根據(jù)有關(guān)資料顯示，中國(guó)是單位GDP能耗最高的國(guó)家之一。2007年8月，國(guó)資委對(duì)157家中央企業(yè)提出了節(jié)能減排的新目標(biāo)。按照國(guó)資委要求，到“十一五”末期，電信央企要確保完成單位增加值能耗降低20%，主要污染物排放量減少10%的目標(biāo)。為完成國(guó)資委的要求，國(guó)內(nèi)各大運(yùn)營(yíng)商提出了各自的節(jié)能減排目標(biāo)。中國(guó)移動(dòng)提出2010年單位業(yè)務(wù)量耗電量比2005年下降40%；中國(guó)電信也提出綠色運(yùn)營(yíng)、綠色采購(gòu)、綠色產(chǎn)品的“三綠”概念，明確要求單位改造項(xiàng)目節(jié)電率不低于10%。

      從發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，未來(lái)的必然選擇是建立“綠色通信”，而中央通信企業(yè)早已迅速開(kāi)始了綠色通信行動(dòng)，將“綠色”融入整體戰(zhàn)略中。因此，利用太陽(yáng)能作為供電方式的基站電源系統(tǒng)面臨著極好的發(fā)展機(jī)遇。
      為了實(shí)現(xiàn)國(guó)家倡導(dǎo)的節(jié)能減排目標(biāo)，河南省南陽(yáng)

      移動(dòng)通過(guò)基站改造試點(diǎn)工作，理解并掌握了光電互補(bǔ)電源系統(tǒng)的技術(shù)適應(yīng)性、實(shí)施的方式和方法，通過(guò)較小的投入和風(fēng)險(xiǎn)，獲得了較大的減排收益。

     2 通信基站光電互補(bǔ)電源系統(tǒng)的應(yīng)用前景

      隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展以及通信技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)論是移動(dòng)通信、微波、廣播和電視轉(zhuǎn)發(fā)，還是衛(wèi)星通信，都各自在全國(guó)建立了一定數(shù)量的通信基站，分別形成了一個(gè)覆蓋全國(guó)的通信網(wǎng)絡(luò)。目前，通信基站的建設(shè)已從最初期的城市內(nèi)建設(shè)向城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村發(fā)展，在未來(lái)的幾年，還將更多地向不發(fā)達(dá)的西部地區(qū)、偏遠(yuǎn)山區(qū)發(fā)展。這些地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施條件差、供電質(zhì)量低，一般采用農(nóng)電、小水電供電。此外，由于通信基站分布面廣，維護(hù)工作量大，且不易到達(dá)，為滿(mǎn)足這種特殊需要，太陽(yáng)能光伏發(fā)電與市電相結(jié)合就成為這些通信基站供電的最佳選擇。光電互補(bǔ)電源系統(tǒng)在通信基站供電領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

       以河南省南陽(yáng)移動(dòng)城鄉(xiāng)接合部的大井基站為例，其在2010年某一個(gè)月內(nèi)交流停電次數(shù)高達(dá)9次，持續(xù)時(shí)間達(dá)439.8分鐘，市電其他異常次數(shù)也達(dá)到9次，屬于市電質(zhì)量較差地區(qū)，時(shí)有掉站情況發(fā)生。大井基站距離市區(qū)很遠(yuǎn)，建站位置處于大面積農(nóng)田之中，工程人員維護(hù)困難，尤其在陰雨天時(shí)道路泥濘，車(chē)輛無(wú)法通行，更增加了維護(hù)難度，基站運(yùn)行可靠性受到嚴(yán)重制約。

      在這種市電不穩(wěn)定地區(qū)實(shí)施光電互補(bǔ)系統(tǒng)改造方案，可以順利達(dá)成國(guó)家下達(dá)的節(jié)能減排目標(biāo)，同時(shí)有效提高基站供電系統(tǒng)的可靠性。

     3 MPPT型光電互補(bǔ)系統(tǒng)工作原理

      MPPT型光電互補(bǔ)系統(tǒng)由模塊化的供電單元和相關(guān)配電組成，其太陽(yáng)能最大功率跟蹤（MPPT）模塊（簡(jiǎn)稱(chēng)光模塊）和接入市電的整流模塊（簡(jiǎn)稱(chēng)電模塊）的輸出都并聯(lián)在系統(tǒng)直流母排上，蓄電池組、負(fù)載也并聯(lián)在直流母排上。光模塊和電模塊共同為蓄電池組和負(fù)載提供電能，其中系統(tǒng)默認(rèn)光模塊優(yōu)先輸出電能，即白天有太陽(yáng)能時(shí)光模塊優(yōu)先發(fā)電提供負(fù)載和電池。當(dāng)光強(qiáng)足夠時(shí)可由光模塊獨(dú)立支撐負(fù)載和電池，并維持系統(tǒng)穩(wěn)壓輸出；當(dāng)光強(qiáng)不夠時(shí)由電模塊補(bǔ)充。

