CN103023124A - 一种光能与市电互补的太阳能基站供电*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光能与市电互补的太阳能基站供电***，包括配合工作的市电供电支路和光能供电支路，分别与所述市电供电支路和光能供电支路连接、且用于协调市电供电支路与光能供电支路进行工作的均衡器，以及分别与所述均衡器和光能供电支路连接、且用于远程监控的远程无线监控模块。本发明所述光能与市电互补的太阳能基站供电***，可以克服现有技术中供电可靠性差、能量转换效率低和成本高等缺陷，以实现供电可靠性好、能量转换效率高和成本低的优点。

Description

一种光能与市电互补的太阳能基站供电***

技术领域

本发明涉及通信基站技术领域，具体地，涉及一种光能与市电互补的太阳能基站供电***。

背景技术

能源是人类社会生存与发展的物质基础，更是国民经济发展的基础。由于无限制的开采煤炭、石油、天然气等化石能源，造成了全球性的环境污染和生态破坏，对人类的生存和发展构成了威胁。为了人类社会经济能够平稳发展，人类迫切需要寻找其他可替代的能源资源。

近年来，中国通信网络规模已跃居世界第一，通信业的能耗也在迅速攀升。中国基础电信运营企业每年的耗电量超过300亿度（KWh）。***在2009 年消耗电量近130亿KWh，其中主要是移动设备和机房空调用电，在移动基站的耗电中，基站设备和空调约各占45%。各通信运营商为了降低资本开支和运营开支，在通信机房及移动通信基站等节能领域积极进行理论探索和实践，主要围绕如何减少空调耗电和基站设备耗电，提出了新风节能、变频节能、新型制冷剂节能等技术应用等节能措施。电源作为通讯***的“心脏”，是通讯网络建设的件事基础和根本保障，所能节约的能源毕竟有限。这里就需要我们转换传统思维方式，从节电转化到发电上，人们可以使用低成本的风电、光电为通讯基站的辅助电源，替代市电的消耗量，降低用电企业的用电成本。

太阳能是来自大自然的一种清洁能源，并且属于取之不尽、用之不竭的可再生能源。利用相应的技术，太阳能可以转化为电能，这种能源产生的电能通过有效的利用可以创造巨大的社会效益。

在各国政府的大力支持下，最近十年来太阳能电池及组件的年平均增长率达到33%；最近五年内增长率更是达到43%。我国是一个发展中的国家，也是能源消耗大国。目前我国能源消耗的增长速度居世界首位。由于我过在一次性能源消费中，煤占到70%。导致环境质量的总体水平在不断恶化。世界十大污染城市我国一直占多数，环境恶化对我国的社会经济发展和人民生活健康带来了严重的影响。因此加剧了我国能源替代形式的严重性和紧迫性。作为能耗大户的通讯基站，理应顺应国家节能减排的战略策略，提升通讯基站的技能环保性能，改变基站现有的供电方式，建设绿色通信基站，逐渐成为了一个不可忽视的重要问题。

目前，各大运营商针对海岛、山区等远离电网的偏远地区的基站，都提出了切实可行的风光互补发电的解决方案。该方案从经济性上考虑，风光互补***取用源自大自然的风能与太阳能发电，发电过程是利用容易获得的自然资源，节省了运营商使用十点的费用。并且，对于岛屿、山区等远离电网的偏远趋于的基站来说，风光互补发电***可以可靠独立的为通讯基站提供电能，而无需市电的接入，为运营商节省了市电接入而架杆铺线的巨大费用。例如，图1所示的标准配置的移动通讯基站供电***，图2所示的独立运行的风光互补的太阳能基站供电***。

太阳能电池板组件是由大量太阳能电池通过串、并联的形式构成太阳跟那个电池光伏组件方阵。光伏方阵将太阳能通过光伏效应转换成直流电，光伏方阵的输出电压为直流72V，最大输出功率根据不同基站配置会略有不同。经过带有太阳能最大功率点追踪功能的充电控制器后转化为符合通讯机房电池输入要求的直流电。既可输出到逆变器也可以输出给电池充电。

