【文章內(nèi)容簡介】 價格同樣隨國家油價波動，從目前的情況看，油價基本上處于一種只升不降的狀態(tài)，長期使用這種發(fā)電方式會帶來給移動通信運營商帶來很大的使用成本；最后，柴油發(fā)電機屬于易損設(shè)備，在使用過程中需要進行定期的維護保養(yǎng)，這也會帶來很大一筆的使用費用。第13頁北京郵電大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文3．2．2．2電網(wǎng)電壓波動由于通信行業(yè)的80％以上基站建設(shè)在鄉(xiāng)村，而多數(shù)鄉(xiāng)村電網(wǎng)管理人員、電工、技工等基本技能遠不能和市縣相比，在負載的分配問題上不能做到分布均勻，多數(shù)采用的大概評估。因此帶來的直接后果就是：多數(shù)情況下電網(wǎng)的三相會不平衡，三相不平衡對基站的電源造成直接影響，這個影響直接和通信設(shè)備的通信質(zhì)量相關(guān)。在農(nóng)村，尤其是播種季節(jié)，在這個季節(jié)里電網(wǎng)會出現(xiàn)較大的電壓波動，過大的電壓波動會引起交直流配電單元頻繁動作，交直流的頻繁切換直接影響著通信設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。太陽能發(fā)電不存在電網(wǎng)波動給基站供電設(shè)備帶來的影響，太陽能板發(fā)出的電首先輸送到機房內(nèi)的太陽能控制器，然后先給蓄電池充電，再由蓄電池給通信設(shè)備供電(通過逆變器給基站空調(diào))。這樣就不會和第三方用電設(shè)備相關(guān)，太陽能光伏發(fā)電是一個獨立的供電系統(tǒng)，因此不管是在農(nóng)村、郊區(qū)等，均不會受電網(wǎng)的影響。3．2．2．3基站供電線路遭受破壞基站的供電線路破壞有兩種情況：一種是無意破壞，例如土建施工、城鄉(xiāng)道路鋪設(shè)，民房建設(shè)都曾出現(xiàn)過基站的供電中斷；第二種是人為破壞，由于目前基站供電多數(shù)是采用的電纜供電，在一些山區(qū)由于架空比較困難，采用地面鋪設(shè)。地面鋪設(shè)電纜，會有部分不法分子盜竊電纜的現(xiàn)象，在一些偏遠的地區(qū)，基站距離市電超過3KM一般會增加一個變壓器，而變壓器多為銅線繞制而成，因此變壓器也成為不法分子的盜竊的目標。太陽能光伏發(fā)電組件一般都是安裝在距離基站較近的地方，電纜的鋪設(shè)距離相當短，這樣就不會存在由于施工等因素造成的基站突然供電中斷。在我們調(diào)研的幾個郊區(qū)縣，在偏遠的地區(qū)，基站的供電設(shè)備(供電電纜、變壓器等)均出現(xiàn)過丟失現(xiàn)象。盜竊分子主要是看重了供電線路采用的是銅線，還有變壓器均為價格昂貴的金屬。太陽能光伏發(fā)電由于沒有長距離供電所以不會出現(xiàn)偷盜供電線路器件這個隱患，太陽能光伏發(fā)電組件本體是無法偷盜的，并且基站每年都需要對線路進行維護。3．3北京地區(qū)的地理氣候條件分析根據(jù)北京市年鑒統(tǒng)計，全市占地面積約一萬六千平方公里。其中平原地區(qū)約占38．6％，面積約六千四百平方公里。山地的面積占到全市面積的61．4％，大概第14頁北京郵電大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文面積為一萬平方公里。除此之外還有約九十平方公里城區(qū)占地。這些地形的分布主要為：平原集中在北京的東部和南部，山地集中的北京的西部和北部。3．3．1氣候特征從氣象學(xué)上講，北京屬于一個四季分明的城市。春天氣候溫和、多風沙、易干旱；夏天氣溫偏高，雨量較大，刮東南風；秋天溫度宜人；冬天氣溫較低、雨水較少、刮西北風。四季氣候特征如下：春季：溫度回升速度快，白天晚上溫度差別大，多風易發(fā)生沙塵天氣。立春之后，夜晚的時間逐漸縮短，白天的時間越來越長，大地接受日照的時間增多，白天地面接收太陽光照射的熱量，夜間散發(fā)熱量。