根據(jù)有關(guān)資料顯示，中國是單位GDP能耗最高的國家之一。2007年8月，國資委對157家中央企業(yè)提出了節(jié)能減排的新目標。按照國資委要求，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。為完成國資委的要求，國內(nèi)各大運營商提出了各自的節(jié)能減排目標。中國移動提出2010年單位業(yè)務量耗電量比2005年下降40%；中國電信也提出綠色運營、綠色采購、綠色產(chǎn)品的“三綠”概念，明確要求單位改造項目節(jié)電率不低于10%。

      從發(fā)展低碳經(jīng)濟角度來看，未來的必然選擇是建立“綠色通信”，而中央通信企業(yè)早已迅速開始了綠色通信行動，將“綠色”融入整體戰(zhàn)略中。因此，利用太陽能作為供電方式的基站電源系統(tǒng)面臨著極好的發(fā)展機遇。
      為了實現(xiàn)國家倡導的節(jié)能減排目標，河南省南陽

      移動通過基站改造試點工作，理解并掌握了光電互補電源系統(tǒng)的技術(shù)適應性、實施的方式和方法，通過較小的投入和風險，獲得了較大的減排收益。

     2 通信基站光電互補電源系統(tǒng)的應用前景

      隨著我國經(jīng)濟建設的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展以及通信技術(shù)的進步，無論是移動通信、微波、廣播和電視轉(zhuǎn)發(fā)，還是衛(wèi)星通信，都各自在全國建立了一定數(shù)量的通信基站，分別形成了一個覆蓋全國的通信網(wǎng)絡。目前，通信基站的建設已從最初期的城市內(nèi)建設向城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村發(fā)展，在未來的幾年，還將更多地向不發(fā)達的西部地區(qū)、偏遠山區(qū)發(fā)展。這些地區(qū)基礎設施條件差、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，維護工作量大，且不易到達，為滿足這種特殊需要，太陽能光伏發(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。光電互補電源系統(tǒng)在通信基站供電領域有著廣泛的應用前景。

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

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

     3 MPPT型光電互補系統(tǒng)工作原理

      MPPT型光電互補系統(tǒng)由模塊化的供電單元和相關(guān)配電組成，其太陽能最大功率跟蹤（MPPT）模塊（簡稱光模塊）和接入市電的整流模塊（簡稱電模塊）的輸出都并聯(lián)在系統(tǒng)直流母排上，蓄電池組、負載也并聯(lián)在直流母排上。光模塊和電模塊共同為蓄電池組和負載提供電能，其中系統(tǒng)默認光模塊優(yōu)先輸出電能，即白天有太陽能時光模塊優(yōu)先發(fā)電提供負載和電池。當光強足夠時可由光模塊獨立支撐負載和電池，并維持系統(tǒng)穩(wěn)壓輸出；當光強不夠時由電模塊補充。

      光模塊優(yōu)先供電主要是通過在光電互補系統(tǒng)的監(jiān)控單元中設定不同的輸出電壓來實現(xiàn)。由于光伏板具有防反二極管，太陽能MPPT模塊具有防反灌電路，高頻開關(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形成環(huán)流，損壞設備。

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

      若對系統(tǒng)節(jié)能率期望較高，一般設置為“節(jié)能”模式，白天太陽能提供負載之余還給電池充電，晚上則主要依靠電池提供負載；下一個白天繼續(xù)利用太陽能給電池充電和提供負載，只有在太陽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能，但對蓄電池循環(huán)充放電的要求較高，一般可在新建基站中推廣應用。

      對于將原有的電源系統(tǒng)改造為光電互補系統(tǒng)的情況，一般對改造前后的系統(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載和電池，晚上由電模塊單獨提供能量，電池僅用作保護備電以防止交流停電導致的掉站事故，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 南陽移動光電互補系統(tǒng)改造方案

      4.1系統(tǒng)改造要求

       （1）可節(jié)能

     太陽能優(yōu)先供電，市電作為補充，光電互補系統(tǒng)的電池管理采用統(tǒng)一方案，實現(xiàn)一體化控制。

     系統(tǒng)節(jié)能數(shù)據(jù)可檢測、可上傳、可匯報、可核實，系統(tǒng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)完整可靠。

