微基站建設中光伏供電的應用探討

趙建泉

【摘要】 本文結合微基站的規(guī)劃建設，對微基站的供電方案進行探討，并對特殊場景下的微基站供電，提出采用光伏供電的配置方案和解決措施。

【關鍵詞】 微基站 光伏供電 屋面荷載

一、引言

隨著智能手機的普及率越來越高，移動互聯(lián)網和高帶寬數(shù)據業(yè)務呈現(xiàn)幾何式增長，在密集市區(qū)的CBD、步行街、大型購物中心、高檔住宅群等區(qū)域出現(xiàn)了網絡容量不足或網絡覆蓋差的問題，雖然自鐵塔公司成立以來，移動運營商獲得了大量共享站址，但面對移動寬帶網絡的快速發(fā)展，現(xiàn)有站址數(shù)量依舊是杯水車薪，遠遠無法滿足網絡發(fā)展需求，而面對復雜多樣的覆蓋環(huán)境，新建宏基站的難度也越來越大，因此，在對城區(qū)道路、高檔小區(qū)群等重點熱點區(qū)域的網絡覆蓋上，體積小、重量輕、功耗低的微基站也成為各運營商深度覆蓋的重要選擇，而對于微基站，尤其是特殊場景下的微基站供電方案，也成為工程建設中不得不考慮的問題。

二、微基站供電現(xiàn)狀

2.1微基站設備

根據了解，現(xiàn)階段國內主流設備廠商的微基站設備功率一般在350W以下，供電方式為220V交流或-48V直流，各設備廠商微基站設備功率，詳見下表1

2.2微基站供電現(xiàn)狀

目前，微基站的供電方式多種多樣，按照供電類型可分為：交流供電、直流供電和POE供電。其 中，微基站交流供電可分為：220V交流供電、380V交流遠供；直流供電可分為：-48V直流供電、280V直流遠供；后備電源可根據站址的重要程度，合理配置UPS或開關電源的蓄電池組，來保證微基站設備的正常運行。

三、特殊場景下的微基站光伏供電方案

3.1光伏供電系統(tǒng)的組成

光伏供電系統(tǒng)由太陽能電池板、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電源為交流220V或110V電壓，還需要配置逆變器。光伏供電系統(tǒng)各部分的作用為：（1）太陽能電池板：太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分。其作用是將太陽的輻射能力轉換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。（2）太陽能控制器：太陽能控制器的作用是控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應具備溫度補償?shù)墓δ?。?）蓄電池：一般為閥控式鉛酸蓄電池，其作用是在有光照時將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。（4）逆變器：太陽能的輸出一般都是直流12V、24V或48V，為能向220V的交流電器提供電能，需要將直流電能轉換成交流電能，因此需要配置專用的直流-交流逆變器。

3.2樓頂微基站光伏供電方案

3.2.1微基站光伏供電系統(tǒng)配置設計

（1）太陽能電池方陣及蓄電池組容量設計

1）技術指標。太陽能電池組件設計使用壽命在20年以上；蓄電池組配置容量能滿足微基站2天連續(xù)陰雨天供電。2）光伏供電系統(tǒng)運算參數(shù)。以濟南地區(qū)為例，太陽能電池方陣設計最佳傾角為43度，平均每日峰值日照時數(shù)（方陣面上）為4.44小時，假定兩個連續(xù)陰雨天之間最短時間間隔數(shù)為15天。3）蓄電池組容量設計。蓄電池組是保證微基站連續(xù)運行所必須的設備，無光照時微基站所需的電量都是由蓄電池組提供的，持續(xù)供電的時間跟蓄電池組的容量有密切關系。按照微基站實測運行功耗一般不大于300W，計算蓄電池容量時，按照蓄電池放電終止電壓44V計算，蓄電池的放電電流為6.82A，為保證2天連續(xù)陰天狀態(tài)下微基站的正常運行，蓄電池的容量配置由以下公式計算可得：

Bc=A×QL×NL×T。 / Cc （Ah）

= 1 .25×6.82×24×（2+（24-4.44）/24）×1.1/0.75 （Ah）

≈ 845（Ah）

式中：

A為安全系數(shù)，取1. 1～1.4之間；QL為負載日平均耗電量，為工作電流乘以日工作小時數(shù)；NL為最長連續(xù)陰雨天數(shù)；T。為溫度修正系數(shù)，一般在0℃以上取1，-10℃以上取1.1，-10℃以下取1.2；Cc為蓄電池放電深度，一般鉛酸蓄電池取0.75，堿性鎳鎘蓄電池取0.85。

