏发电在通信基站供电领域有着广泛的应用前景。2. 供电方式选择通信基站的建设基本包括设备投资(通信设备和供电设备投资)、基础建设投资、工程施工投资等。要保障系统长期可靠地运行，必须要有良好的电源供电保障。对于不同通信基站，其太阳能供电方式大致可归纳为以下几种。(1)独立太阳能方式：对于完全没有电或供电条件差的站，系统设计安全级别要求一般，宜采用独立太阳能供电方式。独立太阳能供电系统的构成如图2.1所示。图2.1 独立太阳能供电系统构成示意图(2)太阳能主用+高频开关电源备用的供电方式：在有市电情况下(
6、包括农电、小水电供电) ，或没有市电而采用油机作为备用电源的基站，系统设计安全级别要求较高或极高，宜采用这种供电方式。太阳能主用+高频开关电源备用的供电系统的构成如图2.2和图2.3所示。图2.2 太阳能-市电互补供电系统构成示意图图2.3 太阳能-油机互补供电系统构成示意图(3)太阳能+风力发电并用方式：对于完全没有电或供电条件差的站，而风力资源比较丰富，系统设计安全级别要求一般，宜采用这种方式。风光互补供电系统的构成如图2.4所示。图2.4 风光互补供电系统构成示意图基站通信设备大多数为直流(+12V、+24V、48V或其他特殊电压等级)供电设备，而太阳能光伏电源系统中，太阳能电池方阵板可
7、以提供或通过串联提供满足这些设备电压要求的直流电。如果设备为交流供电，则可通过增加逆变器来满足负载要求，但需要考虑逆变引起能量损耗的影响。出于减少能源损耗以及减少系统部件，提高系统可靠性的考虑，建议在通信设备的选择上，尽可能采用标准电压等级的直流供电设备。下面就对太阳能光伏电源系统基本组成及工作原理进行详细的阐述。三、 通信用太阳能光伏电源系统的基本组成及工作原理分析太阳能光伏发电是利用将转换效率达18%的太阳能电池方阵通过光生伏打效应将太阳的光能转化为电能后，再由太阳能控制器控制太阳能方阵的投入和撤出产生所需要的电压和电流给蓄电池充电，同时提供给相应的电路或负载用电，并将多余的电能存储在蓄电
8、池中，在夜晚或太阳能电池产生的电力不足时提供备用电源。光伏发电是利用半导体界面的光生伏打效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳能电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。太阳能电池发电原理如图3.1所示。图3.1 太阳能电池发电原理图太阳光照在半导体P-N结上，形成新的空穴-电子对，在P-N结电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后就形成电流。这就是光生伏打效应太阳能电池的工作原理。太阳能光伏电源系统由太阳能电池方阵（包括支架）、蓄电池（组）、控制器（包括稳压装置和配电单元或
9、与其他供电系统的的接口）、逆变器（包括DC/DC和DC/AC两种）等组成。以太阳能主用+高频开关电源备用的供电方式为例，在配置柴油发电机组的情况下，通信基站光伏电源系统的基本构成如图3.1所示。图3.1 通信基站光伏电源系统基本构成图1. 太阳能电池方阵部分太阳能电池方阵是由若干个太阳能电池子阵构成的，每个电池子阵又由若干个太阳能电池组件串联、并联在一起构成。每个太阳能电池组件一般由若干个单体太阳能电池互相串联和必要的封装材料构成。目前常用的太阳能电池组件多为平板式组件。地面用中、小型太阳能电池方阵通常由平板式组件构成，并且多为固定安装、能按季节作向日调整的平面型式。电池方阵将太阳能通过光生伏
