一、引言
　　
　　铁塔基站是移动通信网络的关键基础设施，其供电的稳定运行对于保障通信质量至关重要。然而，传统的铁塔基站主要依赖电供电，随着基站数量的持续增长，电力消耗巨大，增加了运营成本，也对环境造成了一定压力。光伏叠光技术方案利用机房屋顶、周边空地等闲置空间，在已有市电的铁塔基站，叠加安装光伏系统作为市电的补充能源，并优先利用光伏设备供电，相比传统纯光技术方案，叠光技术具有成本低、配置灵活、适用范围广的优势，光伏并联叠光技术凭借其独特的优势，逐渐在铁塔基站供电领域得到应用，有望成为解决基站能源问题的有效途径。
　　
　　二、光伏并联叠光技术原理
　　
　　光伏并联叠光技术是基于光伏发电原理，将多个光伏组件进行并联连接，并利用特殊的光学设计，使不同角度的光线能够叠加在光伏组件上，从而提高光伏组件对太阳能的捕获效率。在传统的光伏发电系统中，光伏组件通常只能接收特定角度的直射光线，而对于散射光和反射光的利用效率较低。光伏并联叠光技术通过优化光学结构，将不同方向的光线汇聚到光伏组件上，实现了对太阳能的全方位利用，有效提高了光伏发电的输出功率。
　　
　　当太阳照射到光伏并联叠光系统光伏板时，首先经过光学元件的收集和汇聚，将光线引导到光伏组件表面。光伏组件中的半导体材料吸收光子能量，产生电子—空穴对，在内部电场的作用下，电子和空穴分别向相反方向移动，从而形成电流。多个并联的光伏组件产生的电流汇集到一起，在整个工作过程中，控制系统实时监测光伏组件的工作状态和输出功率，根据光照强度和负载需求自动调节系统参数，确保系统的高效稳定运行，其原理详见图1、图2所示。
　　

　　三、基站光伏并联叠光系统构成
　　
　　1.光伏组件
　　
　　光伏组件是光伏并联叠光系统的核心部件，其性能直接影响系统的发电效率。选择高质量、高效率的光伏组件是确保直流系统稳定运行的重要手段，而对于散热光和反射光的利用效率较低。光伏并联叠光技术通过优化光学结构，将不同方向的光线汇聚到光伏组件上，实现了对太阳能的全方位利用，有效提高了光伏发电的输出功率。
　　
　　1）光伏板：基站中应用较为广泛采用N型Topcon技术的单晶双玻组件，电池片尺寸182mm及以上，行业主流趋势具备转换效率高、衰减率低、功率质保年限长等优势特点。组件功率580Wp，转换效率≥22.1%，单晶硅光伏组件第1年内输出功率最大衰减率不高于2.5%，其后的每年输出功率最大衰减值不高于0.60%，30年内输出功率最大衰减率不高于19.9%。光伏组件正常条件下的使用寿命不低于30年，光伏组件防护等级不低于IP68，详见图3所示。
　　
　　2）光伏适配器：具备MPPT功能的DC/DC升压型电源设备，将光伏组件输出电压变换为DC48V，额定功率≥600W，负载率>50%时，转换效率≥97%，实现每个光伏组件独立调节，跟踪开关电源母排电压，实现光伏优先输出，防护等级不低于IP67，详见图4所示。
　　
　　3）汇流箱：额定输出电压≥DC60V，8路和16路输入两种，1路输出，输入和输出分路应配置断路器或熔断器，防护等级不低于IP66，配置具备CPA认证直流电能表，详见图5所示。
　　
　　目前在基站应用中较为广泛，同时光伏组件具有成本低、重量轻、可靠性安装等特点，适用于一些对安装条件有特殊要求的基础。
　　
　　2.光学系统
　　
　　光学系统是光伏并联叠光技术的关键组成部分，主要包括透镜、反射镜、聚光器等光学元件。这些元件的作用是收集、汇聚和引导光线，使光线能够以最佳角度照射到光伏组件上。光学系统的设计需要考虑多种因素，如光照强度、方向、光伏组件的特性等，以确保实现高效的光线叠加和能量转换。
　　
　　3.控制系统
　　
