硅太陽能電池電源系統在通信與廣播電視中的應用

Applications of Silicon Solar Energy Photovoltaic Power Supply System for

Telecommnunication,Broadcasting and TV

云南半導體器件廠

硅太陽能電池電源系統在通信與廣播電視中的應用

Applications of Silicon Solar Energy Photovoltaic Power Supply System for

Telecommnunication,Broadcasting and TV

　　當今，保護人類生活環境是當務之急的事情。太陽能是取之不盡、用之不竭的綠色能源，充分利用太陽能資源極其有利于環境的改善。太陽能電池是一種將太陽能直接轉化成電能的半導體器件。近50年來，太陽能電池的研究與應用無論在效率的提高、成本的降低、工藝的改進、應用范圍的擴大、新材料的采用等方面都得到了迅速的發展。單晶硅、多晶硅等常規硅太陽能電池已形成大規模工業化生產。

　　在科學技術飛速發展的近20多年來，硅太陽能電池的應用領域已逐漸由空間擴大到地面，由軍用擴大到民用，廣泛地應用于通信、廣播電視、電力、家用電器、氣象、地質、石油、鐵路、航空、交通、農牧業等領域。特別是在通信和廣播電視領域中，硅太陽能電池電源系統以獨特的優勢正逐步取代一些傳統的電源設備，在常規電源系統中所占的比例已逐年擴大。

　　用硅太陽能電池電源系統作為通信和廣播電視供電電源具有許多優點，主要可歸納為10個方面：

　　（1）使用方便，有利于擴大通信和廣播電視的覆蓋范圍

　　隨著國民經濟的迅速發展，邊遠地區迫切需要與外界建立迅速而連續的通信聯系，并且需要接收廣播電視節目。這些地區多數都遠離市電，即使在電網密集的美國，仍然有10％～20％的微波中繼站不靠近市電。而在發展中國家，則有高達一半以上的微波中繼站不能使用市電，即使少數能夠使用市電的地方，也大多不能保證24小時連續供電，這顯然影響了通信及廣播電視事業的發展。而硅太陽能電池電源系統利用地球表面無所不在的光能，基本不受地域限制，可為用電設備提供綠色電能，從而解決了這一矛盾，極大的推動了通訊網的建設。

　　（2）提高通信聯系的可靠性

　　在無市電的地區，如果采用柴油發電機組和整流器及浮充蓄電池聯合供電，MTBF最高達到5000h，一般僅為2000～3000h。若采用風力發電機和浮充蓄電池組聯合供電，受自然條件的影響，可靠性更差。據有關資料報道，目前高質量的低功耗微波收發信機MTBF已達30萬小時以上，普通微波收發信機MTBF也已達15萬小時以上。據統計，微波中繼站70％以上的故障來自電源設備。而國外的有關資料報道，硅太陽能電池電源系統的MTBF已超過10萬小時，目前從我國正運行的較早期建設的通信用硅太陽能電池電源系統情況來看，其MTBF已超過11萬小時，且檢測數據表明運行情況良好，還可以長時間無故障運行，可見其可靠性與微波收發信機不相上下。

　　（3）節省輸電線路的建設投資

　　目前輸電線路架設費用日趨提高，尤其在山區，其費用高出平原地區50％甚至1倍以上。我國邊遠山區輸電線路的建設費用需5～6萬元/km（若考慮輔助公路的建設費用，投資更大）。若改為埋設電纜供電，投資還將加倍，并且需要經常性的人工維護。采用硅太陽能電池電源系統供電就可免去這些費用，大大節省投資。

　　（4）避免把雷電引入站區

　　山區雷電較多，盡管天線鐵塔、機房均裝有較好的避雷裝置，但電力輸電線路常常會把雷電引入站區，使設備遭受雷擊。采用硅太陽能電池電源系統供電可避免此類問題。第一，因為硅太陽能電池電源系統對外無引線，不會將站外雷電引入；第二，因為硅太陽能電池電源系統的支架、邊框和接地網等本身已是防雷系統，能有效地消除雷擊隱患。這即為何國內許多水電站雖然電力資源豐富，但考慮到通信系統的安全性，還是采用硅太陽能電池電源系統作為通信和廣播電視系統的電源。

　　（5）可以少建中繼站并降低天線塔的高度

　　由太陽能電池電源系統供電的微波中繼站，站址

不受供電條件、山高和道路的限制，可以按照電磁傳播的特點來選取最佳站址，減少中繼站的建設數目。同時，可降低天線鐵塔的高度。天線鐵塔的建設費用幾乎與其高度的平方成正比，從而又大大節省了投資。