      （3） 可維護

     系統(tǒng)故障率低，可在線維護。

     （4） 可擴容

     可根據(jù)負載容量的增減靈活擴容，并且可實現(xiàn)在線擴容。

       （5）系統(tǒng)安全

      系統(tǒng)改造過程不掉站，無需割接，改造后系統(tǒng)運行安全可靠。

          4.2系統(tǒng)改造內(nèi)容

       在監(jiān)控網(wǎng)絡拓撲中，原基站電源內(nèi)部監(jiān)控單元為了兼容光模塊也需要進行改造，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)控單元支持在線升級，因此可以在線維護，無改造風險。監(jiān)控改造主要包括以下內(nèi)容：
　　 ⑴　系統(tǒng)監(jiān)控單元自動識別模塊類型，將光模塊與電模塊融合到監(jiān)控的統(tǒng)一管理序列中；
　　 ⑵　太陽能優(yōu)先供電，保證最大化利用太陽能，采用“穩(wěn)定”和“節(jié)能”兩種工作方式滿足不同需求；
　　 ⑶　統(tǒng)一的電池均浮充管理，保證多能源輸入對電池管理的一致性；
 　?、取』竟?jié)能數(shù)據(jù)的采集及上傳，滿足統(tǒng)計需求。

       4.3系統(tǒng)可靠性

      光電互補電源系統(tǒng)改造后的運行可靠性包括：

      支持在線改造，無需割接，無改造風險；

      光電互補一體化電源系統(tǒng)，提高市電不穩(wěn)定地區(qū)的系統(tǒng)供電可靠性；

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

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

      模塊化熱插拔設計大大降低系統(tǒng)故障處理時間，提高系統(tǒng)可用性。

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

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

      系統(tǒng)太陽能發(fā)電量

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

     試點基站在測試時間內(nèi)交流停電情況較為嚴重，共出現(xiàn)了9次交流停電且均發(fā)生在白天，停電總時間為439.8分鐘，系統(tǒng)電池放電量為5.1Ah。測試期間基站運行正常，沒有出現(xiàn)掉站事故。

      對于沒有光伏輸入的純電系統(tǒng)來說，交流停電后電池獨立支撐負載持續(xù)放電，對電池容量影響很大；而對于光電混合系統(tǒng)來說，白天交流停電后還有太陽能來支撐負載，明顯減小了電池放電時間和放電量。根據(jù)監(jiān)控統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知總交流停電時間為439.8ms，負載平均電流為19A，若為純電系統(tǒng)則電池總放電量應為139.27Ah；而實際上光電互補系統(tǒng)的電池放電量僅為5.1Ah，即光伏板承擔了134.17Ah的放電量，光伏發(fā)電所占比例達96.3％。此時光伏板的發(fā)電量可以提供大部分負載，顯著減小了電池放電量，增加了系統(tǒng)備電時間，有效保證了基站供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。交流停電時光電互補系統(tǒng)與純電系統(tǒng)在維持電池容量的效果。

        南陽移動光電互補系統(tǒng)改造價值
       光電互補系統(tǒng)的太陽能部分采用MPPT工作方式，對太陽能的利用率持續(xù)高效，并且系統(tǒng)無論采用“節(jié)能”模式還是“穩(wěn)定”模式，太陽能部分始終優(yōu)先供電，只有在光強不足時才由市電補充，可輕易達到節(jié)能減排的目的。

 　在系統(tǒng)運行周期內(nèi)可節(jié)省一筆用電費用，同時順利完成節(jié)能減排目標

     以目前的系統(tǒng)配置，白天太陽能平均可承擔一半負載，預計系統(tǒng)年節(jié)電量在2596度左右，按照商業(yè)用電價計算每年一個基站可節(jié)約近3000元。

      每節(jié)約1度市電量，除了節(jié)省1度的電費之外，還意味著節(jié)約近0.4kg標準煤、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。

      ⑶　有效降低因市電停電帶來的維護成本

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

       ⑷　延長蓄電池使用壽命

       相對于原純電系統(tǒng)，光電互補系統(tǒng)在選擇“穩(wěn)定”模式時，由于系統(tǒng)輸出電壓與前者基本無異，但增加了白天太陽能輸入，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，電池放電次數(shù)和放電深度均有所提高，可采用太陽能專用循環(huán)充放電型電池，以期達到理想的使用效果。

       若與純光電源系統(tǒng)相比，無論選擇“穩(wěn)定”或“節(jié)能”模式時，由于有了電模塊作為補充，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。