10、打效应转换成直流电，再通过变换器为各部分负载供电。由于通信基站的通信设备大多都需要直流48 V 或24 V 的电源供电，因此通过几块光伏阵列板的串联或并联就可以为负载供电。太阳能电池方阵组成部分如图3.2所示。图3.2 太阳能电池方阵及组件2. 太阳能蓄电池组部分主要作用是储备由太阳能转换来的电能，而当光伏发电电能不足时将电能释放出来供负载使用。通信用太阳能光伏电源系统中的蓄电池，其运行温度随周围环境的变化而变化，并且安装地点不同，温差很大，因此要选用抗高低温特性好的蓄电池，同时选配的蓄电池组除具有储能的功能外，还应具备一定的系统稳压器的功能。目前太阳能光伏系统通常使用铅酸蓄电池作为储能电池，
11、铅酸蓄电池是一种免维护蓄电池，其电解液的消耗量非常小，在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。具备耐震、耐高温、体积小、自放电小的特点，使用寿命一般为普通蓄电池的两倍。铅酸蓄电池的容量与温度的关系如图3.3所示。图3.3 铅酸蓄电池的容量与温度的关系曲线图蓄电池标称容量是指在25 下的放电容量。在环境温度低于25 时，放电容量下降，尤其是当环境温度低于10时，容量下降是非常明显的。图3.2 曲线给出了温度对储能胶体蓄电池实际容量的影响，此指标并不是固定不变的，如果改进蓄电池工艺，或者寻找到新品种蓄电池，能够提高蓄电池的低温性能。但是温度对储能蓄电池的实际容量总是有影响的，在系统设计过程中务必考虑。3
12、. 太阳能控制器为防止电池方阵对蓄电池组过度充电和蓄电池对负载的过度放电，在太阳能光伏电源系统中应设置相应的控制器。太阳能控制器是对蓄电池进行自动充、放电的控制装置，当蓄电池充满电时，它将自动切断充电回路或将充电转换为浮充电的方式，使蓄电池不致过充电；当蓄电池发生过放电时，它会及时发出报警提示以及相关的保护动作，从而保证蓄电池能够长期可靠的运行。当蓄电池电量恢复后，系统自动恢复正常状态。控制器还具有反向放电保护功能、极性反接电路保护等功能。太阳能控制器是系统的关键控制部件。同时，控制器还具有多种充电接口，便于接入风能发电机、市电、油机，可以根据基站环境提供多种供电解决方案。4. 其他组成部件1
13、）汇流盒汇流盒的作用是将若干组太阳能电池组件产生的电流汇接，并根据控制方式的要求，分成容量不同的等级，配合太阳能控制器对太阳能电池方阵进行控制。2）逆变器逆变器（DC/AC）用于将太阳能电池方阵和蓄电池提供的低压直流电逆变成交流电，供给交流负载使用。直流供电系统无须逆变器。如果直流供电系统中有不同的直流负载，如24V负载和12V负载等，则需要考虑配置直流转换器（DC/DC），实现提供负载所需直流电。3）太阳能电池方阵支架支架用于固定和安装太阳能电池板调节倾角以使太阳能板获得最大的太阳辐射。支架有多种形式，如高支架、中支架、低支架和挂墙型支架等，如何选择主要取决于场地环境以及系统用途。在对通信用
14、太阳能光伏电源系统的组成部件及其工作原理有了一定的了解之后，下面将深入研究光伏电源系统的设计原则和设计要点。四、 通信用太阳能光伏电源系统的设计1. 总体设计原则设计一个完善的太阳能光伏电源系统，主要依据相关国际、国家标准和地理、气象等数据，不仅需要充分了解通信设备的功耗、电压等级、工作时间，更需要获得基站建设地点的气象资料，特别是日照强度、环境温度、湿度、风速、雷暴日、沙尘暴天数或台风等情况，根据系统要求的安全级别，进行多种设计，如太阳能板阵容量设计、蓄电池容量设计、防雷接地系统的设计、电气性能设计、系统安全性设计、电磁和静电屏蔽设计、机械结构设计等，其中以太阳能板阵容量设计、蓄电池容量设计
15、更为重要，直接影响系统造价。光伏电源系统的设计总原则，是在保证满足通信设备用电需求的前提下，合理匹配太阳能电池方阵容量与蓄电池容量，以达到系统长期可靠运行的目的，即同时考虑可靠性和经济性。 2. 太阳能电池方阵设计2.1 太阳能电池方阵容量设计太阳电池方阵的容量计算，就是根据供电系统中的电压要求，太阳电池分担的负荷电流大小和使用地点的日照条件等情况，计算出太阳电池方阵的总组件数，并根据每个组件在标准测试条件下的额定功率计算出方阵的总功率，以便满足设计需要。根据我国通信行业标准通信电源设备安装工程设计规范(YD/T 5040-2005)中的规定太阳电池方阵总容量可按式(1)进行计算： (1)式中
