隨著通過移動電話網(wǎng)絡(luò)連接到互聯(lián)網(wǎng)的智能手機(jī)和其他數(shù)字設(shè)備數(shù)量的大量增加，現(xiàn)有設(shè)備的覆蓋范圍和容量都面臨壓力。業(yè)界已轉(zhuǎn)向小型電池來解決這個問題：metrocells，femtocells和picocells。這種新型設(shè)備的范圍從低成本產(chǎn)品到家庭中的移動電話信號，可安裝在燈柱上的街道級電池，以及提供更廣覆蓋范圍的高通量metrocell。

研究和市場1，在其最新報告中，小型蜂窩：Femtocell，Picocell（以及中繼器，DAS和Wi-Fi）預(yù)測小型蜂窩電池的“爆炸式增長”，特別是那些用于基于LTE的高容量城市網(wǎng)絡(luò)。該公司預(yù)計，到2017年，小型電池的出貨量將達(dá)到7000萬臺。

ABIResearch2的預(yù)測較為溫和，預(yù)計企業(yè)和消費(fèi)者家庭電池的復(fù)合年均復(fù)合增長率僅為63％，到2017年將實(shí)現(xiàn)34億美元的收入增長。研究人員稱，室外metrocell正在吸引更多關(guān)注。

這些小型電池的共同點(diǎn)是低功率運(yùn)行，以及太陽能供電的潛力。太陽能小型電池已經(jīng)應(yīng)用于城市和偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)的許多應(yīng)用中。

本文將考慮這些新一代小型電池的功率要求，并研究太陽能技術(shù)的方式可以采用這些方法，審查來自多個供應(yīng)商的一系列解決方案，包括Parallax 33000 34 W太陽能電池板套件; IXYS Ixolar高效太陽能電池，SLMD480H12L;和Sanyo Energy（松下）AM-5706非晶太陽能電池。

細(xì)胞分裂增加覆蓋范圍

許多人認(rèn)為小微蜂窩的部署是無線的唯一可行方式網(wǎng)絡(luò)提供商將能夠滿足通過下一代數(shù)字設(shè)備處理大量移動數(shù)據(jù)所設(shè)想的需求。這不僅包括智能手機(jī)，平板電腦和筆記本電腦等各種消費(fèi)設(shè)備，還包括與“物聯(lián)網(wǎng)”運(yùn)動相關(guān)的新興應(yīng)用。

例如，ETSI M2M中的歐洲研究項(xiàng)目通信軌道正致力于基于3GPP蜂窩技術(shù)的道路交通信息和輔助系統(tǒng)。預(yù)計3G和LTE都將成為用于車輛的主要蜂窩無線接入標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)計寬帶移動網(wǎng)絡(luò)的預(yù)期可用性將成為智能交通系統(tǒng)的催化劑。研究人員已經(jīng)注意到，通過使用毫微微蜂窩基站（符合3GPP規(guī)范）來創(chuàng)建低延遲的本地3G連接，充當(dāng)位于路邊的交通應(yīng)用服務(wù)器，可以有效地增強(qiáng)蜂窩覆蓋。

雖然仍然存在技術(shù)挑戰(zhàn)需要克服，小小區(qū)有望限制干擾，減少切換，最大限度地減少掉線，提高服務(wù)質(zhì)量，同時最大限度地提高容量并支持高速應(yīng)用。小蜂窩網(wǎng)絡(luò)被整合到宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，創(chuàng)建了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（HetNets）。

雖然市場觀察者同意要成功，但這些微蜂窩必須價格低廉，運(yùn)營成本低，體積小，功耗低，關(guān)于哪種電子硬件/軟件設(shè)計將勝出的不同意見。一方面，有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，低成本基站只能通過使用大量可用的標(biāo)準(zhǔn)化部件來實(shí)現(xiàn)，遠(yuǎn)離目前在宏基站中流行的完全可編程類型的設(shè)備，如FPGA和DSP。相反，一些芯片制造商預(yù)測將向片上系統(tǒng)（SoC）設(shè)備發(fā)展，這些設(shè)備集成了DSP，CPU和加速核心，以支持3G，4G和Wi-Fi，以及一些媒體處理能力，每個可能高達(dá)100美元。但是，所有各方都認(rèn)為低功耗是必不可少的。