　　控制系统监测和管理光伏并联叠光系统的运行状态，包括对光伏组件的工作温度、光照强度、输出功率等参数的实时监测，以及根据负载需求进行控制调节。控制系统通常采用智能化的控制算法，能够实现自动跟踪最大功率点(MPPT)，使光伏组件始终工作在最佳发电状态，提高系统的能源利用效率。此外，控制系统还具备故障诊断和报警功能，能够及时发现并处理系统运行过程中出现的问题，保障系统供电的安全可靠运行。
　　
　　四、光伏并联叠光在铁塔基站应用的优势
　　
　　叠光技术方案利用机房屋顶、周边空地等闲置空间，在已有市电的铁塔通信基站上，叠加安装光伏系统作为市电的补充能源，并优先利用光伏设备供电，相比传统纯光技术方案，叠光技术具有成本低、配置灵活、适用范围广的优势，光伏组件安装方式详见图6。

　　1）降低基站市电利用成本
　　
　　采用光伏并联叠光技术为铁塔基站直流供电系统供电，可以有效减少对市电的依赖，降低一部分电力费用支出。在一些偏远地区或市电供应不稳定的区域，光伏并联叠光系统的应用能够显著降低基站供电的运营成本，提高经济效益。
　　
　　2）提高能源利用效率
　　
　　光伏并联叠光技术通过对光线的全方位利用，相比传统光伏发电系统能够捕获更多的太阳能，从而提高了能源利用效率。在相同的光照条件下，光伏并联叠光系统的发电功率更高，能够更好地满足铁塔基站的用电需求。
　　
　　3）增强供电可靠性
　　
　　光伏并联叠光系统与市电构成互补供电模式，当市电出现故障或停电时，光伏并联叠光系统能够自动切换为独立供电，确保铁塔基站运营商通信设备的正常运行。这种多电源供电方式有效增强了基站供电的可靠性，减少了因市电停电导致的通信中断事故，提高了通信服务质量。
　　
　　4）环保节能
　　
　　光伏发电是一种绿色能源，在发电过程中不产生二氧化碳、二氧化碳等污染物，对环境友好。光伏并联叠光技术在铁塔基站的应用有助于减少通信行业的碳排放，推动绿色通信发展，符合可持续发展的战略要求。
　　
　　五、直流并联叠光技术方案
　　
　　通过对基站光伏技术方案的研究分析，直流并联叠光方案在电源系统效率、防遮挡效果、易于实现标准化、模块化配置和市电供电持续性方面有一定优势。光伏组件并联连接，将太阳能转换为电能输出，每个光伏组件输出侧配置1台具备MPPT功能光伏适配器(DC/DC)，将光伏组件输出电压变换为DC48V输出，通过汇流箱汇流后输出至开关电源母排侧为通信基站直流负载供电。主要设备有光伏组件、支架辅材、光伏适配器、光伏汇流箱和直流电度表。详见图7所示。
　　
　　1）并联叠光技术优势：选用直流供电方案，避免线路改造、入网环节简单。智能单组件，纯并联组网，打破传统串，并联组网对光伏板数量限制。追踪母排电压，优先使用光伏板供电，并设置输出电压上限保护电池组。适用于各种型号、结构的开关电源直流供电系统。
　　
　　2）站点筛选原则：非运营商保留站点，基站直流负载30A以上，非运营商重要站址和OLT敏感站，非规划拆迁区域内站点，机房正常侧遮挡少。
　　
　　六、直流并联叠光技术在基站的应用
　　
　　铁塔基站光伏叠光供电侧系统，通过光伏适配器将光伏组件输出电压升压后与现网开关电源系统直流输出并接，完成直流侧叠光应用，光伏输出为光伏适配器内置DC/DC适配器输出，适配器出口电压追踪母排电压(48V-60V)，优先使用光伏板供电，并设置输出电压上限保护电池组。
　　
　　1.光伏组件在基站的标准化配置要求
　　
　　并联叠光方案配置由组件、适配器、汇流箱和直流电表组成。每个组件配置独立适配器，将组件电压转换为-48V，经汇流箱汇合接入开关电源输出母排，为直流负载供电。系统各节点电压、电流、电量、温度等数据通过无线通信方式上传至监控平台，并联方案具有扩展性好的优势，可根据负载变化，灵活扩容，详见表1所示。
　　
　　2.光伏组件关键指标要求
　　
　　1）规格型号：N型Topcon技术的单晶双玻组件，电池片尺寸182mm，组件功率：最大功率580Wp-600Wp。
　　
