硅太陽能電池電源系統(tǒng)在通信與廣播電視中的實(shí)現(xiàn)

太陽能電池又稱光伏電池，是一種能有效地吸收太陽輻射能，并使之轉(zhuǎn)變成電能的半導(dǎo)體器件。它可單獨(dú)地作為光探測(cè)元件，例如在照像機(jī)中使用，主要是經(jīng)過串聯(lián)和并聯(lián)，以獲得所需的電壓及電流來作為供電電源使用。太陽電池的外觀就如一張薄的卡片或一片薄的玻璃片一樣，與普通電池外觀不同，它自身也不能儲(chǔ)存電能，即沒以有光時(shí)就不發(fā)電，如果晚上要用它，就要與蓄電池配合使用。太陽能光伏發(fā)電，可視為迄今為止最美妙、最長(zhǎng)壽和最可靠的發(fā)電技術(shù)。與太陽能發(fā)電相比，它另涉及半導(dǎo)體器件，既無運(yùn)動(dòng)部件，又無流動(dòng)工質(zhì)，因此，避免了機(jī)械維修和工質(zhì)腐蝕的問題，是可再生能源和可持續(xù)發(fā)展的可靠能源。

硅太陽電池的發(fā)展，始于1954年在，美國貝爾研究所試制成功，次年便被用做電信裝置的電源，1958年又被美國首次應(yīng)用和于先鋒1號(hào)人造衛(wèi)星。宇宙開發(fā)極大地促進(jìn)了太陽電池的開發(fā)。與此同時(shí)，地面用太陽電池的研究也在不斷開展，特別是1973年的能源危機(jī)，又大大加速了地面太陽電池的發(fā)展。許多國家為開發(fā)、利用太陽能電池，為陽光發(fā)電的研究投入了相當(dāng)數(shù)量的資金。迄今為止翱翔于太空的成千個(gè)飛行器中，大多數(shù)都配備了太陽能電池系統(tǒng)。第一顆人造衛(wèi)星上天，是光伏技術(shù)開發(fā)利用的起點(diǎn)，經(jīng)過近五十年的發(fā)展，它已形成一門新的光伏科學(xué)與光伏工程。無論是在宇宙飛行中的應(yīng)用，還是作為地面發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用，從開發(fā)速度、技術(shù)成熟性和應(yīng)用領(lǐng)域來看，光伏技術(shù)都是新能源中的佼佼者。 光伏發(fā)電具有許多優(yōu)點(diǎn)：如：安全可靠、無噪聲、無污染、能量隨處可得，不受地域限制，無須消耗燃料，無機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，故障率低，維護(hù)簡(jiǎn)便，可以無人值守，建站周期短，規(guī)模大小隨意，無須架輸電線路，可以方便地與建筑物相結(jié)合等，這些優(yōu)點(diǎn)都是其它發(fā)電方式所不及的。

用硅太陽能電池電源系統(tǒng)作為通信和廣播電視供電電源具有許多優(yōu)點(diǎn)，主要可歸納為10個(gè)方面：

(1)使用方便，有利于擴(kuò)大通信和廣播電視的覆蓋范圍

隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，邊遠(yuǎn)地區(qū)迫切需要與外界建立迅速而連續(xù)的通信聯(lián)系，并且需要接收廣播電視節(jié)目。這些地區(qū)多數(shù)都遠(yuǎn)離市電，即使在電網(wǎng)密集的美國，仍然有10%~20%的微波中繼站不靠近市電。而在發(fā)展中國家，則有高達(dá)一半以上的微波中繼站不能使用市電，即使少數(shù)能夠使用市電的地方，也大多不能保證24小時(shí)連續(xù)供電，這顯然影響了通信及廣播電視事業(yè)的發(fā)展。而硅太陽能電池電源系統(tǒng)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(shè)備提供綠色電能，從而解決了這一矛盾，極大的推動(dòng)了通訊網(wǎng)的建設(shè)。