      光模塊優(yōu)先供電主要是通過(guò)在光電互補(bǔ)系統(tǒng)的監(jiān)控單元中設(shè)定不同的輸出電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于光伏板具有防反二極管，太陽(yáng)能MPPT模塊具有防反灌電路，高頻開(kāi)關(guān)電源整流模塊具有反向逆止二極管，使得兩者的輸出電壓即使不相等也不會(huì)形成環(huán)流，損壞設(shè)備。

      由于不同的使用環(huán)境對(duì)基站電源系統(tǒng)節(jié)能的要求不盡相同，本光電互補(bǔ)系統(tǒng)可分為“節(jié)能”和“穩(wěn)定”兩種節(jié)能工作模式。

      若對(duì)系統(tǒng)節(jié)能率期望較高，一般設(shè)置為“節(jié)能”模式，白天太陽(yáng)能提供負(fù)載之余還給電池充電，晚上則主要依靠電池提供負(fù)載；下一個(gè)白天繼續(xù)利用太陽(yáng)能給電池充電和提供負(fù)載，只有在太陽(yáng)能或電池不足的情況下才啟用電模塊。此方案可以最大限度使用太陽(yáng)能，但對(duì)蓄電池循環(huán)充放電的要求較高，一般可在新建基站中推廣應(yīng)用。

      對(duì)于將原有的電源系統(tǒng)改造為光電互補(bǔ)系統(tǒng)的情況，一般對(duì)改造前后的系統(tǒng)穩(wěn)定性期望較高，不希望原有系統(tǒng)的輸出電壓設(shè)置有較大變化；另外，原有電源系統(tǒng)的蓄電池一般不適用長(zhǎng)期循環(huán)充放電，因此系統(tǒng)可以選擇“穩(wěn)定”模式工作。在此模式下，白天由光模塊和電模塊共同提供負(fù)載和電池，晚上由電模塊單獨(dú)提供能量，電池僅用作保護(hù)備電以防止交流停電導(dǎo)致的掉站事故，系統(tǒng)輸出電壓持續(xù)穩(wěn)定。此次改造的光電混合系統(tǒng)的節(jié)能模式為“穩(wěn)定”模式。

     4 南陽(yáng)移動(dòng)光電互補(bǔ)系統(tǒng)改造方案

      4.1系統(tǒng)改造要求

       （1）可節(jié)能

     太陽(yáng)能優(yōu)先供電，市電作為補(bǔ)充，光電互補(bǔ)系統(tǒng)的電池管理采用統(tǒng)一方案，實(shí)現(xiàn)一體化控制。

     系統(tǒng)節(jié)能數(shù)據(jù)可檢測(cè)、可上傳、可匯報(bào)、可核實(shí)，系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)完整可靠。

      （3） 可維護(hù)

     系統(tǒng)故障率低，可在線(xiàn)維護(hù)。

     （4） 可擴(kuò)容

     可根據(jù)負(fù)載容量的增減靈活擴(kuò)容，并且可實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)擴(kuò)容。

       （5）系統(tǒng)安全

      系統(tǒng)改造過(guò)程不掉站，無(wú)需割接，改造后系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。

          4.2系統(tǒng)改造內(nèi)容

       在監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?，原基?a href="/callsale/POWER/index.html" target="_blank">電源內(nèi)部監(jiān)控單元為了兼容光模塊也需要進(jìn)行改造，主要體現(xiàn)在一體化電池管理和一體化通信方面。由于監(jiān)控單元支持在線(xiàn)升級(jí)，因此可以在線(xiàn)維護(hù)，無(wú)改造風(fēng)險(xiǎn)。監(jiān)控改造主要包括以下內(nèi)容：
　　 ⑴　系統(tǒng)監(jiān)控單元自動(dòng)識(shí)別模塊類(lèi)型，將光模塊與電模塊融合到監(jiān)控的統(tǒng)一管理序列中；
　　 ⑵　太陽(yáng)能優(yōu)先供電，保證最大化利用太陽(yáng)能，采用“穩(wěn)定”和“節(jié)能”兩種工作方式滿(mǎn)足不同需求；
　　 ⑶　統(tǒng)一的電池均浮充管理，保證多能源輸入對(duì)電池管理的一致性；
 　　⑷　基站節(jié)能數(shù)據(jù)的采集及上傳，滿(mǎn)足統(tǒng)計(jì)需求。

       4.3系統(tǒng)可靠性

      光電互補(bǔ)電源系統(tǒng)改造后的運(yùn)行可靠性包括：

      支持在線(xiàn)改造，無(wú)需割接，無(wú)改造風(fēng)險(xiǎn)；

      光電互補(bǔ)一體化電源系統(tǒng)，提高市電不穩(wěn)定地區(qū)的系統(tǒng)供電可靠性；

      與原開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)完全兼容，保證系統(tǒng)改造前后持續(xù)運(yùn)行可靠；

