太阳能供电

关键词：

太阳能供电（精选十篇）

太阳能供电 篇1

目前,更为完善的方案是采用太阳能和风能——风光互补的供电方式,这种供电方式的主要特点就是它的能源全部来自太阳能和风能,无需传统繁杂的布线,并且系统无污染、维护简便、 使用寿命长、能源丰富,此技术在广东省高速公路的应用已经越来越普遍。

1 系统构成和工作原理

太阳能供电系统由太阳电池组件构成的太阳电池板、太阳能充电控制装置、逆变器、蓄电池(如图1所示)组成。太阳电池板在晴朗的白天把太阳光能转换为电能,给负载供电的同时,也给蓄电池组充电;在无光照时,由蓄电池给负载供电。太阳电池是一种半导体器件(或称物理电池),它能够直接将太阳的光能转换为电能。由于它工作时无需水、油、汽、燃料,只要有光就能发电的特点,堪称当代清洁、无污染的可再生能源。

风能发电是一种将风能转换为机械能,由机械能再转换为电能的机电装置。其配置包括风力发电机、蓄电池、控制器、逆变器4部分。主要由风轮、发电机、尾舵、支架、电缆、充电控制器、逆变器、蓄电池组等组成。风力发电机组是独立供电系统,它利用风力发电,向蓄电池组充电,把储存电能以直流和交流2种多制式电源供给照明、家用电器、通讯设备和电动工具使用。

2 应用实例

机电设备是否采用太阳能-风能供电方式与所在区域和设备的功率有一定关系,在开始设计前,要充分了解当地的气候条件,对风力及日照分布特点进行分析。以广东省为例,大部分城市处于北回归线以南,日照条件良好,太阳热能全天、全年分布均匀,且热能质量良好。全年约80%的白天具有采集太阳热能的条件,各地每年太阳总辐射量平均在105～150 cm2。广东各地年平均日照时间1.60～2.85 h,广东省地形较复杂,风力分布也较复杂。沿海地区年主导风向以偏东风为主,其余地区以偏北风为主。年平均风速近海地区在2 m/s以上,最大可达4.6 m/s,其余地区小于3 m/s,最小的为0.9～1.0 m/s。年平均大风天气多数地区达到1～4 d,而东南沿海一带由于经常受强台风的正面袭击,可达5 d以上。各季节风速差别不甚明显,西南偏西部地区春季风速较大,其余地区冬季风速稍大,风速日变化随季节而有所不同。

设备的功率也是选择是否采用此种供电方式重要原因,虽然理论上来说很多机电设备都可采用太阳能供电,但是这是基于成本增加的基础上,太大功率的设备需配备大面积的太阳能板和大容量的蓄电池,在实际应用中还有待研究。通常只对较小功率的设备采用此种方式。

结合以上的条件,在广东省高速公路建设中,高速公路摄像机采用太阳能—风能供电系统各方面条件都较成熟。京珠高速公路广州珠海北段(如图2所示)共6个设点的风光互补监控设备,从2005年10月安装至今,一直保持稳定良好的运行状态,图3为天汕高速太阳能—风能摄像机安装实景图。

按表1所示配置对广珠北段摄像机供电,可以保证摄像机连续5 d 24 h不间段工作,全套设备基础造价约80 000元(不含摄像机)。

2.1 太阳能电池板

太阳能电池组件的表面采用美国AFG公司的高透光性绒面的钢化玻璃及耐老化的杜邦公司TPT复合材料等,由进口层压机层压而成。气密性、耐候性好,抗腐蚀、机械强度好。①太阳电池为单晶硅太阳电池,太阳电池转换效率高(13%～16%),而且太阳电池组件一致性性能佳;②太阳电池在制造时,先进行化学处理,表面做成了一个像金字塔一样的绒面,能减少反射,更好地吸收光能;③采用双栅线,使组件的封装可靠性更高(提高一倍);④太阳电池组件抗冲击性能佳,符合IEC国际标准;⑤太阳电池组件层之间采用双层EVA材料以及TPT复合材料,组件气密性好、抗潮、抗紫外线好、不容易老化;⑥ABS塑料接线盒,耐老化防水防潮性能好;⑦带有旁路二极管能减少局部阴影而引起的损害。

2.2 风能发电机

风能发电系统可解决太阳能供电单独设置的缺点,如阴雨天有风情况下,太阳能发电系统无法发电,使得供电系统的可靠性明显提高。实例中风机选用PTFJ400-M型风机,风轮直径1.4 m;额定功率400 W;最大功率500 W;风机额定风速12.5 m/s;启动风速2.4 m/s;最大风速60 m/s。

2.3 充放电控制器

智能控制器控制太阳电池方阵对蓄电池组的充电,并实现蓄电池给负载供电。

①采用先进的阶梯式逐级限流充电方法,依据蓄电池组端电压的变化趋势自动控制太阳电池方阵的依次接通或切离,既可充分利用太阳电池资源,又可保证蓄电池组安全而可靠的工作;②蓄电池组过放电保护功能;③蓄电池组过充电保护功能;④太阳电池、蓄电池、负载反接保护;⑤太阳电池防反充功能;⑥太阳电池充电控制功能;⑦负载供电控制功能;⑧提供RS232和RS485通信接口,便于实现远端和近端监控。

2.4 蓄电池

蓄电池组是独立太阳能供电系统不可缺少的重要部件,因为太阳能供电系统本身只有光电转换的作用。为了解决太阳光能供电的同步性和储能的效果,满足阴雨天和夜间的正常供电,必须配备合理的蓄电池组;另外,通过合理设计,使更换备用蓄电池组十分便利,以备梅雨季节等长时间阴雨天气所需。蓄电池容量应能保证连续最长的雨天的供电。

3 结束语

采用太阳能-风力供电方式,可免除供电电缆布线的麻烦,同时后期维护便利。节能、环保理念是每一位高速公路建设者都应该积极响应的口号,且应把它附于实践中去,大胆采用新技术、新产品。太阳能风能供电,充分利用了自然能源、保护了环境、节约了投资,在今后高速公路的建设过程必将得到越来越广泛应用。

参考文献

[1]交通部公路司.新理念公路设计指南[M].北京:人民交通出版社,2005.

[2]石志刚,朱建军.高速公路监控摄像机太阳能供电方案设计研究[J].北方交通,2006(11):67-70.

[3]张耀明.中国太阳能光伏发电产业的现状与发展[J].新能源与新材料,2007(1):1-6.

[4]黄露菁,陈创买.由年温变化分析广东海陆气候属性特征[J].中山大学学报,1997,36(5):84-89.

太阳能供电 篇2

硕士学位论文

移动通信基站太阳能供电系统的可行性研究

姓名：郎琪

申请学位级别：硕士

专业：项目管理

指导教师：舒华英

2012-05-01 北京邮电大学工程硕_上专业学位论文

移动通信基站太阳能供电系统的可行性研究

摘要

随着国家的不断进步，移动通信行业业务范围也在不断发展，加强

海域附近和偏远地区的通信覆盖对当地通信环境的改善无疑是非常重要 的，然而这些地方市电供应状况较差，甚至没有市电供应，如何保障这

些基站的供电是一个很大的挑战。太阳能光伏供电系统的能源几乎全部

来自太阳能这种无污染的绿色能源，采用独立型(又叫离网型)光伏发

电系统作为基站电源，除设备一次性投资费用及维护费用外，不需额外

追加开支费用，既解决了供电问题，也符合国家大力倡导的节能减排政

策。

本文以移动通信基站太阳能光伏供电电源系统作为研究对象，对独

立型太阳能光伏供电系统进行了分析，讨论了移动通信基站电源的要求、容量设计原则及方法，并对移动通信基站应用太阳能光伏供电系统的可

行性进行了分析。

文章首先介绍了可行性研究的相关理论及可行性研究的主要内容和

方法，为详细分析移动通信基站太阳能供电系统提供了理论指导。然后

从需求、技术、经济和风险四个方面，详细论证了该系统的可行性。

关键词：太阳能光伏发电移动通信基站可行性研究

北京邮电大学工程硕士专业学位论文

THE FEASIBILITY OF THE SOLAR POⅥ吧R STATI

弟一章绪论

1．1论文的背景、目的与意义

1．1．1论文的背景

随着科学技术的不断发展，近年来我国的经济呈现快速增长的现象，在众多建设领域取得了巨大的成就。不幸的是，在取得辉煌成就的同时，我国的资源和环境却受到了不同程度的浪费和污染，经济增长与环境保护以及节约能源之间的矛盾日趋激化。这种局面与我国不合理的经济结构以及粗线条的经济发展方式密不可分。只有加快调整经济结构的步伐、转变增长方式的思路，才能有效解决我国日趋紧张的资源问题，并带动下一个阶段的经济发展。从电能消耗情况来看，我国电力的利用效率非常低，单位GDP耗电量是发达国家的3～5倍，如果采用先进的节约型管理方式，节电降耗、提高能效，那么我国在节能方面将有巨大的

挖掘潜力。

做出了巨大的贡献。目前，我国移动通信网络的建设规模与用户数量高居世界首 通信行业作为国家支柱产业，在近20年的高速发展中为经济和社会的发展 位。随着网络规模不断扩大，用户不断增加，能耗也与日俱增。在盈利增长变缓，市场竞争更加激烈的背景下，降低能耗、节约开支、控制成本无疑是提升企业利

润、提高企业竞争力的有效途径。

移动通信基站数量众多，占移动通信企业能耗比例大，是节能的重点关注对

象。目前，移动通信企业已经陆续开展了节能减排的多项工作，分别从主设备节

能、供电设备节能、空调设备节能入手，采用各种节能措施(例如基于时隙的

PA关断、变频空调、新风热交换技术等)并建立了相应规模的试点，通过理论

和实际相结合的尝试，总结了一套适应于移动通信无线网络的节能方法和建设规

范。

究和实验阶段，如何有效地利用太阳能代替电能，不单是技术上的创新、成本上 的控制，更能大大的减轻对环境的污染，对能源的消耗，不仅对企业有利，对社

会有利，更是对人类的可持续性发展做出了巨大的贡献。

第1页 移动通信基站使用太阳能发电解决市电引入的技术手段和应用场景仍在研 北京邮电大学工程硕士专业学位论文

总之，无论从国家宏观经济发展、国家政策方面，还是从移动通信行业的可持续发展，以及从移动运营商战略发展角度考虑，开展移动通信基站应用太阳能发电技术的研究具有很重要的意义。

1．1．2论文的目的与意义

本文通过对移动通信基站太阳能供电系统的内外因素深入分析，对其投资的可行性进行了深入的探讨，为移动通信基站太阳能供电系统的实施提供参考。

本文的完成将具有理论和现实两方面意义，理论上是太阳能技术在移动通信基站应用手段上的又一个发展，对丰富和拓展太能技术的应用范畴提供有价值的参考，从技术上论证移动通信基站使用独立的太阳能光伏供电系统的可行性；同时通过对移动通信基站太阳能供电系统进行投资可行性分析，结合风险分析，从政策因素、市场环境、经济效益等方面对如何建立一个稳定、可靠、节能的太阳

能基站进行了阐述，可以为太阳能基站在移动通信网络中的JIF购J推广提供依据，具有很强的现实意义。

1．2国内外研究现状

1．2．1可行性研究国内外研究现状

1．2．1．1国外研究现状

面的、系统的调查研究和综合论证，其目的是要判断工程项目是否可行，需要建

设或不需要建设，为投资决策者提供确实有效的依据。随着经济和管理科学的发

展在大概一百年前可行性研究工作产生了，最早大概在一九三几年，美国人在田

纳西河流域开展建设时，正式提出将可行性研究作为整个建设流程中的一个环

节。项目的可行性研究从主要采用财物分析方法发展到同时从微观和宏观角度评

价项目的经济效益，1978年联合国工业发展组织编写了《工业可行性研究手

册》；2年后该组织又编写了《工业项目评价手册》，把社会效益也纳入了项

目评价的标准之中，《工业可行性研究手册》中对项目评价提出了以下10个方

面的内容：

1．总论，内容包括项目的背景以及研究工作的依据和范围； 可行性研究是在建设前期对工程项目的一种考察和鉴定，对拟建项目进行全

第2页 北京邮电大学工程硕士专业学位论文

2．需求预测和计划建设规模；

3．资源、原材料、及公共设施； 4．建厂条件和厂址方案； 5．设计方案； 6．环境保护；

7．企业组织和人员培训； 8．实施进度建议； 9．投资估算和资金筹措； 10．社会及经济效果评价；

《工业可行性研究手册》为世界各国特别是发展中国家开展工程建设可行性

研究工作创造了范本n1。

1．2．1．2国内研究现状

我国可行性研究工作是从20世纪80年代初期开始的，国务院在1981年颁布的《关于加强基本建设体制管理、控制基本建设规模若干规定》中明确规定：“所有新建、扩建大中型项目以及所有利用外资进行基本建设的项目都需要有可行性研究报告。”中华人民共和国国家计划委员会(现名发改委)颁发的《关于建设项目可行性研究的试行管理办法》中规定了可行性研究报告应包括的内容，该规定与上一节中提到的《工业可行性研究手册》中要求的内容基本相同。这一阶段，项目经济分析评价成为可行性研究的核心，各行业及建设银行、投资银行都先后制定了各自的评价方法并评价了一些项目，为我国的项目经济分析评价工程积累了经验。1987年国家计委在理论研究的基础上，根据我国国情，编制并且颁布了《建设项目经济评价方法》、《关于建设项目经济工作的若干规定》、《建设项目经济评价参数》、《中外合资经营项目经济评价方法》 四个文件，在1993年出版的《建设项目经济评价方法与参数》(第二版)中，国家计委重申了建设项目经济评价的概念、主要方法及相关参数，并一直沿用至今。

