新能源解决海岛5G通信基站供电问题研究

卢世雄

（广东省电信规划设计院有限公司，广东 广州 510630）

随着5G大规模应用普及，5G基站的覆盖场景也不断拓展，一方面由于5G网络采用了毫米波技术，相比4G网络具备更高的频率，因此5G信号相对于4G信号的覆盖能力更弱、覆盖距离更短；另一方面许多海岛的电力供应长能处于缺电或无电状态，且引电成本及电价长期居高不下，如何实现低成本引电和用电成为制约海岛5G基站建设的主要的阻碍，使得5G海岛基站的建设长期滞后，无法满足海域航线、海岛对5G覆盖的需求。探索通过新能源方案解决海岛5G通信基站供电，有效降低5G基站建设的CAPEX及OPEX，具有重要的推广意义[1]。

1 光照资源分析

在海岛上建设5G基站，首先解决供电问题，传统供电方案就是通过海底电缆或者通过油机供电，建设周期长，维护、用电成本高。以菲律宾的宿务、达沃等区域为例，由于比较靠近赤道，光照资源非常丰富，根据NASA提供的统计数据，以宿务城市为例，全年有7个月时间光照时间超过12个小时，其余5个月时间光照接近12个小时；日照时间超过7小时的有3个月，日照时间超过6小时有9个月。另外一个城市达沃市的光照时长和日照时长也类似。

2 光伏供电建模

光伏组件是太阳能转化为电能的核心部件，由若干单体电池串、并联连接和严密封装成组件，太阳能转化为电能的效率取决于光伏组件原材料及技术参数要求。

光伏组件从原材料上分为单晶光伏组件和多晶光伏组件，符合通信基站供电的电池片数量一般有48片、60片、72片、120片，组件容量（峰值功率Wp）为250～445 Wp。

一定数量光伏组件按照系统的总功率需求组合成太阳能方阵为通信基站系统供电，太阳能方阵总功率计算如下：

式中，负载功率QW由通信基站设备负载功耗确定；用电时间根据夜间（HE）（阴雨天最低日照时间）确定；日照峰值时间（HS）根据基站所在位置的日照时长确定；损耗系数R默认按照0.75取值。

供电模型以宿务岛为例：

负载功率QW=负载功率QE+充电功率QB=1.81 kW+7.2 kW

用电时间（HE）=14小时；

日照峰值时间（HS）=10小时；

太阳能方阵总功率QP=16.82 kW，光伏板数量（PCS）需求80PCS。

3 光伏供电系统组成

光伏发电是利用半导体界面的光伏效应将光能直接转变为电能，通过计算用电时间和充放电时间，按照基站功耗需求适当配置由光伏组件组成的太阳能方阵进行发电及储能电池组，从而实现不间断的为基站进行供电，其组成如图1所示。

图1 新能源通信基站系统结构图

（1）场景模型一：晴天。白天太阳能为通信基站设备供电及蓄电池充电，黑夜蓄电池组放电，如遇阴雨天气，蓄电池组放电完结前出现晴天，太阳能恢复供电并为蓄电池组充电，基站设备正常运行，不断电[2]。

（2）场景模型一：阴雨。在阴雨天来临前，晴天的白天时段太阳能系统为通信基站设备供电及为蓄电池组充电，黑夜蓄电池组放电。如遇连续长时间阴雨天气，蓄电池组放电完结前并未出现晴天，蓄电池组电量将耗尽。

4 太阳能供电方案：光伏组件及储能电池组的选择

光伏组件及储能电池组是新能源站点配置中两个最关键的组件，关键组件的配置一般分为以下四步：计算功耗需求、确定光伏组件、确定储能电池组、其他配套系统。关键组件的配置除了需要考虑负载总功率、光伏组件的转换效率、电池组充放电能力等技术因素，还需要考虑组件的经济性。

图2 新能源组件配置步骤

4.1 光伏组件选择

在选择基站光伏组件的同时，需要兼顾经济性及适用性。目前，光伏组件主要分为单晶和多晶两种类型，单晶组件比多晶组件转化效率高、单位占地面积小，更适合应用在新能源基站建设中征地面积小、尽可能节约支撑安装耗材等特点。单晶组件根据功率需要一般可以组合成20～500 Wp的太阳电池板，一方面集成的组件越多转化效率也越高，但同时单板故障对整个新能源系统影响也越大。因此新能源基站一般选用48片、60片、72片的光伏组件[3]。

光伏组件转换效率计算公式如下：

一般要求单晶硅光伏主件转换效率不低于16%，72片太阳能板效率计算如下：

表1 48片与72片光伏组件太阳能板主要参数对比

4.2 储能电池组选择

（1）储能电池组技术参数对比。新能源通信基站储能电池组一般指化学储能电池，可满足大功率、多次循环使用的基站储能电池主要有铅酸电池、磷酸铁锂电池两种，二者分析对比性能如表2所示。

表2 铅酸电池组与磷酸铁锂电池技术参数对比表

磷酸铁锂电池具有质量轻、充放电次数多、能量密度高及高温适应性强等优点，代表了储能发展的方向，随着新能源汽车快速发展及其他新能源系统的发展，作为储能环节的磷酸铁锂电池随着产量的不断增加，单位成本在持续走低，目前磷酸铁锂电池的价格比铅酸电池价格略高。

（2）储能电池组价格分析。随着使用磷酸铁锂进行储能的技术积累和技术升级，大规模使用磷酸铁锂电池的价格逐步降低。从2018年磷酸铁锂电池价格达到0.9元/Wh，是铅酸电池价格的1.5倍，到2021年底磷酸铁锂每Wh电池价格基本与铅酸电池价格持平。因此，在新能源基站中使用磷酸铁锂电池作为储能电池组已经具备可行性和经济性。而磷酸铁锂电池具有的长使用寿命、安全性能好、无记忆效应、体积小、重量轻等优点，是铅酸电池无法比拟的，其高温适应性尤其适合在热带、亚热带的区域推广使用，磷酸铁锂电池成为海岛基站建设中储能环节的最优选择[4]。

5 新能源通信基站建设场景

光伏+锂电池场景（一）：连续晴天备电时长为24小时。

光伏+锂电池场景（二）：连续2天阴雨备电时长为48小时。

表3 新能源基站配置表

通信基站以设备BBU+3RRU场景、基站功耗按1 800 W估算，要求备电时长24时为例，新能源供电方案建设造价约为26万元，常规引电造价约为27.6万元，供电方案造价降低1.6万元。按1.4元/度电费计算，每年可节约电费2.2万元，新能源方案在基站建设CAPEX及OPEX方面都有优势，具有推广价值。

6 结束语

随着光伏组件的技术发展、产能升级及产业供应完善，光伏组件的使用寿命、发电效率、维护难度等参数将不断提升，光伏材料价格逐步降低。以磷酸铁锂电池作为新能源供电系统的主要储能电池组，其安全性、经济性、使用寿命、维护效率等也将更加适应不同环境及不同建设场景。随着新能源太阳能供电项目的建设并投入使用，通信基站供电系统建设方式将有更灵活的选择，更优的建造及运营经济性。本文通过对在5G通信基站中引入新能源太阳能供电技术方案并结合海岛基站的建设经验进行应用研究，丰富了5G基站的建设场景，为更好地推动5G基站建设，扩大延伸5G网络信号的覆盖，产生良好的社会效益提供参考。■