因接收和散發(fā)熱量的時長不匹配，導(dǎo)致白天溫度回升速度增快，根據(jù)統(tǒng)計月平均溫度可升高6攝氏度。根據(jù)北京市統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)，北京地區(qū)在3月和4月的平均氣溫分別為4．5攝氏度和13．1攝氏度。春天是全年晝夜溫度懸殊最大的季節(jié)，據(jù)不完全統(tǒng)計每日白天和晚上的溫度差范圍在12攝氏度至14攝氏度之間。另外雖然到春天氣溫開始回升，但冷空氣依然很活躍，自古北京就有“倒春寒”的說法。除此之外，北京的春天經(jīng)常有大風，全年的超過8級的大風天有80％發(fā)生在春天，并且因春天降水量極少，在有風的時候多產(chǎn)生沙塵天氣。夏季：氣溫很高，降水量大，同一季節(jié)內(nèi)同時出現(xiàn)溫度又高、雨水又大。北京的夏天，從平均數(shù)據(jù)上來看，溫度一般在24攝氏度上下浮動。整個夏季中六月雖不是最熱的月份，但一般全年的最高溫都會在這個月出現(xiàn)，截止2011年底北京的全年最高溫是43．5攝氏度。七月作為全年最熱的月份，根據(jù)統(tǒng)計，溫度能達到平均值26攝氏度，并且整月都持續(xù)高溫，無論晝夜。北京的夏天是個多雨的季節(jié)，全年70％的降雨量都集中在夏天，并且大多數(shù)情況是暴雨。根據(jù)記錄截止201 1年底北京的降雨量的峰值是479毫米。秋季：天高氣爽，冷暖適宜，光照充足。立秋以后，溫度開始降低，冷空氣開始增多，霜凍的過早來也臨時有發(fā)生。冬季：寒冷漫長。北京的冬季是一個漫長的季節(jié)，從氣象學(xué)上講可以長達5個月，但如果我們定義只有氣溫低于0攝氏度才認為是冬天，那么北京的冬天將縮短到三個月。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)，北京冬天的最低氣溫為零下27．4攝氏度，平均氣溫為零下4攝氏度。冬季的降水量很少，只有全年的2％。雖然北京冬天寒冷，但是陰天卻不多，日照非常充足，往往每年日照強度最大的月份都出現(xiàn)在冬天。第15頁北京郵電大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文3．3．2太陽能資源情況太陽能的原理是太陽在自己內(nèi)部進行不間斷的核聚變所產(chǎn)生的能量。地球表面的空氣和大地表面溫度的升高主要原因就是太陽輻射，也正是因為太陽能輻射地球表面才能形成上一節(jié)中提到的四季分明的氣候特點。因為地球本身的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，地球與太陽之間的距離不同，直接影響太陽能輻射到地球上的不同地點的能量并不均勻，由此引起了地球上季節(jié)的不同，氣候的不同以及日照時長的不同。我國國土面積有960萬平方公里，在我國的土地上太陽能日照資源非常豐富。根據(jù)不完全統(tǒng)計，我國土地表面上每年可接收的能量大約有5萬千焦，太陽能輻射流每年可達到約600千焦每平方厘米。依據(jù)太陽能年輻射總量在我國境內(nèi)的分布來看，以下地區(qū)的輻射量都名列前茅，具體有：西藏、青海、吉林、云南、陜西、河北、新疆、內(nèi)蒙古、遼寧、廣東、山西、山東、福建和海南。這些地區(qū)里尤其是青藏高原，海拔又高，空氣又好，維度又低，日照時間又長。像日照條件最好的拉薩，平均每年的日照可達3000多小時，太陽總輻射值可達每年800多干焦每平方厘米。全國太陽能資源最少的省份是四川和貴州，因這兩個省天氣情況多雨、多云、多霧、少晴天，年平均的晴天只有不到25天，陰天可到250天左右，平均日照時數(shù)僅有1100小時左右。除此之外，其他省份的太陽能資源都屬于中等條件。雖然前文提到我國大部分省份的太陽能條件屬于中等，但是太陽能在各個省份之間的分布還是有所不同，從緯度上來看，條件最好的和最差的省都在北緯22度到北緯35度之間。這個區(qū)間內(nèi)就涵蓋了上文所說的青藏高原和四川盆地。