王国玉在1999年12月主编了《投资项目评估学》一书，书中将可行性研究的内容概括为市场研究、技术研究和经济效益分析三个主要方面乜3；广东商学院金融系林文俏教授2002年撰写了《项目投资决策经济分析》一书，将项目经济评价分为财务分析评价和国民经济评价两个层次，讲述了财务分析评价对投入物和产出物采用财务价格，国民经济分析评价采用影子价格的不同评价方法∞1。

综上所述，国内外的可行性研究开始都比较早，大多数可行性研究都对项目建设的一些主要方面，如市场需求、资源条件、原材料、燃料、动力的供应情况、交通运输、厂址选择、建厂规模、工艺技术方案的确定、设备选型等重大问题进

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行全面系统地分析，并对投资的经济和社会效益进行分析对比。

1．2．2光伏发电的国内外现状

进入二十一世纪之后，根据国际能源机构预测：全世界煤炭能使用220年、油气开采高峰在2012年附近，并在30—60年后消耗殆尽。我国的能源形势更加

严峻。

据统计：我国是储煤大国，但是剩余煤炭仅仅可供我国开采80年，而石油

和天然气只够开采20年。(近几年来，我国已经完成了从石油和天然气出口国向

进口大国的转变。)

大规模使用化石燃料已经对地球生态环境造成了巨大的破坏，为了更好的保

护人类的生存环境，全球185个国家和地区参与制定了《京都议定书》。我国

1997年正式加入《京都议定书》，同意以法规的形式来限制二氧化碳等温室气

体的排放，并以支付履约金的形式处罚那些超出排放限制的国家。

所以，建立在煤炭、石油、天然气等传统燃料之上的常规能源体系将逐步升

级为以太阳能等新型可再生能源为主的能源体系。

为此，各国政府都推出了一些政策来鼓励和开发新型可再生能源。

1．2．2．1国外现状

l、美国的“百万房项计划”

1997年6月26日美国政府颁布了太阳能光伏发电的“百万房顶计划”

(Million Solar Roofs Initiative)，计划在超过

100万座建筑的房顶上安装太阳能板进行光伏发电作为原有电网的另一套电力来源。

在美国政府的大力支持下，此计划目前己基本完成，现在美国一些主要地区，太阳能已经成为当地能源供给的主要形式。

2、日本的“阳光计划”日本是一个资源匮乏的岛国，从国土面积、人口总数

总量己远远超过了同等经济水平的美国和欧盟。1)作为国策、从长远出发、坚持不懈日本在1992年，通产省把发展光电作为改善城乡环境和抑制地球生态恶化 的主要措施制定了“阳光计划”。2000年日本政府又颁布了《循环型社会建设基

速发展太阳能光伏发电。

通过“阳光计划”，日本从1990---2000年，共耗资30亿美元，推动“住宅

第4页 来看，它的太阳能发电

本法》，明确要求加大增 北京邮电大学工程硕士专业学位论文

屋顶光电系统”。现在日本的“住宅屋顶光电系统”已经逐渐替代火力发电成为

主要发电系统。

3、德国的“十万房项发电计划”

德国是现在世界上最大的使用太阳能发电的国家，德国政府在2003年实施

了“十万房顶发电计划”。

目前，在德国到处可见⋯一在自家屋顶上安装的小型太阳能光伏电站，每家

转换的电量汇集在一起并入公共电网，国家以家庭为单位给予一定比例的补助。

1．2．2．2国内现状

我国能源结构以煤炭为主，二氧化碳排放量已经处于世界最大，并且受《京都议定书》的制约，我国的限排压力很大，火力发电发展的优势已经完全丧失。

同时，作为世界上众多太阳能资源较丰富的国家之一，我国国土面积超过65％以上的地区年日照时数大于2200小时，具有很大的发展潜力。

我国在2005年2月28日举行的第十届全国人大会第14次会议上，通过了 《中华人民共和国可再生能源法》，并于2006年1月1日起正式开始颁布。

我国花了10年时间，由国家发展改革委员会牵头实施了一个“光明计划项目”，共筹集100亿元，在2000年到2010年期间利用太阳能技术，总共解决了超过2000万户用户的用电问题，累计发电总量达到300M1】l／。

2008年8月8号，举世瞩目的第34届夏季奥运会在北京开幕。北京市政府本着“人文奥运、绿色奥运"的宗旨，在奥运场馆上大量采用了太阳能发电设施。具体情况可见下表：

袁1-1奥运期间太阳能使用情况表

编号 主要场馆 光伏发电总功率(删)

50 50 2．56 100 400 1000 500、奥运主体育场(鸟巢)奥运游泳馆(水立方)奥运沙滩排球场 2 3 4 5 北京奥组委办公楼 绿色奥运专项路灯 奥运篮球馆 北京南站BlPV 6 7 8 9 10 奥运森林公园 市发改委太阳能照明工程

2010年在上海举办的世博会，太阳能光伏发电的规模已达到当年城市建设

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中的最大规模，世博会的主要场地均采用太阳能光伏照明。

另外，全亚洲最大的太阳能光伏发电项目于2008年12月8号在云南昆明开

工建设，总占地面积为5600亩，设计功率166兆瓦，年发电量为2亿度；中国

北方城市一河北保定市，立足打造中国第一光电城市，现己建设成为北方最大的

光伏产业基地。中国最大的农村太阳能基地示范村一上海市崇明岛前卫村，现已

建设1Mw电．站。

1．3研究思路和方法

1．3．1研究思路

本文以太阳能技术理论、通信技术、经济学和管理学等多学科知识作为基础，探讨移动通信基站太阳能光伏供电系统的特点和成立的条件。从国家政策到市场环境，运用投资回收期、净现值等工程经济学指标，对移动通信基站太阳能光伏供电系统的建设进行了多方面的事前测评，以判定该系统是否能够达到预期目标和可能产生的经济效益，正确的评价其投资的合理性。

1．3．2研究方法

1．文献阅读与实地考察相结合的方法。

在大量阅读太阳能项目、项目投资可行性分析、风险管理的相关书籍的基础上通过实地勘察延庆2铺、延庆黄土梁、平谷玻璃台、延庆花盆等移动通信基站，调研在移动通信基站中应用太阳能发电是否可行的相关资料。

2．定性与定量相结合的办法。

运用调查分析等方法对建设需求、风险等进行定性分析、运用计算投资回收期、净现值等数学指标对投资效益等进行定量分析。

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第二章相关基础理论综述

2．1可行性研究基本内容及方法

2．1．1可行性研究的基本内容

可行性研究报告，简称可研，是在制订生产、基建、科研计划的前期，通过全面的调查研究，为分析论证某个建设或改造工程、某种科学研究、某项商务活动切实可行而提出的一种书面材料。根据项目的性质和投资类别不同，可研的内容有很大的差别，但一般应包含以下内容：第一是市场需求，根据市场调查及预测的结果，以及有关的产业政策等因素，论证项目投资建设的必要性。这是项目可研的前提和基础，如果产品没有市场，那么项目也就没有存在的必要了。第二是技术研究，主要指从技术实现角度，论证项目正常实施的可能性问题；第三是经济指标的研究，这是为了解释投资项目的合理性问题。最后是研究项目的风险并制定应对方法，主要是对项目潜在的技术、经济、法律及社会等风险因素进行

评价，制定相应的应对策略。

综上所述，可行性研究报告的主要作用就向投资决策者汇报项目实施的紧要性、可行性以及是否盈利，为项目的后续实施提供理论依据。

2．1．2可行性研究的常用方法

2．1．2．1项目投资的市场需求评估1．宏观评估

对市场需求进行宏观性评估时，要从国家、行业以及地区的长期规划角度进行论证，研究项目与长期规划的一致性，并且从长期规划发展的角度说明规划目前的进度己到达本项目所处的环节，应该进行本项目的建设。

2．微观评估 对市场需求进行微观性评估时，应首先从企业发展的角度说明项目的实施与企业发展保持高度的一致性，然后要从市场的角度进行需求的全方位的分析，主

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要包括：调查、预测以及竞争对比。

2．1．2．2项目投资的技术研究

项目投资的技术研究主要是对项目可能使用到的技术进行理论探讨，对于太阳能基站来说，包括太阳能方阵的设计、建设、电源保障等，此外，还包括先进的移动通信设备选型，这对太阳能基站能否成功起到了决定性的作用。

2．1．2．3项目投资的经济效益估

项目经济效益评估是根据国家现行财税制度、市场价格体系和项目评估的有关规定，从项目的财务角度分析计算项目直接发生的财务效益和费用，编制财务报表，计算财务评估指标，对项目的基本生存能力、盈利能力、偿债能力等财务状况进行分析评估，据以判断项目的财务可行性，明确项目对投资主体的价值贡献，为项目投资决策提供科学依据心1。评估的步骤如下：

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图2—1经济效益评估步骤图

第8页 北京邮电大学工程硕士专业学位论文

态评价指标，第二类是动态评价指标。在进行经济评估时应该以动态评价指标作

为主要评估指标，同时用静态评价指标作为参考，结合起来综合评估一个项目。

常用的财务评价指标体系如图所示：

投资稠润事 从是否与时间参数相关，经济学角度的评估指标主要分为两类：第一类是静

静态投蠢圈彀期动投资圜收期

瓣务净现僮

封务内帮收益搴

图2-2财务评价指标体系图

(1)投资利润率

投资利润率指每年的年利润与总投资金额之间的比例，是一个是静态评价指

标。

投资利润率喾童望竖堕查骂墨蠹掣

2一·，c

好的投资项目其投资利润率应高于行业内的平均投资利润率。(2)投资回收期

投资回收期有动态和静态两种算法，其意义是收回投资金额的年限。

静态投资回收期，算法比较简单，直接用项目的总投资除以每年的利润即可。

投资回收期一般用英文字母P标识，其计算公式如下：

静态投资回收期可用财务现金流量表中累计净现金流量计算求得，详细计算

公式是：

投资回收期茹出现芷擅年份数。士王曼兰军零翥銎磊产辩溶同。妇蜘一墨茎

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动态投资回收期的算法是：用项目的总投资除以每年项目净收益的现值。需

要先把项目每年的净现金流量按基准收益率折成现值之后，再按上述公式计算投

资回收期。

一般来讲，静态回收期较短，投资决策者可能认为项目可以实施，但动态投

资回收期通常都要比静态投资回收期长些，项目是否可以实施就不得而知了。

同理，优秀的投资项目其投资回收期与行业内其他项目的投资回收期相比，越短越好。

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2．1．2．4项目投资的风险控制

风险控制是指在预测到项目存在风险之后，项目管理人员通过采取相应的手

段来降低风险发生的可能性或减少风险发生的后果。

风险控制有四种基本方法，分别是：风险回避、损失控制、风险转移、风险保留，对于不同情况、不同风险应采取不同的方法，也就是说要视具体风险情况来选择处理方法，而不是整齐划一的采用一样的方法瞳2。

(1)风险回避风险回避指的是项目管理者主动避免风险，规避可能引起风险的行为。

(2)损失控制损失控制指的是在事先预料到风险之后，通过在项目实施过程中采取有效的

手段，将触发风险的可能性降到最低，减少因风险带来的损失。

(3)风险转移风险转移指在确定风险不能完全有效规避掉的时候，通过其他手段将风险转

移给其他的单位来承担，常规的做法就是买保险。

(4)风险保留风险保留，即风险承担。也就是说，如果损失发生，经济主体将以当时可利

用的任何资金进行支付。由于不是全部的风险都能通过其他办法解决，并且有时一些风险不值得花费额外的费用去解决，对应这些风险就应到通过保留手段来解

决。

2．2本章小结

本章介绍了可行性研究的基本内容，提出了从市场、技术、财务三个方面论

证项目可行性的研究框架，详细介绍了三个方面所包含的内容和方法，尤其对财

务方面涉及的指标、涵义、公式都作了系统阐述。除此以外，还对风险控制理论

和方法进行了简单的介绍，为后续论文的写作提供了理论基础。

第i0页 北京邮电大学工程硕士专业学位论文

第三章移动通信基站太阳能供电系统的需求分析

3．1太阳能在通信行业的应用现状

3．1．1国外通信行业太阳能的应用现状

2008年GSM协会(GSMA)曾发起了一个名为“移动网络绿色能源”的节能计划，该计划提到会帮助发展中国家的移动运营商利用可再生能源发电，并且到2012年结束至少保证十一万八千座基站的电力供应。若实现这一目标，整个行业每年最多可节省柴油25亿升、减少碳排放量630万吨。

爱立信作为通信设备制造商中的龙头老大，在开发利用太阳能发电技术上也名列前茅，它帮助印尼最大的电信运营商PT电信公司在印尼农村地区部署了100多个太阳能主远端类型GSM基站，并且随后又将其太阳能基站业务扩大到了东南亚、非洲、欧洲等地区。

GSM协会根据对各家移动运营商的大量调查之后估测，目前全球只有1，5000座基站正在采用至少一种形式的可再生能源进行供电。

3．1．2国内移动通信行业太阳能的应用现状

在中国，首先从国家的政策导向上就可以看出，国家还是非常希望看到移动通信运营商大量采用太阳能技术发电的，这点从《可再生能源中长期发展规划》中即可以反映的出来。在该规划中明确的提到了太阳能发电技术在通信行业会有很好的应用前景，并且提及了到2010年底和2020年底太阳能发电在通信行业内的应用累计应分别达到三万千瓦和十万千瓦。

其次从移动通信行业内部来看，作为移动通信行业霸主地位的中国移动通信集团早在2005年，就要求其西藏公司(下称“西藏移动”)大力推广太阳能技术在通信基站建设当中的应用，充分利用太阳能发电解决高原地区市电长期无法正常引入的问题，推动西藏移动的基站建设速度。到2007年，中国移动通信集团积极响应国家号召，在通信行业内部第一个提出“绿色行动计划)9 9加大力度对

