广播电视发射机应用太阳能光伏发电辅助供电的方案.pdf

Telecom Power Technology 121 Aug.25,2023,Vol.40 No.16 Telecom Power Technology 2023 年 8 月 25 日第 40 卷第 16 期电源与节能技术DOI：10.19399/ki.tpt.2023.16.038广播电视发射机应用太阳能光伏发电辅助供电的方案覃江华（南宁广播电视台，广西 南宁 530000）摘要：广播电视信号发射是一个将电能转换为电磁能的工作过程，能量转换效率相对较低，电能消耗较大。在当今发射机能效已达到瓶颈状态的情况下，可以利用太阳能辅助供电的方式来降低日常电能的损耗。介绍为发射机添加太阳能光伏辅助供电的方法，即在设备运行过程中采取直接供电和关键点供电的方式，使设备自动优先使用光伏发出的电。当阳光不足时，市电自动增加电流流量，从而达到省电的效果。关键词：光伏发电；关键点供电；辅助供电The Scheme of Using Solar Photovoltaic Power Generation as Auxiliary Power Supply for Radio and Television TransmitterQIN Jianghua(Nanning Radio and Television Station,Nanning 530000,China)Abstract:Radio and television signal transmission is a working process to convert electrical energy into electromagnetic energy,the form of energy conversion efficiency is relatively low,is a large power consumption of the working process.In the case that the energy efficiency technology of todays transmitter has reached the bottleneck state,we can use the way of solar auxiliary power supply to reduce the loss of daily energy.This paper introduces the method of adding a solar photovoltaic auxiliary power supply to the transmitter.During the operation of the equipment,the way of direct power supply and key point power supply is adopted,and the equipment automatically uses the electricity emitted by photovoltaic.When the sunlight is insufficient,the mains automatically increases the current flow,so as to achieve the effect of power saving.Keywords:photovoltaic power generation;key point power supply;auxiliary power supply0引言分布于全国各地的广播电视发射台站数以万计，发射功率小的几百瓦，大的上千瓦，加上各种辅助设备的电能损耗，是一个庞大的耗电体系。大多广播电视发射台站都有很好的地理优势，占地宽广，阳光充足，是搭建太阳能光伏发电的理想场所1。目前，光伏发电已经成熟并且大规模商用，能量转换效率高，供电稳定可靠，真正实现了零污染、零排放。如果能将环保、高科技的太阳能发电技术应用到广播电视的信号发射上，可以有效减少广播电视发射台站的电能损耗，为节能减排贡献力量。1传统太阳能光伏发电系统的工作原理太阳能发电系统依靠半导体器件界面的光生伏特效应将太阳能直接转化为电能，由太阳能光伏板组件、太阳能控制器、太阳能逆变器等 3 部分构成，主要零部件由电子元件构成2。