根據有關資料顯示，中國是單位GDP能耗最高的國家之一。2007年8月，國資委對157家中央企業提出了節能減排的新目標。按照國資委要求，到“十一五”末期，電信央企要確保完成單位增加值能耗降低20%，主要污染物排放量減少10%的目標。為完成國資委的要求，國內各大運營商提出了各自的節能減排目標。中國移動提出2010年單位業務量耗電量比2005年下降40%；中國電信也提出綠色運營、綠色采購、綠色產品的“三綠”概念，明確要求單位改造項目節電率不低于10%。

      從發展低碳經濟角度來看，未來的必然選擇是建立“綠色通信”，而中央通信企業早已迅速開始了綠色通信行動，將“綠色”融入整體戰略中。因此，利用太陽能作為供電方式的基站電源系統面臨著極好的發展機遇。
      為了實現國家倡導的節能減排目標，河南省南陽

      移動通過基站改造試點工作，理解并掌握了光電互補電源系統的技術適應性、實施的方式和方法，通過較小的投入和風險，獲得了較大的減排收益。

     2 通信基站光電互補電源系統的應用前景

      隨著我國經濟建設的持續穩定發展以及通信技術的進步，無論是移動通信、微波、廣播和電視轉發，還是衛星通信，都各自在全國建立了一定數量的通信基站，分別形成了一個覆蓋全國的通信網絡。目前，通信基站的建設已從最初期的城市內建設向城鎮鄉村發展，在未來的幾年，還將更多地向不發達的西部地區、偏遠山區發展。這些地區基礎設施條件差、供電質量低，一般采用農電、小水電供電。此外，由于通信基站分布面廣，維護工作量大，且不易到達，為滿足這種特殊需要，太陽能光伏發電與市電相結合就成為這些通信基站供電的最佳選擇。光電互補電源系統在通信基站供電領域有著廣泛的應用前景。

       以河南省南陽移動城鄉接合部的大井基站為例，其在2010年某一個月內交流停電次數高達9次，持續時間達439.8分鐘，市電其他異常次數也達到9次，屬于市電質量較差地區，時有掉站情況發生。大井基站距離市區很遠，建站位置處于大面積農田之中，工程人員維護困難，尤其在陰雨天時道路泥濘，車輛無法通行，更增加了維護難度，基站運行可靠性受到嚴重制約。

      在這種市電不穩定地區實施光電互補系統改造方案，可以順利達成國家下達的節能減排目標，同時有效提高基站供電系統的可靠性。

     3 MPPT型光電互補系統工作原理

      MPPT型光電互補系統由模塊化的供電單元和相關配電組成，其太陽能最大功率跟蹤（MPPT）模塊（簡稱光模塊）和接入市電的整流模塊（簡稱電模塊）的輸出都并聯在系統直流母排上，蓄電池組、負載也并聯在直流母排上。光模塊和電模塊共同為蓄電池組和負載提供電能，其中系統默認光模塊優先輸出電能，即白天有太陽能時光模塊優先發電提供負載和電池。當光強足夠時可由光模塊獨立支撐負載和電池，并維持系統穩壓輸出；當光強不夠時由電模塊補充。

      光模塊優先供電主要是通過在光電互補系統的監控單元中設定不同的輸出電壓來實現。由于光伏板具有防反二極管，太陽能MPPT模塊具有防反灌電路，高頻開關電源整流模塊具有反向逆止二極管，使得兩者的輸出電壓即使不相等也不會形成環流，損壞設備。

      由于不同的使用環境對基站電源系統節能的要求不盡相同，本光電互補系統可分為“節能”和“穩定”兩種節能工作模式。

      若對系統節能率期望較高，一般設置為“節能”模式，白天太陽能提供負載之余還給電池充電，晚上則主要依靠電池提供負載；下一個白天繼續利用太陽能給電池充電和提供負載，只有在太陽能或電池不足的情況下才啟用電模塊。此方案可以最大限度使用太陽能，但對蓄電池循環充放電的要求較高，一般可在新建基站中推廣應用。

      對于將原有的電源系統改造為光電互補系統的情況，一般對改造前后的系統穩定性期望較高，不希望原有系統的輸出電壓設置有較大變化；另外，原有電源系統的蓄電池一般不適用長期循環充放電，因此系統可以選擇“穩定”模式工作。在此模式下，白天由光模塊和電模塊共同提供負載和電池，晚上由電模塊單獨提供能量，電池僅用作保護備電以防止交流停電導致的掉站事故，系統輸出電壓持續穩定。此次改造的光電混合系統的節能模式為“穩定”模式。