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通信基站进行节能减排。在该计划中明确提到了一项重要内容一一即推广太阳能发电技术在通信基站建设当中的应用。再到2008年底，利用太阳能发电技术西藏移动实现了对省内的六百多个地市的信号覆盖，甚至在全世界海拔最高的珠穆朗玛峰上，也建设了三个通信基站。西藏移动每年采用太阳能发电技术新建的通信基站的比例已达到90％以上。根据西藏移动的五年滚动规划，在2014年之前为了加大基础网络的建设以及推进3G网络的覆盖力度，中国移动还将累计投资五十多个亿在太阳能基站的建设上。

然后，再看一下中国移动的竞争对手中国联通在利用太阳能发电技术方面做出的成绩。中国联通应用太阳能发电到基站建设中的时间要略晚于中国移动，但中国联通自打在山东完成首个试点太阳能基站之后，经过认真的分析总结，在节能减排和太阳能发电技术的应用上有了突飞猛进的发展。在山东蓬莱太阳能基站之后，中国联通陆续在浙江、内蒙古等省份也开展了太阳能基站的建设。

TD—SCI)MA是中国移动的第三代通信技术，太阳能则是发电行业的第三代技术，是最有潜力的可再生能源，具有取之不尽、用之不竭的特点。再借助于国家政策的东风，移动通信行业的资金支持，太阳发电技术应用在通信基站建设当中将会变成一件大家都愿意促成的事情。

从目前太阳能发电技术在移动通信行业的应用现状来看，中国移动通信基站建设中的应用多于其他两家运营商；在西藏、内蒙等西部地区中的应用多于国内其他地区。整体来看，太阳能基站建设目前还处于试验并总结经验的阶段，还没有在整个移动通信基站建设领域进行大范围的推广。本文后续章节在进行研究的时候将选取太阳能资源中等的华北地区移动公司一一北京移动作为研究对象，以北京移动太阳能基站作为一个实例说明移动通信基站使用太阳能供电系统的可

行性。

3．2北京移动太阳能基站的需求分析

3．2．1宏观环境分析

节能减排已经是人们的一个口头话题，在全国各地均可见政府对节能减排的应对性措施。去年中国移动组织开展了一个风光互补在基站上应用的研讨会，对全国的8个省进行试点，其中包括四川、湖南、甘肃、黑龙江等省份。由于几年前那次四川的汶川大地震给全国人民带来了巨大的灾难，在地震发生后的当天，国务院就提出两点要求：“第一是救人，第二则是恢复通信”。可见通信行业在人

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们生活中的重要性，地震使得几千个基站陷入瘫痪，供电线路完全遭到了破坏，如果重新铺设供电系统，将是一项非常艰难的任务，并且需要很长的一段时间。中国移动第一时间在灾区搭建了多套风光互补发电供电系统，事实证明一个基站如果通过风光互补发电供电系统，完全恢复供电需要的时间大概只要10天左右，从时间上看比铺设电缆，通过电线杆架空线路相比时间大大的缩短。

3．2．2北京移动边远山区基站的电力情况分析

3．2．2．1通电盲区

近年来，随着手机的普及，用户使用手机通信的渴望，移动通信网络的覆盖需求越来越大，用户给运营商带来的舆论压力也越来越大。但是移动通信运营商的权利还没有足够大到可以控制整个通信基站建设中的各个环节，比如：租地、用电，往往是运营商愿意花钱也解决不了的问题。并且随着电信运营商的不断重组，现在三大运营商都各自拥有一张无线网络，要比其他两家具有更多的竞争力，则必须要拥有更大的网络覆盖，更好的网络通信质量。然后现今，中国还有很多偏远山村用电问题得不到解决，在这些地区进行网络覆盖的时候，如何解决通信设备用电的问题就显得极其重要。

北京移动作为北京三大运营商之首，基于市场竞争和网络品牌效应的需要，以及从与对手的竞争策略出发，北京移动的网络覆盖在做好深度覆盖的基础上，需进一步扩大到远郊覆盖。由于这些需要完成覆盖的地区交通落后、经济欠发达，人口较稀少，相对缺乏建站资源，基站建设面临种种困难，很多通信基站的建站位置偏远，往往基站全部建好后，因为没有通电导致无法开通，现阶段在应对这种问题时，可行的解决办法只有两种：第一，向市供电局申请高压引电；第二，利用柴油发电机自行发电解决。

从实际情况看，第一种方法的花费相当高，有些地方甚至是花多少钱都解决

不了的。

证基站的不间断供电就需要不停的提供柴油，来保证发电机运转，大量的柴油运

输到地处偏远郊区的通信基站就是一件相当困难的事情；其次，柴油价格同样随

国家油价波动，从目前的情况看，油价基本上处于一种只升不降的状态，长期使

用这种发电方式会带来给移动通信运营商带来很大的使用成本；最后，柴油发电

机属于易损设备，在使用过程中需要进行定期的维护保养，这也会带来很大一笔 第二种方法，使用柴油发电机就地发电实施起来又有诸多困难。首先，要保 的使用费用。

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3．2．2．2电网电压波动

由于通信行业的80％以上基站建设在乡村，而多数乡村电网管理人员、电工、技工等基本技能远不能和市县相比，在负载的分配问题上不能做到分布均匀，多数采用的大概评估。因此带来的直接后果就是：多数情况下电网的三相会不平衡，三相不平衡对基站的电源造成直接影响，这个影响直接和通信设备的通信质量相关。在农村，尤其是播种季节，在这个季节里电网会出现较大的电压波动，过大的电压波动会引起交直流配电单元频繁动作，交直流的频繁切换直接影响着通信设备的正常运转。

太阳能发电不存在电网波动给基站供电设备带来的影响，太阳能板发出的电首先输送到机房内的太阳能控制器，然后先给蓄电池充电，再由蓄电池给通信设备供电(通过逆变器给基站空调)。这样就不会和第三方用电设备相关，太阳能光伏发电是一个独立的供电系统，因此不管是在农村、郊区等，均不会受电网的

影响。

3．2．2．3基站供电线路遭受破坏

基站的供电线路破坏有两种情况：一种是无意破坏，例如土建施工、城乡道路铺设，民房建设都曾出现过基站的供电中断；第二种是人为破坏，由于目前基站供电多数是采用的电缆供电，在一些山区由于架空比较困难，采用地面铺设。地面铺设电缆，会有部分不法分子盗窃电缆的现象，在一些偏远的地区，基站距离市电超过3KM一般会增加一个变压器，而变压器多为铜线绕制而成，因此变压器也成为不法分子的盗窃的目标。

太阳能光伏发电组件一般都是安装在距离基站较近的地方，电缆的铺设距离相当短，这样就不会存在由于施工等因素造成的基站突然供电中断。在我们调研的几个郊区县，在偏远的地区，基站的供电设备(供电电缆、变压器等)均出现过丢失现象。盗窃分子主要是看重了供电线路采用的是铜线，还有变压器均为价格昂贵的金属。太阳能光伏发电由于没有长距离供电所以不会出现偷盗供电线路器件这个隐患，太阳能光伏发电组件本体是无法偷盗的，并且基站每年都需要对线路进行维护。

3．3北京地区的地理气候条件分析

根据北京市年鉴统计，全市占地面积约一万六千平方公里。其中平原地区约

占38．6％，面积约六千四百平方公里。山地的面积占到全市面积的61．4％，大概

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面积为一万平方公里。除此之外还有约九十平方公里城区占地。这些地形的分布主要为：平原集中在北京的东部和南部，山地集中的北京的西部和北部。

3．3．1气候特征

从气象学上讲，北京属于一个四季分明的城市。春天气候温和、多风沙、易干旱；夏天气温偏高，雨量较大，刮东南风；秋天温度宜人；冬天气温较低、雨水较少、刮西北风。四季气候特征如下：

春季：温度回升速度快，白天晚上温度差别大，多风易发生沙尘天气。立春之后，夜晚的时间逐渐缩短，白天的时间越来越长，大地接受日照的时间增多，白天地面接收太阳光照射的热量，夜间散发热量。因接收和散发热量的时长不匹配，导致白天温度回升速度增快，根据统计月平均温度可升高6摄氏度。根据北京市统计年鉴数据，北京地区在3月和4月的平均气温分别为4．5摄氏度和13．1摄氏度。春天是全年昼夜温度悬殊最大的季节，据不完全统计每日白天和晚上的温度差范围在12摄氏度至14摄氏度之间。另外虽然到春天气温开始回升，但冷空气依然很活跃，自古北京就有“倒春寒”的说法。除此之外，北京的春天经常有大风，全年的超过8级的大风天有80％发生在春天，并且因春天降水量极少，在有风的时候多产生沙尘天气。

夏季：气温很高，降水量大，同一季节内同时出现温度又高、雨水又大。北京的夏天，从平均数据上来看，温度一般在24摄氏度上下浮动。整个夏季中六月虽不是最热的月份，但一般全年的最高温都会在这个月出现，截止2011年底北京的全年最高温是43．5摄氏度。七月作为全年最热的月份，根据统计，温度能达到平均值26摄氏度，并且整月都持续高温，无论昼夜。北京的夏天是个多雨的季节，全年70％的降雨量都集中在夏天，并且大多数情况是暴雨。根据记录

截止201 1年底北京的降雨量的峰值是479毫米。

秋季：天高气爽，冷暖适宜，光照充足。立秋以后，温度开始降低，冷空气

开始增多，霜冻的过早来也临时有发生。

冬季：寒冷漫长。北京的冬季是一个漫长的季节，从气象学上讲可以长达5

个月，但如果我们定义只有气温低于0摄氏度才认为是冬天，那么北京的冬天将

缩短到三个月。根据统计数，北京冬天的最低气温为零下27．4摄氏度，平均气

温为零下4摄氏度。冬季的降水量很少，只有全年的2％。虽然北京冬天寒冷，但是阴天却不多，日照非常充足，往往每年日照强度最大的月份都出现在冬天。

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3．3．2太阳能资源情况

太阳能的原理是太阳在自己内部进行不间断的核聚变所产生的能量。地球表面的空气和大地表面温度的升高主要原因就是太阳辐射，也正是因为太阳能辐射地球表面才能形成上一节中提到的四季分明的气候特点。因为地球本身的自转和公转，地球与太阳之间的距离不同，直接影响太阳能辐射到地球上的不同地点的能量并不均匀，由此引起了地球上季节的不同，气候的不同以及日照时长的不同。

我国国土面积有960万平方公里，在我国的土地上太阳能日照资源非常丰富。根据不完全统计，我国土地表面上每年可接收的能量大约有5万千焦，太阳能辐射流每年可达到约600千焦每平方厘米。依据太阳能年辐射总量在我国境内的分布来看，以下地区的辐射量都名列前茅，具体有：西藏、青海、吉林、云南、陕西、河北、新疆、内蒙古、辽宁、广东、山西、山东、福建和海南。这些地区里尤其是青藏高原，海拔又高，空气又好，维度又低，日照时间又长。像日照条件最好的拉萨，平均每年的日照可达3000多小时，太阳总辐射值可达每年800多干焦每平方厘米。全国太阳能资源最少的省份是四川和贵州，因这两个省天气情况多雨、多云、多雾、少晴天，年平均的晴天只有不到25天，阴天可到250天左右，平均日照时数仅有1100小时左右。除此之外，其他省份的太阳能资源都属于中等条件。

虽然前文提到我国大部分省份的太阳能条件属于中等，但是太阳能在各个省份之间的分布还是有所不同，从纬度上来看，条件最好的和最差的省都在北纬22度到北纬35度之间。这个区间内就涵盖了上文所说的青藏高原和四川盆地。从能量角度来看，西边的省份普遍高于东边的省份，北边的省份普遍高于南边的省份，这当中新疆和西藏除外。

根据太阳能的条件不同，根据多年累积的统计数据，将我国的省份分为五类地区，具体情况详见下表：

表3—1中国太阳能资源分布表

地区 年日照时 数(h／a)

等量热量所

年辐射总量

(MJ／m2·a)类型

一类

需标准燃煤

(kg)

包括的主要地区

备注

太阳能

宁夏北部，甘肃北部，新

3200-3300 6680-8400 225～285kg

资源最

疆南部，青海西部，西藏

丰富地

西部

区

河北西北部，山西北部，较丰富

二类 3000-3200 5852—6680

200-、--225kg

内蒙南部，宁夏南部，甘

地区

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等量热量所

年日照时 数(h／a)年辐射总量

地区 类型

需标准燃煤

(MJ／m2·a)

包括的主要地区

备注

(kg)

肃中部，青海东部，西藏 东南部，新疆南部 山东，河南，河北东南部，三类

2000-3000

501 6-5852

170—200瞻

中等地

区

山西南部，新疆北部，吉

林，辽宁，云南，陕西北 部，甘肃东南部，广东南 部

湖南，广西，江西，浙江，400—2000

4180-5016

140—170 k

较差地

区 四类

湖北，福建北部，广东北 部，陕西南部，安徽南部

最差地

五类

000-1400

3344-41 80

115—140 kg

四川中东部地区，贵州

区

鉴于下文将以北京一个移动通信基站为例论证太阳能光伏供电系统的可行性，本节也以北京为例介绍太阳能资源情况。

北京纬度适中，在北纬四十度附近，按四十度计算，北京地区的太阳高度夏至节气时最高，冬至节气时最低，平均每日的日照时长从9小时到15小时不等。正因为太阳能的高度不同，导致一年当中地面能接收到的太阳辐射不同，造成了上文说到的四季分明的气候。

北京大部分地区，地面可接受的太阳能年辐射总量为五千到六千兆焦耳每平方米。从上表可以看出，北京全年日照时数多在2500小时以上，晴到多云天数占全年的3／4，属于三类地区中的中上等，算是太阳能资源较丰富带。根据《中国移动基站太阳能电源系统建设指导意见》规定，年平均日照时数大于1800小时的地区，可以采用太阳能电源供电，因此，北京的太阳能资源满足太阳能供电建设要求的气象条件。但由于太阳能资源不是很丰富，并且北京的气候类型为典型的半湿润型大陆性季风气候，夏天雨水较大，是华北地区降水最多的地区之一。因此如何最大限度的利用太阳能建设移动通信基站，在哪些区县更适合建设使用太阳能光伏供电系统的移动通信基站，前期的市场调研就显得尤为重要。

