專利名稱：一種光能與市電互補的太陽能基站供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信基站技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種光能與市電互補的太陽能基站供電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
能源是人類社會生存與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，更是國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)。由于無限制的開采煤炭、石油、天然氣等化石能源，造成了全球性的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，對人類的生存和發(fā)展構(gòu)成了威脅。為了人類社會經(jīng)濟能夠平穩(wěn)發(fā)展，人類迫切需要尋找其他可替代的能源資源。近年來，中國通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模已躍居世界第一，通信業(yè)的能耗也在迅速攀升。中國基礎(chǔ)電信運營企業(yè)每年的耗電量超過300億度(KWh)。中國移動在2009年消耗電量近130億KWh，其中主要是移動設(shè)備和機房空調(diào)用電，在移動基站的耗電中，基站設(shè)備和空調(diào)約各占45%。各通信運營商為了降低資本開支和運營開支，在通信機房及移動通信基站等節(jié)能領(lǐng)域積極進行理論探索和實踐，主要圍繞如何減少空調(diào)耗電和基站設(shè)備耗電，提出了新風(fēng)節(jié)能、變頻節(jié)能、新型制冷劑節(jié)能等技術(shù)應(yīng)用等節(jié)能措施。電源作為通訊系統(tǒng)的“心臟”，是通訊網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的件事基礎(chǔ)和根本保障，所能節(jié)約的能源畢竟有限。這里就需要我們轉(zhuǎn)換傳統(tǒng)思維方式，從節(jié)電轉(zhuǎn)化到發(fā)電上，人們可以使用低成本的風(fēng)電、光電為通訊基站的輔助電源，替代市電的消耗量，降低用電企業(yè)的用電成本。太陽能是來自大自然的一種清潔能源，并且屬于取之不盡、用之不竭的可再生能源。利用相應(yīng)的技術(shù)，太陽能可以轉(zhuǎn)化為電能，這種能源產(chǎn)生的電能通過有效的利用可以創(chuàng)造巨大的社會效益。在各國政府的大力支持下，最近十年來太陽能電池及組件的年平均增長率達到33%;最近五年內(nèi)增長率更是達到43%。我國是一個發(fā)展中的國家，也是能源消耗大國。目前我國能源消耗的增長速度居世界首位。由于我過在一次性能源消費中，煤占到70%。導(dǎo)致環(huán)境質(zhì)量的總體水平在不斷惡化。世界十大污染城市我國一直占多數(shù)，環(huán)境惡化對我國的社會經(jīng)濟發(fā)展和人民生活健康帶來了嚴重的影響。因此加劇了我國能源替代形式的嚴重性和緊迫性。作為能耗大戶的通訊基站，理應(yīng)順應(yīng)國家節(jié)能減排的戰(zhàn)略策略，提升通訊基站的技能環(huán)保性能，改變基站現(xiàn)有的供電方式，建設(shè)綠色通信基站，逐漸成為了一個不可忽視的重要問題。目前，各大運營商針對海島、山區(qū)等遠離電網(wǎng)的偏遠地區(qū)的基站，都提出了切實可行的風(fēng)光互補發(fā)電的解決方案。該方案從經(jīng)濟性上考慮，風(fēng)光互補系統(tǒng)取用源自大自然的風(fēng)能與太陽能發(fā)電，發(fā)電過程是利用容易獲得的自然資源，節(jié)省了運營商使用十點的費用。并且，對于島嶼、山區(qū)等遠離電網(wǎng)的偏遠趨于的基站來說，風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)可以可靠獨立的為通訊基站提供電能，而無需市電的接入，為運營商節(jié)省了市電接入而架桿鋪線的巨大費用。例如，圖1所示的標準配置的移動通訊基站供電系統(tǒng)，圖2所示的獨立運行的風(fēng)光互補的太陽能基站供電系統(tǒng)。