Micro，pico，femto，metro

Microcell和small cell是用于小于宏蜂窩或傳統(tǒng)移動設(shè)備的所有小區(qū)的通用術(shù)語電話基站。幾年前首次推出的femtocell被認(rèn)為是最初的微蜂窩。通常，它們是主要用于家庭或小型辦公室的小型終端，其缺乏良好的蜂窩信號覆蓋。在此類應(yīng)用中，femtocell使用消費(fèi)者的寬帶連接進(jìn)行回程，尤其是高帶寬移動數(shù)據(jù)連接。在一些開放式和HetNet安裝中，毫微微蜂窩基站可以集成到托管網(wǎng)絡(luò)中，并通過網(wǎng)關(guān)訪問宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)。

雖然有些人認(rèn)為femtocell僅限于住宅應(yīng)用，但它仍然成功地部署在偏遠(yuǎn)地區(qū)，發(fā)達(dá)國家，覆蓋范圍廣泛但覆蓋面不足，以及新興市場。在電信基礎(chǔ)設(shè)施很少的國家的遠(yuǎn)程位置安裝毫微微蜂窩基站，可以通過PC和標(biāo)準(zhǔn)寬帶連接繞過傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)接入路線。

圖1：印度Kolar的太陽能電信裝置。它最初由柴油發(fā)電機(jī)提供動力。太陽能系統(tǒng)使運(yùn)營成本整體降低了86％，二氧化碳排放量每年減少21噸。投資回收期為3年。資料來源：Solar Novus。

低功率毫微微蜂窩基站，功率低于5瓦，可以通過太陽能發(fā)電輕松維持，使用電池存儲能量并在夜間提供備用。對于毫微微蜂窩基站而言，5 W并不罕見，而且2010年首次推出的5 W參考設(shè)計的BoM為50美元。

Femtocell還可以通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)提供有效和高效的回程連接。衛(wèi)星容量的急劇增長促進(jìn)了低成本，低功率（20 W或更低）衛(wèi)星接收機(jī)的發(fā)展，當(dāng)與3G femtocell結(jié)合并由太陽能電池供電時，它可以幾乎在任何地方以低成本的方式提供服務(wù)。這些有時被稱為更大的毫微微蜂窩或微微蜂窩。亞太地區(qū)位于泰國的寬帶衛(wèi)星運(yùn)營商Ipstar為偏遠(yuǎn)地區(qū)提供基于femtocell的回程蜂窩服務(wù)。它也可以由太陽能供電。

3G和4G/LTE metrocell通常由移動服務(wù)提供商部署，以提供密集城區(qū)的增加容量。它們既可以安裝在室內(nèi)也可以安裝在室外，通?？梢栽谝暰€或近視線的基礎(chǔ)上覆蓋許多街道或商業(yè)中心或火車站的同等區(qū)域。

最近部署metrocell和femtocell的一個令人印象深刻的例子是Telefonica去年為倫敦奧運(yùn)會安裝的網(wǎng)絡(luò)。倫敦已經(jīng)在400個路燈上安裝了Metrocell。在倫敦奧運(yùn)村，1500個metrocell和開放式室內(nèi)femtocell混合使用，每平方公里的吞吐量達(dá)到1 Gbit/s。該網(wǎng)絡(luò)還包括14,000個Wi-Fi接入點(diǎn)，部署在每四個路燈上。

關(guān)于小型蜂窩部署的主要問題是站點(diǎn)獲取，電源和回程，具有規(guī)劃，安裝技能和維護(hù)也很重要。從功率角度來看，一些新一代微蜂窩需要交流電源，或者可以從以太網(wǎng)供電（如果可用）中受益。太陽能選擇正在變得流行。來自阿爾卡特朗訊的小型太陽能femtocell，總功耗為15 W（包括回程），已成功部署在Telefonica試驗(yàn)中。

<圖2：Telefonica UK首個太陽能3G/4G/Wi-Fi接入點(diǎn)。

節(jié)能

如果網(wǎng)絡(luò)容量和覆蓋范圍不夠，那么大規(guī)模部署微蜂窩的另一個主要動力是全球節(jié)能。據(jù)報道，信息和通信技術(shù)（ICT）占全球二氧化碳排放量的2％至2.5％。根據(jù)國際電聯(lián)的數(shù)據(jù)，大約10％的ICT總排放量來自移動電話網(wǎng)絡(luò)，超過一半的數(shù)量來自無線電接入網(wǎng)絡(luò)。 Macrocell基站的功耗通常在2.5到4 kW之間。