下图为北京地区年日照时数分布图(北京2007年全年日照时数2351．1小时(2008北京统计年鉴))。

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图3-1北京地r,x年日照时数分布图(单位：小时)从上图可以看到，北京北部地区的曰照时数相对最高，主要集中在怀柔、延

庆、密云的北部山区；其次，延庆、怀柔、密云南部以及昌平北部的日照时数也

较高；而北京的西南地区日照时数最低，主要集中在房山地区。由此可知，延庆、怀柔、密云和昌平北部的太阳能资源相对比较丰富，更适合建设太阳能基站。

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第四章移动通信基站太阳能供电系统的技术研究

使用太阳能发电技术的优点之一就是太阳能板的模块化组装方案，这种模块化设计可以根据不同负载的用电量的大小提供不同的电量，从几瓦一直到几百瓦、几千瓦甚至几兆瓦的电量都可提供，并且非常适合分散供电。对于移动通信基站这种站点多、站点不集中的应用场景，太阳能发电技术是最合适不过的了，越是偏僻的地方就越能显现出太阳能发电技术的优势，尤其是在高山、偏远村落、海岛等地区的基站。这些基站上如果能应用太阳能发电技术，结合远程监控设施，可以完美的解决无人值守的移动通信基站的供电问题。

从移动通信基站太阳能发电系统的设计角度出发，最基础的环节就是太阳能板的容量设计，根据实际负载的需求电量来确定太阳能板的容量。基站负载用电量估算是容量设计的重要一环，估算越准确，系统工作的可靠性越高，也更能合理地控制投资成本。一般进行负载用电量估算时用的是它的平均用电量。当负载具有短时高功率运行特性时，最好分时估算R1。

4．1太阳能发电技术简介

4．1．1太阳能光能与电能的转换

将太阳发光的能量转换为电能，即太阳能光伏发电。完成这个转换的工具就是太阳能电池板，因太阳能电池板主要是由半导体器件所构成，并且完成转换的主要原理利用的就是光伏效应，所以太阳能发电技术才又称之为太阳能光伏发电

技术。

性就是只要将其放置在阳光下，便会有光伏效应发生，太阳光辐射的能力被直接

转换为直流电。整个过程都是在太阳能电池板内部完成，没有外部设施以及器械 的机械运动，所以在寿命期内不会因为机械磨损而影响发电效果。太阳能发电应

用广泛，配置小的太阳能电池能为手机、手表等提供电力，配置大的太阳能板可 太阳能电池板90％以上的原材料是半导体材料(例如：硅)，这种材料的特 以为房间提供照明等生活用电。

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太阳能电池板没有严格的形状限制，并且支持各种连接，如串联或并联，可

提供多种电压或功率的输出电力。近些年来，随着太阳能技术逐渐被认可，越来

越多的建筑物表面、楼顶以及天台开始使用太阳能电池板，这些太阳能发电设施

通常情况下被称之为附在建筑物上的光伏发电系统。

图3-2安装在建筑物上的太阳能板

4．1．2太阳能光伏系统分类

太阳能发电系统从大的应用角度来分，可分为以下两种系统：独立系统(又叫离网系统)和并网系统。独立系统，主要指的是使用一套太阳能电池板发电供自己使用，与本地电网无关。独立系统包括有：偏远地区的村落供电，太阳能路灯供电等，这些系统有一个共同点就是必然配置有蓄电池组。

并网系统，指的是整个太阳能发电系统跟本地电网是连接在一起的，太阳能发电系统发出的电能输送给整个电网。并网发电系统可以配置蓄电池也可以不配，配有蓄电池的并网系统可根据需求并入或退出电网，并且在电网因停电时，仍可保持紧急供电。

4．1．3太阳能光伏系统设备

常规的太阳能发电系统主要由以下部分组成：蓄电池组、太阳能控制器、太阳能电池板方阵、太阳跟踪系统、逆变器，连接方式如下图所示：

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图3-3太阳能发电系统组成图

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1．太阳能电池板方阵太阳能电池板绝大多数情况都指的是硅电池板，主要分 为三大类：单晶硅电

池板、多晶硅电池板以及非晶硅电池板。不管是哪一类的太阳能电池板，其工作原理都是一样的，基础原理都是“光生伏特效应”。“光生伏特效应”简单点解释就是当太阳能电池板被光照射后，电池板将被照射的光能吸收并在电池两端出现正负电荷，形成电压，当两端的电动势达到一定程度，正负电荷开始定向运动，光能正式转化为电能。

2．蓄电池组蓄电池组在整个太阳能发电系统里的地位仅次于太阳能电池板，来储存太阳能转化出来的电能，并为负载供电。因使用频率高，故对蓄电池组也是有特殊要求的：

1)自放电率低；

2)使用寿命长；

3)深放电能力强；

4)充电效率高；

5)少维护或免维护；

6)工作温度范围宽；

7)价格低廉。3．太阳能控制器 它主要是用

太阳能控制器又叫太阳能充放电控制器，其安装位置在太阳能电池板和蓄电池组之间，相当于一个闸门的作用。当太阳能电池发电后电能通过控制器输送给蓄电池组，一旦蓄电池组完成充电，即充满电后，控制器会将之后太阳能电池板再发出来的电能直接排泄掉；当蓄电池给负载供电时，当达到预设的蓄电池的放

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电深度时，控制器就会停止蓄电池的放电行为。太阳能控制器同样是整个电源系统中不可或缺的设备。

4．逆变器逆变器的作用是将直流电转换成交流电，因为太阳能电池板输出的是直流

电，蓄电池组储存的也是直流电，整个电源系统是一套直流的电源系统。这时如果有交流的用电设备，就需要使用逆变器了。分别对应于太阳能独立发电系统和并网发电系统，逆变器分为独立逆变器和并网逆变器。

5．太阳跟踪控制系统

太阳跟踪控制系统主要应用于中小型太阳能发电系统，因为对于一个具体的太阳能电池板的安装地点来说，每天太阳都在升起和落下，每个时刻太阳与太阳能电池板的角度都不同。但是只有当太阳正对太阳能电池板时，电池板的发电效率才最高，所以为了保证每天的任意时刻太阳和太阳能电池板的对应关系，人们研发了太阳跟踪控制系统。其根本原理就是将事先设置好的安装地点一年中每天的任意时刻的太阳位置信息存储到太阳跟踪控制系统中，之后在安装太阳能电池板时采用可旋转的底座，采用电脑控制底座的旋转，保证每时每刻太阳能电池板都正对太阳。

4．1．4太阳能发电特点

太阳能发电技术通常具有如下特点：>可靠：在恶劣的气候条件下，太阳能发电电源系统极少出现故障，因此

这种电源系统经常被用于对可靠性要求很高的场景，并且这种高可靠性并未导致成本的增加。

>耐用：目前，80％以上的太阳能电池板的使用寿命都可以达到20年以上。>维护费用低：相比维护常规发电设施的频率，太阳能发电系统仅需周期性的常规检查即可，次数要大幅减少；其次对比维护时所投入的材料和人工，太阳能发电系统基本不需要任何东西；所以在后期的维护中，太

阳能发电系统仅需要很少的费用。>无需燃料费用：因为太阳能发电技术不消耗燃料，纯天然，所以节省了

大笔购买运输燃料的开支。>光伏组件积木化：安装方式灵活多样，适应性超强。

》安全：太阳能发电系统使用绿色纯天然的能源，几乎没有任何潜在的危

险。>供电自主性：独立太阳能发电系统在发电的控制上绝对的灵活和自主。

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>非集中电网：独立太阳能发电系统安全性高，避免了公共电网停电对使

用者的影响。

>高海拔。-14工P台日匕e,：海拔越高，距离太阳越近，太阳能辐射越强，对太阳能电

池板转换电能越有利。

4．2移动通信基站电源要求及组成

4．2．1移动通信基站内的用电负载

移动通信基站内部的主要用电负载包括：基站主设备、高频开关电源等电源设备、空调器设备以及机房照明设备等。这其中空调器设备包括传统意义上的2P或3P空调，也包括智能送新风设备或热交换设备；机房照明设备有使用普通节能灯的也有使用LED节能灯的。

基站按用电负载的大小，主要分为如下几种类型∞1：

(1)宏蜂窝基站，这种类型的基站的用电电压一般都是直流-48伏，用电电流的数值大小则需要根据基站内的用电设备多少来区分，一般情况下900MHz系统、1800MHz系统以及3G系统共享一个基站的时候，基站的总体用电电流在50安培到80安培之间，但是只有一个系统的基站用电电流只有10安培到40安培左右。

(2)第二种类型，主要指的是微蜂窝基站，这种类型的基站设备使用交流220 伏交流电压供电，基站设备功率很小，一般不会超过200瓦。

(3)第三种类型的基站，指的是用电电流很大的基站，电流范围一般在80安培以上，这种类型的基站大多建设在市区，并且都属于超忙基站。为满足如此之大的负载用电，则需要配置太阳能电池板规模巨大；另一方面市区的基站在场地租用时困难极大，很难找到足够大的面积来满足太阳能电池板的需要，因此这种类型的基站不建议采用太阳能发电技术。

4．2．2移动通信基站的供电方式

移动通信基站的电源系统是基站的重要组成部分，是保证基站长期、稳定、可靠运行的重要因素。根据基站建设地点电网条件的不同，可行的、可靠的、供

电方式主要包括以下几种。

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2)1)公共电网电力引入方式：这种方式主要应用于市电情况较好的地区，按市 电等级划分一般属于市电1级或2级，这种方式在基站内部使用高频开关 电源设备完成交直流转换和直流电流输出。

独立型太阳能发电方式：这种方式主要应用于短期公共电网无法解决的地 区，这类地区一般分布在人迹罕至的郊区，这类地区的通信基站一般都采 取无人值守模式，因地理位置偏僻，保修保养均不容易，因此要求系统具 有更高的可靠性。的使用范，L／L／＼ 3)太阳能发电与风车发电互补方式：同第二种方式一样，具有同样围，但是这种方式要求当地的风力资源相对丰富。

4．3移动通信基站光伏系统设计方法

从工作流程上划分，太阳能供电系统的设计应把握的原则为：先软件后硬件。软件指的是所有基础数据的分析和理论计算，包括：基站总用电量、太阳能辐射量、太阳能电池板配置的容量设计等等。硬件则主要指各种设备的选型。在进行软件设计的时候除安装倾斜角和方向角由专业的电脑软件完成，其他数据则可以通过简单的公式带入数据计算得到。

独立型太阳能发电系统的容量设计主要包括两大部分，一是太阳能电池板的容量计算，另一个是蓄电池组的容量计算。在进行容量设计时需要把握的原则从技术上讲要能满足机房内全部用电设备的总用电电流的要求为前提；从经济上说，则要考虑系统可靠性和投资成本之间的博弈，尽量保证系统可靠性的前提下，节约投资。只有做到可靠性和投资相对平衡的时候，这个太阳能发电系统才算是合理的电源系统。

在计算太阳能电池板的容量以及蓄电池组的容量之前，需要做很多的基础数据的收集工作。这个工作需要查阅大量的文献记录或求证于相关领域的专业人士。说具体点，需要收集的数据有：基站建设的详细地址、安装地点的经纬度、海拔高速、安装地的平均日照时间、平均太阳能辐射强度、每年中最大连续阴雨天、沙尘天数以及降雪天数等等。

4．3．1太阳能发电系统设计的基本原则

太阳能发电系统设计的原则就是满足移动通信基站内用电设备的不间断供电，保证设备的连续运行。因为在做计算的时候使用的是太阳辐射的年平均值，第24页 北京邮电大学工程硕士专业学位论文

而实际的气候条件下不可能每天都能达到平均数，必然有高有低，因此就要求太

阳能电池板能和蓄电池组协调工作。

蓄电池组的容量在设计时，需要考虑连续阴雨天时能持续放电来保证基站设

备的不间断使用，一般情况下连续阴雨天的平均数都太长，发生的几率比较小，为此额外付出几倍的成本来配置蓄电池组和太阳能电池板显得有点得不偿失。因

可以断电，断电多长时间后维护人员可以及时上站采用其他办法发电(例如：柴油发电机发电)。

太阳能电池板的容量在设计时，首先负载要考虑全面，除通信设备外还有蓄电池组。其次，要以全年日照的短板来进行计算，这样才能保证每一天设备的正常用电和蓄电池的充电用电。只有保证蓄电池组达到满充的状态，才能有效的延长蓄电池的寿命。

4．3．2蓄电池的设计方法

在整个电源系统中，蓄电池的作用就是在太阳能电池板不工作的时候能够不间断的向通信设备供电。其最初的设计原则就是在日照不充足的情况下，仅依靠蓄电池放电即可保证通信设备的正常工作。在配置蓄电池组时，通常认为蓄电池组在太阳能电池板正式不工作之前都处于浮充状态，正式放电开始后，能够在没有任何其他发电系统的帮助下独立提供给通信设备保证其正常工作的天数，被称作自给天数。天数的长短，直接影响了蓄电池组容量的大小以及这部分投资的多少，最初这个指标的确定应当与当地气象部门统计的年内最长连续阴雨天一致。但后来考虑到投资等多方面因素，这个指标通常不大于7天。

蓄电池技术发展到现在，主流的产品主要有：锂电、铅酸电池和镍氢电池。锂电技术比较先进但是价格偏高，不适宜在通信基站建设中大规模使用；铅酸电池价格适中，技术比较成熟，是现今在移动通信行业应用最为广泛的电池类型。本文中如无特殊说明，指的均是阀控式铅酸蓄电池组。下文就蓄电池组容量是如何计算的，连接方式怎样进行详细介绍。