　　2）使用寿命：光伏组件的功率承诺期要求不低于30年，第1年功率衰降<1%(HJT≤2%)，第2年至第30年每年衰减不超过0.4%。
　　
　　3）转换效率：初始安装的晶体硅组件在标准条件下大气质量AM1.5、1000W/m²的辐照度、25℃的电池工作温度的全光照面积下光电转换效率≥21%。
　　
　　4）防护要求：接线盒防护等级不低于IP68。
　　
　　3.光伏适配器关键指标要求
　　
　　1）额定功率：输入电压40V～48V，输出电压DC-43.2V～DC-58V，输出功率≥600W。
　　
　　2）转换效率：输入电压40V～48V，负载率>50%时，适配器的转换效率应不低于97%。
　　
　　3）防护等级：防护等级不低于IP68。
　　
　　4）材料阻燃：系统所用印刷电路板(PCB)的阻燃等级应达到GB4943.1-2011中规定的V-0要求，绝缘电线的阻燃等级应达到GB/T18380.12中规定的要求，非金属外壳阻燃等级应达到GB5169.17中规定的5VB级，其他绝缘材料的阻燃等级应达到GB4943.1-2011中规定的V-1要求。
　　
　　5）保护功能：具备输入过电压、输出过/欠压、输入过载、极性防反接、防反向放电和输出过流等保护。
　　
　　4.汇流箱关键指标要求
　　
　　1）配电分路：汇流箱分为8路输入和16路输入两种规格；输入、输出分路为断路器或熔断器，额定工作电压≥DC60V，具备“强制性认证产品符合性自我声明”。
　　
　　8路：输入分路16A（或15A）×8输出分路125A×1
　　
　　16路：输入分路16A（或15A）×16输出分路250A×1
　　
　　2）电表：直流电表应符合《GB/T33708-2017静止式直流电能表》，具有CPA认证，准确度不低于1级，具有正向、反向和分时电能计量功能。
　　
　　3）防护等级：防护等级不低于IP55，在风沙、腐蚀等特殊场所防护等级不低于IP65。
　　
　　4）防雷等级：具备SPD模块或具有有效防雷功能，SPD的标称工作电压大于光伏适配器最大工作电压的1.2倍，SPD的额定通流量In≥10kA，支持更换。
　　
　　5.光伏支架关键指标要求
　　
　　1）材质选型：光伏支架可采用镀锌钢材或铝合金材质。
　　
　　2）材料厚度：主要受力钢板壁厚应不小于2mm，连接件钢板壁厚应不小于3mm。
　　
　　3）铝合金主要受力构件壁厚要求：
　　
　　当纵梁跨度≤1.2米时，铝合金型材纵梁截面主要受力部位厚度宜不小于2mm，当纵梁跨度>1.2米时，纵梁截面主要受力部位厚度宜不小于2.5mm，铝型材立柱截面开口部位厚度应不小于3mm，闭口部位厚度应不小于2.5mm。
　　
　　4）材料处理：光伏支架材料采用钢材的，材质的选用和支架设计应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定。支架系统所用钢结构材质强度为Q235B，采用热浸镀锌防锈处理，热浸镀锌满足《金属覆盖层钢铁制件热浸镀锌层技术要求及试验方法》GB/T13912-2002中规定，板厚小于6mm，镀锌层厚度不小于65μm，板厚大于6mm(含6mm)，镀锌层厚度不小于85μm，光伏支架材料使用铝合金的，所用铝合金型材应采用阳极氧化表面处理，符合现行国家标准《铝合金建筑型材》GB/T5237规定的质量要求。
　　
　　5）支架寿命：光伏支架和支架基础的设计使用年限不应小于25年。
　　
　　6.光伏直流输出与开关电源连接方式(见图8)
　　
　　1）组合式开关电源：直接并联至背板母排处。
　　
　　2）模块化开关电源：直接并接至电池组输出端口或100A扩容端口。
　　
　　3）单站多台开关电源：有组合式开关电源的接入组合式开关电源母排或接入用电电流较大的这台开关电源处，详见图9所示。
　　
　　七、铁塔基站实际应用面临的挑战
　　
　　1）初始投资成本较高
