通信基站预制式光伏储能系统分析

通信基站预制式光伏储能系统分析

詹涛

广州新为通信科技有限公司 510665

摘要：为确保通信基站供电持续稳定，面向通信基站开发并搭建更为先进、可靠的光伏储能系统极为必要。基于此，文章围绕减少占地空间、提升安装施工简易程度、降低能源使用等通信基站光伏系统的现实开发需求，提出了一种通信基站预制式光伏储能系统设计方案。从总体设计思路、系统硬件结构搭建、光伏储能系统的设计这几方面入手，对该通信基站预制式光伏储能系统的具体设计方案要点进行了说明。同时，选定某一通信基站试点展开系统运用效果的验证，发现该系统供电安全性效果、发电与节电效果、投资回收效果均保持在理想水平。

关键词：通信基站；预制式；光伏储能系统

引言：在通信基站内搭建光伏储能系统，是当前通信基站在保证通信服务质量的基础上降低电费支出的重要举措，实现通信企业的节能降耗。而为进一步缩减系统建设周期、降低施工难度，需要设计一种预制式光伏储能系统。

一、通信基站预制式光伏储能系统的开发背景分析

随着5G网络全面铺开，通信基站耗电量直线上升。预计到2026年，通信基站耗电量更将上升至全社会用电量的2.1%，通信设备用电和空调用电占到了基站耗电的90%左右。因此降低基站功耗，实现更加绿色、高效、可持续发展的通信网络，保障供电的稳定性和用电成本是运营商最关注的问题之一。应用光伏发电与市电同时为通信基站设备负载供电的方式，在保障基站设备正常运行的前提下，可以有效减少运营商的电费支出[1]。但是，就当前的情况来看，目前在光伏供电系统中依然存在一些光伏发电的“短板”，会对通信基站本身的经济效益水平、运行安全水平产生不同程度的影响。基于此，在当前面向通信基站开发一种更为先进、可靠的预制式光伏储能系统极为必要。

二、通信基站预制式光伏储能系统的开发设计需求

第一，减小系统实际占地空间，实现构件与系统的预制，提升安装施工的简便程度。在以往的光伏系统安装建设期间，更多利用混凝土基础的增设将光伏支架安装在通信基站内，光伏系统实际所占据的空间相对较大，且有着一定的难度，施工材料消耗量也保持在偏高水平。本研究所开发设计的通信基站预制式光伏储能系统主要实现对上述缺陷的解决。期间，对布设在室外空间的大量机柜的空间进行利用，将光伏支架架设在机柜的上方位置，以此将机柜转变为可靠支撑光伏发电板的构件，确保可以在工厂内提前预制好光伏与储能系统。当相关设备出厂并被转移至现场后，可以在更短的时间内完成安装，在缩减光伏支架实际占用的安装空间的同时，减少混凝土基础的建设量，促使整个施工的复杂程度以及难度水平有所下降，提升光伏储能系统的安装建设效率。

第二，降低故障问题发生概率，减少能源使用，提升清洁性。结合对光伏支架的利用，在机柜上方进行光伏发电板的安装，以此对机柜起到一定的遮阳效果，避免投放在室外环境中的大量机柜在长时间受到阳光直射的条件下发生内部温度大幅提升的问题。同时，结合光伏发电板在机柜上方的安装，促使机柜空调的实际使用时间有所下降，以此明显减少能源的使用与消耗，提升系统运行的清洁性。

三、通信基站预制式光伏储能系统的具体设计方案要点与应用

（一）系统的总体设计思路

本研究所设计并构建的通信基站预制式光伏储能系统能够同时解决光伏系统的安装问题、机柜的温控问题。组成整个系统的主要构件包括光伏发电板、光伏支架、储能电池、光伏储能控制系统与机柜，如图1、图2所示。

图1 通信基站预制式光伏储能系统正面图示

（1-光伏发电板；2-光伏支架；3-机柜）

图2 通信基站预制式光伏储能系统背面图示

（1-光伏发电板；2-光伏支架；3-机柜）

在机柜的上方安装光伏支架，并将光伏发电板架设在光伏支架的上方位置；在机柜的内部，安装设置光伏储能控制系统以及储能电池；光伏发电板与储能电池，分别与光伏储能控制系统保持连接状态。