由上計算可知，微基站蓄電池的總容量建議選擇48V/800AH，選用4組200AH的蓄電池組并聯(lián)使用，單組蓄電池選擇為12V/200AH。

4）太陽能電池方陣設計

①太陽能電池方陣基本單元擬選定單組為30.2V，250 Wp太陽能電池板。

②蓄電池充電功率按照蓄電池容量4個連續(xù)光照時間充滿。

光伏太陽能板每日需要提供的電量=微基站負載容量+蓄電池充電容量。

③需要太陽能板的數(shù)量

單塊太陽能板日發(fā)電量：功率×光照時間×綜合充電效率×損耗= 250Wp×4.44h×0.7×0.9 ≈ 700Wh。

太陽能板在光照時間內對微基站提供的電量：微基站光照期耗電量/逆變器（變換器）效率=0.30×4.44 /0. 9=1.48kWh；

蓄電池選用的是48V/800AH的容量，按照電池容量4個連續(xù)光照時間充滿，太陽能板每日需提供電量為：

蓄電池充電電量+微基站光照期用電量=48*800/1000/4+1.48=11.08KWh。

需要太陽能電池板數(shù)量：

太陽能板需提供電量/單塊太陽能板日發(fā)電量=11080Wh/700Wh=15.83≈16塊

④太陽能電池組件功率

本站共需要16塊250Wp的太陽能電池板，2塊串聯(lián)，8組并聯(lián)，太陽能電池板功率共計4000W。

（2）樓面承重荷載

樓面新建光伏供電系統(tǒng)時，需增加大量的太陽能電池板和配套的大容量蓄電池組，對樓面的承重提出較高的要求，因此，我們需對樓面的承重荷載進行驗算，必要時需對樓面進行加固處理。

1）太陽能板的樓面承重荷載

常見光伏太陽能板的規(guī)格型號如下：

根據《建筑結構菏澤規(guī)范》GB-5009-2012中規(guī)定：上人的屋面均布活荷載標準值為2.0Kn/㎡。（以下計算以原樓面沒有后期新增荷載為前提）電池板選用16塊250Wp，總重量296Kg，電池板占地面積大，單位面積負荷相對較小，樓板承重滿足要求。但廠家提供的電池板安置支架需進行抗風負荷驗算，并與樓體結構可靠錨固，達到抗震效果。

2）蓄電池組的樓面承重荷載驗算

常見鉛酸蓄電池組尺寸、重量如下：

本站選用4組200Ah蓄電池，總重量約1008kg。若選擇安裝于室外機柜內，常見室外機柜尺寸650mm*650mm*2000mm，此時樓面局部均載大于23 Kn/㎡，遠遠大于屋面均布活荷載標準值（2.0Kn/㎡），存在安全隱患，此時建議把電池柜放在承重墻或者結構柱上，也可通過架空鋼梁，對屋面進行加固改造，將設備重量傳遞到承重墻或結構梁上。另外，我們可以選用底面積較大的室外機柜，4組蓄電池按照單層臥式分散布置，將屋面荷載進行有效分擔，減小屋面的局部受力，這樣也能節(jié)省樓面加固的投資。

3.3路燈桿、監(jiān)控桿等微基站光伏供電方案

對于步行街、老舊住宅小區(qū)低層、城市道路等宏基站難以覆蓋的區(qū)域，可采用路燈桿、監(jiān)控桿等安裝微基站。同樣，對于市電難以協(xié)調或引入困難的站址，也可采用光伏供電系統(tǒng)供電，但需要注意的是，此種環(huán)境中的站址，多數(shù)由于場地受限，無法安裝大面積的太陽能電池板，因此，對于微基站在連續(xù)陰雨天的供電保障上有所 欠缺。針對路燈桿、監(jiān)控桿等太陽能板安裝受限的站址環(huán)境，建議選用一體化微站等小功率設備，適當降低設備功率，以達到更大的供電保障，蓄電池組和光伏太陽能板的配置方案，可參考上一章節(jié)的計算方法。

結論：微基站的供電方式有多種選擇，無論是本地交（直）流供電、交（直）流遠供、POE等供電方式，還是光伏供電，我們都不能搞一刀切，指定一種供電方式。在實際的建設過程中，我們都應該根據站址環(huán)境，電力環(huán)境、施工難易等因素，并充分考慮造價成本、客戶感知等潛在因素，選擇科學合理的供電方案。

參 考 文 獻

[1]“GBT 26264-2010 通信用太陽能電源系統(tǒng)” 中華人民共和國工業(yè)和信息化部

[2]“GB-5009-2012 建筑結構菏澤規(guī)范” 中華人民共和國住建部

[3]《太陽能光伏發(fā)電技術》 可再生能源 化學工業(yè)出版社

[4]柴少鋒、師保良，太陽能供電在小型基站中的應用和探討[J].郵電設計技術，2013，（04）89-92