(1)蓄电池组的容量计算步骤1：蓄电池组容量初步计算，根据统计出的基站内通信主设备每天需要 的总用电量乘以自给天数； 此，需要在连续阴雨天发生时给出一个可以接受的断电时限，即工作多长时间后 步骤2：用从步骤l中得到的容量除以最大放电深度得到修正后的蓄电池组的容量。这样做是为了延长蓄电池的寿命，是蓄电池在自给天数结束的时候还能保持一种未完全放电的状态，有利于蓄电池的寿命。

第25页 北京邮电大学工程硕士专业学位论文

蓄电池本身特性发生变化，尤其是电解液的凝结边界值，深度放电带来的后果之

一就是凝结温度上升，一旦上升到本地区的最低气温，则电解液就会凝结，体积

膨胀，导致蓄电池损耗。因此，当最低气温低于零下8摄氏度时必须进行温度系

数的校正。综合以上几点，最终的蓄电池组容量计算公式为： 如果在北方使用时，还应考虑本地区冬天的最低气温，因为放电过程会影响

矿墨鲁

(4—1)式中：V：蓄电池组容量d：自给天数P：日平均负载

S：最大允许放电深度k：温度修正因子

(2)确定蓄电池组的串联数目当基站主设各的工作电压(一般为48V或24V)大于一只蓄电池的额定电压

时，需要通过蓄电池的串联达到基站设备的工作电压，由此即可得到蓄电池组的串联数目的计算公式。

⋯。喙

(4—2)崩=一

p，式中：Ill：串联蓄电池数目

(3)确定蓄电池组的并联数目根据(1)中确定的蓄电池组的总容量，计算用多少只单体蓄电池时公式参

考如下：

VR：负载标称电压 VB：蓄电池标称电压

曩嚣譬

如

¨(4-驯3)

式中：n：并联蓄电池组数目 Pz：蓄电池总容量PD：蓄电池单体容量根据运营维护的经验，通信基站使用的蓄电池组，最多由2组并联构成，因此在选择单体蓄电池组的容量时，要把握好这个原则，将单只容量尽可能大的选。

4．3．3太阳能电池板的设计

在整个系统当中，太阳能电池板的单价最贵，在太阳能电池板上的整体投资

第26页 北京邮电大学工程硕士专业学位论文

也是系统初始投资中最大的部分。这部分的设计是整个太阳能发电系统的灵魂所

在，必须细心谨慎。按前文所述，太阳能电池板的配置数量的基本思想就是满足

通信基站年平均的单日用电总量。

1．基本设计

太阳能电池板最简单的计算办法就是用移动通信基站主设备日平均所需电

量(安时数)除以单块太阳能电池板的标称出电量(安时数)，结果就是整个供

电系统需要的太阳能电池板的并联数量；然后再用通信设备工作的标称电压(48V

或24V)除以太阳能电池板的标称电压，即得到太阳能电池板的串联数。

具体的计算公式如下：

^-卺

㈤4，式中：fB：并联的组件数PD：日平均负载(AH)PA：单体组件日输出(AH)

矗一去

㈤5，式中：fc：串联的组件数 V。：系统电压(V)VD：单体组件电压(V)2．太阳能电池板的修正因为在实际应用中，太阳能电池板的实际输出往往与其标称值不一致，基本

会低于标称值。因而由以上公式计算得出的结果不能完全满足整个系统的用电需求，类似于蓄电池组容量的设计，以上公式同样需要修正一下。

第一步：太阳能电池板的物理输出衰减在实际使用时，因太阳能电池板长年累月的放置在空旷的地区，必然会有尘

土，雨雪等赃物附着在太阳能电池板表面。这些附着物会直接影响到电池板的光

电转换效应，为了规避这个风险，在配置太阳能电池板容量时就要考虑10％的余量来应对这个问题。

第二步：太阳能电池板的等效输出衰减蓄电池组有一个著名的效率叫库仑效率，这个效率主要指的是蓄电池组在进

行充电过程时，会同时发生化学反应电解水并释放气体，这个过程将太阳能电池板转换的一部分电量消耗掉了，这部分损失掉的电量可以用蓄电池组的库仑效率来表示，为了规避这个风险，在进行太阳能电池板设计时要考虑增加太阳能电池板的10％的功率来补偿。

由以上2点汇总得出最终的太阳能电池板的容量计算方法为：

第27页 北京邮电大学工程硕士专业学位论文

矗毒忐

式中：fB：并联的组件数

C：库仑效率

k：衰减因子

(4-6)

PD：日平均负载(AH)PA：单体组件曰输出(AH)

串联的组件数计算方法为：

厶霉&

一％

式中：fc：串联的组件数

3．在进行太阳能电池板的设计时还同时需要考虑以下问题：

V。：系统电压(V)

(4—7)VD：单体组件电压(V)(1)考虑不同月太阳能电池板光电效应输出的变化通信基站设备如全年不会发生变化，则太阳能电池板在进行配置时应根据年

日照最少的月份的数据来计算。如果通信基站设备的耗电量是会发生变化的，则在进行电池板的设计时最保险的方法即按每个月不同的负载耗电量来分别计算电池板数量，最后最大的数目即为目标数。例如通过一系列的计算得到12月需配置的电池板数量是10块，在5月可能只需要5块，那么最终还是应当按照较大数量的10块电池板来进行安装，这样才能满足全年的需要。

(2)选择太阳能电池板时应考虑串联电池板的数量太阳能电池板的输出与整个方阵中串联的电池板数量密切相关，因为当温度

越高时，电池板的开路电压反而会降低，整个太阳能电池方阵的电压就会降低。利用这个特性，对于同样的通信基站设备来说，在赤道等高温地区用到的太阳能电池板要多于温度适中的地区。

(3)用峰值日照时数估算太阳能电池板的输出太阳能电池板的标称值是在某一个理想状态下测定的，但是实际使用过程中

外界条件很难与测试状态保持一致，因此就必须利用太阳能电池板的额定输出和

纯太阳能供电笔记本电脑 篇3

为我们的手机和笔记本进行充电，现在对于大多数人来说是一件在平常不过的事，但你是否想过，在不久之后的未来，我们回想起将电子设备定期插在供电插座上的情景时，或许会觉得可笑，并感到困惑：我们当时竟然会那么做?!

在曾经被认为是未来能源希望的核动力被重新审视时，太阳能等真正的清洁能源就越来越被人们重视。虽然现在市场上已经有了各种各样为电子设备供电的太阳能产品，但完全依赖太阳能提供能源还没有先例。设计师安德里亚·庞帝设计了一款完全由太阳能提供电力的笔记本。之前还没有一款设备像这台名为“Luce”的笔记本一样，如此依赖阳光。这款设计通过两块太阳能电池板，在白天为笔记本提供持续不断的电力。第一块太阳能电池板放置在屏幕后，第二块放置在触摸式键盘下，可以保证笔记本在大多数时候都能接受到阳光的照射。由于使用了透明的聚碳酸酯材质，不仅让设计的外观变得光滑可鉴，同时也让整机的重量下降到不到4磅(1.8千克)。这款笔记本还会搭载一块夜间续航电池，目前还没有确定这块电池怎样嵌入如此轻薄小巧的机身。对于太阳能笔记本来说，更大的挑战还不是电力供应问题，而是在太阳直射下的屏幕反光问题，所以想要将这款概念产品变成现实，或许还要添加一个利用外部灯光照亮屏幕的装置。

更廉价的太阳能供电 篇4

太阳能发电在全球总发电量中所占的比重, 尽管仍旧非常小, 但在未来25年内, 这一比例将会出现大幅度上升, 而资本对于这一产业的大幅投资仍在继续。今年6月份, 美国谷歌公司出资2.8亿美元设立一项基金, 和硅谷的“太阳城市”公司合作, 鼓励消费者使用太阳能, 并承诺这样做将降低他们每月的电费账单数额。

年轻人的积极参与

一群路易斯安那理工大学的学生改装了一辆风格复古的汽车, 在休斯顿举办的2011壳牌生态马拉松美国学生比赛中跑出了仅靠一升汽油行驶275公里的惊人成绩。这项赛事的宗旨便是鼓励人们设计低油耗的汽车。

太阳能电池既供电又供热水 篇5

1O月，一家名为科根纳太阳能[cogenra soldr)的新创公司在美国加利福尼亚北部的酿酒厂安装了一组别具一格的太阳能电池板。这组电池板将传统的光伏太阳能电池与一种可以采集余热的系统结合在一起。这样电池板不仅可以产生电能用来照明和罐装设备，而且还能将水加热，方便人们用热水洗涤储水池和水桶等工具。

科根纳公司计划将这种“混合式”太阳能电池板安装在那些使用大量用电和用水的企业，从而为它们同时提供电力和水力供应。这家公司至今还未公布其估计的每瓦特发电成本，但表示加热水的成本将会明显低于常规标准。

在索诺玛酿酒公司(sonoma wineCompany)的酿酒厂中，分布着几块抛物面碟片，每块为1O米长、3米宽，沿着几面镜子排列着，它们都把日光聚焦到了悬在上方的两排单晶硅太阳能电池板之上。这些抛物面碟片安装在机械臂顶部，从而可以随太阳的方向转动。热量采集使用的是乙二醇和水的混合溶液，它流过太阳能电池背部的铝管。这种乙二醇溶液进入换热器，将其中的水加热。然后再将水泵入储水箱中，冷却后的乙二醇溶液再次返回到太阳能电池中。

过去曾出现过类似的混合式太阳能电池，不过结果都以失败而告终，因为太阳能电池会过热而导致损坏。科根纳公司使用传感器监控太阳能电池板的温度，如果需要冷却，它可以利用一个自动控制系统迅速将混合溶液引开。

科罗拉多美国国家可再生能源实验室(National Renewable EnergyLaboratory)的高级项目经理蒂姆·梅里根(Tim Merrigan)表示，温度过热会消弱太阳能电池的性能，这对于组合式太阳能系统而言，就是一个大问题。梅里根指出，更精良的设备用于监视热积累，并进行调整，引导所使用的液体流出太阳能电池，就可以防止这种情况发生，但他补充道：“这当然不是一件容易的事情，因为不容易做到恰到好处。”采用科根纳公司的技术，在产生的热量与太阳能效率之间就可以进行权衡，因为加热更多的水会降低太阳能电池的效率。

这家酿酒厂安装的系统将会作为一个重要的试验平台，用以测试科根纳公司的技术以及通常的组合式太阳能技术。该系统产生的数据将会显示其发电和热水的效率，还可以显示不同的天气状态下的效率，以及如何更好地满足酿酒厂运行的波动性需求。

该太阳能电池板能够产生50千瓦的电力，以及等同于222千瓦的热能。科根纳公司的CEO吉拉德·阿莫吉(GiladAlmogy)表示，这会降低酿酒厂热水使用的天然气45％-50％，同时满足10％的电力需求。

使这项技术变得更加经济高效，是科根纳公司面临的另一项挑战。不过不断扩大的政府项目会发放一些补贴，支持安装这些太阳能热水器，这或许会有所帮助。10月份已经有这样一个项目在加利福尼亚上马。一直到2017年，该，项目将会为安装太阳能热水器提供3508亿美元的补助。该州大部分热水器目前都使用天然气。

太阳能供电的应急通信中继台 篇6

如果有一场大停电，停电时间长到会耗光我们的备用蓄电池，我们就必须有办法给蓄电池充电，以保证中继台正常运行。当然，用汽油发电机充电，或者直接换一块充满电的新电池都是不错的方法。但是我们有更好的方案。中继台管理员保罗·道斯切尔(W4EYJ)建议我们使用太阳能完全取代交流电，成为中继台的主电源，一直为它供电，而不是像其他方案那样只在停电时才切换到太阳能。这篇文章详细记录了坐落于田纳西州克罗斯维尔市的俱乐部中继台升级为太阳能供电的全过程。

CPARC的中继台系统

CPARC的2m中继台的型号是Motorola Mitrek T83，控制器采用CAT 300 DX。中继台发射功率40W，配合10几米高的钻石牌垂直天线，良好地覆盖了坎伯兰郡地区。

有些读者可能会说：“准确地说，你的中继台实际上是蓄电池供电的而不是太阳能供电，太阳能板的作用不过是给蓄电池充电而已。”当然，这个问题留给读者自己考虑：使中继台工作的电力，终归是来自蓄电池，还是来自太阳能板?

