硅太阳能电池电源系统在通信与广播电视中的实现

 

　　太阳能电池又称光伏电池，是一种能有效地吸收太阳辐射能，并使之转变成电能的半导体器件。它可单独地作为光探测元件，例如在照像机中使用，主要是经过串联和并联，以获得所需的电压及电流来作为供电电源使用。太阳电池的外观就如一张薄的卡片或一片薄的玻璃片一样，与普通电池外观不同，它自身也不能储存电能，即没以有光时就不发电，如果晚上要用它，就要与蓄电池配合使用。太阳能光伏发电，可视为迄今为止美妙、长寿和可靠的发电技术。与太阳能发电相比，它另涉及半导体器件，既无运动部件，又无流动工质，因此，避免了机械维修和工质腐蚀的问题，是可再生能源和可持续发展的可靠能源。

　　硅太阳电池的发展，始于1954年在，美国贝尔研究所试制成功，次年便被用做电信装置的电源，1958年又被美国首次应用和于"先锋1号"人造卫星。宇宙开发极大地促进了太阳电池的开发。与此同时，地面用太阳电池的研究也在不断开展，特别是1973年的能源危机，又大大加速了地面太阳电池的发展。许多国家为开发、利用太阳能电池，为阳光发电的研究投入了相当数量的资金。迄今为止翱翔于太空的成千个飞行器中，大多数都配备了太阳能电池系统。颗人造卫星上天，是光伏技术开发利用的起点，经过近五十年的发展，它已形成一门新的光伏科学与光伏工程。无论是在宇宙飞行中的应用，还是作为地面发电系统的应用，从开发速度、技术成熟性和应用领域来看，光伏技术都是新能源中的佼佼者。 光伏发电具有许多优点：如：安全可靠、无噪声、无污染、能量随处可得，不受地域限制，无须消耗燃料，无机械转动部件，故障率低，维护简便，可以无人值守，建站周期短，规模大小随意，无须架输电线路，可以方便地与建筑物相结合等，这些优点都是其它发电方式所不及的。

　　用硅太阳能电池电源系统作为通信和广播电视供电电源具有许多优点，主要可归纳为10个方面：

　　（1）使用方便，有利于扩大通信和广播电视的覆盖范围

　　随着国民经济的迅速发展，边远地区迫切需要与外界建立迅速而连续的通信联系，并且需要接收广播电视节目。这些地区多数都远离市电，即使在电网密集的美国，仍然有10%~20%的微波中继站不靠近市电。而在发展中国家，则有高达一半以上的微波中继站不能使用市电，即使少数能够使用市电的地方，也大多不能保证24小时连续供电，这显然影响了通信及广播电视事业的发展。而硅太阳能电池电源系统利用地球表面无所不在的光能，基本不受地域限制，可为用电设备提供绿色电能，从而解决了这一矛盾，极大的推动了通讯网的建设。

　　（2）提高通信联系的可靠性

　　在无市电的地区，如果采用柴油发电机组和整流器及浮充蓄电池联合供电，MTBF达到5000h,一般仅为2000~3000h.若采用风力发电机和浮充蓄电池组联合供电，受自然条件的影响，可靠性更差。据有关资料报道，目前高质量的低功耗微波收发信机MTBF已达30万小时以上，普通微波收发信机MTBF也已达15万小时以上。据统计，微波中继站70%以上的故障来自电源设备。而国外的有关资料报道，硅太阳能电池电源系统的MTBF已超过10万小时，目前从我国正运行的较早期建设的通信用硅太阳能电池电源系统情况来看，其MTBF已超过11万小时，且检测数据表明运行情况良好，还可以长时间无故障运行，可见其可靠性与微波收发信机不相上下。

　　（3）节省输电线路的建设投资

　　目前输电线路架设费用日趋提高，尤其在山区，其费用高出平原地区50%甚至1倍以上。我国边远山区输电线路的建设费用需5~6万元/km（若考虑辅助公路的建设费用，投资更大）。若改为埋设电缆供电，投资还将加倍，并且需要经常性的人工维护。采用硅太阳能电池电源系统供电就可免去这些费用，大大节省投资。

　　（4）避免把雷电引入站区

　　山区雷电较多，尽管天线铁塔、机房均装有较好的避雷装置，但电力输电线路常常会把雷电引入站区，使设备遭受雷击。采用硅太阳能电池电源系统供电可避免此类问题。，因为硅太阳能电池电源系统对外无引线，不会将站外雷电引入；第二，因为硅太阳能电池电源系统的支架、边框和接地网等本身已是防雷系统，能有效地消除雷击隐患。这即为何国内许多水电站虽然电力资源丰富，但考虑到通信系统的安全性，还是采用硅太阳能电池电源系统作为通信和广播电视系统的电源。

　　（5）可以少建中继站并降低天线塔的高度

　　由太阳能电池电源系统供电的微波中继站，站址不受供电条件、山高和道路的限制，可以按照电磁传播的特点来选取站址，减少中继站的建设数目。同时，可降低天线铁塔的高度。天线铁塔的建设费用几乎与其高度的平方成正比，从而又大大节省了投资。

　　（6）对通信广播设备不产生交流干扰

　　太阳能电池组件可以用适当的串并联方式组合成所需电压及电流的太阳能电池方阵，通过太阳能电池放电控制器直接给蓄电池充电，以满足电信设备的功率要求，不需要交流供电的整流变换设备，也没有电力线路引入的外部噪声，因此不会对设备产生交流干扰。

　　（7）不需要建设公路，保护自然景观

　　靠硅太阳能电池电源系统供电的微波中继站，使用过程中不需要供应燃料，建站时可以由人背负设备上山或用直升飞机运输，无需专门修筑公路，同时保护了自然景观，这在风景区是十分重要的。

　　（8）建设周期短，系统可搬迁

　　一般微波中继站要求把大型抛物面天线架在铁塔上，并建造混凝土结构的机房，故建设周期长，不易搬迁。

　　低功耗微波中继设备体积小、重量轻、工作环境温度范围较大。若采用太阳能电池电源系统，就可用简单的组装式机房代替混凝土结构的机房，甚至可以利用铁塔中间的空隙建造简易的铁皮机房。太阳能电池方阵可架设在机房顶上，或利用铁塔架设。天线铁塔高度降低后，可采用简易构件式结构，在2~3天内即可建成。整个中继站系统建成时间短，建成后可以搬迁，具有较大的灵活性。

　　（9）无污染，运行费用低

　　太阳能电池电源系统无燃料消耗、无运动磨损部件、无污染、无噪声，系统运行仅靠取之不尽、用之不竭的太阳能资源，故而运行费用大大降低。据国内有关电信部门统计结果表明，油机电源站运行4年的费用即可购置一套硅太阳能电池电源系统并运行30年。

　　（10）系统维护简单，可以无人值守

　　硅太阳能电池电源系统维护量极小，每年仅需对蓄电池做少量维护（若采用免维护蓄电池可免去此项工作），灰尘大、干旱的地方，不定期地清洁太阳能电池组件的采光面，去除组件表面的灰尘即可。系统充放电控制、给设备供电均自动进行，因此完全可以做到无人值守，尤其适用于环境恶劣的台站。

　　正因为硅太阳能电池电源系统具有如上一些优点，所以近年来已逐步在通信和广播电视领域中得到推广应用，并有着广阔的发展前景。