　　（6）對通信廣播設備不產生交流干擾

　　太陽能電池組件可以用適當的串并聯方式組合成所需電壓及電流的太陽能電池方陣，通過太陽能電池放電控制器直接給蓄電池充電，以滿足電信設備的功率要求，不需要交流供電的整流變換設備，也沒有電力線路引入的外部噪聲，因此不會對設備產生交流干擾。

　　（7）不需要建設公路，保護自然景觀

　　靠硅太陽能電池電源系統供電的微波中繼站，使用過程中不需要供應燃料，建站時可以由人背負設備上山或用直升飛機運輸，無需專門修筑公路，同時保護了自然景觀，這在風景區是十分重要的。

　　（8）建設周期短，系統可搬遷

　　一般微波中繼站要求把大型拋物面天線架在鐵塔上，并建造混凝土結構的機房，故建設周期長，不易搬遷。

　　低功耗微波中繼設備體積小、重量輕、工作環境溫度范圍較大。若采用太陽能電池電源系統，就可用簡單的組裝式機房代替混凝土結構的機房，甚至可以利用鐵塔中間的空隙建造簡易的鐵皮機房。太陽能電池方陣可架設在機房頂上，或利用鐵塔架設。天線鐵塔高度降低后，可采用簡易構件式結構，在2～3天內即可建成。整個中繼站系統建成時間短，建成后可以搬遷，具有較大的靈活性。

　　（9）無污染，運行費用低

　　太陽能電池電源系統無燃料消耗、無運動磨損部件、無污染、無噪聲，系統運行僅靠取之不盡、用之不竭的太陽能資源，故而運行費用大大降低。據國內有關電信部門統計結果表明，油機電源站運行4年的費用即可購置一套硅太陽能電池電源系統并運行30年。

　　（10）系統維護簡單，可以無人值守

　　硅太陽能電池電源系統維護量極小，每年僅需對蓄電池做少量維護（若采用免維護蓄電池可免去此項工作），灰塵大、干旱的地方，不定期地清潔太陽能電池組件的采光面，去除組件表面的灰塵即可。系統充放電控制、給設備供電均自動進行，因此完全可以做到無人值守，尤其適用于環境惡劣的臺站。

　　正因為硅太陽能電池電源系統具有如上一些優點，所以近年來已逐步在通信和廣播電視領域中得到推廣應用，并有著廣闊的發展前景。

　　當今，保護人類生活環境是當務之急的事情。太陽能是取之不盡、用之不竭的綠色能源，充分利用太陽能資源極其有利于環境的改善。太陽能電池是一種將太陽能直接轉化成電能的半導體器件。近50年來，太陽能電池的研究與應用無論在效率的提高、成本的降低、工藝的改進、應用范圍的擴大、新材料的采用等方面都得到了迅速的發展。單晶硅、多晶硅等常規硅太陽能電池已形成大規模工業化生產。

　　在科學技術飛速發展的近20多年來，硅太陽能電池的應用領域已逐漸由空間擴大到地面，由軍用擴大到民用，廣泛地應用于通信、廣播電視、電力、家用電器、氣象、地質、石油、鐵路、航空、交通、農牧業等領域。特別是在通信和廣播電視領域中，硅太陽能電池電源系統以獨特的優勢正逐步取代一些傳統的電源設備，在常規電源系統中所占的比例已逐年擴大。

　　用硅太陽能電池電源系統作為通信和廣播電視供電電源具有許多優點，主要可歸納為10個方面：

　　（1）使用方便，有利于擴大通信和廣播電視的覆蓋范圍

　　隨著國民經濟的迅速發展，邊遠地區迫切需要與外界建立迅速而連續的通信聯系，并且需要接收廣播電視節目。這些地區多數都遠離市電，即使在電網密集的美國，仍然有10％～20％的微波中繼站不靠近市電。而在發展中國家，則有高達一半以上的微波中繼站不能使用市電，即使少數能夠使用市電的地方，也大多不能保證24小時連續供電，這顯然影響了通信及廣播電視事業的發展。而硅太陽能電池電源系統利用地球表面無所不在的光能，基本不受地域限制，可為用電設備提供綠色電能，從而解決了這一矛盾，極大的推動了通訊網的建設。

