通信機(jī)房太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的技術(shù)有了比較大的發(fā)展，施工成本也降低了很多。在一些通信機(jī)房建設(shè)的過(guò)程中，會(huì)選擇太陽(yáng)能供電系統(tǒng)作為一種供電方法?；诖?，文章對(duì)通信機(jī)房太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)措施進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：通信機(jī)房；太陽(yáng)能供電系統(tǒng)；設(shè)計(jì)措施

中圖分類號(hào)：TP303 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）03-0019-03

1 工程簡(jiǎn)介

某通信機(jī)房位于廣州市，在機(jī)房中共設(shè)置了四臺(tái)UPS，額定功率分別為120kVA和80kVA，為了達(dá)到節(jié)能和最大化應(yīng)急保證的目標(biāo)，決定使用太陽(yáng)能為其中一臺(tái)UPS進(jìn)行供電。太陽(yáng)能的設(shè)備要放置在屋頂，要求在標(biāo)準(zhǔn)的日照條件下，五個(gè)小時(shí)內(nèi)對(duì)UPS電池組完成充電。太陽(yáng)能系統(tǒng)的安裝方法為內(nèi)部并網(wǎng)，并對(duì)太陽(yáng)能電優(yōu)先進(jìn)行使用，在太陽(yáng)能電池不足的情況下，自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到市電工作，系統(tǒng)不再配備蓄電池組。

2 太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的意義和系統(tǒng)的特點(diǎn)

太陽(yáng)能在所有的能源中是最穩(wěn)定、最環(huán)保、最節(jié)能的一種能源，受到了社會(huì)、政府和用戶的廣泛關(guān)注，利用太陽(yáng)能為居民、工業(yè)、通訊供電的方式將成為未來(lái)一個(gè)大的發(fā)展趨勢(shì)。目前太陽(yáng)能供電系統(tǒng)在別墅園林、高端房地產(chǎn)項(xiàng)目、無(wú)電地區(qū)、監(jiān)控基站、通訊等方面都進(jìn)行了推廣應(yīng)用。太陽(yáng)能供電系統(tǒng)在研發(fā)和設(shè)計(jì)的過(guò)程中，會(huì)充分地對(duì)用電設(shè)備的用電特性進(jìn)行分析和考慮，具有智能高效、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、維護(hù)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。一般情況下，太陽(yáng)能電池的供電可靠度可以達(dá)到100%，可以充分適應(yīng)各種氣候條件，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，使用獨(dú)到的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)模型的配置非常合理，而且投資一次可以獲得長(zhǎng)期的經(jīng)濟(jì)效益，管理起來(lái)非常簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用非常低，主要設(shè)備的效能非常高，可以使用25年以上。

3 太陽(yáng)能系統(tǒng)模塊的構(gòu)成

通信機(jī)房太陽(yáng)能供電系統(tǒng)主要是由充放電模塊、太陽(yáng)能電池板、防雷擊浪涌保護(hù)模塊、降壓穩(wěn)壓模塊、逆變器、配電箱、太陽(yáng)能光伏組件組成，可以提供280V/380V的所需電壓。比較常用的太陽(yáng)能供電系統(tǒng)有并網(wǎng)型太陽(yáng)能供電系統(tǒng)和離網(wǎng)型太陽(yáng)能供電系統(tǒng)，如圖1所示。其中充放電模塊是系統(tǒng)中非常重要的一個(gè)模塊，對(duì)系統(tǒng)的電能輸出起著一定的控制作用，可以根據(jù)太陽(yáng)光照射的情況對(duì)蓄電池和太陽(yáng)能供電進(jìn)行互相切換，完成蓄電池的充電和過(guò)點(diǎn)保護(hù)，太陽(yáng)能電池板會(huì)把照射到上面的太陽(yáng)能輻射轉(zhuǎn)化成系統(tǒng)的初始電能，這些電能可以在滿足系統(tǒng)預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)上對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電。當(dāng)和系統(tǒng)預(yù)設(shè)的條件不符合的時(shí)候，只可以對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。降壓穩(wěn)壓模塊主要是用來(lái)對(duì)系統(tǒng)的低電壓輸出進(jìn)行控制，利用不同的參數(shù)得到不同的低壓輸出，考慮到大多數(shù)的太陽(yáng)能供電系統(tǒng)都在戶外，為了對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性進(jìn)行提升，防止系統(tǒng)的電路受到雷電的干擾，需要使用到防雷擊浪涌模塊來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。

圖1 離網(wǎng)型太陽(yáng)能供電系統(tǒng)和并網(wǎng)型太陽(yáng)能供電系統(tǒng)

4 太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)

4.1 充放電控制線路的設(shè)計(jì)

