硅太陽能電池電源系統(tǒng)在通信與廣播電視中的應(yīng)
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在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的近20多年來，硅太陽能電池的應(yīng)用領(lǐng)域已逐漸由空間擴大到地面，由軍用擴大到民用，廣泛地應(yīng)用于通信、廣播電視、電力、家用電器、氣象、地質(zhì)、石油、鐵路、航空、交通、農(nóng)牧業(yè)等領(lǐng)域。特別是在通信和廣播電視領(lǐng)域中，硅太陽能電池電源系統(tǒng)以獨特的優(yōu)勢正逐步取代一些傳統(tǒng)的電源設(shè)備，在常規(guī)電源系統(tǒng)中所占的比例已逐年擴大。
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，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(jīng)濟的迅速發(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，極大的推動了通訊網(wǎng)的建設(shè)。
?。?）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)資料報道，目前高質(zhì)量的低功耗微波收發(fā)信機MTBF已達(dá)30萬小時以上，普通微波收發(fā)信機MTBF也已達(dá)15萬小時以上。據(jù)統(tǒng)計，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)資料報道，硅太陽能電池電源系統(tǒng)的MTBF已超過10萬小時，目前從我國正運行的較早期建設(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，且檢測數(shù)據(jù)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(fā)信機不相上下。
?。?）節(jié)省輸電線路的建設(shè)投資
目前輸電線路架設(shè)費用日趨提高，尤其在山區(qū)，其費用高出平原地區(qū)50％甚至1倍以上。我國邊遠(yuǎn)山區(qū)輸電線路的建設(shè)費用需5～6萬元/km（若考慮輔助公路的建設(shè)費用，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。采用硅太陽能電池電源系統(tǒng)供電就可免去這些費用，大大節(jié)省投資。
?。?）避免把雷電引入站區(qū)
山區(qū)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(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，因為硅太陽能電池電源系統(tǒng)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(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。
?。?）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來選取最佳站址，減少中繼站的建設(shè)數(shù)目。同時，可降低天線鐵塔的高度。天線鐵塔的建設(shè)費用幾乎與其高度的平方成正比，從而又大大節(jié)省了投資。
?。?）對通信廣播設(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，因此不會對設(shè)備產(chǎn)生交流干擾。
?。?）不需要建設(shè)公路，保護自然景觀
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，建站時可以由人背負(fù)設(shè)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(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)的機房，故建設(shè)周期長，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)，就可用簡單的組裝式機房代替混凝土結(jié)構(gòu)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(shè)在機房頂上，或利用鐵塔架設(shè)。天線鐵塔高度降低后，可采用簡易構(gòu)件式結(jié)構(gòu)，在2～3天內(nèi)即可建成。整個中繼站系統(tǒng)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(tǒng)無燃料消耗、無運動磨損部件、無污染、無噪聲，系統(tǒng)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(jù)國內(nèi)有關(guān)電信部門統(tǒng)計結(jié)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(tǒng)并運行30年。
?。?0）系統(tǒng)維護簡單，可以無人值守
硅太陽能電池電源系統(tǒng)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(tǒng)充放電控制、給設(shè)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(huán)境惡劣的臺站。
正因為硅太陽能電池電源系統(tǒng)具有如上一些優(yōu)點，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。
當(dāng)今，保護人類生活環(huán)境是當(dāng)務(wù)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(huán)境的改善。太陽能電池是一種將太陽能直接轉(zhuǎn)化成電能的半導(dǎo)體器件。近50年來，太陽能電池的研究與應(yīng)用無論在效率的提高、成本的降低、工藝的改進、應(yīng)用范圍的擴大、新材料的采用等方面都得到了迅速的發(fā)展。單晶硅、多晶硅等常規(guī)硅太陽能電池已形成大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的近20多年來，硅太陽能電池的應(yīng)用領(lǐng)域已逐漸由空間擴大到地面，由軍用擴大到民用，廣泛地應(yīng)用于通信、廣播電視、電力、家用電器、氣象、地質(zhì)、石油、鐵路、航空、交通、農(nóng)牧業(yè)等領(lǐng)域。特別是在通信和廣播電視領(lǐng)域中，硅太陽能電池電源系統(tǒng)以獨特的優(yōu)勢正逐步取代一些傳統(tǒng)的電源設(shè)備，在常規(guī)電源系統(tǒng)中所占的比例已逐年擴大。
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，主要可歸納為10個方面：
?。?）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(jīng)濟的迅速發(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，極大的推動了通訊網(wǎng)的建設(shè)。
?。?）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)資料報道，目前高質(zhì)量的低功耗微波收發(fā)信機MTBF已達(dá)30萬小時以上，普通微波收發(fā)信機MTBF也已達(dá)15萬小時以上。據(jù)統(tǒng)計，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)資料報道，硅太陽能電池電源系統(tǒng)的MTBF已超過10萬小時，目前從我國正運行的較早期建設(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，且檢測數(shù)據(jù)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(fā)信機不相上下。
（3）節(jié)省輸電線路的建設(shè)投資
目前輸電線路架設(shè)費用日趨提高，尤其在山區(qū)，其費用高出平原地區(qū)50％甚至1倍以上。我國邊遠(yuǎn)山區(qū)輸電線路的建設(shè)費用需5～6萬元/km（若考慮輔助公路的建設(shè)費用，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。采用硅太陽能電池電源系統(tǒng)供電就可免去這些費用，大大節(jié)省投資。
?。?）避免把雷電引入站區(qū)
山區(qū)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(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，因為硅太陽能電池電源系統(tǒng)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(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。
?。?）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來選取最佳站址，減少中繼站的建設(shè)數(shù)目。同時，可降低天線鐵塔的高度。天線鐵塔的建設(shè)費用幾乎與其高度的平方成正比，從而又大大節(jié)省了投資。
?。?）對通信廣播設(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，因此不會對設(shè)備產(chǎn)生交流干擾。
?。?）不需要建設(shè)公路，保護自然景觀
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，建站時可以由人背負(fù)設(shè)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(fēng)景區(qū)是十分重要的。
?。?）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)的機房，故建設(shè)周期長，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)，就可用簡單的組裝式機房代替混凝土結(jié)構(gòu)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(shè)在機房頂上，或利用鐵塔架設(shè)。天線鐵塔高度降低后，可采用簡易構(gòu)件式結(jié)構(gòu)，在2～3天內(nèi)即可建成。整個中繼站系統(tǒng)建成時間短，建成后可以搬遷，具有較大的靈活性。
?。?）無污染，運行費用低
太陽能電池電源系統(tǒng)無燃料消耗、無運動磨損部件、無污染、無噪聲，系統(tǒng)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(jù)國內(nèi)有關(guān)電信部門統(tǒng)計結(jié)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(tǒng)并運行30年。
?。?0）系統(tǒng)維護簡單，可以無人值守
硅太陽能電池電源系統(tǒng)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(tǒng)充放電控制、給設(shè)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(huán)境惡劣的臺站。
正因為硅太陽能電池電源系統(tǒng)具有如上一些優(yōu)點，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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