风力发电机由风轮将风能通过空气动力学原理转换成机械能，驱动永磁同步发电机输出与风速成一定关系的交流电，发的交流电经过充电控制器整流成符合通讯机房电池输入要求的直流电，一部分供给电池，另外一部分供给逆变器。

电池组由一系列2V/500Ah电池的串并联构成一个电池组，电池组的电压为48V，容量依据负载情况而定。逆变器将输入的直流电转变成220V的交流电供开关电源和交流负载使用。直流负载为基站里面的直流供电的耗电设备，如BTS设备、BBU、RRU等。交流负载为基站里面的交流供电的耗电设备，如空调、风机等辅助设备，该类型设备为基站正常工作提供环境保证。

风光互补独立供电基站的供电原理如下：

⑴当风能和太阳能发电所提供的电能比较充足，超出了交、直流负载的耗电量时，充电控制器会将剩余部分电能根据电池电量状态进行充放电控制。当电池处于满电量状态时，充电控制器只给逆变器充电；但电池电量不足时，充电控制器会利用剩余电量对电池组进行充电。

⑵当风能和太阳能发电所提供的电能不足时，充电控制器只给逆变器供电，逆变器输入不足的部分由电池组提供。且逆变器会根据需要，对交流耗电设备进行开关机操作，保证开关电源的供电正常，最小化交流设备的耗电。

⑶当风能和太阳能所提供的电能严重不足时，充电控制器只给逆变器供电，逆变器输入不足的部分由电池组提供。且由于风能和太阳能的发电不足，逆变器将关闭交流负载，优先保障通讯设备的供电正常，确保通讯畅通。

⑷当风能和太阳能说提供的电能不足，且电池电量严重不足时，逆变器会关闭输出，先让电池电量恢复到一定容量才会开启输出，使通讯设备重新工作起来。

通讯基站风光互补供电***利用风能、太阳能的互补特性，充分利用自然资源，可以昼夜发电，获得稳定的总电能输出，提高了***供电的持续性和稳定性，能够独立在野外运行。但该方案由于投资成本大仅能适用野外岛屿、山区等地理条件特殊的基站，存在以下不足点，而不适合大规模应用到占基站数量大多数的市区基站：

⑴风力发电机不适合安装在建筑密集的市区环境，且电机属于机械部件易老化损坏；

⑵该***需要大容量的电池组，确保在极端天气条件下***仍可以稳定运行；

⑶该***中先将风能、电能转化成符合电池输入的直流电送给逆变器，再由逆变器将直流电转换为交流电供给开关电源和交流负载使用。这个过程中由于受到器件、电路效率的影响，***的电源利用效率会大大的降低。

风光互补离网基站的供电受自然环境因素光能、风能的影响较大，为***的长期稳定运行带来了挑战。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在供电可靠性差、能量转换效率低和成本高等缺陷。 

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种光能与市电互补的太阳能基站供电***，以实现供电可靠性好、能量转换效率高和成本低的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种光能与市电互补的太阳能基站供电***，包括配合工作的市电供电支路和光能供电支路，分别与所述市电供电支路和光能供电支路连接、且用于协调市电供电支路与光能供电支路进行工作的均衡器，以及分别与所述均衡器和光能供电支路连接、且用于远程监控的远程无线监控模块。

进一步地，所述市电供电支路，包括依次连接至所述均衡器的交流配电柜和开关电源，分别连接至所述交流配电柜的交流输入模块和油机输入模块，连接在光能供电支路与开关电源之间的电池组，连接在交流配电柜输出端的交流负载，以及连接在均衡器输出端的直流负载。