從能量角度來看，西邊的省份普遍高于東邊的省份，北邊的省份普遍高于南邊的省份，這當中新疆和西藏除外。根據(jù)太陽能的條件不同，根據(jù)多年累積的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，將我國的省份分為五類地區(qū)，具體情況詳見下表：表3—1中國太陽能資源分布表等量熱量所地區(qū) 年日照時 年輻射總量需標準燃煤 包括的主要地區(qū) 備注類型 數(shù)(h／a) (MJ／m2a)(kg)太陽能寧夏北部，甘肅北部，新資源最一類 32003300 66808400 225～285kg 疆南部，青海西部，西藏豐富地西部區(qū)河北西北部，山西北部， 較豐富二類 30003200 5852—6680 200、225kg內(nèi)蒙南部，寧夏南部，甘 地區(qū)第16頁北京郵電大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文地區(qū)年輻射總量等量熱量所年日照時需標準燃煤包括的主要地區(qū)備注類型數(shù)(h／a)(MJ／m2a)(kg)肅中部，青海東部，西藏東南部，新疆南部山東，河南，河北東南部，山西南部，新疆北部，吉中等地三類20003000501 65852170—200瞻林，遼寧，云南，陜西北區(qū)部，甘肅東南部，廣東南部湖南，廣西，江西，浙江，較差地四類1 400—200041805016140—170 k湖北，福建北部，廣東北區(qū)部，陜西南部，安徽南部四川中東部地區(qū)，貴州最差地五類1 0001400334441 80115—140 kg區(qū)鑒于下文將以北京一個移動通信基站為例論證太陽能光伏供電系統(tǒng)的可行性，本節(jié)也以北京為例介紹太陽能資源情況。北京緯度適中，在北緯四十度附近，按四十度計算，北京地區(qū)的太陽高度夏至節(jié)氣時最高，冬至節(jié)氣時最低，平均每日的日照時長從9小時到15小時不等。正因為太陽能的高度不同，導(dǎo)致一年當中地面能接收到的太陽輻射不同，造成了上文說到的四季分明的氣候。北京大部分地區(qū)，地面可接受的太陽能年輻射總量為五千到六千兆焦耳每平方米。從上表可以看出，北京全年日照時數(shù)多在2500小時以上，晴到多云天數(shù)占全年的3／4，屬于三類地區(qū)中的中上等，算是太陽能資源較豐富帶。根據(jù)《中國移動基站太陽能電源系統(tǒng)建設(shè)指導(dǎo)意見》規(guī)定，年平均日照時數(shù)大于1800小時的地區(qū)，可以采用太陽能電源供電，因此，北京的太陽能資源滿足太陽能供電建設(shè)要求的氣象條件。但由于太陽能資源不是很豐富，并且北京的氣候類型為典型的半濕潤型大陸性季風氣候，夏天雨水較大，是華北地區(qū)降水最多的地區(qū)之一。因此如何最大限度的利用太陽能建設(shè)移動通信基站，在哪些區(qū)縣更適合建設(shè)使用太陽能光伏供電系統(tǒng)的移動通信基站，前期的市場調(diào)研就顯得尤為重要。下圖為北京地區(qū)年日照時數(shù)分布圖(北京2007年全年日照時數(shù)2351．1小時(2008北京統(tǒng)計年鑒))。第17頁北京郵電大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文圖31北京地r,x年日照時數(shù)分布圖(單位：小時)從上圖可以看到，北京北部地區(qū)的曰照時數(shù)相對最高，主要集中在懷柔、延慶、密云的北部山區(qū)；其次，延慶、懷柔、密云南部以及昌平北部的日照時數(shù)也較高；而北京的西南地區(qū)日照時數(shù)最低，主要集中在房山地區(qū)。由此可知，延慶、懷柔、密云和昌平北部的太陽能資源相對比較豐富，更適合建設(shè)太陽能基站。第18頁北京郵電大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文第四章移動通信基站太陽能供電系統(tǒng)的技術(shù)研究使用太陽能發(fā)電技術(shù)的優(yōu)點之一就是太陽能板的模塊化組裝方案，這種模塊化設(shè)計可以根據(jù)不同負載的用電量的大小提供不同的電量，從幾瓦一直到幾百瓦、幾千瓦甚至幾兆瓦的電量都可提供，并且非常適合分散供電。