太阳能电池通过串连后进行封装保护可产生大面积的太阳能电池组件，再配合上功率控制器等零部件构成太阳能发电设备。传统的太阳能发电系统采用光伏发电板将太阳能转换为电能，经过蓄电池组进行储存后，由逆变装置将直流电转换成可供设备使用的交流电，工作原理如图 1 所示。太阳能光伏发电板直流/交流逆变器用电设备配电柜蓄电池组图 1传统太阳能光伏发电系统的工作原理2传统太阳能光伏发电系统的弊端2.1搭建传统太阳能发电系统的成本较高传统的太阳能发电系统整体由光伏发电板、蓄电池组、逆变设备 3 大部件组成，其购买和安装的价格相对较高。根据市场调查得知，每搭建 1 kW 输出的光伏发电系统需要的资金达到 1.5 万元左右。以此类推，一个地市级广播电视台站的发射功率一般在30 kW 左右，按照转换效率为 50%计算，整体消耗电能将达到 60 kW 左右。因此，想要搭建一个可供地市级广播电视台站供电用的光伏发电系统造价将在90 万元以上。2.2传统太阳能发电系统的日后维护资金较大太阳能光伏发电板的使用寿命很长，除非外力破坏，一般都在 15 年以上，且搭建工作完成后几乎收稿日期：2023-6-17作者简介：覃江华（1977），男，广西南宁人，本科，工程师，主要从事南宁广播电视无线发射覆盖工作。2023 年 8 月 25 日第 40 卷第 16 期Aug.25,2023,Vol.40 No.16Telecom Power Technology 122 不需进行任何维护工作。但传统的太阳能发电系统包含有蓄电池组，一般铅酸蓄电池的有效使用年限都在2 年以内，一旦过了有效使用期，对于大功率光伏发电系统的维修与维护将是一笔不小的开支。另外，大功率传统太阳能发电系统还需要大型的逆变系统配合才能运行，不但增加了设备故障率，也是增加建造成本的另一因素3。3广播电视发射机的工作原理广播电视发射机将音频信号和高频载波调制为调频波，使高频载波的频率随音频信号发生变化，再对所产生的高频信号进行放大、激励、功放和一系列的阻抗匹配，使信号输出到天线后发送出去。发送信号的装置是将电能转换为电磁能的关键设备，由控制面板、信号处理单元、供电电源、激励器以及功率放大器等 5 部分组成4。视频/音频信号通过信号处理单元处理转变为射频信号，再经功率放大器放大后，由发射天线以电磁辐射的方式将信号发送出去，其中的功率放大器为电能主要损耗部分，工作原理如图 2所示。4太阳能光伏发电辅助供电发射机工作原理传统的大功率太阳能发电系统除了光伏发电板以外，还包含有庞大规模的逆变与储存设备才能运行。这样，将太阳能供电技术应用到广播电视发射方面显得有些不切实际，因为大功率光伏发电系统的搭建和之后的日常维护将是一笔不小的经济负担，所以只有抛开传统太阳能的供电方式，去除掉太阳能供电的逆变与储存过程，才能大大降低建设成本和维护成本。采取直接供电和关键点供电的方式，只要给发射机添加一个太阳能光伏辅助供电的接入口，就可以将光伏发电产生的低压大电流直流电根据需要进行处理，不需逆变，直接辅助性地供给发射机耗电最大的关键部分，也就是发射机的末级功放模块，从而有效减少发射机的整体损耗。设备运行过程中，自动优先使用光伏发出的电。当阳光不足时，市电自动增加电流流量，保证设备供电电压稳定从而达到省电的效果。这种混合供电方式也可根据所搭建光伏电池板的多少来体现效能的大小。太阳能光伏发电辅助供电的广播电视发射机是以消耗光能所转换的电能为主。当夜间或光能不足的时候，平衡供电系统会自动提升市电电流以补充用电缺口，工作原理如图 3 所示。关键核心技术为自动平衡供电系统，优先采用光伏电能对设备供电。当光伏电能减弱时，系统自动提高直流电源模块的电流给予补充5。直流电源处理单元中包含过压/欠压保护电路、滤波稳压电路以及避雷装置等辅助 电路。5太阳能光伏发电辅助供电发射机的特点一方面，依靠自动平衡供电系统优先采用光伏发电供电，实现发多少电就用多少电的最佳省电（市电）效果。另一方面，相对于传统的光伏供电系统，该系统省去了蓄电池组和直流/交流逆变器，不但大大降低了建造和维护成本，也降低了路径的损耗，进一步提升了供电效率。6升级版太阳能光伏发电辅助供电发射机的工作原理广播电视停播率以秒为单位来计算。