可持续太阳能供电系统的低复杂度规模设计：基站案例

摘要： 太阳能供电系统因其无污染且经济高效的能源解决方案而日益普及。设计太阳能供电系统时，需在满足给定断电约束条件下，估算光伏面板的合适尺寸及储能容量。该设计对用户体验质量及网络运营商在断电率和收益方面的利益具有重要影响。本文通过分析太阳能通信节点的设计问题以降低计算开销，其中独立太阳能基站（SS-BS）作为案例研究对象。为此，采用近十年小时级太阳能数据进行研究：首先修订基站功耗模型以实现节能增收，结合小时级太阳能数据与功耗曲线，利用高斯混合模型获取面板尺寸与储能容量的下限值，从而缩小最优成本系统设计的搜索空间；继而通过曲线拟合技术，将成本函数与断电概率建模为面板尺寸和电池单元数量的函数，证明成本函数具有拟凸性，断电概率则为关于这两个变量的凸函数——这些特性将最优成本设计问题转化为凸优化框架，确?；竦萌肿钣沤狻Ｗ钪仗岢黾扑愀咝У亩系绺兄钣懦杀旧杓扑惴ǎ–ECoDA），无需穷举搜索即可估算系统规模。该框架在多个城市太阳能数据上测试验证（以新德里、伊塔那噶、拉斯维加斯和堪萨斯这四个地理区域迥异的城市为例），结果表明：相比现有穷举搜索方法，本优化框架能精准确定系统规模，计算开销降低达94%，相关计算能耗需求亦显著减少。CECoDA算法利用地理位置特有的太阳能辐射特征，在大幅缩短时间的同时实现了经济高效的太阳能系统设计。