进一步地，所述光能供电支路，包括依次连接至所述电池组的光伏组件和太阳能控制器；

所述太阳能控制器的第一输出端连接至均衡器，第二输出端通过通信总线连接至远程无线监控模块；所述远程无线监控模块的输出端，通过通信总线连接至均衡器。

进一步地，所述通信总线，包括RS482或RS232中的任意一种。

进一步地，所述市电供电支路，还包括连接在所述太阳能控制器与电池组之间的充电电路。

进一步地，在所述远程无线监控模块与均衡器之间，还设有GPRS模块或3G模块。

本发明各实施例的光能与市电互补的太阳能基站供电***，由于包括配合工作的市电供电支路和光能供电支路，分别与市电供电支路和光能供电支路连接、且用于协调市电供电支路与光能供电支路进行工作的均衡器，以及分别与均衡器和光能供电支路连接、且用于远程监控的远程无线监控模块；可以将均衡器串接在市电供电支路的输出端和直流负载之间，用来动态调整市电供电支路的输出和光能供电支路的输出，确保为直流负载提供充足的电能，保证其稳定工作；从而可以克服现有技术中供电可靠性差、能量转换效率低和成本高的缺陷，以实现供电可靠性好、能量转换效率高和成本低的优点。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为标准配置的移动通讯基站供电***的工作原理示意图；

图2为独立运行的风光互补的太阳能基站供电***的工作原理示意图；

图3为光能与市电互补的太阳能基站供电***的工作原理示意图；

图4为光能与市电互补的太阳能基站供电***的电压与功率曲线图；

图5为光能与市电互补的太阳能基站供电***中太阳能控制器的最大功率点追踪流传示意图；

图6为光能与市电互补的太阳能基站供电***中均衡器的输入电能均衡流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

针对市区基站通常建在居民区房顶上，光照条件充足、且市电取得容易的情况；根据本发明实施例，如图3-图6所示，提供了一种光能与市电互补的太阳能基站供电***。

参见图3，该光能与市电互补的太阳能基站供电***，包括配合工作的市电供电支路和光能供电支路，分别与市电供电支路和光能供电支路连接、且用于协调市电供电支路与光能供电支路进行工作的均衡器，以及分别与均衡器和光能供电支路连接、且用于远程监控的远程无线监控模块。在远程无线监控模块与均衡器之间，还设有GPRS模块或3G模块。

其中，市电供电支路，包括依次连接至均衡器的交流配电柜和开关电源，分别连接至交流配电柜的交流输入模块和油机输入模块，连接在光能供电支路与开关电源之间的电池组，连接在交流配电柜输出端的交流负载，以及连接在均衡器输出端的直流负载；还包括连接在太阳能控制器与电池组之间的充电电路。

光能供电支路，包括依次连接至电池组的光伏组件和太阳能控制器；太阳能控制器的第一输出端连接至均衡器，第二输出端通过通信总线连接至远程无线监控模块；远程无线监控模块的输出端，通过通信总线连接至均衡器。通信总线，包括RS482或RS232中的任意一种。

参见图3-图6，在本实施例的光能与市电互补的太阳能基站供电***中，太阳能控制器通过太阳能最大功率追踪功能，将输入的光能最大化的转换成电能输出；太阳能控制器的输出端，能够分别输出给电池组和均衡器，且可以通过检测电池组的当前状态对电池组进行不同模式的充电，也可以输出给均衡器。

均衡器串接在开关电源的输出端和直流负载之间，用来动态调整开关电源的输出和太阳能控制器的输出，确保为直流负载提供充足的电能，保证其稳定工作。

在白天光照条件充足的时候，太阳能控制器通过最大功率追踪点的算法，使得太阳能电池板（即光伏组件）工作在最大功率点附近，始终输出最大电能；从而保证了电路的效率，通过实测的结果显示，电路效率在98%以上，且直接供应给直流负载和电源，最大效率的利用太阳能，降低市电的使用量，节省运营商的电费成本。

在光伏组件发出的电量比较充足、且已经满足了直流负载的耗电需求的情况下，太阳能控制器会控制充电电路开启，利用剩余电能对电池组充电，均衡器会将开关电源从均衡器上断开来，直流负载的电能完全由太阳能控制器的输出提供。当光伏输出能量仅够维持直流设备需时，太阳能输出全部供给均衡器，不给电池组充电，均衡器控制开关电源柜开启，由开关电源提供直流负载不足的部分电能。