对于其中所引入的光伏储能系统而言，其主要在电池、太阳能以及市电的协调管理中发挥作用，涵盖着的主要功能模块包括防雷模块、输入输出断路器（熔断器）、监控模块、光伏模块、整流模块等等。在光伏储能系统的实际运行期间，能够实现削峰填谷，具体来说，就是在电价峰值阶段，依托对系统的控制，促使整流模块的实际输出电压转入大幅下降的状态，并利用光伏以及电池向负载提供所需电力支持。在电价平价阶段，针对当前储能电池的容量水平进行分析，确定其是否可以充分满足临近峰值时间的电能需求量，如果判断结果表明储能电池的现实容量可以满足临近峰值时间的电能需求量，则控制利用电池以及光伏提供电能；如果判断结果表明储能电池的现实容量不能满足临近峰值时间的电能需求量，则控制利用市电以及光伏供电能，并将电池转入充电状态。在电价谷时阶段，充分利用市电完成对电池的充电处理[2]。

（二）系统的具体设计与实现

1.通信基站预制式光伏储能系统的硬件结构搭建

在该系统中，所引入的光伏支架主要由四个矩形排布的机柜连接件、四个支撑件（在前排与后排分别布置两个）、两个斜支架以及发电板安装件构成，该发电板安装件主要被应用于光伏发电板的装设部分。通过机柜连接件，前支撑件以及后支撑件能够被垂直布设在机柜的顶端位置；控制任意一个斜支架均能够与一列前支撑件、后支撑件保持相对应的状态，并连接斜支架的顶部与其所对应的一列前支撑件、后支撑件顶部；在两个斜支架上，进行对发电板安装件的固定。在实际的硬件安装期间，要求保证后支撑件的安装高度始终维持在高于前支撑件安装高度的水平，以此促使光伏发电板整体能够在安装后以倾斜一定角度的状态存在，规避在实际应用期间发生顶面大量积尘、积水的问题，确保其能够长时间安全稳定运行。

出于提升光伏支架通用性的考量，在本通信基站预制式光伏储能系统的硬件结构搭建期间，主要选用了可伸缩结构件作为发电板安装件、斜支架以及后支撑件。依托可伸缩结构件的投放，能够在实际使用期间实现对发电板安装件、斜支架以及后支撑件整体长度的灵活性调节，以此确保相应构件可以匹配不同规格的光伏发电板，也可以在不同的安装空间条件下完成对发电板安装件、斜支架以及后支撑件的应用，以此促使整个通信基站预制式光伏储能系统的硬件结构安装施工难度保持在较低水平。在此期间，所投放的可伸缩结构件主要由长杆（2根）以及中间连接杆构成，沿着长度方向的布置顺序为“第一长杆-中间连接杆-第二长杆”；在中间连接杆中，水平方向设置了多个有一定间隔的备用安装位；将第一长杆的尾端、第二长杆的首端，分别与中间连接杆上的不同别用安装位进行连接处理。同时，应用螺栓螺母，完成第一长杆尾端与中间连接杆安装位的连接，以及第二长杆首端与中间连接杆安装位的连接处理。依托这样的设计与安装，能够通过对第一长杆的尾端、第二长杆的首端之间所存在的安装距离进行调整，完成对该可伸缩结构件现实总长度水平的适当调节。

在预制式光伏储能系统中，引入的发电板安装件为两个，将其架设在斜支架上，控制发电板安装件能够与斜支架保持在相互垂直的状态；调整两个发电板安装件之间具有一定的安装距离，以此为光伏发电板可靠安装的实现提供硬件方面的支撑条件。在可伸缩结构件中，第一长杆、第二长杆均沿着长度方向进行多个可以与其他可伸缩结构件进行连接的备用安装位的设置，控制各个安装位之间具有一定的间隔，以此确保所有的可伸缩结构件可以在较短时间内完成简便安装。构件预制阶段，可以将作为发电安装件的可伸缩结构件的第一长杆与第二长杆实施首尾相连处理，并应用中间连接杆进行固定。在构件转移至安装现场后，如果机柜左侧需要实施并柜安装处理，则可以向右方缩进左侧的第一长杆，在观察到第一长杆与机柜左侧保持齐平状态后即可停止缩进，以此为在机柜左侧安装放置其他机柜提供良好的条件支持。同时，如果机柜右侧需要实施并柜安装处理，则可以向左方缩进右侧的第二长杆，在观察到第二长杆与机柜右侧保持齐平状态后即可停止缩进，为在机柜右侧安装放置其他机柜提供良好的条件支持。

2.光伏储能系统的设计与实现

光伏储能系统主要由电网、光伏、储能、用电设备、表计、监控系统组成。利用光伏发电、低谷电网电价实现电量的存储，并在用电高峰和电价高时将存储在储能系统的电量用出去[3]。同时，光伏储能系统也可以作为备用电源，以备市电出现故障情况。在并网点安装电表或者电流传感器，当检测到有电流流向电网时，逆变器输出功率不变，启动双向变流器，把多出的电能储存在蓄电池中，等光伏功率下降或者负载功率增大时再放出。