在直播过发射天线市电380 V激励器信号处理单元控制面板功率放大器直流电源48 V供电模块图 2广播电视发射机的工作原理太阳能光伏发电板直流电源处理单元激励器信号处理单元发射天线直流48 V直流48 V市电380 V自动平衡供电系统功率放大器直流电源48 V供电模块图 3太阳能光伏发电辅助供电发射机的工作原理 2023 年 8 月 25 日第 40 卷第 16 期 123 Telecom Power TechnologyAug.25,2023,Vol.40 No.16 覃江华：广播电视发射机应用 太阳能光伏发电辅助供电的方案程中一旦遇上停电，等待发电系统切换供电的过程不可避免地造成中断，直接影响停播率和收视效果。然而，升级版的太阳能光伏发电辅助供电发射机在原先基础上增加了补偿蓄电池组和小功率的 220 V 逆变器，工作原理如图 4 所示。该升级装置可在外电停电时，持续给耗电较小的信号处理单元和激励器供电。补偿蓄电池的容量可根据负载损耗情况来设计，只要能满足发电机启动所需的电能即可，而发电机启动只有几十秒的时间。这样的设计基本不增加建设成本，但能够完美实现发射机在供电电源系统切换过程中不停播的效果。一些省/市级的大功率广播电视发射台站里，大多因为发射功率太大而无法安装不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）应急供电系统来避免切换电源时造成的停播，而升级版的太阳能光伏发电辅助供电发射机能在短时间停电的间隙过程依然正常运行。自动平衡供电系统直流电源处理单元太阳能光伏发电板功率放大器激励器信号处理单元发射天线直流48 V直流48 V直流电源48 V供电模块补偿蓄电池组220 V逆变器图 4升级版太阳能光伏发电辅助供电发射机的工作原理7实验实验对象为 300 W 调频广播发射机，实验器材为 500 W 光伏发电板、48 V/20 Ah 蓄电池组、自制电器板、各种仪表等。对于数据记录，制定全天候时段记录参数表，记录结果如表 1 所示。从表 1 可以看出，07:00 开始市电电流逐步减低，07:0017:00 明显较低，甚至为 0 A，说明该时段已经不再损耗市电的电能；发电电流在 07:0017:00 明显增加，说明该时段的用电都是光伏发电的电能。一天内 07:0019:00 时段所消耗的电能与其他时间段所消耗的电能基本持平，即一天中消耗的电能一半为市电，一半为太阳能发电，有效节能约 50%。8结论通过实验证明，广播电视发射机添加太阳能光伏发电辅助供电接入口，并利用光伏发电来降低市电损耗的方案是可行的。省电率与光伏板的输出功率成正比，理论上当发电量等于发射机末级功放损耗的电量时，省电率将达到 90%以上。参考文献：1 李育锋，郭慧丽，赵映彤，等.太阳能发电在新蒙地区应用的思考 J.集成电路应用，2020，37（10）：116-117.2 张海龙.中国新能源发展研究 D.长春：吉林大学，2014.3 李茂燕.我国太阳能发电开发及消纳的相关问题探讨 J.企业技术开发，2016，35（9）：174-175.4 胡志祥.数字电视发射机的技术原理与发展趋势 J.科技创新导报，2016，13（6）：2-3.5 王大海，李俭兵.浅谈风光互补供电系统在通信基站中的应用 J.数字技术与应用，2012（12）：24.表 1全天候分时段记录参数表序号测试时间天气状况市电电流/A市电/V发电 电流/A发电电压/V测试员101:00夜间1.3220047.2黄彪202:00夜间1.2220047.1黄彪303:00夜间1.3220047.2黄彪404:00夜间1.3220047.0黄彪505:00夜间1.4220047.0黄彪606:00夜间1.1220046.9黄彪707:00晴天0.82202.147.5黄彪808:00晴天0.72205.248.0黄彪909:00晴天0.12205.448.2覃江华1010:00晴天0.02206.148.5覃江华1111:00晴天0.12206.248.8覃江华1212:00晴天0.02206.148.9覃江华1313:00阴天0.22206.349.8覃江华1414:00阴天0.12206.249.5覃江华1515:00阴天0.12206.149.6覃江华1616:00多云0.22205.849.3覃江华1717:00多云0.32205.748.5何宣基1818:00多云0.82203.948.3何宣基1919:00夜间0.92201.547.9何宣基2020:00夜间1.2220047.9何宣基2121:00夜间1.2220047.8何宣基2222:00夜间1.3220047.7何宣基2323:00夜间1.2220047.5何宣基2424:00夜间1.4220047.3何宣基