太陽能電池板組件是由大量太陽能電池通過串、并聯(lián)的形式構(gòu)成太陽跟那個電池光伏組件方陣。光伏方陣將太陽能通過光伏效應(yīng)轉(zhuǎn)換成直流電，光伏方陣的輸出電壓為直流72V，最大輸出功率根據(jù)不同基站配置會略有不同。經(jīng)過帶有太陽能最大功率點追蹤功能的充電控制器后轉(zhuǎn)化為符合通訊機房電池輸入要求的直流電。既可輸出到逆變器也可以輸出給電池充電。風(fēng)力發(fā)電機由風(fēng)輪將風(fēng)能通過空氣動力學(xué)原理轉(zhuǎn)換成機械能，驅(qū)動永磁同步發(fā)電機輸出與風(fēng)速成一定關(guān)系的交流電，發(fā)的交流電經(jīng)過充電控制器整流成符合通訊機房電池輸入要求的直流電，一部分供給電池，另外一部分供給逆變器。電池組由一系列2V/500Ah電池的串并聯(lián)構(gòu)成一個電池組，電池組的電壓為48V，容量依據(jù)負載情況而定。逆變器將輸入的直流電轉(zhuǎn)變成220V的交流電供開關(guān)電源和交流負載使用。直流負載為基站里面的直流供電的耗電設(shè)備，如BTS設(shè)備、BBU、RRU等。交流負載為基站里面的交流供電的耗電設(shè)備，如空調(diào)、風(fēng)機等輔助設(shè)備，該類型設(shè)備為基站正常工作提供環(huán)境保證。風(fēng)光互補獨立供電基站的供電原理如下
(I)當風(fēng)能和太陽能發(fā)電所提供的電能比較充足，超出了交、直流負載的耗電量時，充電控制器會將剩余部分電能根據(jù)電池電量狀態(tài)進行充放電控制。當電池處于滿電量狀態(tài)時，充電控制器只給逆變器充電；但電池電量不足時，充電控制器會利用剩余電量對電池組進行充電。⑵當風(fēng)能和太陽能發(fā)電所提供的電能不足時，充電控制器只給逆變器供電，逆變器輸入不足的部分由電池組提供。且逆變器會根據(jù)需要，對交流耗電設(shè)備進行開關(guān)機操作，保證開關(guān)電源的供電正常，最小化交流設(shè)備的耗電。⑶當風(fēng)能和太陽能所提供的電能嚴重不足時，充電控制器只給逆變器供電，逆變器輸入不足的部分由電池組提供。且由于風(fēng)能和太陽能的發(fā)電不足，逆變器將關(guān)閉交流負載，優(yōu)先保障通訊設(shè)備的供電正常，確保通訊暢通。⑷當風(fēng)能和太陽能說提供的電能不足，且電池電量嚴重不足時，逆變器會關(guān)閉輸出，先讓電池電量恢復(fù)到一定容量才會開啟輸出，使通訊設(shè)備重新工作起來。通訊基站風(fēng)光互補供電系統(tǒng)利用風(fēng)能、太陽能的互補特性，充分利用自然資源，可以晝夜發(fā)電，獲得穩(wěn)定的總電能輸出，提高了系統(tǒng)供電的持續(xù)性和穩(wěn)定性，能夠獨立在野外運行。但該方案由于投資成本大僅能適用野外島嶼、山區(qū)等地理條件特殊的基站，存在以下不足點，而不適合大規(guī)模應(yīng)用到占基站數(shù)量大多數(shù)的市區(qū)基站
⑴風(fēng)力發(fā)電機不適合安裝在建筑密集的市區(qū)環(huán)境，且電機屬于機械部件易老化損壞； ⑵該系統(tǒng)需要大容量的電池組，確保在極端天氣條件下系統(tǒng)仍可以穩(wěn)定運行；
