硅太陽(yáng)能電池電源系統(tǒng)在通信與廣播電視中的應(yīng)用

Applications of Silicon Solar Energy Photovoltaic Power Supply System for

Telecommnunication,Broadcasting and TV

云南半導(dǎo)體器件廠

硅太陽(yáng)能電池電源系統(tǒng)在通信與廣播電視中的應(yīng)用

Applications of Silicon Solar Energy Photovoltaic Power Supply System for

Telecommnunication,Broadcasting and TV

　　當(dāng)今，保護(hù)人類生活環(huán)境是當(dāng)務(wù)之急的事情。太陽(yáng)能是取之不盡、用之不竭的綠色能源，充分利用太陽(yáng)能資源極其有利于環(huán)境的改善。太陽(yáng)能電池是一種將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化成電能的半導(dǎo)體器件。近50年來(lái)，太陽(yáng)能電池的研究與應(yīng)用無(wú)論在效率的提高、成本的降低、工藝的改進(jìn)、應(yīng)用范圍的擴(kuò)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(yáng)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(lái)，硅太陽(yáng)能電池的應(yīng)用領(lǐng)域已逐漸由空間擴(kuò)大到地面，由軍用擴(kuò)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(yáng)能電池電源系統(tǒng)以獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)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(kuò)大。

　　用硅太陽(yáng)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(guó)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(guó)，仍然有10％～20％的微波中繼站不靠近市電。而在發(fā)展中國(guó)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(yáng)能電池電源系統(tǒng)利用地球表面無(wú)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(wú)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(wàn)小時(shí)以上，普通微波收發(fā)信機(jī)MTBF也已達(dá)15萬(wàn)小時(shí)以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，微波中繼站70％以上的故障來(lái)自電源設(shè)備。而國(guó)外的有關(guān)資料報(bào)道，硅太陽(yáng)能電池電源系統(tǒng)的MTBF已超過(guò)10萬(wàn)小時(shí)，目前從我國(guó)正運(yùn)行的較早期建設(shè)的通信用硅太陽(yáng)能電池電源系統(tǒng)情況來(lái)看，其MTBF已超過(guò)11萬(wàn)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(wú)故障運(yùn)行，可見(jiàn)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(guó)邊遠(yuǎn)山區(qū)輸電線路的建設(shè)費(fèi)用需5～6萬(wàn)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(yáng)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(yáng)能電池電源系統(tǒng)供電可避免此類問(wèn)題。第一，因?yàn)楣杼?yáng)能電池電源系統(tǒng)對(duì)外無(wú)引線，不會(huì)將站外雷電引入；第二，因?yàn)楣杼?yáng)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(guó)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(yáng)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(yáng)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(lái)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(yáng)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(yáng)能電池方陣，通過(guò)太陽(yáng)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(méi)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(yáng)能電池電源系統(tǒng)供電的微波中繼站，使用過(guò)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(wú)需專門(mén)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(yáng)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(yáng)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(wú)污染，運(yùn)行費(fèi)用低

　　太陽(yáng)能電池電源系統(tǒng)無(wú)燃料消耗、無(wú)運(yùn)動(dòng)磨損部件、無(wú)污染、無(wú)噪聲，系統(tǒng)運(yùn)行僅靠取之不盡、用之不竭的太陽(yáng)能資源，故而運(yùn)行費(fèi)用大大降低。據(jù)國(guó)內(nèi)有關(guān)電信部門(mén)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(gòu)置一套硅太陽(yáng)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(wú)人值守

　　硅太陽(yáng)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(yáng)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(wú)人值守，尤其適用于環(huán)境惡劣的臺(tái)站。

　　正因?yàn)楣杼?yáng)能電池電源系統(tǒng)具有如上一些優(yōu)點(diǎn)，所以近年來(lái)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(hù)人類生活環(huán)境是當(dāng)務(wù)之急的事情。太陽(yáng)能是取之不盡、用之不竭的綠色能源，充分利用太陽(yáng)能資源極其有利于環(huán)境的改善。太陽(yáng)能電池是一種將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化成電能的半導(dǎo)體器件。近50年來(lái)，太陽(yáng)能電池的研究與應(yīng)用無(wú)論在效率的提高、成本的降低、工藝的改進(jìn)、應(yīng)用范圍的擴(kuò)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(yáng)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(lái)，硅太陽(yáng)能電池的應(yīng)用領(lǐng)域已逐漸由空間擴(kuò)大到地面，由軍用擴(kuò)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(yáng)能電池電源系統(tǒng)以獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)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(kuò)大。

　　用硅太陽(yáng)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(guó)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(guó)，仍然有10％～20％的微波中繼站不靠近市電。而在發(fā)展中國(guó)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(yáng)能電池電源系統(tǒng)利用地球表面無(wú)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(wú)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(wàn)小時(shí)以上，普通微波收發(fā)信機(jī)MTBF也已達(dá)15萬(wàn)小時(shí)以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，微波中繼站70％以上的故障來(lái)自電源設(shè)備。而國(guó)外的有關(guān)資料報(bào)道，硅太陽(yáng)能電池電源系統(tǒng)的MTBF已超過(guò)10萬(wàn)小時(shí)，目前從我國(guó)正運(yùn)行的較早期建設(shè)的通信用硅太陽(yáng)能電池電源系統(tǒng)情況來(lái)看，其MTBF已超過(guò)11萬(wàn)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(wú)故障運(yùn)行，可見(jiàn)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(guó)邊遠(yuǎn)山區(qū)輸電線路的建設(shè)費(fèi)用需5～6萬(wàn)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(yáng)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(yáng)能電池電源系統(tǒng)供電可避免此類問(wèn)題。第一，因?yàn)楣杼?yáng)能電池電源系統(tǒng)對(duì)外無(wú)引線，不會(huì)將站外雷電引入；第二，因?yàn)楣杼?yáng)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(guó)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(yáng)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(yáng)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(lái)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(yáng)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(yáng)能電池方陣，通過(guò)太陽(yáng)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(méi)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(yáng)能電池電源系統(tǒng)供電的微波中繼站，使用過(guò)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(wú)需專門(mén)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(yáng)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(yáng)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(wú)污染，運(yùn)行費(fèi)用低

　　太陽(yáng)能電池電源系統(tǒng)無(wú)燃料消耗、無(wú)運(yùn)動(dòng)磨損部件、無(wú)污染、無(wú)噪聲，系統(tǒng)運(yùn)行僅靠取之不盡、用之不竭的太陽(yáng)能資源，故而運(yùn)行費(fèi)用大大降低。據(jù)國(guó)內(nèi)有關(guān)電信部門(mén)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(gòu)置一套硅太陽(yáng)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(wú)人值守

　　硅太陽(yáng)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(yáng)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(wú)人值守，尤其適用于環(huán)境惡劣的臺(tái)站。

　　正因?yàn)楣杼?yáng)能電池電源系統(tǒng)具有如上一些優(yōu)點(diǎn)，所以近年來(lái)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。