16、，P：太阳电池阵总容量,W；Vp：一个太阳电池组件在标准测试条件下取得的工作点电压,V；I：负荷电流，A；b：蓄电池充电安时效率，铅蓄电池取b=0.84；T：当地年日照时数，h；V0：每只蓄电池浮充电压，V。一般为2.302.35V (25)，可取值2.35V；Nb：每组蓄电池只数,一般取24只；Vl：串入太阳电池至蓄电池供电回路中的元器件和导线在浮充供电时引起的压降，V；Fc：影响太阳电池发电量的综合修正系数，一般取1.21.5；：根据当地平均每天日照时数折合成标准测试条件下光照时数所取的光强校正系数，一般取=0.62.3；：一个太阳电池组件中单体太阳电池的电压温度系数，为0.0020.00
17、22 V/；t2：太阳电池组件工作温度，；t1：太阳电池标准测试温度，；Nm：一个太阳电池组件中单体太阳电池串联只数；8760：平年每年小时数，h。根据实际经验，考虑各种其他影响系统工作效率的因素计算在内，电池方阵的最大输出功率约是所有负载输入功率总和的3倍左右。这样就可根据式(1)来确定电池方阵的太阳能电池组件数及确定连接方式。在实际的设计工作中，对于电池方阵中的太阳能电池功率，可参考表4.1进行速算。表4.1 全国主要城市每瓦负载平均功耗所需的太阳能电池估算表全国主要城市每瓦负载平均功耗所需的太阳能电池估算（太阳能转换效率=13%，填充因子=0.72；安全系数=0.7；续航时间=14天）地
18、区年太阳总辐射（MJ/m2）年日照时数太阳能电池功率（W）地区年太阳总辐射（MJ/m2）年日照时数太阳能电池功率（W）（小时）（小时）北京4896.262780.220.26武汉4465.32058.522.21天津4150.622724.323.9长沙4068.691677.224.38石家庄4701.842737.921.09广州3850.92190625.76太原4936.072675.720.09南宁4385.531826.922.62呼和浩特5941.82970.516.69海口5149.232239.819.26沈阳4812.222574.120.61重庆3338.38113629
19、.71长春4816.972643.620.59成都3005.381228.333哈尔滨4941.172641.120.07贵阳4262.6131423.27上海4667.942013.921.25昆明5442.612496.618.22南京4492.31215522.08拉萨7455.613007.813.3杭州4027.891903.824.62西安4232.032038.123.44合肥4525.072163.421.92兰州5041.642607.619.67福州4191.18184823.66西宁5607.38276217.69南昌4357.921903.922.76银川5683.92
20、76217.45济南4541.772737.321.84乌鲁木齐5215.172733.719.02郑州4521.82385.221.932.2 太阳能电池方阵方位角和倾角设计影响太阳能电池方阵发电量的主要因素有日照强度、光谱、温度。目前，标准太阳能板转换效率的测试条件是：大气质量AM为1.5，标准光强1000W/m2，温度为25。其中以日照强度的影响更为直接和显著。1）太阳日照强度对太阳能板阵容量的影响太阳能电池方阵表面所接受的太阳辐射强度是太阳能板阵容量设计的基础。然而太阳能是自然能，太阳辐射强度是随时间不断变化的。因此只能通过相关的气象部门获取数据。但通常气象部门提供的数据不能直接应用于