　　（2）提高通信聯系的可靠性

　　在無市電的地區，如果采用柴油發電機組和整流器及浮充蓄電池聯合供電，MTBF最高達到5000h，一般僅為2000～3000h。若采用風力發電機和浮充蓄電池組聯合供電，受自然條件的影響，可靠性更差。據有關資料報道，目前高質量的低功耗微波收發信機MTBF已達30萬小時以上，普通微波收發信機MTBF也已達15萬小時以上。據統計，微波中繼站70％以上的故障來自電源設備。而國外的有關資料報道，硅太陽能電池電源系統的MTBF已超過10萬小時，目前從我國正運行的較早期建設的通信用硅太陽能電池電源系統情況來看，其MTBF已超過11萬小時，且檢測數據表明運行情況良好，還可以長時間無故障運行，可見其可靠性與微波收發信機不相上下。

　　（3）節省輸電線路的建設投資

　　目前輸電線路架設費用日趨提高，尤其在山區，其費用高出平原地區50％甚至1倍以上。我國邊遠山區輸電線路的建設費用需5～6萬元/km（若考慮輔助公路的建設費用，投資更大）。若改為埋設電纜供電，投資還將加倍，并且需要經常性的人工維護。采用硅太陽能電池電源系統供電就可免去這些費用，大大節省投資。

　　（4）避免把雷電引入站區

　　山區雷電較多，盡管天線鐵塔、機房均裝有較好的避雷裝置，但電力輸電線路常常會把雷電引入站區，使設備遭受雷擊。采用硅太陽能電池電源系統供電可避免此類問題。第一，因為硅太陽能電池電源系統對外無引線，不會將站外雷電引入；第二，因為硅太陽能電池電源系統的支架、邊框和接地網等本身已是防雷系統，能有效地消除雷擊隱患。這即為何國內許多水電站雖然電力資源豐富，但考慮到通信系統的安全性，還是采用硅太陽能電池電源系統作為通信和廣播電視系統的電源。

　　（5）可以少建中繼站并降低天線塔的高度

　　由太陽能電池電源系統供電的微波中繼站，站址

不受供電條件、山高和道路的限制，可以按照電磁傳播的特點來選取最佳站址，減少中繼站的建設數目。同時，可降低天線鐵塔的高度。天線鐵塔的建設費用幾乎與其高度的平方成正比，從而又大大節省了投資。

　　（6）對通信廣播設備不產生交流干擾

　　太陽能電池組件可以用適當的串并聯方式組合成所需電壓及電流的太陽能電池方陣，通過太陽能電池放電控制器直接給蓄電池充電，以滿足電信設備的功率要求，不需要交流供電的整流變換設備，也沒有電力線路引入的外部噪聲，因此不會對設備產生交流干擾。

　　（7）不需要建設公路，保護自然景觀

　　靠硅太陽能電池電源系統供電的微波中繼站，使用過程中不需要供應燃料，建站時可以由人背負設備上山或用直升飛機運輸，無需專門修筑公路，同時保護了自然景觀，這在風景區是十分重要的。

　　（8）建設周期短，系統可搬遷

　　一般微波中繼站要求把大型拋物面天線架在鐵塔上，并建造混凝土結構的機房，故建設周期長，不易搬遷。

　　低功耗微波中繼設備體積小、重量輕、工作環境溫度范圍較大。若采用太陽能電池電源系統，就可用簡單的組裝式機房代替混凝土結構的機房，甚至可以利用鐵塔中間的空隙建造簡易的鐵皮機房。太陽能電池方陣可架設在機房頂上，或利用鐵塔架設。天線鐵塔高度降低后，可采用簡易構件式結構，在2～3天內即可建成。整個中繼站系統建成時間短，建成后可以搬遷，具有較大的靈活性。

　　（9）無污染，運行費用低

　　太陽能電池電源系統無燃料消耗、無運動磨損部件、無污染、無噪聲，系統運行僅靠取之不盡、用之不竭的太陽能資源，故而運行費用大大降低。據國內有關電信部門統計結果表明，油機電源站運行4年的費用即可購置一套硅太陽能電池電源系統并運行30年。

　　（10）系統維護簡單，可以無人值守

　　硅太陽能電池電源系統維護量極小，每年僅需對蓄電池做少量維護（若采用免維護蓄電池可免去此項工作），灰塵大、干旱的地方，不定期地清潔太陽能電池組件的采光面，去除組件表面的灰塵即可。系統充放電控制、給設備供電均自動進行，因此完全可以做到無人值守，尤其適用于環境惡劣的臺站。

　　正因為硅太陽能電池電源系統具有如上一些優點，所以近年來已逐步在通信和廣播電視領域中得到推廣應用，并有著廣闊的發展前景。