为确保光伏储能系统能够长时间安全稳定运行，在其中投放了光伏储能逆变器防逆流检测关键元件，即AGF-AE/ACR10R系列仪表。该仪表使用了高性能MCU及高精度计量芯片，实现电压、电流、功率及电能的实时检测，以上数据刷新时间最快为250ms，可以满足逆变器防逆流检测中的控制实时性要求，逆变器通过实时读取AGF-AE/ACR10R系列仪表的功率大小和方向进行实时的功率调整，到达防逆流检测功能[4]。

（三）系统的应用效果评估

某通信基站属于D类综合机房，面积约为30平方米；机房所在电信综合楼的混凝土屋面面积约为300平方米，周边无遮挡，日照条件良好。在该综合机房内投放本通信基站预制式光伏储能系统，进行试点运行分析，所得到的系统应用效果如下所示。

1.供电安全性效果评估

本通信基站预制式光伏储能系统可以自动实现对市电、光伏以及电池供电的协调控制，为通信基站持续提供了充足的电力供应，有效降低了通信基站停电问题的发生概率；系统内引入了光伏储能逆变器防逆流检测关键元件，主动降低逆变器输出功率，避免电能向国家电网倒输问题的发生，提升了供电的安全性。

    2.发电与节电效果评估

针对2022年全年的光伏发电情况进行总结分析，能够得到：1月得到的光伏发电量为668.4KWH；2月得到的光伏发电量为843.5KWH；3月得到的光伏发电量为986.3KWH；4月得到的光伏发电量为1123.9KWH；5月得到的光伏发电量为1264KWH；6月得到的光伏发电量为1111.4KWH；7月得到的光伏发电量为1143.7KWH；8月得到的光伏发电量为1054.5KWH；9月得到的光伏发电量为812.7KWH；10月得到的光伏发电量为891.8KWH；11月得到的光伏发电量为477.1KWH；12月得到的光伏发电量为592KWH；全年总光伏发电量为10969.3KWH。 

选定0.7元/度为电费单价，2022年该系统的年度节约电费情况如下所示：1月节约电费467.88元；2月节约电费590.45元；3月节约电费690.41元；4月节约电费786.73元；5月节约电费884.8元；6月节约电费777.98元；7月节约电费800.59元；8月节约电费738.15元；9月节约电费568.89元；10月节约电费624.26元；11月节约电费333.97元；12月节约电费414.4元；全年总体节约电费达到7678.51元。

综合来看，本通信基站预制式光伏储能系统投放后，可以获取到较为理想的节电效果，通信基站用电成本明显下降。

3.投资回收效果的评估

在该系统的搭建与安装期间，投入的成本费用约为4.8万元。结合发电与节电效果可以明确的是，在2022年一整年中，系统的发电总量约为10969KWH，年度节约电费可以达到7700元左右。对比系统建设的投入成本可以确定出，约在6.2年后即可完成对投资成本的回收。参考现行相关规定可以明确的是，光伏组件的设备更新周期保持在15年，因此在回收所有投资成本后，还有约8.8年的时间可以获取到正收益。能够看出，本通信基站预制式光伏储能系统的投资回收效果良好。

总结：综上所述，为切实满足减少占地空间、提升安装施工简易程度、降低能源使用等光伏系统开发需求，面向通信基站提出了预制式光伏储能系统设计方案，依托该系统自动实现对市电、光伏以及电池供电的协调控制。选定某通信基站试点展开系统运用效果的验证，发现本通信基站预制式光伏储能系统投放后，供电安全性保持在相对较高的水平，年度光伏发电量与电费节约效果明显，且投资回收周期较短，正收益获取时间较长。

参考文献：

[1]丁瑜,邓敏茜,程乔.基于5G移动通信基站的可再生能源通信电源系统研究[J].无线互联科技,2023,20(13):15-17.         

[2]周振亚,郭鹏程,吴立强,毕玉江,张坤.面向新能源消纳的分布式光伏储能系统优化配置[J].自动化应用,2023,64(06):184-185+188.         

[3]陆运章,马一山,郭进,周蒙,刘松.磷酸铁锂电池在离网光伏通信基站供电系统的应用研究[J].太阳能,2022,(07):74-80.         

[4]张文伟.梯次电池在通信基站储能系统的应用价值[J].数字通信世界,2021,(07):222-223.