小功率電池以低功率（2 W或更低）運(yùn)行，并將覆蓋范圍和容量提供到所需的位置，被認(rèn)為在能量和射頻功率方面更高效，即使需要大量電池來覆蓋大型城市地區(qū)。另外一個好處是手機(jī)更容易連接到網(wǎng)絡(luò)，從而延長了電池續(xù)航時間。

許多電信公司都制定了自己的節(jié)能目標(biāo)，而政府正在鼓勵各行業(yè)幫助滿足國際社會的努力。減少全球碳足跡。計劃包括太陽能和風(fēng)能發(fā)電的補(bǔ)貼，以及新建筑和設(shè)施的立法。

直接的結(jié)果是，許多微蜂窩和毫微微蜂窩設(shè)計人員正在實(shí)施復(fù)雜的電源管理集成電路并采用睡眠模式等專門技術(shù)，以降低功耗。所有這些都使得替代的，可再生的和收獲的能源成為許多應(yīng)用中為小電池供電的有力競爭者。對于許多毫微微蜂窩基站和微蜂窩以及Wi-Fi接入點(diǎn)，太陽能是一種有吸引力且可行的選擇。它特別適用于臨時應(yīng)用，例如奧運(yùn)會等重大事件，受地震和洪水襲擊地區(qū)的災(zāi)難恢復(fù)，甚至是戰(zhàn)區(qū)。

太陽能電池選項(xiàng)

在一些地區(qū)，可以安裝大型太陽能發(fā)電裝置，為村里的一系列必要設(shè)備提供能源。太陽能電池總是需要為小型隔離設(shè)備提供電力。毫微微蜂窩基站背后的想法是它們可以輕松，快速和經(jīng)濟(jì)地部署。

單晶太陽能電池被認(rèn)為是最有效的電池類型，在低光照條件下表現(xiàn)良好。它們非常堅(jiān)固，非常適合戶外和室內(nèi)應(yīng)用。

適用于此類應(yīng)用的一種太陽能電池板是Parallax的34 W太陽能電池板套件。這是業(yè)余愛好者的最愛，它也是一種專業(yè)級套件，可產(chǎn)生高達(dá)34 W的清潔，綠色和電能。它具有12個2.85 W，18.5％效率的單晶電池陣列。

圖3：Parallax的34 W太陽能電池板套件。

這些非常適合為小型電池供電，因?yàn)檫@些面板可以在室外環(huán)境中使用。該設(shè)備具有高透光性，可永久密封，增強(qiáng)堅(jiān)固性，最高可提供6 VDC。因此，該套件專門設(shè)計用于為小型設(shè)備提供電力，例如遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制系統(tǒng)。此外，多個單元可以菊花鏈?zhǔn)竭B接在一起，以獲得更高的電壓和電流或功率輸出，使其成為太陽能充電備用電池的理想選擇。

替代單晶電池產(chǎn)品是IXEX的Ixolar系列SolarBIT產(chǎn)品。這些是室內(nèi)和室外電信應(yīng)用的理想選擇，可用于直接為遠(yuǎn)程安裝供電或?yàn)閭溆秒姵爻潆姟＠?，SLMD480H12L是該系列中的典型型號，它使用12個串聯(lián)電池，電池效率為22％，提供7.56 V開路電壓，6.06 V典型電壓和18 mA典型電流。

圖4：IXYS Ixolar SolarBIT系列太陽能電池。

另一種選擇是使用無定形面板。這些在將收集的光轉(zhuǎn)換成電能方面效率較低，但即使在部分遮蔽時也具有繼續(xù)充電的益處。它們也可以更便宜購買，包括三洋能源（現(xiàn)在是松下的一部分）在內(nèi)的多家供應(yīng)商突出了允許多個電池在電池形成的同時輕松串聯(lián)連接的技術(shù)，這意味著創(chuàng)建系統(tǒng)很簡單具有不同電壓，完全適合預(yù)期的應(yīng)用。