21、系统容量计算，需要经过换算。如一般气象部门提供的日照强度大多为水平面上测得的数据，而在绝大多数情况下，太阳能板阵都是以一定倾角放置的。因此要将水平面上的数值换算成倾斜面上的日照强度。又如，太阳能电源系统设计中，常常会用到一个为“日照小时数”的术语，这个术语的含义是：日照强度为1000W/m2时的日照时间(也称为峰值日照时数)。这与气象台提供的日照时数不是同一个概念。2）太阳能电池方阵方位角和倾角的选择在太阳能光伏电源系统的设计中，光伏电池方阵的放置形式和放置角度对光伏电源系统接收到的太阳辐射有很大的影响，从而影响到光伏电源系统的发电能力。因此在设计中要合理地确定出两个角度参量：太阳电池组件倾角
22、，太阳电池组件方位角。太阳电池组件方位角是指方阵的垂直面与正南方向的夹角。一般在北半球，太阳电池组朝正南(即方阵垂直面与正南的夹角为0)时，太阳电池组件的发电量是最大的。确定太阳能板阵最佳倾角，不能简单地根据建设地所在的纬度加上一定度数来确定。确定最佳倾角应通过分别计算太阳能板阵处于不同倾角时的发电量并对其进行比较，最终使各月接收到的日照强度尽量均匀，以适合系统常年运行的需要。一般来说，我国境内大部分地区最佳倾角要大于本地区纬度。在进行倾角设计时，可以参考表4.2进行对照选择。表4.2 我国部分主要城市的斜面最佳辐射倾角城市纬度/（）最佳角度 /（）城市纬度/（）最佳角度 /（）哈尔滨45.6
23、8+3杭州30.23+3沈阳43.90+1南昌28.67+2长春41.77+1福州26.08+4北京39.80+4济南36.68+6天津39.10+5郑州34.72+7呼和浩特40.78+3武汉30.63+7太原37.78+5长沙28.20+6乌鲁木齐43.78+12广州23.13-7西宁36.75+1海口20.03+12兰州36.05+8南宁22.82+5银川38.48+2成都30.67+2西安34.30+14贵阳26.58+8上海31.17+3昆明25.02-8南京32.00+5拉萨29.70-8合肥31.85+9-3. 太阳能蓄电池组容量设计太阳能蓄电池组的电压及容量的确定取决于通信设备
24、及其他负载的容量，同时容量的选择还根据使用地区的单位面积平均日照能量，每天日照小时数，特别要考虑到光伏电源系统运行最不利的连续阴雨天情况下的电力保证措施。3.1 蓄电池组容量的设计依据1）蓄电池组放电功率的设计依据计算蓄电池组的容量时首先要根据机房内所有交、直流用电设备的总额定功率(对交流设备要根据其输入功率因数折算出输入视在功率)计算出用电设备所需要的总功率，这个总功率就是蓄电池组所需要的放电功率。2）蓄电池组放电时间的设计依据光伏电源系统与普通的市电系统最大的不同之处在于供电能力随自然条件的变化而变化。因此在设计蓄电池放电时间时要充分考虑到在太阳能光伏电源系统中蓄电池组每天白天充电夜晚放电
25、的循环工作特性，而且对于一些因较长时间(如几十小时)无日光照射条件下（连续阴雨天气情况下）正常工作的电源系统，要求配备较大容量的蓄电池组(或采取其它供电补救方式，如柴油发电)，以防止蓄电池组因深度放电而对蓄电池带来危害。3）蓄电池组放电深度的设计依据为避免同样蓄电池的过放电的情况，就要为蓄电池组确定合理的充放电深度，一般在我国运行的太阳能发电系统可采用50%左右的放电深度。3.2 蓄电池组容量的详细设计方法蓄电池作为太阳能光伏电源系统的重要组成部分，应特别加以对待。由于太阳能的安装地点偏僻，运行条件恶劣，太阳能蓄电池每日充放电，应选择充放电特性强的蓄电池产品。目前在通信领域中使用最多的是阀控式
26、免维护铅酸蓄电池。阀控式密封蓄电池有2种：采用超细玻璃纤维隔膜的阀控式密封蓄电池(AGM);采用胶体电解液的阀控式密封蓄电池。这2种蓄电池在不同的通信站中都有应用。1)太阳能系统与普通通信机房蓄电池容量配置的区别通信机房用蓄电池的事故放电时间一般为10h，光伏电站用蓄电池的事故放电时间一般都在72h以上。由于二者对放电时间要求不同，因此应根据负载大小以及放电时间分别选用不同类型的蓄电池。普通通信机房蓄电池运行在一个恒温2025的环境中，且大部分时间处于浮充状态；而太阳能系统中的蓄电池，其运行温度随周围环境温度的变化而变化，并且根据通信基站安装地点的不同，温差范围很大，因此要求太阳能系统中的蓄电