⑶該系統(tǒng)中先將風(fēng)能、電能轉(zhuǎn)化成符合電池輸入的直流電送給逆變器，再由逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電供給開關(guān)電源和交流負載使用。這個過程中由于受到器件、電路效率的影響，系統(tǒng)的電源利用效率會大大的降低。風(fēng)光互補離網(wǎng)基站的供電受自然環(huán)境因素光能、風(fēng)能的影響較大，為系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行帶來了挑戰(zhàn)。在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在供電可靠性差、能量轉(zhuǎn)換效率低和成本高等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種光能與市電互補的太陽能基站供電系統(tǒng)，以實現(xiàn)供電可靠性好、能量轉(zhuǎn)換效率高和成本低的優(yōu)點。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種光能與市電互補的太陽能基站供電系統(tǒng)，包括配合工作的市電供電支路和光能供電支路，分別與所述市電供電支路和光能供電支路連接、且用于協(xié)調(diào)市電供電支路與光能供電支路進行工作的均衡器，以及分別與所述均衡器和光能供電支路連接、且用于遠程監(jiān)控的遠程無線監(jiān)控模塊。進一步地，所述市電供電支路，包括依次連接至所述均衡器的交流配電柜和開關(guān)電源，分別連接至所述交流配電柜的交流輸入模塊和油機輸入模塊，連接在光能供電支路與開關(guān)電源之間的電池組，連接在交流配電柜輸出端的交流負載，以及連接在均衡器輸出端的直流負載。進一步地，所述光能供電支路，包括依次連接至所述電池組的光伏組件和太陽能控制器；
所述太陽能控制器的第一輸出端連接至均衡器，第二輸出端通過通信總線連接至遠程無線監(jiān)控模塊；所述遠程無線監(jiān)控模塊的輸出端，通過通信總線連接至均衡器。進一步地，所述通信總線，包括RS482或RS232中的任意一種。進一步地，所述市電供電支路，還包括連接在所述太陽能控制器與電池組之間的充電電路。進一步地，在所述遠程無線監(jiān)控模塊與均衡器之間，還設(shè)有GPRS模塊或3G模塊。本發(fā)明各實施例的光能與市電互補的太陽能基站供電系統(tǒng)，由于包括配合工作的市電供電支路和光能供電支路，分別與市電供電支路和光能供電支路連接、且用于協(xié)調(diào)市電供電支路與光能供電支路進行工作的均衡器，以及分別與均衡器和光能供電支路連接、且用于遠程監(jiān)控的遠程無線監(jiān)控模塊；可以將均衡器串接在市電供電支路的輸出端和直流負載之間，用來動態(tài)調(diào)整市電供電支路的輸出和光能供電支路的輸出，確保為直流負載提供充足的電能，保證其穩(wěn)定工作；從而可以克服現(xiàn)有技術(shù)中供電可靠性差、能量轉(zhuǎn)換效率低和成本高的缺陷，以實現(xiàn)供電可靠性好、能量轉(zhuǎn)換效率高和成本低的優(yōu)點。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。


附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中
圖1為標準配置的移動通訊基站供電系統(tǒng)的工作原理示意 圖2為獨立運行的風(fēng)光互補的太陽能基站供電系統(tǒng)的工作原理示意 圖3為光能與市電互補的太陽能基站供電系統(tǒng)的工作原理示意 圖4為光能與市電互補的太陽能基站供電系統(tǒng)的電壓與功率曲線 圖5為光能與市電互補的太陽能基站供電系統(tǒng)中太陽能控制器的最大功率點追蹤流傳示意 圖6為光能與市電互補的太陽能基站供電系統(tǒng)中均衡器的輸入電能均衡流程示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應(yīng)當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。針對市區(qū)基站通常建在居民區(qū)房頂上，光照條件充足、且市電取得容易的情況；根據(jù)本發(fā)明實施例，如圖3-圖6所示，提供了一種光能與市電互補的太陽能基站供電系統(tǒng)。參見圖3，該光能與市電互補的太陽能基站供電系統(tǒng)，包括配合工作的市電供電支路和光能供電支路，分別與市電供電支路和光能供電支路連接、且用于協(xié)調(diào)市電供電支路與光能供電支路進行工作的均衡器，以及分別與均衡器和光能供電支路連接、且用于遠程監(jiān)控的遠程無線監(jiān)控模塊。