Energie solară pentru turnuri de telecomunicații: un ghid practic de proiectare și investiții

Energia solară pentru turnurile de telecomunicații poate reduce timpul de funcționare al generatorului și poate îmbunătăți independența energetică, dar panourile singure nu constituie un sistem de alimentare pentru telecomunicații fiabil. Proiectarea trebuie să corespundă sarcinii măsurate a amplasamentului, resursei solare din cel mai nepotrivit sezon, autonomiei țintă, ferestrei de tensiune continuă, limitelor bateriei și cerințelor de recuperare. În multe locații, cel mai bun răspuns este un hibrid gestionat, mai degrabă decât un amplasament fără generator.

La o primă analiză a amplasamentului, separ ce se poate calcula de ce mai trebuie măsurat. Energia zilnică și o dimensiune provizorie a sistemului fotovoltaic pot fi verificate din timp. Curentul bateriei, comportamentul termic, recuperarea în condiții de soare slab și proiectul final de protecție necesită în continuare date de la amplasament și curbe de produs. Această distincție împiedică transformarea discretă a unei estimări timpurii într-o specificație de achiziție.

De ce energia solară pentru telecomunicații este diferită de energia fotovoltaică comercială obișnuită

Un acoperiș comercial folosește în mod normal rețeaua electrică ca tampon de energie. O stație de bază independentă de rețea nu are acest lux. Dacă luna solară proiectată furnizează mai puțină energie decât se așteaptă, starea de încărcare a bateriei scade zi de zi până când sarcina este deconectată sau o sursă de rezervă pornește.

Sarcinile de telecomunicații au și ele propria lor formă. O stație radio poate avea o cerere de bază constantă, variații legate de trafic, vârfuri scurte de putere și o sarcină de răcire care respectă temperatura ambiantă. Legăturile cu microunde, luminile de obstrucție, supravegherea, controlul accesului și încălzitoarele de dulapuri adaugă sarcini mai mici, ușor de trecut cu vederea. Adăugirile viitoare de radio pot fi mai importante decât câteva procente de eficiență a conversiei.

Apoi, există interfața de curent continuu. Multe sisteme de telecomunicații funcționează pe o magistrală de curent continuu nominală de -48 V. Acolo unde arhitectura o permite, sistemul fotovoltaic poate încărca bateria și deservi sarcini de curent continuu prin intermediul unui controler MPPT și al unui sistem de alimentare de curent continuu, fără o conversie inutilă de la curent continuu la curent alternativ la curent continuu. Un invertor este încă necesar pentru sarcinile de curent alternativ, dar nu ar trebui adăugat din obișnuință.

Alegeți arhitectura de operare înainte de dimensionarea componentelor

Clasificarea amplasamentelor este pe primul loc. Calitatea rețelei, accesul la combustibil, terenul disponibil, resursa solară și consecințele întreruperilor determină ce arhitectură merită o modelare detaliată.

O configurație pur solară poate părea atractivă într-o foaie de calcul deoarece elimină combustibil. Totuși, un generator de rezervă modest poate fi mai ieftin decât instalarea unei capacități suficiente de panouri fotovoltaice și baterii pentru a acoperi un eveniment meteorologic rar, de mai multe zile. În schimb, un generator supradimensionat care funcționează ușor pentru perioade lungi de timp poate irosi combustibil și poate suferi probleme de întreținere evitabile. Nu aș recomanda eliminarea sursei finale de rezervă până când un model orar nu a supraviețuit cazurilor de energie solară scăzută și operatorul nu a acceptat riscul rămas de întrerupere a energiei.