此工程的充放電控制電路如圖2所示，本項(xiàng)目使用20KWp的太陽(yáng)能電池板，在電路中太陽(yáng)能電池板輸出端和電路中的a、b兩端對(duì)接，太陽(yáng)能系統(tǒng)電池的最大額定輸出電壓為17.7V，輸出功率為11W，最大額定輸出電流為755mA，在受到陽(yáng)光照射的時(shí)候，提供出系統(tǒng)的初始電能，在電路中分壓控制三極管Q2主要用來(lái)對(duì)電路中的D6、D5、R5、R7進(jìn)行截止或?qū)ǎ瑥亩鴮?duì)繼電器的吸合和開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，鉛酸電池的參數(shù)為12V/7Ah，配置了R7和R5電阻，當(dāng)陽(yáng)光比較充足的時(shí)候，繼電器會(huì)將觸點(diǎn)吸合常開(kāi)，系統(tǒng)在向外供電的同時(shí)對(duì)鉛酸電池進(jìn)行充電，在陽(yáng)光不充足的時(shí)候，繼電器會(huì)切換到常閉觸點(diǎn)，然后由鉛酸電池對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行供電。在充放電控制線路中，a、b兩端的電壓是太陽(yáng)能電池板的輸出電壓，在太陽(yáng)光照射強(qiáng)度不斷的變化下，電壓也會(huì)隨著變化，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)得出，當(dāng)a、b兩端的電壓在14.4V以下的時(shí)候，繼電器的常閉觸點(diǎn)的狀態(tài)是吸合的，c端的電壓持續(xù)保持在12.5V，也就是說(shuō)在這個(gè)階段中，是由鉛酸蓄電池對(duì)外進(jìn)行供電，系統(tǒng)只是對(duì)鉛酸電池進(jìn)行充電。當(dāng)a、b端的電壓在14.4V以上時(shí)，繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)的狀態(tài)為吸合，c段的電壓和a、b兩端的電壓相同，而且會(huì)隨著光照射的強(qiáng)度的變化而變化，所以在這個(gè)階段系統(tǒng)除了對(duì)鉛酸電池進(jìn)行充電以外，還會(huì)對(duì)外進(jìn)行供電，在陽(yáng)光照射強(qiáng)度逐漸降低的情況下，a、b兩端的電壓會(huì)在11.3V以下，繼電器的觸點(diǎn)會(huì)從常開(kāi)狀態(tài)轉(zhuǎn)變成常閉狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候在鉛酸電池對(duì)外供電的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)對(duì)鉛酸系統(tǒng)進(jìn)行充電，C端的電壓持續(xù)保持在12.2V。

圖2 充放電控制線路

4.2 穩(wěn)壓降壓電路的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)此項(xiàng)目的穩(wěn)壓和降壓電路的時(shí)候，當(dāng)前級(jí)電路中的蓄電池組向后級(jí)電路中供電的時(shí)候，后級(jí)電路的電壓為12.2V，在使用太陽(yáng)能電池向后級(jí)電路進(jìn)行供電的時(shí)候，供電電壓為12.2～17.6V，當(dāng)陽(yáng)光照射強(qiáng)度出現(xiàn)變化時(shí)，電壓也會(huì)隨之產(chǎn)生變化，所以要使用LM2575-ADJ芯片安裝到電路中，從而達(dá)到穩(wěn)定前級(jí)輸入電壓的目的，電路中的元件參數(shù)配置圖如圖3所示，其中R17=2.1kΩ，R8=12.7kΩ，可以在OUT端輸出非常穩(wěn)定的電壓。在對(duì)電路設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要對(duì)單片機(jī)、放大器、傳感器和一些專用的功能芯片進(jìn)行考慮，使用的供電電壓一般為3.4V、5.2V，所以需要使用一個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)和TPS73HD301PWP組成的電源管理電路進(jìn)行連接，當(dāng)需要使用3.4V、5.2V的電壓時(shí)，可以將開(kāi)關(guān)搬動(dòng)，并和前級(jí)的降壓穩(wěn)壓電路進(jìn)行連接，從而得到穩(wěn)定的3.4V、5.2V雙輸出電壓，在不需要的時(shí)候，只需要將開(kāi)關(guān)搬開(kāi)就可以把其和前級(jí)電路的聯(lián)系斷開(kāi)。

4.3 電路的防雷保護(hù)設(shè)計(jì)