在遠程無線監(jiān)控模塊與均衡器之間，還設(shè)有GPRS模塊或3G模塊。其中，市電供電支路，包括依次連接至均衡器的交流配電柜和開關(guān)電源，分別連接至交流配電柜的交流輸入模塊和油機輸入模塊，連接在光能供電支路與開關(guān)電源之間的電池組，連接在交流配電柜輸出端的交流負載，以及連接在均衡器輸出端的直流負載；還包括連接在太陽能控制器與電池組之間的充電電路。光能供電支路，包括依次連接至電池組的光伏組件和太陽能控制器；太陽能控制器的第一輸出端連接至均衡器，第二輸出端通過通信總線連接至遠程無線監(jiān)控模塊；遠程無線監(jiān)控模塊的輸出端，通過通信總線連接至均衡器。通信總線，包括RS482或RS232中的
任意一種。參見圖3-圖6，在本實施例的光能與市電互補的太陽能基站供電系統(tǒng)中，太陽能控制器通過太陽能最大功率追蹤功能，將輸入的光能最大化的轉(zhuǎn)換成電能輸出；太陽能控制器的輸出端，能夠分別輸出給電池組和均衡器，且可以通過檢測電池組的當前狀態(tài)對電池組進行不同模式的充電，也可以輸出給均衡器。均衡器串接在開關(guān)電源的輸出端和直流負載之間，用來動態(tài)調(diào)整開關(guān)電源的輸出和太陽能控制器的輸出，確保為直流負載提供充足的電能，保證其穩(wěn)定工作。在白天光照條件充足的時候，太陽能控制器通過最大功率追蹤點的算法，使得太陽能電池板(即光伏組件)工作在最大功率點附近，始終輸出最大電能；從而保證了電路的效率，通過實測的結(jié)果顯示，電路效率在98%以上，且直接供應(yīng)給直流負載和電源，最大效率的利用太陽能，降低市電的使用量，節(jié)省運營商的電費成本。在光伏組件發(fā)出的電量比較充足、且已經(jīng)滿足了直流負載的耗電需求的情況下，太陽能控制器會控制充電電路開啟，利用剩余電能對電池組充電，均衡器會將開關(guān)電源從均衡器上斷開來，直流負載的電能完全由太陽能控制器的輸出提供。當光伏輸出能量僅夠維持直流設(shè)備需時，太陽能輸出全部供給均衡器，不給電池組充電，均衡器控制開關(guān)電源柜開啟，由開關(guān)電源提供直流負載不足的部分電能。上述實施例的光能與市電互補的太陽能基站供電系統(tǒng)，具有以下特點
⑴采用市電光電互補的方案為城鎮(zhèn)基站供電，以市電輸入為主，太陽能發(fā)電為輔助手段。太陽能發(fā)電主要用于降低基站的市電使用量，降低運營商長期運營的成本。
⑵直接使用太陽能光伏組件輸出的直流電供給直流負載，交流負載仍然使用市電輸入，過意無需復(fù)雜的逆變器，電路轉(zhuǎn)換效率更高，提高了太陽能系統(tǒng)的光能整體利用率。⑶太陽能控制器在傳統(tǒng)太陽能控制器的擾動觀察法的基礎(chǔ)上增加了光伏組件開路電壓、短路電流測量功能，可以快速定位太陽能電池板的最大功率點，避免追蹤過程中的漂移。⑷均衡器可以根據(jù)輸入功率的不同，動態(tài)調(diào)整每路的輸入功率，保證直流負載工作在穩(wěn)定狀態(tài)。(5)太陽能控制器除具有最大功率追蹤功能外，還可以為電池組充電，且可以根據(jù)電池組的狀態(tài)智能的切換充電狀態(tài)，浮充、均充。(6)具有遠程實時監(jiān)控功能，可以將運行狀態(tài)和各重要參數(shù)通過無線的方式遠程傳輸?shù)椒?wù)器，并在服務(wù)器上生產(chǎn)各項報表和報警信息，為現(xiàn)代化的管理和運行維護提供了便利。(7)使用GPRS/3G作為遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖侄?，無需自行架設(shè)傳輸通道，使用方便、運營成本低，且可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸，可靠性高。