27、池应选用抗高低温特性好的蓄电池。蓄电池在光伏电源系统中除了具有储能的功能外，还具有一定的系统稳压器功能，普通通信机房蓄电池没有稳压器的功能。2）蓄电池组容量的计算公式对于不同类型、不同厂商的蓄电池来说，蓄电池容量的计算方法不尽相同，但都可以总结为：根据通信负载功率的大小、通信负荷的电压以及所要求的蓄电池自主放电周期来计算容量大小，在此基础上根据选配蓄电池的性能和蓄电池运行的环境条件，通过设置修正系数，最终计算出蓄电池容量，并折算成所选配的标称容量。有了以上的数据，我们就可以来计算蓄电池容量了，基本公式如式（1）所示： (1)式中，Q：蓄电池容量，Ah；P：功率，W；T：放电时间，即连续阴雨天气
28、下的蓄电池连续供电时长，为连续阴雨天数工作时长，工作时长一般取24h；fV：温度折算系数；fC：容量补偿系数；fL：寿命折算系数(老化系数)；fE：放电深度，一般铅酸蓄电池取0.75；fM：极板活化系数，要求的设计环境温度为-2745，fM取1.2；UN：太阳能蓄电池个数，一般配置24个。其中fV、fC、fL、fE、fM这些修正系数应根据实际设计工作中选配的电池厂家所提供的数据来进行计算。下面简单的以德国HOPPECKE公司提供的OPzV 胶体蓄电池容量计算公式为例，进行蓄电池容量计算。例如，负载为100W的48V系统，考虑连续阴雨天数4天(96h)。设计环境条件的要求是-2745，且系统设计
29、中蓄电池容量在正常运行10年后仍可以满足自放电率4天的要求。蓄电池容量计算结果为式中，温度对蓄电池容量影响比较大，温度为-2745 时，温度折算系数fV取1.3；容量补偿系数fC取1.2；寿命折算系数fL取1.2；放电深度fE取0.8；极板活化系数fM在设计环境温度为-2745情况下取1.2。因此，通过计算可以得到结论：可若选配电池为德国HOPPECKE公司的OPzV系列胶体电池，则需配置容量为800Ah的蓄电池。4. 太阳能系统控制单元设计原则太阳能系统控制器是太阳能系统中的核心部件，管理着整个供电系统的运行。它的性能和可靠性直接影响太阳能系统的性能和使用寿命。质量优异、功能完善的太阳能控制
30、器不仅能够高效率地转换太阳能，而且能够最大限度地保证蓄电池组正常运行，延长使用期限。太阳能系统控制器按控制原理可分为脉宽调制式控制和投/切方式控制。脉宽调制式控制(PWM控制)是按一定的频率，周期性地控制功率元件导通和关断。这种控制方式是在功率元件导通时将太阳能板阵全部投入系统供电，而在功率元件断开时，将太阳能板阵全部撤出供电系统。由于开关频率很快，一般为ms级，太阳能系统的电压和电流得到较好的控制，使负载端的电压保持稳定。脉宽调制式控制器关键部件采用的是功率场效应管，属于半导体器件。投/切方式控制器则采用分组并联的方式，按系统电压的大小，有次序地逐级投入/撤出太阳能子阵，当电压高时，切断其中
31、的1路或几路太阳能电池板，电压低时，再接通1路或几路太阳能电池同负载(阻性、容性、感性) 的需求，增加了设计的灵活性。太阳能控制系统应具有以下基本功能：1)监视功能，对系统太阳能子阵、蓄电池、系统电压、有关保险丝、电路断路器的状况进行监视；2）保护功能（1）反向放电保护 控制器应有防止蓄电池通过太阳能电池组件反向放电的保护功能。 （2）极性反接保护 能够承受负载、太阳能电池组件或蓄电池极性反接的电路保护。 （3）耐冲击电压 当蓄电池从电路中去掉时，控制器在1h内必须能够承受高于太阳能电池组件标称开路电压1.2倍的冲击。 （4）耐冲击电流 控制器必须能够承受1h高于太阳能电池组件标称短路电流1.