由于太陽(yáng)能供電系統(tǒng)主要在戶外進(jìn)行使用，所以雷電對(duì)電路的干擾是一個(gè)需要慎重考慮的問(wèn)題，因此在對(duì)此項(xiàng)目的電路設(shè)計(jì)的過(guò)程中，決定使用防雷設(shè)施對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)，如圖4所示。此防雷擊浪涌使用防雷管和TVS管共同組成級(jí)保護(hù)線路，太陽(yáng)能電池板的兩輸出端和電路的兩端進(jìn)行連接，當(dāng)線路感應(yīng)到比較大的能量信號(hào)的時(shí)候，可以利用線地間防雷保護(hù)功能將電壓迅速釋放，在釋放電壓的時(shí)候，產(chǎn)生的瞬態(tài)大電流會(huì)感應(yīng)出電路中的尖峰電壓，這時(shí)進(jìn)行次級(jí)保護(hù)的TVS管可以對(duì)這個(gè)尖峰電壓進(jìn)行吸收，當(dāng)有加大電流出現(xiàn)時(shí)，可以利用壓敏電阻來(lái)對(duì)高阻值進(jìn)行降壓。

圖4 防雷保護(hù)器

5 綜合投資回報(bào)分析

從經(jīng)濟(jì)性的角度來(lái)看，使用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電，雖然在首次建設(shè)的過(guò)程中，需要增加太陽(yáng)能設(shè)備和一些額外的投入，不過(guò)這部分投入所帶來(lái)的隱性和顯性的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益是非?？捎^的，有非常多的好處和現(xiàn)實(shí)意義?，F(xiàn)對(duì)綜合投資回報(bào)作如下分析：（1）使用太陽(yáng)能方法，只需要進(jìn)行一次性投資即可，無(wú)后期的使用費(fèi)用，日常維護(hù)費(fèi)用非常低，管理非常方便，使用的時(shí)間越長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)效益越明顯；（2）在此工程項(xiàng)目中引入太陽(yáng)能發(fā)電的產(chǎn)品和技術(shù)，得到了當(dāng)?shù)卣男麄骱椭匾暎俳Y(jié)合企業(yè)的廣告策劃，可以得到良好的廣告效應(yīng)，極大地節(jié)省了廣告費(fèi)用；（3）太陽(yáng)能發(fā)電有比較高的科技含量，可以更好地對(duì)用戶單位的檔次和品位進(jìn)行提升，得到了社會(huì)的美譽(yù)；（4）太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的建設(shè)得到了國(guó)家政府的大力支持，如果運(yùn)作得當(dāng)，太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的投入可以得到國(guó)家和地方政府的資金補(bǔ)貼；（5）符合未來(lái)的節(jié)能減排的發(fā)展趨勢(shì)，積極響應(yīng)了國(guó)家節(jié)能的號(hào)召，使用和國(guó)家政策相符合的節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品，有著非常深遠(yuǎn)的政治意義。

6 結(jié)語(yǔ)

此太陽(yáng)能供電系統(tǒng)在投入使用后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用和相關(guān)的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和用戶的預(yù)期目標(biāo)是符合的，在陽(yáng)光照射強(qiáng)度比較充足的情況下，此系統(tǒng)的穩(wěn)壓降壓輸出端可以穩(wěn)定地對(duì)電壓進(jìn)行輸出，在陽(yáng)光照射不足的情況下，此系統(tǒng)可以使用備用的鉛酸蓄電池組進(jìn)行后級(jí)供電，同時(shí)這個(gè)系統(tǒng)有防雷擊的功能，電路運(yùn)行非常的可靠安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 范長(zhǎng)城，王勇，植涌.基于太陽(yáng)能電池板的直流

不間斷電源設(shè)計(jì)[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2008，

（9）：26-28.

[2] 李艷浩，潘國(guó)鋒，王銀玉.基于單片機(jī)的電流故

障錄波系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子測(cè)量技術(shù)，

2010，（3）：72-74.

[3] 李兵.基于UC3906的免維護(hù)鉛酸蓄電池智能充電

器的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程師，2006，（11）：94-95.

[4] 沈建軍，侯福平.太陽(yáng)能光伏供電系統(tǒng)在通信行業(yè)

的應(yīng)用探討[J].電信技術(shù)，2009，（9）：143-144.