资金

太阳能板可不便宜。尽管每瓦价格在不断下降，太阳能板仍旧是比较昂贵的设备。并且100～200Ah的蓄电池再加上精良的充电控制器又是一笔不小的开支。在完成了一次俱乐部内部资金募集之后，CPARC求助于当地的电力公司Volunteer Energy Cooperative(简称VEC)。VEC通过他们的用户分享项目，为CPARC提供了资金。这样，结合俱乐部自己募集的资金，改造计划就可以完成了。没有VEC的帮助，我们这项计划就不可能完成，谢谢你，VEC!图1的照片是VEC授予我们资助时拍摄的。

详细计划

使用太阳能电力为中继台供电并不是我们的首创[1,2,3,4,5]。大多数太阳能应急供电系统的构成不外乎下面这几样：太阳能板、充电控制器、蓄电池(组)、断路开关。图2是常见太阳能供电系统的原理框图。太阳能板的大小和蓄电池的容量，以及它们之间的平衡关系要考虑到电量需求、负载峰值功率、环境、成本和系统可靠性。

一开始，我们设定了一些基本需求。我们假设中继台每周有12小时的净发射时间，中继台的待机电流为500mA，假设我们这里最长会有连续5天见不到太阳，以60W功率发射平均每天要消耗21Ah的电力。这些数据输入到了《Solar Living Sourcebook,30th Edition》[6]这本书中提供的估测表格中。另一个表格帮我们计算出了我们需要的蓄电池容量和太阳能板规格，并帮助我们确认太阳能板和蓄电池在安装后能够互相匹配。

零部件详情

■■太阳能板

市面上有许多制造商提供不同尺寸、样式、配置和价格的太阳能板。在经过大量了解之后，我们选择了京瓷(Kyocera)公司130W的太阳能板。售价是484美元，性价比还不错。在阳光充足的情况下，它能以17.6V的电压输出7.4A的电流。

■■充电控制器

本文的合作者戴夫·李文沃斯(WV6JPL)住在电网没有覆盖的坎伯兰郡的农村地区。他使用的电力只有来自太阳能和其他非公用来源。在他的经验指导下，我们一开始为这个改造计划选择了Xantrex 35C型充电控制器。这个高级的充电控制器可以监测太阳能板、蓄电池和中继台消耗的电流，并依此合理分配太阳能板的电流。它还提供数据收集选件，可以监测电流、电压和总消耗电量的瞬时值和累积值。不幸的是，Xantrex C35采用了脉宽调制(PWM)技术，会制造大量的射频干扰，根本不能用在业余电台上，即使我们做了许多滤波的尝试[7]。

我们查阅了文献，与供应商做了一些技术讨论，在俱乐部内部也做了一些解决方案的讨论。我们发现，有一种新的充电控制器，采用的是最新的最大功率点跟踪(MPPT)技术，可能有更好的表现。随后我们收到了BZ Products公司制造的MPPT500充电控制器，来评估实际使用效果。

这个充电控制器的表现很好，并且没有Xantrex的射频干扰问题[8,9]。太阳能板输出的直流电大概有17V。MPPT技术可以用到全部的17V，并且相对于采用PWM技术的充电控制器，可以多提供20%～30%的充电电流。我们评测的这款BZ充电控制器标准配备有蓄电池温度探针，可以依据不同的环境温度来调整输出。这个功能非常适用于补偿季节性的温度变化。BZ充电器能提供的数据比Xantrex要少很多。它只能读取瞬时的电流和电压值，没有数据记录功能。想收集它的数据必须使用额外的设备，后面将会介绍。

■■蓄电池

蓄电池很贵，很沉，还很危险。在规划蓄电池的时候这些因素都要考虑在内。我们研究了常规铅酸电解液蓄电池、胶体电解质蓄电池和隔板蓄电池的工作特性。发现铅酸蓄电池的寿命由充/放循环次数和放电深度共同决定。在仔细考虑之后，我们选择了吸附式玻璃纤维隔板(AGM)型铅酸蓄电池。优质AGM蓄电池可以有750次的充放循环，但放电深度不能超过标称容量的50%[10,11]。基于前面预估的数据，我们的中继台大概需要一块200Ah的AGM蓄电池(以20小时放电率计算)。图3中是我们为这个计划购买的198Ah的Deka牌AGM蓄电池。

设备安装

太阳能板、充电控制器和AGM蓄电池都安装在CPARC的中继站。我们还为太阳能板购买了装配式安装支架，这样我们就可以把它安装到天线塔30英尺高处。为了保证电台和维护人员的安全，我们在太阳能板和蓄电池之间安装了断路开关和40A的熔断器。图2中可以看到，只要从这里断开，太阳能板、蓄电池、充电控制器就会相互隔离。我们使用了AWG 8号的铜线来承载电流。图4和图5是现场施工时拍的照片。

太阳能板的方位角和倾斜角对太阳能板捕获阳光的效率有很大的影响。随着所在地点的不同，月份不同，一天当中的时间不同，太阳能板的最高效率姿态也不同[12]。对我们这种小型系统来说，采用太阳追踪系统并不划算。效率提升不明显，得不偿失。我们所处的纬度是36度，我们的太阳能板面向南放置，倾斜角由一个著名的算法“纬度+15度”算出，为51度。这个算法算出的倾斜角可以在冬季获得最优的性能表现。

当我们把太阳能板、充电控制器和蓄电池连接好以后，充电控制器立刻检测到了太阳能板输出的电流，开始为蓄电池充电。充电一直持续到蓄电池达到浮充状态，充电器显示充电电流降为0，蓄电池已经达到满电电压。这个系统工作正常!图6是我们施工完成的现场照片，这一天是2009年10月23日。从那天开始，中继台就只依靠太阳能电力运行了。

数据收集

我们要收集一些实际的数据,来评估这个系统的工作情况,并且回答一些问题,诸如:

■在日照充足的日子里,蓄电池会放电到多深?

■在多云的日子里，蓄电池会放电到多深?如果连续一周多云呢?

■在每周一次的一小时台网过后(重度使用中继台),蓄电池会放电多深?

■中继台待机一晚后,蓄电池的电压会降低多少?

■日出后蓄电池的电压能多快恢复?

■在多云的时候蓄电池的充电电流有多大?(多云时也多少会有一点充电电流的)

■我们可以保证蓄电池的最大放电不超过50%吗(保证蓄电池电压始终高于12.3V)?

我们使用Velleman仪器公司的Data Logger软件，配合这个公司的四路测量设备来连续收集太阳能系统的参数。我们使用这个仪器收集了蓄电池电压数据。收集到的数据存储在一台Windows PC上。有了数据，我们就有了相应的图表。图7显示了某个23小时工作周期内收集的蓄电池电压数据，采样周期为5秒。请注意，图里有许多有趣的信息。你可以“看到”日出、日落，也可以看到在傍晚时中继台转发了几次信号。在下午7点的时候，我们本地的ARES台网持续了大约30分钟的时间。你在图中也可以看到每小时都有些有规律的电压突降。这是音频中继台控制器在宣告当前时刻。你在图中还可以发现，日出时有云飘了过来。

总结

这是一次奇妙的技术之旅，我们提出的问题可能在未来的某些时候才能得到全部答案。系统持续运行着，并且现在看起来运行良好。蓄电池长期运行后的健康状况是我们未来要关注的问题。要让停电时VHF中继台能够继续运行，这个目的应该是已经达到了。

还有一件事，既然我们的中继台不再需要市电了，我们中继台的选址位置便自由了。我们可以为中继台挪到一个能够做到更好覆盖的位置。

请访问QST-In-Depth网站和www.cparc.net来获得有关这个项目更进一步的信息。

未来的计划

我们目前考虑最多的是要给蓄电池安装一个欠压保护装置。在蓄电池遭遇最差的工作状况下(在炎热的阴雨天下中继台持续繁重工作5天)，蓄电池可能会过度放电，蓄电池应该有某种程度的保护。欠压保护装置可以在蓄电池电压降低到预设值时切断蓄电池和中继台的连接。

数据记录功能可以帮助我们了解蓄电池在不同工作情况和天气情况下端电压的变化规律。

如果我们能有蓄电池电压和其他一些参数24/7(7天24小时)的数据监测，并且有数据记录(无线传输)的话，那就更好了。但在有充足的资金之前，这些事我们还做不了。

致谢

这个计划有CPARC俱乐部30位会员的参与。作者感谢在这个项目中参与了筹措资金，施工，宣传，采购讨论，技术讨论，还有那些给予我们鼓励和支持的人们。感谢你们。

参考文献

[1]D.Casler,KE OG,“Solar Power for Your Ham Station,”QST,Apr1996,pp33-37.

[2]www.qsl.net/va3pla,solar powered repeater.

[3]www.polkcounty.org/ham/repeater.htm,solar powered repeater.

[4]P.McChesney,“Solar Electric Power for Instruments at Remote Sites,”geopubs.wr.usgs.gov/open-file/of00-128/of00-128.pdf,2000.

[5]M.Morris,WA6ILQ,“Some Thoughts on Off-The-Grid(Solar,Micro-Hydro or Wind Powered)Repeater Systems,”www.repeater-builder.com/tech-info/somethoughts-on-solar-power.html.

[6]J.Schaeffer,Editor,Solar Living Sourcebook,30th Edition,Real Goods,Aug2007,pp171-176,579-580.

[7]www.ecodirect.com/what-is-a-pwmcharge-controller-s/144.htm

[8]www.arrl.org/qst-in-depth

[9]www.windsun.com/General/PV-EMI.htm;www.windsun.com/ChargeControls/MPPT.htm

[10]再注释8。

[11]www.windsun.com/Batteries/Battery_FAQ.htm

道路照明领域中太阳能供电应用 篇7

中国是能源消耗大国, 能源消耗以煤、石油、天然气为主, 这些原料储量是有限的、不可再生。而且能源消耗同时排出二氧化碳和硫的氧化物导致地球温室效应和酸雨, 破坏环境。因此开发利用可再生能源, 对于保障能源安全、保护生态环境、实现可持续发展具有重要意义。太阳能照明是以太阳能为能源, 通过太阳能电池实现光电转换, 白天用蓄电池积蓄、贮存电能, 晚上通过控制器对电光源供电, 实现所需要的功能性照明。

太阳能作为新一代绿色环保型照明能源, 已经逐渐成为人们关注的焦点。与传统的能源相比, 它具有清洁无污染、能耗低、寿命长、绿色环保等优点。近年在照明领域发展迅速, 其装置几乎覆盖了整个照明领域。市场对太阳能照明产品的需求日趋增长, 对产品质量的要求也越来越高。因此, 我们对太阳能路灯的性能及适用范围都应该有更进一步的研究。

一、太阳能路灯分析

太阳能路灯整个系统由太阳能电池组件部分 (包括支架) 、灯具、智能控制器、免维护铅酸蓄电池及各种配件构成, 如图1所示。

1. 太阳能电池组件部分 (太阳能电池板)

现在太阳电池片的效率一般≥16.8%, 组件效率≥15.0%, 比较好的光伏组件的功率/面积比≥144 W/m2。太阳电池片的效率≥16.8%, 组件效率≥14.0%。组件第一年内功率的衰减<5%, 使用10年输出功率下降不超过使用前的10%。如苏州地区, 次干路双向4车道。按城市道路照明设计标准CJJ45-2006要求, 平均照度维持值Eav≥15 Lx。按LED灯具光效90l m/W (输入电压24 V) 设计, 利用DIALux软件计算出所需照度的功率值≥95 W才能满足照度要求。每天工作时数8.5 h, 保证连续阴雨天数7天。

(1) 查全国主要城市峰值日照时数得出苏州约为3.8H, 峰值日照时数是一个描述太阳辐射的单位 (w/m2/天) 。

(2) 负载日耗电量=95/24×8.5=33.6 AH。

(3) 所需太阳能组件的总充电电流= (1.05×33.6) ÷ (3.8×0.85) =10.923 A。

在这里, 两个连续阴雨天数之间的设计最短天数为20天。1.05为太阳能电池组件系统综合损失系数, 0.85为蓄电池充电效率。

(4) 太阳能组件的最少总功率数=17.8×10.923=194.4 W, 17.8为最佳工作电压。

选用峰值输出功率120 Wp (尺寸1580×808×35) 、80 Wp (尺寸1016×676×35) 各一块标准电池组件, 应该可以保证路灯系统在一年大多数情况下的正常运行。

存在的问题是, 由于城市道路空间位置的限制, 电池组件只能安装在灯柱顶端, 面积太大势必造成风载过大的问题。灯柱及基础都要单独设计, 一方面是投资太大, 更主要的原因是过大的基础造成现场无法施工。查表可看出, 全国主要城市特别是南方城市峰值日照时数均比较小。

同样我们可以验算一下拉萨, 峰值日照时数约为6.71 H, 所需太阳能组件的总充电电流= (1.05×33.6) ÷ (6.71×0.85) =6.19 A, 太阳能组件的最少总功率数=17.8×6.19=110.2 W, 情况就要好的多, 用两块峰值输出功率55 Wp (尺寸830×552×30) 即可实现。

注:用颜色区分, 深色为年日照量高, 浅色为年日照量低

注:用颜色区分, 深色为年日照时数高, 浅色为年日照时数低

就目前情况, 根据图2、图3分析, 整个西南及部分西北地区应用太阳能路灯效率会更高。

2. 灯具选型

(1) LED光源优势

1) 发光效率高, 耗电量小, 使用寿命长, 工作温度低。

2) 反应速度快可随意切换 (气体放电灯反应比较慢, 切换时间过长) , 单元体积小, 绿色环保。

3) 现在LED灯具光效已达到或超过90l m/W, 其市场性价比也有大幅度提供。相信不久, LED灯具将成为市场主流。

(2) 灯具

1) 要求灯具具有散热措施 (散热片设计要先进合理, 灯具适应温度:-40℃+50℃) 。

2) 要求供电电源与灯具一体化, 灯具本身带单灯保护, 10 KV的浪涌保护。

3) 电器元件要符合GB14 048电器元件国标, 为便于维护采用积木模组结构, 可轻松对LED模组和电器模组进行替换, 无须更换整套灯具。LED模组密封处理防护等级IP68, 整个灯具防护等级为IP66。

4) 灯具采用变功率运行, 在非交通高峰流量时段可额外节约50%的能耗。

3. 蓄电池选型

根据上面的计算知道, 负载日耗电量33.6AH。在蓄电池充满情况下, 可以连续工作7个阴雨天。再加上第一个晚上的工作, 蓄电池容量为33.6× (7+1) =268.8AH, 要选用2台12 V140AH的蓄电池才能满足要求。选型方面, 一般选用的是太阳能专用12 V、24 V胶体电池, 蓄电池在-15℃~55℃温度范围内均能正常工作。因为是埋地下, 一般要求密封率大于99%。无须补加水, 免维护。电池配方中不能含对环境有污染和不易回收的镉物质, 且不会有电池泄漏现象, 还要配备蓄电池箱。

4. 智能控制器

结合以上的分析计算发现, 电池组件在峰值日照时数小的地区使用的局限性, 而我国南方大多数地区都存在上述情况。那么这, 些地区怎样才能更好的利用太阳能?为此我们提出了一种理念, 就是将太阳能作为一种辅助节能的手段, 在开灯运行的开始一段时间内先用太阳能蓄电池供电。当蓄电池降到欠压状态并达到我们设定值时, 智能控制器启动切换到正常市电工作状态, 从而达到了节能目的。按这个设计思路, 我们将电池组件的功率按负载的30%来做设计, 这样电池组件面积就可以减小很多, 达到了一般灯柱、基础所能承受的负载, 也具有了在城市道路中实际应用的价值。不过相信随着科学技术不断发展完善, 太阳电池片及组件效率会不断地提高, 电池组件面积也会逐渐减小, 节能的能效也会越来越高达到很可观经济效益。

