通信机房太阳能供电系统的设计

摘要：随着科学技术的不断发展，太阳能供电系统的技术有了比较大的发展，施工成本也降低了很多。在一些通信机房建设的过程中，会选择太阳能供电系统作为一种供电方法。基于此，文章对通信机房太阳能供电系统的设计措施进行了探讨。

关键词：通信机房；太阳能供电系统；设计措施

中图分类号：TP303 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）03-0019-03

1 工程简介

某通信机房位于广州市，在机房中共设置了四台UPS，额定功率分别为120kVA和80kVA，为了达到节能和最大化应急保证的目标，决定使用太阳能为其中一台UPS进行供电。太阳能的设备要放置在屋顶，要求在标准的日照条件下，五个小时内对UPS电池组完成充电。太阳能系统的安装方法为内部并网，并对太阳能电优先进行使用，在太阳能电池不足的情况下，自动跳转到市电工作，系统不再配备蓄电池组。

2 太阳能供电系统的意义和系统的特点

太阳能在所有的能源中是最稳定、最环保、最节能的一种能源，受到了社会、政府和用户的广泛关注，利用太阳能为居民、工业、通讯供电的方式将成为未来一个大的发展趋势。目前太阳能供电系统在别墅园林、高端房地产项目、无电地区、监控基站、通讯等方面都进行了推广应用。太阳能供电系统在研发和设计的过程中，会充分地对用电设备的用电特性进行分析和考虑，具有智能高效、经济实用、维护简单、使用寿命长、安全可靠等优点。一般情况下，太阳能电池的供电可靠度可以达到100%，可以充分适应各种气候条件，在设计的过程中，使用独到的数学模型进行设计，系统模型的配置非常合理，而且投资一次可以获得长期的经济效益，管理起来非常简单，运行费用非常低，主要设备的效能非常高，可以使用25年以上。

3 太阳能系统模块的构成

通信机房太阳能供电系统主要是由充放电模块、太阳能电池板、防雷击浪涌保护模块、降压稳压模块、逆变器、配电箱、太阳能光伏组件组成，可以提供280V/380V的所需电压。比较常用的太阳能供电系统有并网型太阳能供电系统和离网型太阳能供电系统，如图1所示。其中充放电模块是系统中非常重要的一个模块，对系统的电能输出起着一定的控制作用，可以根据太阳光照射的情况对蓄电池和太阳能供电进行互相切换，完成蓄电池的充电和过点保护，太阳能电池板会把照射到上面的太阳能辐射转化成系统的初始电能，这些电能可以在满足系统预设的基础上对蓄电池组进行充电。当和系统预设的条件不符合的时候，只可以对蓄电池进行充电。降压稳压模块主要是用来对系统的低电压输出进行控制，利用不同的参数得到不同的低压输出，考虑到大多数的太阳能供电系统都在户外，为了对整个系统的稳定性和安全性进行提升，防止系统的电路受到雷电的干扰，需要使用到防雷击浪涌模块来对系统进行保护。

图1 离网型太阳能供电系统和并网型太阳能供电系统

4 太阳能供电系统的电路设计

4.1 充放电控制线路的设计

此工程的充放电控制电路如图2所示，本项目使用20KWp的太阳能电池板，在电路中太阳能电池板输出端和电路中的a、b两端对接，太阳能系统电池的最大额定输出电压为17.7V，输出功率为11W，最大额定输出电流为755mA，在受到阳光照射的时候，提供出系统的初始电能，在电路中分压控制三极管Q2主要用来对电路中的D6、D5、R5、R7进行截止或导通，从而对继电器的吸合和开关进行控制，铅酸电池的参数为12V/7Ah，配置了R7和R5电阻，当阳光比较充足的时候，继电器会将触点吸合常开，系统在向外供电的同时对铅酸电池进行充电，在阳光不充足的时候，继电器会切换到常闭触点，然后由铅酸电池对系统进行供电。在充放电控制线路中，a、b两端的电压是太阳能电池板的输出电压，在太阳光照射强度不断的变化下，电压也会随着变化，经过试验得出，当a、b两端的电压在14.4V以下的时候，继电器的常闭触点的状态是吸合的，c端的电压持续保持在12.5V，也就是说在这个阶段中，是由铅酸蓄电池对外进行供电，系统只是对铅酸电池进行充电。当a、b端的电压在14.4V以上时，继电器常开触点的状态为吸合，c段的电压和a、b两端的电压相同，而且会随着光照射的强度的变化而变化，所以在这个阶段系统除了对铅酸电池进行充电以外，还会对外进行供电，在阳光照射强度逐渐降低的情况下，a、b两端的电压会在11.3V以下，继电器的触点会从常开状态转变成常闭状态，这个时候在铅酸电池对外供电的时候，系统会对铅酸系统进行充电，C端的电压持续保持在12.2V。