在上述實施例的光能與市電互補的太陽能基站供電系統(tǒng)中，市電、光能互補基站供電提供，無需風(fēng)能、光能互補供電離網(wǎng)基站中使用的風(fēng)能發(fā)電機和大容量電池，無需逆變器，能源利用效率更高，一次性投入低；且該光能與市電互補的太陽能基站供電系統(tǒng)運行不受自然條件的制約，可保證通訊系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。在上述實施例的光能與市電互補的太陽能基站供電系統(tǒng)中，市電、光能互補供電基站的電能輸入還是以市電為主，太陽能發(fā)電為輔。只是利用太陽能發(fā)電替代了部分的市電輸入，由于太陽能系統(tǒng)中主要部件，光伏組件的壽命可以高達25年，而太陽能是取自大自然的自然資源，從而大大降低了運營商的用電成本。該光能與市電互補的太陽能基站供電系統(tǒng)，適合在占電信運營商基站總量絕大多數(shù)的城鎮(zhèn)基站中使用推廣，大大緩解運營商的節(jié)電壓力。最后應(yīng)說明的是以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光能與市電互補的太陽能基站供電系統(tǒng)，其特征在于，包括配合工作的市電供電支路和光能供電支路，分別與所述市電供電支路和光能供電支路連接、且用于協(xié)調(diào)市電供電支路與光能供電支路進行工作的均衡器，以及分別與所述均衡器和光能供電支路連接、且用于遠程監(jiān)控的遠程無線監(jiān)控模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光能與市電互補的太陽能基站供電系統(tǒng)，其特征在于，所述市電供電支路，包括依次連接至所述均衡器的交流配電柜和開關(guān)電源，分別連接至所述交流配電柜的交流輸入模塊和油機輸入模塊，連接在光能供電支路與開關(guān)電源之間的電池組，連接在交流配電柜輸出端的交流負載，以及連接在均衡器輸出端的直流負載。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光能與市電互補的太陽能基站供電系統(tǒng)，其特征在于，所述光能供電支路，包括依次連接至所述電池組的光伏組件和太陽能控制器； 所述太陽能控制器的第一輸出端連接至均衡器，第二輸出端通過通信總線連接至遠程無線監(jiān)控模塊；所述遠程無線監(jiān)控模塊的輸出端，通過通信總線連接至均衡器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光能與市電互補的太陽能基站供電系統(tǒng)，其特征在于，所述通信總線，包括RS482或RS232中的任意一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項所述的光能與市電互補的太陽能基站供電系統(tǒng)，其特征在于，所述市電供電支路，還包括連接在所述太陽能控制器與電池組之間的充電電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的光能與市電互補的太陽能基站供電系統(tǒng)，其特征在于，在所述遠程無線監(jiān)控模塊與均衡器之間，還設(shè)有GPRS模塊或3G模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光能與市電互補的太陽能基站供電系統(tǒng)，包括配合工作的市電供電支路和光能供電支路，分別與所述市電供電支路和光能供電支路連接、且用于協(xié)調(diào)市電供電支路與光能供電支路進行工作的均衡器，以及分別與所述均衡器和光能供電支路連接、且用于遠程監(jiān)控的遠程無線監(jiān)控模塊。本發(fā)明所述光能與市電互補的太陽能基站供電系統(tǒng)，可以克服現(xiàn)有技術(shù)中供電可靠性差、能量轉(zhuǎn)換效率低和成本高等缺陷，以實現(xiàn)供電可靠性好、能量轉(zhuǎn)換效率高和成本低的優(yōu)點。
文檔編號H02J7/35GK103023124SQ20121057573
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者鄭洪明, 周振華, 陳相, 鄭傳奇, 胡剛 申請人:無錫博歐節(jié)能科技有限公司