上述实施例的光能与市电互补的太阳能基站供电***，具有以下特点：

⑴采用市电光电互补的方案为城镇基站供电，以市电输入为主，太阳能发电为辅助手段。太阳能发电主要用于降低基站的市电使用量，降低运营商长期运营的成本。

⑵直接使用太阳能光伏组件输出的直流电供给直流负载，交流负载仍然使用市电输入，过意无需复杂的逆变器，电路转换效率更高，提高了太阳能***的光能整体利用率。

⑶太阳能控制器在传统太阳能控制器的扰动观察法的基础上增加了光伏组件开路电压、短路电流测量功能，可以快速定位太阳能电池板的最大功率点，避免追踪过程中的漂移。

⑷均衡器可以根据输入功率的不同，动态调整每路的输入功率，保证直流负载工作在稳定状态。

⑸太阳能控制器除具有最大功率追踪功能外，还可以为电池组充电，且可以根据电池组的状态智能的切换充电状态，浮充、均充。

⑹具有远程实时监控功能，可以将运行状态和各重要参数通过无线的方式远程传输到服务器，并在服务器上生产各项报表和报警信息，为现代化的管理和运行维护提供了便利。 

⑺使用GPRS/3G作为远程数据传输的手段，无需自行架设传输通道，使用方便、运营成本低，且可以实现数据的实时传输，可靠性高。

在上述实施例的光能与市电互补的太阳能基站供电***中，市电、光能互补基站供电提供，无需风能、光能互补供电离网基站中使用的风能发电机和大容量电池，无需逆变器，能源利用效率更高，一次性投入低；且该光能与市电互补的太阳能基站供电***运行不受自然条件的制约，可保证通讯***长期稳定运行。

在上述实施例的光能与市电互补的太阳能基站供电***中，市电、光能互补供电基站的电能输入还是以市电为主，太阳能发电为辅。只是利用太阳能发电替代了部分的市电输入，由于太阳能***中主要部件，光伏组件的寿命可以高达25年，而太阳能是取自大自然的自然资源，从而大大降低了运营商的用电成本。该光能与市电互补的太阳能基站供电***，适合在占电信运营商基站总量绝大多数的城镇基站中使用推广，大大缓解运营商的节电压力。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种光能与市电互补的太阳能基站供电***，其特征在于，包括配合工作的市电供电支路和光能供电支路，分别与所述市电供电支路和光能供电支路连接、且用于协调市电供电支路与光能供电支路进行工作的均衡器，以及分别与所述均衡器和光能供电支路连接、且用于远程监控的远程无线监控模块。

2.根据权利要求1所述的光能与市电互补的太阳能基站供电***，其特征在于，所述市电供电支路，包括依次连接至所述均衡器的交流配电柜和开关电源，分别连接至所述交流配电柜的交流输入模块和油机输入模块，连接在光能供电支路与开关电源之间的电池组，连接在交流配电柜输出端的交流负载，以及连接在均衡器输出端的直流负载。

3.根据权利要求2所述的光能与市电互补的太阳能基站供电***，其特征在于，所述光能供电支路，包括依次连接至所述电池组的光伏组件和太阳能控制器；

所述太阳能控制器的第一输出端连接至均衡器，第二输出端通过通信总线连接至远程无线监控模块；所述远程无线监控模块的输出端，通过通信总线连接至均衡器。

4.根据权利要求3所述的光能与市电互补的太阳能基站供电***，其特征在于，所述通信总线，包括RS482或RS232中的任意一种。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的光能与市电互补的太阳能基站供电***，其特征在于，所述市电供电支路，还包括连接在所述太阳能控制器与电池组之间的充电电路。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的光能与市电互补的太阳能基站供电***，其特征在于，在所述远程无线监控模块与均衡器之间，还设有GPRS模块或3G模块。

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