整个智能控制器部分相对来说要复杂一些了。

(1) 工作原理说明

在市电没来之前 (路灯计控箱未合闸) , 开关电源M1无电, 控制开关K1、K2原位置不动, 负载Load1始终处于断开状态off;在来市电之后 (路灯计控箱合闸) , 开关电源M1输出DC24V, 产生一个市电触发信号M2使得控制开关1、2得电K2打开on, 这时负载由市电供电还是蓄电池供电。由控制开关2判别:当蓄电池没有欠压时, K1转向蓄电池, 此时负载由蓄电池供电;当蓄电池电压处于欠压状态并在设定值以下, K1原位置不变, 负载由市电通过开关电源供电。直到蓄电池电压到达恢复电压, 再转为负载由蓄电池供电。

(2) 作特点

1) 市电信号作为触发信号, 控制是否有电源输出。当市电接入后, 开关电源开始工作, 并提供负载触发。

2) 有统一触发信号, 负载工作一致性较好。市电来负载工作, 市电断开, 负载不工作。

3) 负载优先使用蓄电池供电。

4) 当蓄电池不足时, 自动向市电切换。

5) 当蓄电池电压为0V时, 仍能保证路灯正常工作。

(3) 对太阳能控制器来说, 选型时要注意

1) 在-15℃~55℃温度范围内均能正常工作。

2) 具有对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的控制作用。

3) 具有反接检测、防雷击、防过载功能, 具有短路保护。

4) 具有智能光控开关功能, 在夜晚照度降低至10lux左右且照度保持半分钟后, 控制器接收到此信号进而控制蓄电池对负载放电, 具有防闪电、车灯等瞬间强光造成的干扰。

5) 具有变功率切换功能, 时控调节可以在午夜由全功率照明切换至半功率照明。

6) 具有防反充 (蓄电池向太阳电池充电) 功能。

7) 温度补偿功能。

8) 具备直流切换功能。当蓄电池降到欠压状态并达到我们设定值时, 控制器切换至市电对负载进行供电。

9) 金属铝外壳全封闭结构, 防护等级达到IP20以上可放在灯柱内。

二、结语

对于小于等于双向4车道次干路, 按城市道路照明设计标准CJJ45-2006要求的平均照度维持值Eav, 在应用太阳能LED路灯照明应该采用什么样的供电方式。是仅仅只采用太阳能供电, 还是采用市电及太阳能相结合的供电方式, 其主要计算依据是峰值日照时数。分析了“中国年太阳总辐射量图”和“中国年日照时数图”所适用的区域, 根据峰值日照时数计算出太阳能组件功率大小, 确定出太阳能组件面积。再根据太阳能组件面积决定供电方式, 校验设计出和城市道路相适应的灯柱、基础, 还设计了采用市电及太阳能相结合的供电方式的控制系统。本文主要是对LED太阳能灯具的实际应用提供一些设计上的参考依据。

摘要：在道路照明领域中, 太阳能供电是一种新颖绿色环保的节能措施。本文在分析确定路灯光源的基础上, 通过对市电和蓄电池电互相切换来选用稳定可靠地控制系统及此配电方式所适用地区。

关键词：照度维持值,太阳能电池,电池片的效率,组件效率,光伏组件的功率,峰值日照时数,灯具光效,蓄电池

参考文献

[1]晶体硅太阳能电池简介.复旦大学信息科学与工程学院精品课程.2010.

[2]陈元灯.L ED制造技术与应用[M].北京:电子工业出版社, 2007.

[3]CJJ45-2006, 城市道路照明设计标准[S].

太阳能供电在高校中的应用 篇8

人口剧烈增长, 环境日益恶化, 在我们的物质生活越来越丰富的同时, 长期的问题更加容易被忽视, 资源的匮乏与日益增长的能源需求间存在看似难以调和的矛盾。日益增长的油价, 越来越差的空气质量, 都在提醒着我们传统的火力发电不会是也不能是永久的发电方式, 于是人们渐渐将目光放宽, 太阳能作为一种清洁环保的可再生的新能源, 成为人们应对能源短缺、气候变化与节能减排的重要选择, 越来越引起人们的关注, 得到人们的肯定。

由于太阳能取之不尽用之不竭, 是21世纪最有发展潜力的能源之一, 得到各国的重视, 各个国家纷纷将其作为能源发展的重点, 制定相应的计划, 如美国的“百万屋顶计划”, 德国的“千顶计划”与日本的“朝日七年计划”等。我国首个光伏并网发电示范项目敦煌2*10兆瓦光伏发电系统也于2010年12月21日建成投产, 预计到2020年我国太阳能发电总容量将突破2吉瓦。

1 太阳能优缺点分析

1.1 优点

太阳能发电能得到众多国家的亲睐, 源于它无法比拟的优势, 与常规能源相比, 太阳能资源的优点主要有:

1) 储量大。据估计, 每年到达地球表面的太阳辐射能的能量相当于130亿吨标准煤, 是目前世界耗能总和的上万倍[1], 其中我国陆地面积接收的太阳辐射总量在3.3×103k J/ (m2·年) ~8.4×103k J/ (m2·年) 之间, 相当于2.4×104亿吨标准煤, 太阳能资源十分丰富[2]。除了每年到达地球的能量巨大外, 太阳能的另一个优点在于其长期性。地球公转, 太阳能源源不断地辐射到地球的大部分地区, 而且按目前太阳产生的核能速率估算, 氢的储量至少可维持上百亿年, 这相比于几十亿年的地球寿命而言可谓是取之不尽用之不竭的, 所以太阳能利用前景十分广阔[3]。

2) 分布普遍。相比于传统的火力发电对于化石燃料的依赖和水力发电对于水源及地势的依赖性, 太阳能具有较大普遍性。地球上的大部分地区都能够接受到太阳能的照射, 这对于传统的发电方式难以顾及的偏远地区具有十分重要的意义。在偏远地区建设太阳能发电设备进行供电, 比建设费用高昂的输电线路, 将远处的电能输送过来更为经济。而且线路一旦过长, 不仅消耗在电路上的能量损失大, 发生事故的概率也高, 检修难度更大。与之相比, 就地建设太阳能装置相对集中, 检修难度小, 而且太阳能发电不会产生磨损, 本身对于设备的伤害较小, 因此设备的使用周期较长。

3) 洁净安全。光伏发电本身完全不使用燃料, 也因此不会排放出二氧化碳、二氧化硫、一氧化氮等温室气体或造成光化学烟雾, 不污染空气。比起水利发电, 光伏发电噪声更小, 可以在城市或者居民区应用建造, 对环境友好。它也比核能安全得多, 即使发生事故也不会有难以挽回的大面积影响。除此之外, 太阳能发电大多与建筑物结合, 利用建筑物本身已有的高度来获取足够光照, 仅仅加高了建筑物的高度, 而不会占用额外的土地资源, 在土地资源有限且十分宝贵的当代, 具有重大意义。

1.2 缺点

但是, 太阳能发电也因为完全依靠太阳光这一自然因素, 具有无法避免的间断性和不稳定性。太阳辐射能不仅有昼夜的严格时间限定, 会随着季节、地理因素等发生规律性变化, 而天气影响也使得太阳能时有时无, 时强时弱, 发生随机性变化。所以仅仅依靠太阳能难以获得稳定持续的能源。

而且按照目前太阳能利用情况来看, 虽然理论已经相对完善, 技术也逐渐成熟。但是作为新兴能源, 依旧还有许多问题需要解决, 例如设备运行效率较低而制造成本偏高等等, 所以经济性仍不能与常规能源相抗衡。

但这些并不阻碍太阳能成为人们最看好的新能源之一, 根据太阳能的特性, 将其应用于适合的领域, 扬长避短, 就能让太阳能为我们所用。

2 太阳能用于高校的几种方案

大学生或刚刚走出校园的人都能够深刻体会到, 在大学, 每个学生的生活、学习都离不开电, 老师的教学与科研工作更是少不了电。校园人口相对集中, 而人均用电量又较大, 自然而然成为用电“大户”。如果能在学校尽可能采用太阳能等新能源方式进行发电, 不仅大大减少了电能消耗, 节能减排, 而且对于学生也有一定教育作用, 能让他们更有环保意识, 甚至能够引导相关专业学生对于如何更好利用太阳能进行研究与思考。

下面对大学校园内可能可行的几种太阳能利用方式提出设想:

2.1 断电后的常亮灯源

为了规范学生作息, 不少学校采用了“断电”措施来限制学生用电, 即在晚上11点或者11点半之后, 拉断寝室对应电闸对寝室内部停止供电。这一举措对于促进学生按时作息, 减少校园用电也有一定效果。但是“断电”仅限于切断每间寝室内部用电, 宿舍走廊及楼道上的感应灯不应断电, 为学生夜间生活提供必要的照明。另外, 还应该在每个楼层提供公共的不断电插座, 以便为学生在断电后的必要用电需求提供方便。

如果在夜间断电之后, 将不断电的常亮电源切换到太阳能供电系统, 利用白天存储的太阳能进行发电, 因为其白天储能, 夜晚利用的良好互补效应, 将会取得更好的节能效果。

可以应用太阳能的常亮电源主要可以分为两种, 一是宿舍楼道、走廊上的感应灯及公共电源;二是校园内的路灯与景观灯。

下面分别介绍:

1) 宿舍楼内用电

在宿舍楼道建设太阳能发电及存储装置, 再输送到每一层进行利用。因为每一栋建筑为自己本栋进行供电, 较为集中, 布线检修难度小。而楼顶面积大, 也适合进行较大功率的集中发电。但应当注意太阳能发电设备与学生之间的隔离, 防止学生误碰触电事故的发生。

2) 路灯及景观灯

每一盏灯单独设置太阳能采集及发电装置。路灯因为其高度, 本身就具有较大优势, 便于采集太阳能。而且一盏灯电能消耗小, 单独设置太阳能发电装置时使用的储能设备及采集设备容量也相对较小, 因此成本较低, 更加经济。

而且分别设置发供电装置使得单个路灯之间相关性低, 不会相互牵扯。若采用集中供电, 一条路上的路灯由同一个太阳能供电装置供电, 一旦出现事故, 会出现大片停电, 一整条路都失去照明设备, 很容易出现安全事故。而对每盏路灯采取单独发供电, 即使出现事故, 也只会有单盏路灯受到影响, 对于整体照明来说, 影响不大。

2.2 应急照明系统

太阳能发电虽然有诸多好处, 但也有其无法避免的间断性与不稳定性。不同年份不同地区晴天天数都不一样, 而且也不连续, 所以利用太阳能进行供电的日常照明必须具有双供电系统, 以便在阴天或者太阳能存储不够时, 可以切换到正常的供电系统使用。也因此给操作与建设带来一定的麻烦。而利用太阳能为应急照明系统进行供电, 则可以避免太阳能间断性与不稳定性带来的麻烦。

高校人口密集, 且多为对国家建设有着重大作用的高等人才, 对于突发事故安全应当引起高度重视。突然停电时, 容易引起恐慌, 在人口密集区容易引发安全事故, 造成人员伤亡, 而且应急照明系统作为火灾等灾难发生时帮助人员逃生的重要手段, 能够在日常照明系统工作不安全, 但又急需照明的特殊环境时发挥巨大作用, 对于群众疏散和消防救援都是必不可少的, 因此, 高校建筑都应当配有应急照明系统。

但应急照明系统具有使用次数少, 使用间隔长, 耗电少的显著特点, 恰恰能弥补太阳能间断性与不稳定性的缺点。

利用太阳能为应急照明系统提供电能, 在楼顶设置太阳能采集及发电装置, 为整栋楼的应急照明系统提供电源, 只需要在相当长的间隔中, 积蓄足够的太阳能, 将之转化为电能存储起来, 就可以在紧急情况发生时进行利用。

2.3 太阳能可充电电动车棚

大学是电动车利用较多的场所。因为校园面积相对较大, 而且比起初高中简单的宿舍——教室两点一线的生活, 大学活动更多, 外出几率更大, 为了节省时间与体力, 不少同学更愿意购买一个代步工具为自己的生活提供便捷。而电动车则因为它比自行车更快也更省力, 比耗油摩托车价格低的优势, 成为一个不错的选择。

但与此同时, 电动车充电问题便随之而来。因为宿舍多为高层建筑, 而且单间宿舍较为狭小, 所以电动车充电常有以下问题:

1) 将电动车搬上楼十分费力;

2) 电动车在寝室或者楼道充电占用很大空间, 造成生活不便;

3) 宿舍夜间断电, 电动车充电受限制。

因此, 在此提供利用太阳能的可充电电动车棚设想, 以解决以上问题。

太阳能电动车棚, 即在正常车棚顶部设置太阳能采集及发电装置, 将线路延伸至棚内, 提供插座, 方便学生使用。主要有三大优势:

1) 无归属性。不属于私人电源, 不固定使用者, 全体学生可以轮流使用, 受益人群大, 为所有人提供方便;

2) 不占额外空间。因为其设计是在传统停车棚顶部加设太阳能采集及发电装置, 停车和充电功能合二为一, 不占用额外的地表空间, 节约了土地资源, 也使得所有的车棚都可以采用太阳能设计, 具有普适性。

3) 经济环保。为学生提供免费充电服务, 减轻学生经济负担, 同时太阳能发电环保无污染, 也为环保事业作出贡献。

但因为在室外且无人管理, 也应当注意雨雪天气对于电源插座的绝缘处理, 以及学生无秩序使用, 随意乱拔插头现象的治理。

3 结束语

太阳能发电因为其清洁环保的特性和不可比拟的优点, 其发展是一种必然的趋势, 我们应当思考怎么样利用其特性, 扬长避短, 将太阳能利用于合适的领域。本文提出的三种方案, 有的已经投入使用, 有的仍处于设想而没有大量使用的阶段。希望能随着技术的发展, 在生活中看到越来越多的太阳能发电技术的应用, 为我们的环境保护做出贡献。

摘要：太阳能作为一种清洁环保的可再生新能源, 成为人们应对能源短缺、气候变化与节能减排的重要能源之一。校园人口相对集中, 人均用电量较大, 成为用电“大户”。对校园内可能可行的几种太阳能利用方式提出建议, 包括将太阳能发电利用于夜晚常亮灯源、应急照明系统、可充电电动车棚等, 希望太阳能发电技术能越来越多应用于生活方方面面。

关键词：太阳能,性能优越,校园应用

参考文献

[1]闫云飞, 张智恩, 张力等.太阳能利用技术及其应用[J].太阳能学报, 2012 (S1) .