     4 南陽移動光電互補系統改造方案

      4.1系統改造要求

       （1）可節能

     太陽能優先供電，市電作為補充，光電互補系統的電池管理采用統一方案，實現一體化控制。

     系統節能數據可檢測、可上傳、可匯報、可核實，系統統計數據完整可靠。

      （3） 可維護

     系統故障率低，可在線維護。

     （4） 可擴容

     可根據負載容量的增減靈活擴容，并且可實現在線擴容。

       （5）系統安全

      系統改造過程不掉站，無需割接，改造后系統運行安全可靠。

          4.2系統改造內容

       在監控網絡拓撲中，原基站電源內部監控單元為了兼容光模塊也需要進行改造，主要體現在一體化電池管理和一體化通信方面。由于監控單元支持在線升級，因此可以在線維護，無改造風險。監控改造主要包括以下內容：
　　 ⑴　系統監控單元自動識別模塊類型，將光模塊與電模塊融合到監控的統一管理序列中；
　　 ⑵　太陽能優先供電，保證最大化利用太陽能，采用“穩定”和“節能”兩種工作方式滿足不同需求；
　　 ⑶　統一的電池均浮充管理，保證多能源輸入對電池管理的一致性；
 　　⑷　基站節能數據的采集及上傳，滿足統計需求。

       4.3系統可靠性

      光電互補電源系統改造后的運行可靠性包括：

      支持在線改造，無需割接，無改造風險；

      光電互補一體化電源系統，提高市電不穩定地區的系統供電可靠性；

      與原開關電源系統完全兼容，保證系統改造前后持續運行可靠；

      光電互補電源系統電池統一管理，保證電池均浮充管理一致；

      模塊化熱插拔設計大大降低系統故障處理時間，提高系統可用性。

      光電互補系統節能效果及穩定性分析

    改造后的MPPT型光電互補電源系統試運行近一個月后，從監控單元采集到系統太陽能發電量及發電分布如圖4所示。

      系統太陽能發電量

     系統運行期間，市電總發電量為466度，由此可計算出英南基站在測試期間的節能率為：太陽能總發電量 / (市電總發電量+太陽能總發電量) = 25.0％。

     試點基站在測試時間內交流停電情況較為嚴重，共出現了9次交流停電且均發生在白天，停電總時間為439.8分鐘，系統電池放電量為5.1Ah。測試期間基站運行正常，沒有出現掉站事故。

      對于沒有光伏輸入的純電系統來說，交流停電后電池獨立支撐負載持續放電，對電池容量影響很大；而對于光電混合系統來說，白天交流停電后還有太陽能來支撐負載，明顯減小了電池放電時間和放電量。根據監控統計數據可知總交流停電時間為439.8ms，負載平均電流為19A，若為純電系統則電池總放電量應為139.27Ah；而實際上光電互補系統的電池放電量僅為5.1Ah，即光伏板承擔了134.17Ah的放電量，光伏發電所占比例達96.3％。此時光伏板的發電量可以提供大部分負載，顯著減小了電池放電量，增加了系統備電時間，有效保證了基站供電系統的穩定性。交流停電時光電互補系統與純電系統在維持電池容量的效果。

        南陽移動光電互補系統改造價值
       光電互補系統的太陽能部分采用MPPT工作方式，對太陽能的利用率持續高效，并且系統無論采用“節能”模式還是“穩定”模式，太陽能部分始終優先供電，只有在光強不足時才由市電補充，可輕易達到節能減排的目的。

 　在系統運行周期內可節省一筆用電費用，同時順利完成節能減排目標

     以目前的系統配置，白天太陽能平均可承擔一半負載，預計系統年節電量在2596度左右，按照商業用電價計算每年一個基站可節約近3000元。

      每節約1度市電量，除了節省1度的電費之外，還意味著節約近0.4kg標準煤、減少0.272kg炭粉塵排放、節約近4L凈水、減少近0.785kg二氧化碳排放[2]。據此，南陽改造基站一年可減排2038kg二氧化碳以及706kg炭粉塵，順利完成減排目標。

      ⑶　有效降低因市電停電帶來的維護成本

      白天在市電停電情況下可由太陽能供電，大大減少了應急發電次數，有效降低了基站的掉站率和維護成本。

       ⑷　延長蓄電池使用壽命

       相對于原純電系統，光電互補系統在選擇“穩定”模式時，由于系統輸出電壓與前者基本無異，但增加了白天太陽能輸入，因此能有效減少電池放電次數和放電深度；在選擇“節能”模式時，電池放電次數和放電深度均有所提高，可采用太陽能專用循環充放電型電池，以期達到理想的使用效果。

       若與純光電源系統相比，無論選擇“穩定”或“節能”模式時，由于有了電模塊作為補充，電池放電次數及放電深度均大為降低，電池使用壽命得到明顯提高。