图2 充放电控制线路

4.2 稳压降压电路的设计

在设计此项目的稳压和降压电路的时候，当前级电路中的蓄电池组向后级电路中供电的时候，后级电路的电压为12.2V，在使用太阳能电池向后级电路进行供电的时候，供电电压为12.2～17.6V，当阳光照射强度出现变化时，电压也会随之产生变化，所以要使用LM2575-ADJ芯片安装到电路中，从而达到稳定前级输入电压的目的，电路中的元件参数配置图如图3所示，其中R17=2.1kΩ，R8=12.7kΩ，可以在OUT端输出非常稳定的电压。在对电路设计的时候，需要对单片机、放大器、传感器和一些专用的功能芯片进行考虑，使用的供电电压一般为3.4V、5.2V，所以需要使用一个单刀双掷开关和TPS73HD301PWP组成的电源管理电路进行连接，当需要使用3.4V、5.2V的电压时，可以将开关搬动，并和前级的降压稳压电路进行连接，从而得到稳定的3.4V、5.2V双输出电压，在不需要的时候，只需要将开关搬开就可以把其和前级电路的联系断开。

4.3 电路的防雷保护设计

由于太阳能供电系统主要在户外进行使用，所以雷电对电路的干扰是一个需要慎重考虑的问题，因此在对此项目的电路设计的过程中，决定使用防雷设施对电路进行保护，如图4所示。此防雷击浪涌使用防雷管和TVS管共同组成级保护线路，太阳能电池板的两输出端和电路的两端进行连接，当线路感应到比较大的能量信号的时候，可以利用线地间防雷保护功能将电压迅速释放，在释放电压的时候，产生的瞬态大电流会感应出电路中的尖峰电压，这时进行次级保护的TVS管可以对这个尖峰电压进行吸收，当有加大电流出现时，可以利用压敏电阻来对高阻值进行降压。

图4 防雷保护器

5 综合投资回报分析

从经济性的角度来看，使用太阳能进行发电，虽然在首次建设的过程中，需要增加太阳能设备和一些额外的投入，不过这部分投入所带来的隐性和显性的社会效益和经济效益是非常可观的，有非常多的好处和现实意义。现对综合投资回报作如下分析：（1）使用太阳能方法，只需要进行一次性投资即可，无后期的使用费用，日常维护费用非常低，管理非常方便，使用的时间越长，经济效益越明显；（2）在此工程项目中引入太阳能发电的产品和技术，得到了当地政府的宣传和重视，再结合企业的广告策划，可以得到良好的广告效应，极大地节省了广告费用；（3）太阳能发电有比较高的科技含量，可以更好地对用户单位的档次和品位进行提升，得到了社会的美誉；（4）太阳能供电系统的建设得到了国家政府的大力支持，如果运作得当，太阳能光伏系统的投入可以得到国家和地方政府的资金补贴；（5）符合未来的节能减排的发展趋势，积极响应了国家节能的号召，使用和国家政策相符合的节能技术产品，有着非常深远的政治意义。

6 结语

此太阳能供电系统在投入使用后，经过一段时间的使用和相关的测试数据进行验证，系统的设计和用户的预期目标是符合的，在阳光照射强度比较充足的情况下，此系统的稳压降压输出端可以稳定地对电压进行输出，在阳光照射不足的情况下，此系统可以使用备用的铅酸蓄电池组进行后级供电，同时这个系统有防雷击的功能，电路运行非常的可靠安全。

参考文献

[1] 范长城，王勇，植涌.基于太阳能电池板的直流

不间断电源设计[J].电源技术应用，2008，

（9）：26-28.

[2] 李艳浩，潘国锋，王银玉.基于单片机的电流故

障录波系统设计与实现[J].电子测量技术，

2010，（3）：72-74.

[3] 李兵.基于UC3906的免维护铅酸蓄电池智能充电

器的设计[J].机械工程师，2006，（11）：94-95.

[4] 沈建军，侯福平.太阳能光伏供电系统在通信行业

的应用探讨[J].电信技术，2009，（9）：143-144.