      光電互補(bǔ)電源系統(tǒng)電池統(tǒng)一管理，保證電池均浮充管理一致；

      模塊化熱插拔設(shè)計(jì)大大降低系統(tǒng)故障處理時(shí)間，提高系統(tǒng)可用性。

      光電互補(bǔ)系統(tǒng)節(jié)能效果及穩(wěn)定性分析

    改造后的MPPT型光電互補(bǔ)電源系統(tǒng)試運(yùn)行近一個(gè)月后，從監(jiān)控單元采集到系統(tǒng)太陽(yáng)能發(fā)電量及發(fā)電分布如圖4所示。

      系統(tǒng)太陽(yáng)能發(fā)電量

     系統(tǒng)運(yùn)行期間，市電總發(fā)電量為466度，由此可計(jì)算出英南基站在測(cè)試期間的節(jié)能率為：太陽(yáng)能總發(fā)電量 / (市電總發(fā)電量+太陽(yáng)能總發(fā)電量) = 25.0％。

     試點(diǎn)基站在測(cè)試時(shí)間內(nèi)交流停電情況較為嚴(yán)重，共出現(xiàn)了9次交流停電且均發(fā)生在白天，停電總時(shí)間為439.8分鐘，系統(tǒng)電池放電量為5.1Ah。測(cè)試期間基站運(yùn)行正常，沒(méi)有出現(xiàn)掉站事故。

      對(duì)于沒(méi)有光伏輸入的純電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，交流停電后電池獨(dú)立支撐負(fù)載持續(xù)放電，對(duì)電池容量影響很大；而對(duì)于光電混合系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，白天交流停電后還有太陽(yáng)能來(lái)支撐負(fù)載，明顯減小了電池放電時(shí)間和放電量。根據(jù)監(jiān)控統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知總交流停電時(shí)間為439.8ms，負(fù)載平均電流為19A，若為純電系統(tǒng)則電池總放電量應(yīng)為139.27Ah；而實(shí)際上光電互補(bǔ)系統(tǒng)的電池放電量?jī)H為5.1Ah，即光伏板承擔(dān)了134.17Ah的放電量，光伏發(fā)電所占比例達(dá)96.3％。此時(shí)光伏板的發(fā)電量可以提供大部分負(fù)載，顯著減小了電池放電量，增加了系統(tǒng)備電時(shí)間，有效保證了基站供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。交流停電時(shí)光電互補(bǔ)系統(tǒng)與純電系統(tǒng)在維持電池容量的效果。

        南陽(yáng)移動(dòng)光電互補(bǔ)系統(tǒng)改造價(jià)值
       光電互補(bǔ)系統(tǒng)的太陽(yáng)能部分采用MPPT工作方式，對(duì)太陽(yáng)能的利用率持續(xù)高效，并且系統(tǒng)無(wú)論采用“節(jié)能”模式還是“穩(wěn)定”模式，太陽(yáng)能部分始終優(yōu)先供電，只有在光強(qiáng)不足時(shí)才由市電補(bǔ)充，可輕易達(dá)到節(jié)能減排的目的。

 　在系統(tǒng)運(yùn)行周期內(nèi)可節(jié)省一筆用電費(fèi)用，同時(shí)順利完成節(jié)能減排目標(biāo)

     以目前的系統(tǒng)配置，白天太陽(yáng)能平均可承擔(dān)一半負(fù)載，預(yù)計(jì)系統(tǒng)年節(jié)電量在2596度左右，按照商業(yè)用電價(jià)計(jì)算每年一個(gè)基站可節(jié)約近3000元。

      每節(jié)約1度市電量，除了節(jié)省1度的電費(fèi)之外，還意味著節(jié)約近0.4kg標(biāo)準(zhǔn)煤、減少0.272kg炭粉塵排放、節(jié)約近4L凈水、減少近0.785kg二氧化碳排放[2]。據(jù)此，南陽(yáng)改造基站一年可減排2038kg二氧化碳以及706kg炭粉塵，順利完成減排目標(biāo)。

      ⑶　有效降低因市電停電帶來(lái)的維護(hù)成本

      白天在市電停電情況下可由太陽(yáng)能供電，大大減少了應(yīng)急發(fā)電次數(shù)，有效降低了基站的掉站率和維護(hù)成本。

       ⑷　延長(zhǎng)蓄電池使用壽命

       相對(duì)于原純電系統(tǒng)，光電互補(bǔ)系統(tǒng)在選擇“穩(wěn)定”模式時(shí)，由于系統(tǒng)輸出電壓與前者基本無(wú)異，但增加了白天太陽(yáng)能輸入，因此能有效減少電池放電次數(shù)和放電深度；在選擇“節(jié)能”模式時(shí)，電池放電次數(shù)和放電深度均有所提高，可采用太陽(yáng)能專(zhuān)用循環(huán)充放電型電池，以期達(dá)到理想的使用效果。

       若與純光電源系統(tǒng)相比，無(wú)論選擇“穩(wěn)定”或“節(jié)能”模式時(shí)，由于有了電模塊作為補(bǔ)充，電池放電次數(shù)及放電深度均大為降低，電池使用壽命得到明顯提高。