32、25倍的冲击。开关型控制器的开关元器件必须能够切换此电流而自身不损坏。 （5）过、欠电压保护 控制器应具备蓄电池过、欠电压保护功能： 当控制器的蓄电池电压值达到过电压设定值时，应自动告警并关闭太阳电池方阵及交流输入，电压下降到设定值后，应能自动或人工恢复工作； 当控制器的蓄电池电压值达到欠电压设定值时，应自动告警,必要时关闭负载，电压上升到设定值后，应能自动恢复。 控制器输出电压的过、欠电压值可由制造厂根据用户要求设定。 （6）过流及短路保护 系统应有过流与短路的自动保护功能，过流或短路故障排除后应能自动或人工恢复正常工作状态。 （7）蓄电池欠压保护 （8）熔断器(或断路器)保护 系统的交流输
33、入分路应具有断路器保护装置；系统直流输出分路应具有熔断器(或断路器)保护装置。3)报警功能，一旦电源系统出现异常，电池状态改变，通过LED可在本地显示报警；通过RS-232及继电器无源触点输出到远方报警；4)测量功能，对系统的电压、电流和蓄电池电压、电流进行测量；通过温度传感器测定环境和蓄电池温度，并在液晶屏上显示上述数据；5)具备遥测、遥信、遥控和遥调功能，将RS-232接口作为通信规约的入口通道，完成本地或远端集中监控。通信协议应符合YD/T1363.3的要求。 （1）遥测：蓄电池电压、蓄电池充放电电流、蓄电池温度、负载电流、太阳电池方阵输出电压/电流。 （2）遥信：蓄电池过、欠压告警，直
34、流输出过流告警，熔断器/断路器告警，太阳电池方阵工作状态（投入/撤出）。 （3）遥控（可选）：浮充/均充转换、太阳电池方阵（投入/撤出）5. 太阳能系统防雷接地、浪涌保护及防盗的设计原则5.1 系统防雷接地、浪涌保护设计太阳能系统的防雷应符合相关标准，并在以下几个方面采取措施：1)室外的太阳能支架本身是金属结构，是良好的导电体，每一组支架与防雷地排要有可靠的接地保护连接。2)汇流盒本身应具备良好的防雷功能，其箱体与防雷地排也应有可靠的接地保护连接，以确保防雷安全。3)控制器本身具备良好的防雷保护措施。汇流盒与控制器之间的连接线缆，应采用铠装电缆，并在室外与接地排相接。此外浪涌保护装置、继电器和
35、熔断器等防护措施必不可少。5.2 太阳能电池方阵支架设计1）支架的选择高支架一般使用在平地上，一般用在较大的系统中，扩展灵活但是造价很高；中支架通常安装在屋顶或者较高的平台上，大、中型系统都可采用；低支架一般提供给小型的太阳能系统，要求周围环境较为洁净，可以安装在地面的水泥墩柱上；挂墙式等低支架都是供较小型的系统使用。2）安装地基的要求中支架由于一般安装在屋顶，可采用膨胀螺丝固定在屋顶水泥台上，或者不做水泥地基，而是在支架下面加装槽钢 ；低支架一般需要做一个水泥平台；若周围有可能会被水淹或者泥沙堆积的情况，可加上一些较高的水泥支柱或者槽钢支柱。由于太阳能电池板安装于室外，因此要求其支架应具有较
36、高的抗风能力，一般要求达到抗12级风以上。此外，支架还应达到相应的防腐、防锈要求，特别是在一些沿海或岛屿地区，还有相应的防盐雾要求。5.3 太阳能光伏系统防盗设计1）太阳能电池方阵防盗没有围墙的基站，太阳能电池方阵可以采用水泥杆架空安装，安装平台高度6米，施工结束后在电线杆上涂上黄油等润滑剂，提高盗窃难度。太阳能电池组件被盗风险比较大的基站，可在安装太阳能电池组件时，采用5#槽钢和4#不等边角钢，对方阵的每一块电池板进行逐一分割包裹，然后用电焊将防盗构件进行焊接，将整个方阵焊成一个整体，背部焊接40mm的角铁将安装的螺丝进行封堵遮盖，其它所有的外露螺丝均进行焊接。 2）太阳能蓄电池组防盗对于具
