太陽能站點(diǎn)布局部署建議

趙 峰

（中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，南京 210000）

1 引言

赤道地區(qū)某國微波骨干網(wǎng)建設(shè)，基站電源采用太陽能與油機(jī)結(jié)合的方式供電，減少維護(hù)，綠色節(jié)能，最終通過各種數(shù)據(jù)的采集、計(jì)算，與客戶充分溝通，制定了根據(jù)不同緯度、位置采用不同的太陽能矩陣布局的方案。

2 研究背景

2.1 站址限制

該國為山地地形，為方便微波傳輸建設(shè)全國骨干網(wǎng)，規(guī)劃后基站及中繼站大多選址在高山頂，上山下山道路不暢，建設(shè)、維護(hù)困難，維護(hù)成本高昂。

2.2 電力匱乏

該國地廣人稀，很多城市電力不穩(wěn)定，很多鄉(xiāng)鎮(zhèn)電力匱乏，站點(diǎn)所在位置多為偏僻的原始森林，電力引入成本極高。

2.3 太陽能資源豐富

該國位于中非赤道處，國家貫穿南北半球，林業(yè)富饒，但山頂樹木較矮，不會(huì)造成阻擋，利于太陽能矩陣接收太陽能，平均日照時(shí)間見下表：

表1 平均每天日照時(shí)長

2.4 站點(diǎn)空間有限

站點(diǎn)多在100-500米的山頂上，山頂空間有限，要建站需將山頂平整后建設(shè)，建站成本隨站點(diǎn)占地面積的增加成指數(shù)級(jí)增加?？蛻魹榭刂瞥杀荆瑖?yán)格控制站點(diǎn)空間，站點(diǎn)范圍內(nèi)禁止浪費(fèi)空間。

3 太陽能矩陣布放難點(diǎn)

3.1 客戶嚴(yán)格控制站點(diǎn)大小，否定廠家間隔要求

太陽能廠家建議太陽能矩陣（以下簡(jiǎn)稱矩陣）布放位置要與鐵塔間隔不小于5米，與fence間隔不小于1米，每兩排太陽能矩陣間隔不小于1.5米，否則會(huì)由于陰影遮擋導(dǎo)致太陽能功率不夠。

客戶對(duì)站點(diǎn)空間面積嚴(yán)格要求，堅(jiān)決否定了矩陣與鐵塔間隔5米的要求。這讓項(xiàng)目組在必須考慮鐵塔陰影的條件下，重新計(jì)算每個(gè)站點(diǎn)的太陽能板數(shù)量及功率需求。

3.2 太陽能矩陣的朝向及位置

根據(jù)太陽能廠家提供的資料，在0到15緯度的地區(qū)，太陽能板傾斜角度為15°；在北半球，矩陣普遍布放在鐵塔南邊，在南半球，矩陣普遍布放在鐵塔北邊。該國位于赤道上，緯度在北緯2°到南緯3°之間，所以在矩陣布放朝向和位置上有很大的疑問。

3.3 解決辦法

第一步，我們必須確定矩陣的最佳位置。由于該國處于赤道這個(gè)特殊的位置上，鐵塔的陰影長度和方向在每一天都是不一樣的，但同時(shí)又是規(guī)律循環(huán)變化的。見下圖：

圖1 鐵塔陰影變化圖

通過圖示，我們可以分析：假如該國每一天每一刻的太陽強(qiáng)度都是一樣的。那么矩陣分別放在鐵塔的東南西北時(shí)，每一年獲得的太陽能均量都是一樣的，只是不同月份不同而已。因此我們必須通過比較每個(gè)月，每一天的日照時(shí)間和強(qiáng)度來分析4個(gè)方向的優(yōu)劣。

第一步比較每天的日照長度和強(qiáng)度，經(jīng)數(shù)據(jù)查實(shí)，該地區(qū)下午的平均日照長度和強(qiáng)度明顯好于上午，下午時(shí)鐵塔陰影在東邊，我們?yōu)榱嗣刻飓@得的光照最大化，得出矩陣放在鐵塔西邊明顯好于東邊。

第二步比較每個(gè)月的日平均日照長度（見表1）?？梢钥闯?，10月份為一年中日平均日照時(shí)長最短的月份，10月份時(shí)，太陽直射在南半球，鐵塔的影子在北邊，我們?yōu)榱嗽谧畈钤路菘梢员ＷC通信設(shè)備正常供電，認(rèn)為矩陣在鐵塔南邊要好于北邊。

第三步需要比較布放在南邊和西邊的優(yōu)劣，為了保證移動(dòng)通訊全年不中斷，只要保證在最差時(shí)間段通訊不中斷就可以了。所以并不需要比較一年中每一天的優(yōu)劣，只需要比較最差月份時(shí)（10月）和影子最長時(shí)（6月23日）的情況就可以了。

最后一步，在矩陣布放于鐵塔西邊的基礎(chǔ)上，重新配置每個(gè)站點(diǎn)的太陽能容量。具體計(jì)算應(yīng)參考太陽能光伏電池容量計(jì)算，并在本項(xiàng)目中考慮陰影造成的損耗。

4 結(jié)論

開放思維：由于赤道獨(dú)特的地理位置，令太陽能矩陣的布放格外復(fù)雜，如果我們采用最基本的方法，來比較每一天，每一種布放方式的日照情況，將需要巨大的計(jì)算量，以及大量的時(shí)間，而我們采用最差時(shí)間來比較、分析簡(jiǎn)化了計(jì)算，符合移動(dòng)通訊不間斷的需求。

成本比較：在項(xiàng)目中，客戶考慮到站點(diǎn)面積的增大需要更多的成本，堅(jiān)持減少太陽能矩陣與鐵塔之前的距離，這造成了太陽能的浪費(fèi)，此時(shí)為了保證站點(diǎn)正常工作，就必須擴(kuò)大太陽能容量，增加成本，這就需要在兩種情況中比較，設(shè)計(jì)出最佳方案。

光油結(jié)合：在項(xiàng)目中，站點(diǎn)位置特殊及考慮站點(diǎn)的重要性，僅由太陽能供電無法滿足站點(diǎn)的要求，此時(shí)可以采用太陽能和油機(jī)相結(jié)合的方案，既可以保證站點(diǎn)正常運(yùn)作，又滿足了站點(diǎn)運(yùn)行維護(hù)便捷，克服站點(diǎn)維護(hù)不便的要求。