對于移動通信基站這種站點多、站點不集中的應(yīng)用場景，太陽能發(fā)電技術(shù)是最合適不過的了，越是偏僻的地方就越能顯現(xiàn)出太陽能發(fā)電技術(shù)的優(yōu)勢，尤其是在高山、偏遠村落、海島等地區(qū)的基站。這些基站上如果能應(yīng)用太陽能發(fā)電技術(shù)，結(jié)合遠程監(jiān)控設(shè)施，可以完美的解決無人值守的移動通信基站的供電問題。從移動通信基站太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計角度出發(fā)，最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)就是太陽能板的容量設(shè)計，根據(jù)實際負載的需求電量來確定太陽能板的容量?；矩撦d用電量估算是容量設(shè)計的重要一環(huán)，估算越準確，系統(tǒng)工作的可靠性越高，也更能合理地控制投資成本。一般進行負載用電量估算時用的是它的平均用電量。當負載具有短時高功率運行特性時，最好分時估算R1。4．1太陽能發(fā)電技術(shù)簡介4．1．1太陽能光能與電能的轉(zhuǎn)換將太陽發(fā)光的能量轉(zhuǎn)換為電能，即太陽能光伏發(fā)電。完成這個轉(zhuǎn)換的工具就是太陽能電池板，因太陽能電池板主要是由半導(dǎo)體器件所構(gòu)成，并且完成轉(zhuǎn)換的主要原理利用的就是光伏效應(yīng)，所以太陽能發(fā)電技術(shù)才又稱之為太陽能光伏發(fā)電技術(shù)。太陽能電池板90％以上的原材料是半導(dǎo)體材料(例如：硅)，這種材料的特性就是只要將其放置在陽光下，便會有光伏效應(yīng)發(fā)生，太陽光輻射的能力被直接轉(zhuǎn)換為直流電。整個過程都是在太陽能電池板內(nèi)部完成，沒有外部設(shè)施以及器械的機械運動，所以在壽命期內(nèi)不會因為機械磨損而影響發(fā)電效果。太陽能發(fā)電應(yīng)用廣泛，配置小的太陽能電池能為手機、手表等提供電力，配置大的太陽能板可以為房間提供照明等生活用電。第19頁北京郵電大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文太陽能電池板沒有嚴格的形狀限制，并且支持各種連接，如串聯(lián)或并聯(lián)，可提供多種電壓或功率的輸出電力。近些年來，隨著太陽能技術(shù)逐漸被認可，越來越多的建筑物表面、樓頂以及天臺開始使用太陽能電池板，這些太陽能發(fā)電設(shè)施通常情況下被稱之為附在建筑物上的光伏發(fā)電系統(tǒng)。圖32安裝在建筑物上的太陽能板4．1．2太陽能光伏系統(tǒng)分類太陽能發(fā)電系統(tǒng)從大的應(yīng)用角度來分，可分為以下兩種系統(tǒng)：獨立系統(tǒng)(又叫離網(wǎng)系統(tǒng))和并網(wǎng)系統(tǒng)。獨立系統(tǒng)，主要指的是使用一套太陽能電池板發(fā)電供自己使用，與本地電網(wǎng)無關(guān)。獨立系統(tǒng)包括有：偏遠地區(qū)的村落供電，太陽能路燈供電等，這些系統(tǒng)有一個共同點就是必然配置有蓄電池組。并網(wǎng)系統(tǒng)，指的是整個太陽能發(fā)電系統(tǒng)跟本地電網(wǎng)是連接在一起的，太陽能發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能輸送給整個電網(wǎng)。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)可以配置蓄電池也可以不配，配有蓄電池的并網(wǎng)系統(tǒng)可根據(jù)需求并入或退出電網(wǎng)，并且在電網(wǎng)因停電時，仍可保持緊急供電。4．1．3太陽能光伏