作者簡(jiǎn)介：潘偉雄（1963—），男，上海人，廣州中海電信有限公司工程師，研究方向：通信機(jī)電。

圖4 防雷保護(hù)器

5 綜合投資回報(bào)分析

從經(jīng)濟(jì)性的角度來(lái)看，使用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電，雖然在首次建設(shè)的過(guò)程中，需要增加太陽(yáng)能設(shè)備和一些額外的投入，不過(guò)這部分投入所帶來(lái)的隱性和顯性的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益是非?？捎^的，有非常多的好處和現(xiàn)實(shí)意義?，F(xiàn)對(duì)綜合投資回報(bào)作如下分析：（1）使用太陽(yáng)能方法，只需要進(jìn)行一次性投資即可，無(wú)后期的使用費(fèi)用，日常維護(hù)費(fèi)用非常低，管理非常方便，使用的時(shí)間越長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)效益越明顯；（2）在此工程項(xiàng)目中引入太陽(yáng)能發(fā)電的產(chǎn)品和技術(shù)，得到了當(dāng)?shù)卣男麄骱椭匾暎俳Y(jié)合企業(yè)的廣告策劃，可以得到良好的廣告效應(yīng)，極大地節(jié)省了廣告費(fèi)用；（3）太陽(yáng)能發(fā)電有比較高的科技含量，可以更好地對(duì)用戶單位的檔次和品位進(jìn)行提升，得到了社會(huì)的美譽(yù)；（4）太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的建設(shè)得到了國(guó)家政府的大力支持，如果運(yùn)作得當(dāng)，太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的投入可以得到國(guó)家和地方政府的資金補(bǔ)貼；（5）符合未來(lái)的節(jié)能減排的發(fā)展趨勢(shì)，積極響應(yīng)了國(guó)家節(jié)能的號(hào)召，使用和國(guó)家政策相符合的節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品，有著非常深遠(yuǎn)的政治意義。

6 結(jié)語(yǔ)

此太陽(yáng)能供電系統(tǒng)在投入使用后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用和相關(guān)的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和用戶的預(yù)期目標(biāo)是符合的，在陽(yáng)光照射強(qiáng)度比較充足的情況下，此系統(tǒng)的穩(wěn)壓降壓輸出端可以穩(wěn)定地對(duì)電壓進(jìn)行輸出，在陽(yáng)光照射不足的情況下，此系統(tǒng)可以使用備用的鉛酸蓄電池組進(jìn)行后級(jí)供電，同時(shí)這個(gè)系統(tǒng)有防雷擊的功能，電路運(yùn)行非常的可靠安全。

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[4] 沈建軍，侯福平.太陽(yáng)能光伏供電系統(tǒng)在通信行業(yè)

的應(yīng)用探討[J].電信技術(shù)，2009，（9）：143-144.

作者簡(jiǎn)介：潘偉雄（1963—），男，上海人，廣州中海電信有限公司工程師，研究方向：通信機(jī)電。

圖4 防雷保護(hù)器

5 綜合投資回報(bào)分析

從經(jīng)濟(jì)性的角度來(lái)看，使用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電，雖然在首次建設(shè)的過(guò)程中，需要增加太陽(yáng)能設(shè)備和一些額外的投入，不過(guò)這部分投入所帶來(lái)的隱性和顯性的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益是非?？捎^的，有非常多的好處和現(xiàn)實(shí)意義?，F(xiàn)對(duì)綜合投資回報(bào)作如下分析：（1）使用太陽(yáng)能方法，只需要進(jìn)行一次性投資即可，無(wú)后期的使用費(fèi)用，日常維護(hù)費(fèi)用非常低，管理非常方便，使用的時(shí)間越長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)效益越明顯；（2）在此工程項(xiàng)目中引入太陽(yáng)能發(fā)電的產(chǎn)品和技術(shù)，得到了當(dāng)?shù)卣男麄骱椭匾?，再結(jié)合企業(yè)的廣告策劃，可以得到良好的廣告效應(yīng)，極大地節(jié)省了廣告費(fèi)用；（3）太陽(yáng)能發(fā)電有比較高的科技含量，可以更好地對(duì)用戶單位的檔次和品位進(jìn)行提升，得到了社會(huì)的美譽(yù)；（4）太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的建設(shè)得到了國(guó)家政府的大力支持，如果運(yùn)作得當(dāng)，太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的投入可以得到國(guó)家和地方政府的資金補(bǔ)貼；（5）符合未來(lái)的節(jié)能減排的發(fā)展趨勢(shì)，積極響應(yīng)了國(guó)家節(jié)能的號(hào)召，使用和國(guó)家政策相符合的節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品，有著非常深遠(yuǎn)的政治意義。

6 結(jié)語(yǔ)

此太陽(yáng)能供電系統(tǒng)在投入使用后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用和相關(guān)的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和用戶的預(yù)期目標(biāo)是符合的，在陽(yáng)光照射強(qiáng)度比較充足的情況下，此系統(tǒng)的穩(wěn)壓降壓輸出端可以穩(wěn)定地對(duì)電壓進(jìn)行輸出，在陽(yáng)光照射不足的情況下，此系統(tǒng)可以使用備用的鉛酸蓄電池組進(jìn)行后級(jí)供電，同時(shí)這個(gè)系統(tǒng)有防雷擊的功能，電路運(yùn)行非常的可靠安全。

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不間斷電源設(shè)計(jì)[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2008，

（9）：26-28.

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障錄波系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子測(cè)量技術(shù)，

2010，（3）：72-74.

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器的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程師，2006，（11）：94-95.

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的應(yīng)用探討[J].電信技術(shù)，2009，（9）：143-144.

作者簡(jiǎn)介：潘偉雄（1963—），男，上海人，廣州中海電信有限公司工程師，研究方向：通信機(jī)電。