　　
　　光伏并联叠光系统的建设需要购置光伏组件、光学系统、逆变器、控制系统等设备，以及进行安装调试等工作，初始投资成本相对较高。这对于一些资金紧张的运营商来说，可能会成为推广应用该技术的障碍。
　　
　　2）受环境因素影响较大
　　
　　光伏并联叠光系统的发电效率受光照强度、温度、天气等环境因素的影响较大。在阴雨天气或光照不足的情况下，系统的发电功率会明显下降，可能无法满足铁塔基站的全部用电需求。此外，高温环境也会降低光伏组件的转换效率，影响系统的性能。
　　
　　3）技术成熟度有待提高
　　
　　虽然光伏并联叠光技术在近年来取得了一定的发展，但与传统光伏发电技术相比，其技术成熟度仍有待提高。在光学系统设计、组件可靠性、系统稳定性等方面还存在一些问题需要进一步研究和解决，以确保系统能够长期稳定运行。
　　
　　4）维护管理难度较大
　　
　　光伏并联叠光系统涉及多个复杂的子系统和设备，其维护管理需要具备专业知识和技能的人员。与传统市电供电系统相比，光伏并联叠光系统的维护管理难度较大，需要定期对光伏组件、光学系统、逆变器等设备进行检查、清洁和维护，以确保系统的正常运行。
　　
　　八、应对策略
　　
　　1）优化成本结构
　　
　　通过技术创新和规模化生产，降低光伏并联叠光系统设备的成本。同时，政府和相关部门可以出台一些补贴政策，鼓励运营商采用光伏并联叠光技术，降低其初始投资压力。此外，运营商可以通过合理规划基站布局，集中建设光伏并联叠光系统，实现资源共享，降低单位建设投资成本。
　　
　　2）加强环境适应性设计
　　
　　研发具有更高环境适应性的光伏组件和光学系统，提高系统在不同环境条件下的发电效率。例如，采用抗老化、耐候性好的材料制作光伏组件，优化光学系统的散热设计，减少温度对系统性能的影响。同时，结合储能技术，在光照充足时将多余的电能储存起来，在光照不足或停电时为基站供电，提高系统的稳定性和可靠性。
　　
　　3）加大技术研发投入
　　
　　鼓励科研机构和企业加大对光伏并联叠光技术的研发投入，开展关键技术攻关，提高技术成熟度。加强产学研合作，促进技术成果的转化和应用。建立完善的技术标准和检测体系，规范产品质量和性能要求，推动光伏行业健康发展。
　　
　　4）建立专业维护团队
　　
　　铁塔应加强对维护人员的培训，培养一批具备光伏并联叠光系统维护管理专业知识和技能的人才队伍。建立完善的维护管理制度和应急预案，定期对系统进行巡检和维护，及时发现并解决问题。同时，利用智能化监测技术，实现对系统运行状态的远程实时监测和故障预警，提高维护管理效率。
　　
　　九、结论
　　
　　光伏并联叠光技术作为一种新型的可再生能源利用技术，在铁塔基站的实际应用中展现出了显著的优势，如降低能源成本、提高能源利用效率、增强供电可靠性和环保节能等。尽管在应用过程中还面临着初始投资成本高、受环境因素影响大、技术成熟度有待提高和维护管理难度较大等挑战，但通过采取优化成本结构、加强环境适应性设计、加大技术研发投入和建立专业维护团队等应对策略，可以有效解决这些问题，推动该技术的广泛应用。随着技术的不断发展和完善，光伏并联叠光技术有望成为铁塔基站供电的主流方式之一，为通信行业的绿色可持续发展做出重要贡献。未来，还需要进一步加强相关技术研究和实践探索，不断优化系统性能，降低成本，提高可靠性，以更好地适应通信行业快速发展的需求。
　　
　　作者简介
　　
　　王滨，从2004年起，从事通信动力专业运维及管理工作。2019年开始从事能源管理工作，在数据机房各业务、移动基站节能管理方面经验丰富。
　　
　　闫微，出生于1981年5月，毕业于河北农业大学，计算机科学与技术专业。2006年7月—2014年11月：廊坊移动；2014年11月至今：廊坊铁塔。
　　
　　武亚波，廊坊铁塔分公司电源专家，本科编委。
　　
　　编辑：Harris