Solution de système d'alimentation photovoltaïque pour station de base de communication

Actuellement, sur les 6,6 milliards d'habitants de la planète, plus de 2 milliards ne bénéficient pas d'un accès adéquat à l'électricité, soit environ un tiers de la population totale. L'image ci-dessous montre les régions du monde avec et sans électricité.

Les zones dépourvues d'un approvisionnement électrique adéquat se situent principalement en Afrique, en Amérique du Sud, en Asie et en Asie du Sud-Est. Par exemple, les Philippines et l'Indonésie comptent de nombreuses îles, et il est impossible de construire un réseau électrique à grande échelle dans ces petites zones insulaires. Dans certaines régions, le coût de construction et d'entretien d'un réseau électrique à grande échelle est trop élevé. Par exemple, dans le nord-ouest reculé de la Chine, le territoire est vaste et la population clairsemée. Il est économiquement déraisonnable d'installer le réseau électrique dans chaque famille d'éleveurs.

Dans certaines régions où d'importants réseaux de transport à haute tension ont été mis en place, l'alimentation électrique est souvent instable, et leur modernisation et leur transformation nécessitent des budgets considérables. Heureusement, de nombreux pays en développement disposent d'abondantes ressources en énergies renouvelables, comme l'énergie solaire ou l'énergie éolienne. Il est plus rentable d'utiliser ces systèmes d'alimentation électrique renouvelable à grande échelle dans les zones reculées que d'utiliser de grands réseaux de transport à haute tension. Ce système d'alimentation électrique dans les zones reculées peut être utilisé là où des réseaux électriques existent déjà, mais une alimentation électrique séparée est plus rentable que l'extension du réseau de transport à haute tension. Par exemple, l'utilisation de systèmes d'alimentation électrique indépendants le long des autoroutes pour la signalisation, la communication et l'éclairage peut éviter le coûteux projet de pose et d'entretien de câbles souterrains. Les régions du monde riches en énergie solaire comprennent l'Afrique, l'Asie du Sud, l'Asie du Sud-Est, l'Australie, l'Amérique centrale et le plateau Qinghai-Tibet dans mon pays. L'utilisation de systèmes d'alimentation électrique solaire dans ces régions est un choix économique.

1.Sélection LEf Ppuissance Sapprovisionnement Ssystème Fou Ccommunication Base Stations jen Rémote UNraisons

Le système d'alimentation électrique dans les zones reculées comprend généralement des équipements de production d'électricité, de stockage d'énergie, de conversion et de gestion de l'énergie. Les équipements de production d'électricité comprennent des générateurs diesel, des panneaux photovoltaïques, des éoliennes ou des générateurs hydroélectriques. Les équipements de stockage d'énergie comprennent généralement des batteries ou des réservoirs de stockage. Les équipements de conversion et de gestion de l'énergie comprennent des convertisseurs CC, des onduleurs et d'autres équipements.

Les générateurs diesel constituent la source d'énergie de nombreux systèmes d'alimentation électrique à distance. Afin d'optimiser le rendement énergétique et de réduire la maintenance, le taux de charge doit être maintenu entre 60 % et 70 % de la capacité nominale du générateur. La puissance de sortie des éoliennes peut atteindre 250 W à 500 kW, mais il est nécessaire de sélectionner un champ éolien approprié avec une vitesse de vent stable. Bien que le coût de production d'électricité des générateurs hydroélectriques soit relativement faible, ils doivent être construits sur des rivières à débit modéré et stable. Le coût de production des générateurs hydroélectriques est relativement faible, mais le coût des générateurs est élevé.

Les réseaux de communication nécessitent des stations de base et d'autres équipements pour assurer un fonctionnement stable 24h/24 et 7j/7. Outre leur répartition en zones urbaines, les stations de base sont également largement répandues dans divers environnements tels que les déserts, les îles et les sommets montagneux. Elles couvrent une vaste zone et sont généralement autonomes, ce qui impose des exigences élevées en matière de fiabilité et de durée de vie de l'alimentation électrique. Les cellules photovoltaïques du système d'alimentation solaire convertissent directement l'énergie solaire en électricité et fournissent la tension de -48 V requise par la station de base grâce à la connexion en série et en parallèle des modules photovoltaïques, réalisant ainsi une conversion d'énergie statique. Comparé aux générateurs à pièces mécaniques rotatives, la charge de maintenance est très faible. Pour des charges de station de base inférieures à 2 kW, il s'agit d'une solution d'alimentation électrique adaptée aux zones reculées. Compte tenu notamment de la hausse des prix mondiaux du pétrole brut, l'avantage économique des systèmes de production d'électricité photovoltaïque devient de plus en plus évident.

2. Système d'alimentation photovoltaïque pour stations de base de communication

Le système d'alimentation solaire de la station de base de communication se compose de modules photovoltaïques, de supports de réseau, de boîtes de jonction, de contrôleurs de charge et de décharge, de packs de batteries, d'onduleurs, etc., comme illustré dans la figure ci-dessous.