37、备通信机房的基站，太阳能蓄电池组一般安装于室内，其防盗措施可结合基站机房监控来进行。而对于太阳能光伏电源系统安装在室外的基站，蓄电池组防盗一般有三种措施。（1）架空安装如图5.1所示，太阳能蓄电池安装于H杆上方，增加盗窃难度，但该方法存在蓄电池组使用寿命短（高温暴晒，影响蓄电池组运行环境）和通风散热难度高的缺点。图5.1 太阳能蓄电池组架空安装示意图（2）专用电池柜安装即将蓄电池组安装在专用的电池柜内部，使蓄电池组具备防盗功能，但该方法同样存在通风散热难度高的缺点。（3）室外地埋或地窖安装这是室外基站通常使用的防盗措施，蓄电池地埋处理，具备防盗功能同时使蓄电池组的工作温度得到有效的保障。这种防
38、盗方式的缺点是应该做好足够的防水措施，以提高蓄电池使用的安全性。图5.2 太阳能蓄电池组地埋安装示意图6. 太阳能系统补充电源配置原则为保障通信基站安全可靠的运行，采用太阳能光伏电源系统的基站一般采用太阳能-市电或者太阳能-油机互补供电方式，这就涉及到太阳能系统补充电源的配置。6.1 固定式补充电源配置原则固定式补充电源一般是指“市电+高频开关电源”做为补充电源，即高频开关电源的容量配置。配置原则：1）确定蓄电池组的容量（AH）。2）按铅酸蓄电池的充放电标准，对2V单体蓄电池通常为10小时放电率。3）高频开关电源的充电电流的确定：充电电流蓄电池容量/10小时（A）6.2 移动式补充电源配置原则
39、移动式补充电源一般是指“油机+高频开关电源整流模块”做为补充电源，也就是指油机和整流模块可移动组合的容量配置。一般原则：1）满足可移动性，也就是说一般小型车辆均可携带。例如：1.5T以下的小型车，具备应急机动性；2）应急性，指阴雨天或雪天超过设计天数，临时需补充电；3）油机和整流模块的容量确定：（1）油机：10KW单相220V小型汽油油机为宜；（2）整流模块：50A整流模块为宜；4）油数的数量确定：根据油机的工作情况，用油量=油机工作时间耗油量（升/小时）；5）建议使用和汽车同牌号的汽油，保证适用性。6.3 固定式油机和移动式油机配置原则1）固定式油机配置原则：通常“固定式油机+高频开关电源”
40、同时使用。固定式油机的配置一般考虑以下几点：（1）油机作为主供电，应满负荷配置；（2）油机容量的确定：油机功率=最大交流充电电流电压/油机效率；（3）每天消耗油料的容量计算：油料耗油量=耗油量（升/小时）工作时间；（4）固定式油机宜选用柴油发电机。五、 结束语通信基站根据建设目的的不同，会有不同的系统设计要求（如安全级别要求的不同）。在设计中切实考察实际需要，确定了合理的供电方式和功能参数，在充分体现系统可靠和绿色节能的前提下，减小通信系统的投资。同时，如果通信基站是建设在太阳能和风能具有互补性的地区，可以选择太阳能风能互补发电系统，可弥补单独风力和太阳能发电供电可靠性低和造价高等缺点，其应用
41、领域更为广泛。通过以上的研究分析可以看出，在太阳能光伏电源系统的设计过程中，应抓住系统的两个核心，即合理匹配太阳能电池方阵容量与蓄电池容量，以达到系统长期可靠运行的目的，并同时考虑可靠性和经济性。此外在进行通信设备选型时，也要充分考虑太阳能光伏电源系统的特点-直流供电，这样设计出来的光伏电源系统，才能更加贴近系统的实际运行，减小通信系统投资。参考文献1中国移动，移动通信设备用太阳能光伏电源系统,QB-W-020-2008；2中国电信，太阳能技术资料，2010；3通信太阳能供电系统对储能用蓄电池的技术要求，王金生，周庆申，2010；4通信行业标准，通信电源设备安装工程设计规范，YD/T 5040-2005；5不同方位倾斜面上太阳辐射量及最佳倾角的计算，杨金焕，毛家俊等，2002。