作者简介：潘伟雄（1963—），男，上海人，广州中海电信有限公司工程师，研究方向：通信机电。

图4 防雷保护器

5 综合投资回报分析

从经济性的角度来看，使用太阳能进行发电，虽然在首次建设的过程中，需要增加太阳能设备和一些额外的投入，不过这部分投入所带来的隐性和显性的社会效益和经济效益是非常可观的，有非常多的好处和现实意义。现对综合投资回报作如下分析：（1）使用太阳能方法，只需要进行一次性投资即可，无后期的使用费用，日常维护费用非常低，管理非常方便，使用的时间越长，经济效益越明显；（2）在此工程项目中引入太阳能发电的产品和技术，得到了当地政府的宣传和重视，再结合企业的广告策划，可以得到良好的广告效应，极大地节省了广告费用；（3）太阳能发电有比较高的科技含量，可以更好地对用户单位的档次和品位进行提升，得到了社会的美誉；（4）太阳能供电系统的建设得到了国家政府的大力支持，如果运作得当，太阳能光伏系统的投入可以得到国家和地方政府的资金补贴；（5）符合未来的节能减排的发展趋势，积极响应了国家节能的号召，使用和国家政策相符合的节能技术产品，有着非常深远的政治意义。

6 结语

此太阳能供电系统在投入使用后，经过一段时间的使用和相关的测试数据进行验证，系统的设计和用户的预期目标是符合的，在阳光照射强度比较充足的情况下，此系统的稳压降压输出端可以稳定地对电压进行输出，在阳光照射不足的情况下，此系统可以使用备用的铅酸蓄电池组进行后级供电，同时这个系统有防雷击的功能，电路运行非常的可靠安全。

参考文献

[1] 范长城，王勇，植涌.基于太阳能电池板的直流

不间断电源设计[J].电源技术应用，2008，

（9）：26-28.

[2] 李艳浩，潘国锋，王银玉.基于单片机的电流故

障录波系统设计与实现[J].电子测量技术，

2010，（3）：72-74.

[3] 李兵.基于UC3906的免维护铅酸蓄电池智能充电

器的设计[J].机械工程师，2006，（11）：94-95.

[4] 沈建军，侯福平.太阳能光伏供电系统在通信行业

的应用探讨[J].电信技术，2009，（9）：143-144.

作者简介：潘伟雄（1963—），男，上海人，广州中海电信有限公司工程师，研究方向：通信机电。

图4 防雷保护器

5 综合投资回报分析

从经济性的角度来看，使用太阳能进行发电，虽然在首次建设的过程中，需要增加太阳能设备和一些额外的投入，不过这部分投入所带来的隐性和显性的社会效益和经济效益是非常可观的，有非常多的好处和现实意义。现对综合投资回报作如下分析：（1）使用太阳能方法，只需要进行一次性投资即可，无后期的使用费用，日常维护费用非常低，管理非常方便，使用的时间越长，经济效益越明显；（2）在此工程项目中引入太阳能发电的产品和技术，得到了当地政府的宣传和重视，再结合企业的广告策划，可以得到良好的广告效应，极大地节省了广告费用；（3）太阳能发电有比较高的科技含量，可以更好地对用户单位的档次和品位进行提升，得到了社会的美誉；（4）太阳能供电系统的建设得到了国家政府的大力支持，如果运作得当，太阳能光伏系统的投入可以得到国家和地方政府的资金补贴；（5）符合未来的节能减排的发展趋势，积极响应了国家节能的号召，使用和国家政策相符合的节能技术产品，有着非常深远的政治意义。

6 结语

此太阳能供电系统在投入使用后，经过一段时间的使用和相关的测试数据进行验证，系统的设计和用户的预期目标是符合的，在阳光照射强度比较充足的情况下，此系统的稳压降压输出端可以稳定地对电压进行输出，在阳光照射不足的情况下，此系统可以使用备用的铅酸蓄电池组进行后级供电，同时这个系统有防雷击的功能，电路运行非常的可靠安全。

参考文献

[1] 范长城，王勇，植涌.基于太阳能电池板的直流

不间断电源设计[J].电源技术应用，2008，

（9）：26-28.

[2] 李艳浩，潘国锋，王银玉.基于单片机的电流故

障录波系统设计与实现[J].电子测量技术，

2010，（3）：72-74.

[3] 李兵.基于UC3906的免维护铅酸蓄电池智能充电

器的设计[J].机械工程师，2006，（11）：94-95.

[4] 沈建军，侯福平.太阳能光伏供电系统在通信行业

的应用探讨[J].电信技术，2009，（9）：143-144.

作者简介：潘伟雄（1963—），男，上海人，广州中海电信有限公司工程师，研究方向：通信机电。