Les composants utilisent généralement des cellules en silicium monocristallin ou polycristallin, dont la tension de sortie est d'environ 0,5 V. Généralement, 72 cellules solaires sont connectées en série. Par conséquent, pour obtenir une plage de tension de 43,2 à 56,4 V, deux composants doivent être utilisés en série. Pour la puissance, privilégiez des spécifications plus élevées, telles que 165 W, 170 W et 175 W. Des composants trop petits augmenteront le coût de conception du support et l'encombrement au sol. De plus, le rendement des cellules solaires avec des composants surdimensionnés est faible et le coût de la batterie relativement élevé. Choisissez le nombre de composants en parallèle en fonction de la capacité de charge et des ressources énergétiques solaires locales.

Plusieurs composants photovoltaïques sont connectés en parallèle pour former un réseau. Des supports en acier galvanisé les soutiennent, leur permettant d'avoir un angle d'inclinaison précis et de résister au vent. Pour les systèmes photovoltaïques indépendants, afin de réduire l'utilisation des batteries et les coûts du système, il est nécessaire d'obtenir un rayonnement solaire maximal en hiver. Il est donc nécessaire de régler l'angle d'inclinaison du composant à 10° à 20° de plus que la latitude locale.

En l'absence de soleil ou en cas de faible rayonnement solaire par temps pluvieux ou nocturne, et lorsque l'énergie requise par la charge ne peut être fournie, le groupe de batteries continue de fournir l'énergie nécessaire à la charge. La capacité du groupe de batteries est déterminée par la capacité de charge, le nombre de jours d'autonomie en cas de pluie continue et la profondeur de décharge.

Par le passé, les batteries plomb-acide inondées (OPzS) étaient un choix courant pour les systèmes d'alimentation photovoltaïque. En effet, ces batteries utilisent des électrodes positives tubulaires pour empêcher la chute du matériau actif et des plaques négatives épaisses pour prolonger leur durée de vie. Cependant, ces dernières années, de plus en plus de systèmes photovoltaïques se sont tournés vers les batteries plomb-acide scellées à régulation par soupape colloïdale (OPzV) dotées de plaques positives tubulaires. La principale raison de ce changement est que la technologie des batteries plomb-acide scellées à régulation par soupape (VRLA) nécessite moins d'entretien.

Les batteries à électrolyte liquide doivent être régulièrement arrosées et entretenues. Un entretien insuffisant réduit leur durée de vie et augmente les coûts de transport de l'eau distillée déionisée vers les stations de base situées dans des zones reculées. En conditions normales de fonctionnement, les batteries VRLA ne précipitent que des traces d'acide sulfurique et d'hydrogène, ce qui réduit considérablement la charge de maintenance et ne nécessite pas la construction d'une salle des machines ni l'installation de dispositifs de ventilation spécifiques. La stratification de l'électrolyte est la cause de nombreuses pannes de batteries à électrolyte liquide. Elle est généralement éliminée par une surcharge, nécessitant généralement une surcharge supplémentaire pouvant atteindre 15 %. Les batteries gel présentent une stratification négligeable de l'électrolyte en fonctionnement et ne présentent donc pas de pannes liées à cette stratification. La sous-charge est une cause fréquente de panne des batteries VRLA fonctionnant dans des systèmes d'alimentation électrique isolés. Cela est dû à l'accumulation et à la croissance de cristaux de sulfate de plomb dans le matériau actif de la batterie lorsque la source d'énergie photovoltaïque est instable pendant la saison des pluies. Des études ont montré que les séparateurs microporeux utilisés dans les batteries colloïdales sont moins sensibles à la pénétration des dendrites et présentent de meilleures caractéristiques à cet égard. Comparé à la capacité de récupération de charge des batteries inondées de 110 % à 115 %, celle des batteries colloïdales n'est que de 103 % à 105 %. L'amélioration de l'efficacité de charge favorise les économies d'énergie photovoltaïque.

Le contrôle de charge et de décharge utilise un contrôleur multicanal. Le réseau de panneaux solaires est divisé en plusieurs branches et connecté au contrôleur via un boîtier de jonction. Lorsque la batterie est pleine, le contrôleur déconnecte les composants un par un ; la charge est alimentée conjointement par la batterie et les modules photovoltaïques restants. Lorsque la tension de la batterie redescend à la valeur de consigne, le contrôleur connecte les composants un par un pour réguler la tension et le courant de charge du groupe de batteries. Cette méthode de contrôle incrémental permet d'obtenir approximativement l'effet d'un contrôleur à modulation de largeur d'impulsion (MLI). Plus le nombre de voies est élevé, plus l'incrément est faible et plus la régulation est proche d'une régulation linéaire.