[2]钱丰.太阳能热发电的研究[D].南京:东南大学, 2007.

太阳能供热供电的一体化构想 篇9

地球作为人类生存的家园, 其能源资源大多数都是属于不可再生的, 而在当前世界经济急速发展的状态下, 各种能源资源的消耗也不断加剧。在我国, 虽然地域辽阔, 总体上的各种资源储量相对较大, 但是其作为一个发展中国家, 而且人口基数较大, 对能源的消耗上是十分严重的, 加之科学技术的发展落后于发达国家, 在能源的利用上其效率又呈现普遍偏低的想象。因此, 合理开发新能源对于我们这样的国家来说意义巨大。太阳能作为一种可再生资源, 其既环保又安全, 在开发利用上具有非常高的价值和效益。本文主要针对当前太阳能的使用情况进行论述, 并对太阳能供热供电的一体化作出相关构想, 以期设计出合理的方案, 运用到现实生活中来。

1 太阳能利用情况

太阳能作为一种无污染, 能量又巨大而且在某种程度上属于不会枯竭的能源, 其能够为人来带来非比寻常的价值。虽然太阳能具有如此多的优点, 但是在实际利用上, 仍然存在一些难以解决的问题。比如太阳辐射到地球的能量很大, 但是其投射面较广, 分布过于散漫, 这在搜集利用的过程中对设备的要求及造价比较高;而于此同时, 太阳能的利用还存在气候环境的影响, 尤其是雨雪天气下, 太阳能的接受将受到严重的制约, 在某些特定的地区, 其运用基本不能实现规模化等。

就目前对太阳能的开发利用上, 主要有直接利用太阳能的热效应, 将水等物质加热, 像现在比较普遍的太阳能热水器等;还有就是将太阳能转化为电能, 通过一定的条件, 将电能储蓄起来然后进行别的用途, 在这方面有光伏发电等;而另外, 在太阳能的利用上还可以采用光化学转换的方式, 即直接将太阳能用来分解水等物质进而制取氢气。下面主要谈谈太阳能发电技术和供热技术的应用。

1.1 太阳能发电

1.1.1 热力发电

太阳能热力发电即将太阳能的能量集中搜集起来再加以利用的发电技术, 其基本原理亦是采用太阳能搜集器吸收能量, 再将能量传输到发电机上。太阳能的热力发电比传统的发电更具优势, 传统的火力发电对环境造成的影响比较大, 而且消耗的煤炭等资源其花费、需求量都非常大, 同时太阳能热力发电在生产上又相对安全。

当前太阳能热力发电技术其所运用的系统主要有三种, 槽式系统、碟式和塔式系统, 三者在太阳能的利用的运用上程度均不相同, 第一种基本实现了规模化、商业化的生产, 而后两者仍处于试验阶段。我国的太阳能热发电技术自研究以来虽然已经有几十年, 但是由于多种因素的干扰使得这一技术并未得到广泛的应用。

1.1.2 光伏发电

在太阳能发电上, 光伏发电是目前比较流行的发电方式。它主要运用半导体材料对光有一种伏特效应, 然后将能量转换为电能。光伏发电一般采用蓄电池来存储搜集起来的能量, 到了需要使用的时候, 再将能量释放出来运输到发电机中, 最后不断的产生电能。光伏发电技术本身采用三大部分, 最主要是由太阳能电池板、控制器与逆变器构成, 而太阳能电池板是该系统的核心部分, 无论是在造价还是在所产生的价值方面都是最重要的。太阳能电池板的基本原理是在太阳的辐射下, 半导体材料本身就出现了自由电荷, 而当自由电荷积累并不断地移动过程中, 电流就产生了。

光伏发电技术在近来的发展比较迅速, 尤其是在世界上的一些发达国家和地区, 他们对于光伏发电的技术研究已经进入到非常成熟的阶段, 而且国家政府部分也都纷纷制定了各种开发太阳能的计划与措施, 在中国, 其太阳能资源的利用前阶段上较少, 但随着世界光伏发电技术市场的推动, 使得现今的发电事业也进入相对迅猛的时代。

1.2 太阳能供热

说到太阳能供热, 几乎每个人都知道太阳能热水器, 其对太阳能的利用时采取直接转化的方式, 即不需要转化为化学能或者电能。当前在太阳能直接供热的设备中, 像太阳能热水器, 它们主要用平板集热器、聚焦集热器以及真空管集热器。在太阳能的辐射, 集热器开始工作, 直接将太阳能搜集起来, 化为热能, 现代的太阳能热水器大多都是将水分别通入各个细管, 其管道能很好的吸收太阳能, 在经过一定时间的照射下, 太阳能的热效应就使得管道内的水的温度升高, 然后将温度已经很高的水送入到保温箱中, 再用冷水进行补充, 反复以此循环, 最终达到不断利用的目的。

2 太阳能综合利用一体化构想

鉴于现今太阳能利用的方式越来越成熟化, 我们便可以尝试将太阳能发电技术和供热技术相结合起来, 综合开发出比较适用而又具规模化的系统。

2.1 供热供电系统

2.1.1 对发电系统的改造

首先我们可以考虑将供电系统作进一步改造, 下面以光伏发电系统为例来说明。在电池板方面, 我们采取多晶硅电池, 而且其在设备的安装和搭配上配合使用太阳能集热器, 电池表面采用低铁钢化绒面玻璃, 并且在每块玻璃的间隔处安装上热能传送器, 在太阳能的不断照射下, 其将能量迅速的搜集起来。要知道, 太阳能电池对太阳能的吸收并不是100%, 所以在多晶硅材料制成的电池下面安装上太阳能集热器, 同时为了加大太阳能的吸收, 我们还可以在电池板的对面与地面成一定的角度安装上平面镜, 调整平面镜的位置, 使其反射光能够再次照射到电池板面上。

其次在发电方面多采用并网式发电技术, 虽然当前这种技术的发展受到一些的因素的制约, 例如电站本身要求的投资比较大, 建设耗用的时间长等等, 但是我们可以采取小型的并网发电系统, 国内已经有将光伏发电与建筑相结合的例子。

在将太阳能传输到发电机之前, 把太阳能集热器与太阳能电池板结合起来, 从而在不同的环境和需求中相互切换, 由此, 我们就可以实现太阳能的供电供热。

2.1.2 新的转化系统

在太阳能的利用上, 其发电技术的使用本身就可以提供供热效果, 将电能转化为热能对于现代的科技来说, 非常容易, 所以开发新的发电技术尤为重要。针对需要的大小情况而言, 我们完全可以研发出新型的太阳能转化为化学能的发电与供暖设备, 其主体应该由太阳能集热器或者吸收装置和化学反应器构成。随着未来科技的进一步发展, 这种转化系统的应用将会得到更为广泛的利用。

2.2 面临的问题

2.2.1 开发利用的成本

在太阳能的开发利用上, 无论是供热系统的建立还是在发电系统的投入、生产方面, 其所消耗的成本都比较大, 尤其是新型的发电系统, 它们一般采用先进的原料与设备, 而当前的技术水平又不能实现这些设备的规模化生产, 所以成本的加大严重的限制了新技术的普及。而像太阳能建筑一体化的实际运用则更加考虑了各方面的条件, 建筑本身所投入的成本将远远超出普通建筑的造价。因此, 现阶段开发利用太阳能仍然需要考虑着高昂的造价成本。

2.2.2 气候环境因素

客观上来讲, 天气因素对于太阳能的吸收上有着明显的影响。在雨雪天气里, 太阳能的辐射大部分都被云层所遮挡, 直接照射到地面的太阳能非常的少, 这使得太阳能发电供热系统能够吸收的太阳能能量大大减少。

另外, 我们知道, 越是靠近赤道, 太阳能的强度越强, 而向两极化方向, 随着维度的增加, 其太阳能强度逐渐下降, 所以地域的影响也将制约着太阳能的开发利用。

2.2.3 技术条件

技术条件作为开发利用太阳能的关键部分, 其发展虽然迅速, 但是就国内而言, 仍然不能满足预期的目标, 而且新技术的研究往往需要相当长的时间, 其产生的经济效益反而并不是很快就能实现, 所以利用太阳能资源往往直接受到技术条件的制约。

2.3 应对方案及未来展望

2.3.1 应对方案

针对上述问题, 我们需要吸取发达国家的开发经验, 并且合理的控制开发成本, 结合我国国内的具体环境条件, 再做出相关计划和发展战略。同时, 有效的利用国家政府的支持, 加大力量发展开发利用太阳能资源。而在气候环境条件中, 我们可以借鉴日本等国家的例子, 采取在戈壁滩或者天空中利用太阳能发电。在技术方面, 国家应该着重注意培养科学技术人才, 只有培养好了人才, 才能推动国家的综合发展, 才能走上强国之路。

2.3.2 未来展望

太阳能资源本身带有的特点, 注定了它在未来发展中地位, 将会非常的重要, 虽然现今的开发利用还存在着许多方面的缺陷, 但是相信在不久的将来, 随着社会的进步、科学技术的飞速发展, 人类在利用太阳能方面将会更加的完善。

3 结论

本文主要讲述了太阳能的开发利用现状以及现今的主流开发技术, 并对太阳能的供电供热一体化作出相关构想, 尽管就现阶段国家的实际情况而言, 其发展受到了一定的限制, 但是我们相信, 更加合理化、完善化的系统或技术将会被研究开发出来, 那时, 我们将会真正的享受太阳能给人类带来的福利。

摘要：本文针对目前太阳能的开发利用作一简单介绍, 然后说明其相关利用技术及发展中存在的问题, 并结合现阶段使用的主流开发技术对太阳能供热供电一体化的实现作出相关构想。

关键词：太阳能,开发利用,一体化构想

参考文献

[1]程雪涛, 徐向华, 梁新刚.太阳能光伏发电供热系统的性能分析[J].太阳能学报, 2009, 30 (5) .

[2]陈毕胜, 孔祥强.风力-太阳能光伏互补供电系统与低层住宅一体化设计构想[J].供热制冷, 2006, 10.

[3]陈俊政.太阳能采暖促进建筑节能的发展[J].城市建设理论研究, 2011, 11.

太阳能供电 篇10

节能减排是贯彻落实科学发展观、构建和谐社会的重大举措, 是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择, 是推进经济结构调整, 转变增长方式的必由之路, 是维护中华民族长远利益的必然要求。我国“十一五”规划纲要提出了“十一五”期间单位GDP能耗降低20%左右, 主要污染物的排放总量减少10%。

通讯系统耗能逐年增加, 信息产业已成全球第五大耗能产业, 亟待大力推动节能减排。早在两年前, 原信息产业部就宣称:单就通信行业来讲, 我国通信行业年耗电超过200亿度以上, 已经成为一个高耗能行业。重视通信系统节能减排, 不但有利于运营商节约成本, 更能实现增长方式转变, 提高企业可持续发展能力, 同时节能减排也是运营企业所应承担的社会责任。

自1954年恰宾和皮尔松在贝尔实验室第一次研制出实用的单晶硅太阳电池开始, 经过半个多世纪的发展, 晶体硅太阳能光伏组件已经成为成熟的商用化产品。太阳能光伏发电在通讯供电领域的应用也经过了多年探索。由于太阳能光伏发电有不受地域限制的特点, 与风能发电等其他“绿色”能源相比, 太阳能光伏发电占据了通讯系统节能减排最重要的地位。

中兴通讯在太阳能光伏供电应用方面积累了丰富的经验, 在已执行的海外通讯项目中, 累计在网运行的太阳能光伏发电总容量超过10兆峰瓦 (1兆=106) 。2009年6月, 中兴通讯应邀提供了上海世博会场馆移动通信基站的太阳能光伏供电解决方案。本着节能减排最大化, 充分利用太阳能资源的原则, 特别推荐“最佳利用型”太阳能光伏供电解决方案。

世博会场馆移动基站对太阳能供电要求的特点如下。

●需要考虑社会效益, 最大化降低全年碳排放量。

●上海地区各月太阳辐照量差别较大。

●热点通信地区基站功耗较大。

●组件安装方式需要根据现有建筑条件设计。

●对通信供电可靠性要求特别高。通信设备功耗如表1所示。

上海地区地理位置为纬度31°13'48"N, 平均海拔7m, 气象资料如表2所示。

根据“最佳利用型”太阳能光伏供电解决方案设计原则, 按照全年能接收到的最大太阳辐射量设计光伏阵列安装倾角, 最大化利用太阳能资源, 减少碳排放量。光伏不足部分能量由市电提供, 确保基站供电CAPAX (资本性支出) 和OPAX (运营性支出) 均最低。按照蓄电池备份供电时间3天设计蓄电池容量, 延长蓄电池使用寿命和供电高可靠性。

由此计算得出太阳能方阵最佳倾斜角为30° (朝向正南) 。更进一步可绘出不同倾斜角时的日均太阳辐射能如图1所示。

通过一系列的运算, 太阳能光伏组件配置需要4 0块175 Wp, 蓄电池组配置3组8 0 0 A H胶体电池 (GEL) 。然后进行太阳能光伏组件容量配置验证。