(2)提高通信聯(lián)系的可靠性

在無市電的地區(qū)，如果采用柴油發(fā)電機(jī)組和整流器及浮充蓄電池聯(lián)合供電，MTBF最高達(dá)到5000h,一般僅為2000~3000h.若采用風(fēng)力發(fā)電機(jī)和浮充蓄電池組聯(lián)合供電，受自然條件的影響，可靠性更差。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，目前高質(zhì)量的低功耗微波收發(fā)信機(jī)MTBF已達(dá)30萬小時(shí)以上，普通微波收發(fā)信機(jī)MTBF也已達(dá)15萬小時(shí)以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，微波中繼站70%以上的故障來自電源設(shè)備。而國外的有關(guān)資料報(bào)道，硅太陽能電池電源系統(tǒng)的MTBF已超過10萬小時(shí)，目前從我國正運(yùn)行的較早期建設(shè)的通信用硅太陽能電池電源系統(tǒng)情況來看，其MTBF已超過11萬小時(shí)，且檢測(cè)數(shù)據(jù)表明運(yùn)行情況良好，還可以長(zhǎng)時(shí)間無故障運(yùn)行，可見其可靠性與微波收發(fā)信機(jī)不相上下。

(3)節(jié)省輸電線路的建設(shè)投資

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

(4)避免把雷電引入站區(qū)

山區(qū)雷電較多，盡管天線鐵塔、機(jī)房均裝有較好的避雷裝置，但電力輸電線路常常會(huì)把雷電引入站區(qū)，使設(shè)備遭受雷擊。采用硅太陽能電池電源系統(tǒng)供電可避免此類問題。第一，因?yàn)楣杼柲茈姵仉娫聪到y(tǒng)對(duì)外無引線，不會(huì)將站外雷電引入;第二，因?yàn)楣杼柲茈姵仉娫聪到y(tǒng)的支架、邊框和接地網(wǎng)等本身已是防雷系統(tǒng)，能有效地消除雷擊隱患。這即為何國內(nèi)許多水電站雖然電力資源豐富，但考慮到通信系統(tǒng)的安全性，還是采用硅太陽能電池電源系統(tǒng)作為通信和廣播電視系統(tǒng)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(tǒng)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(diǎn)來選取最佳站址，減少中繼站的建設(shè)數(shù)目。同時(shí)，可降低天線鐵塔的高度。天線鐵塔的建設(shè)費(fèi)用幾乎與其高度的平方成正比，從而又大大節(jié)省了投資。

(6)對(duì)通信廣播設(shè)備不產(chǎn)生交流干擾

太陽能電池組件可以用適當(dāng)?shù)拇⒙?lián)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(shè)備的功率要求，不需要交流供電的整流變換設(shè)備，也沒有電力線路引入的外部噪聲，因此不會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生交流干擾。

(7)不需要建設(shè)公路，保護(hù)自然景觀

靠硅太陽能電池電源系統(tǒng)供電的微波中繼站，使用過程中不需要供應(yīng)燃料，建站時(shí)可以由人背負(fù)設(shè)備上山或用直升飛機(jī)運(yùn)輸，無需專門修筑公路，同時(shí)保護(hù)了自然景觀，這在風(fēng)景區(qū)是十分重要的。

(8)建設(shè)周期短，系統(tǒng)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(jié)構(gòu)的機(jī)房，故建設(shè)周期長(zhǎng)，不易搬遷。

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

(9)無污染，運(yùn)行費(fèi)用低

太陽能電池電源系統(tǒng)無燃料消耗、無運(yùn)動(dòng)磨損部件、無污染、無噪聲，系統(tǒng)運(yùn)行僅靠取之不盡、用之不竭的太陽能資源，故而運(yùn)行費(fèi)用大大降低。據(jù)國內(nèi)有關(guān)電信部門統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，油機(jī)電源站運(yùn)行4年的費(fèi)用即可購置一套硅太陽能電池電源系統(tǒng)并運(yùn)行30年。

(10)系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單，可以無人值守

硅太陽能電池電源系統(tǒng)維護(hù)量極小，每年僅需對(duì)蓄電池做少量維護(hù)(若采用免維護(hù)蓄電池可免去此項(xiàng)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(tǒng)充放電控制、給設(shè)備供電均自動(dòng)進(jìn)行，因此完全可以做到無人值守，尤其適用于環(huán)境惡劣的臺(tái)站。

正因?yàn)楣杼柲茈姵仉娫聪到y(tǒng)具有如上一些優(yōu)點(diǎn)，所以近年來已逐步在通信和廣播電視領(lǐng)域中得到推廣應(yīng)用，并有著廣闊的發(fā)展前景。

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