Începeți cu sarcina măsurată și vremea din perioada de proiectare

Cel puțin, colectați coordonatele amplasamentului, sarcina orară sau pe 15 minute, cererea de vârf, interfețele de curent continuu și alternativ, istoricul întreruperilor de alimentare, înregistrările generatorului, temperatura tabloului de distribuție, suprafața fotovoltaică disponibilă și extinderea planificată a rețelei. Trei înregistrări sunt deosebit de revelatoare: urmărirea sarcinii, orele de funcționare a generatorului și istoricul combustibilului livrat. Atunci când acestea prezintă informații diferite, tratați valoarea de referință energetică ca fiind provizorie și aflați de ce înainte de a dimensiona echipamentul.

Dacă datele privind intervalele nu sunt disponibile, construiți un program pe subsistem în loc să înmulțiți fiecare clasificare de pe plăcuța de identificare cu 24 de ore. Marcați fiecare estimare ca fiind măsurată, calculată sau presupusă. Această mică disciplină face ca următoarea revizuire să fie mult mai ușoară.

Energia zilnică este utilizată pentru a estima capacitatea fotovoltaică și a bateriei. Puterea de vârf este verificată separat, deoarece determină valorile nominale ale controlerului, redresorului, invertorului, cablului, barei colectoare și protecției. Ambele contează: o locație cu o medie zilnică scăzută poate produce totuși un curent ridicat de scurtă durată.

Calculul ecranării fotovoltaice

E_source este energia care trebuie furnizată la limita sistemului selectat. PSH_design este valoarea orei solare de vârf pentru luna relevantă cu energie solară scăzută, nu pur și simplu media anuală. K_PV ia în considerare pierderile pe partea fotovoltaică, cum ar fi temperatura, murdăria, nepotrivirea, cablajul, performanța MPPT și umbrirea.

Păstrați limitele de pierdere vizibile. Pierderile din redresor și distribuție aparțin traseului de alimentare din aval; temperatura modulului și murdărirea aparțin părții fotovoltaice. Dacă ambele sunt ascunse în interiorul unui „factor de siguranță” vag, acestea pot fi luate în considerare de două ori sau pot fi omise complet.

Calculul de verificare a bateriei

E_autonomy este energia de sarcină necesară în timp ce sursele selectate nu sunt disponibile. DoD este adâncimea admisă de descărcare, η_path este eficiența bateriei la încărcare, F_EOL este capacitatea reținută necesară la sfârșitul duratei de viață și F_temp reprezintă capacitatea utilizabilă la temperatura de proiectare. Nu aplicați din nou un factor dacă acesta este deja inclus în energia utilizabilă declarată a produsului.

Un exemplu de screening funcțional

Să luăm în considerare un amplasament ipotetic la distanță cu o putere medie de 1.5 kW. Sarcina sa livrată este de 36 kWh pe zi. Presupunem că eficiența în aval este de 88% și alocația de planificare este de 10%; obiectivul energetic la sursă este atunci de aproximativ 45 kWh pe zi. Cu 4.0 ore de vârf solare proiectate și un factor de reducere a puterii fotovoltaice de 0.78, panoul fotovoltaic inițial are aproximativ 14.4 kWp.

Acum, să presupunem că bateria trebuie să suporte sarcina de 1.5 kW timp de 12 ore. Aceasta înseamnă 18 kWh furnizați. La o adâncime de descărcare admisă de 80%, o eficiență pe traseu de 94% și o retenție la sfârșitul duratei de viață de 80%, cerința inițială de pe plăcuța de identificare este de aproximativ 29.9 kWh înainte de rotunjirea modulului și corecția temperaturii. O autonomie de 24 de ore ar dubla aproximativ această cifră.

Aceste numere nu sunt citate. Ele descriu un set de ipoteze, toate fiind vizibile în tabel. Un proiect final trebuie să simuleze starea de încărcare orară a bateriei, zilele consecutive cu vreme nefavorabilă, temperatura, creșterea sarcinii și întreruperile sursei. De asemenea, trebuie să rotunjească la module de baterie compatibile și să verifice curentul la tensiunea minimă de funcționare.

Recuperarea este cecul pe care oamenii îl uită

După o pană de curent sau un eveniment de soare slab, sarcina de telecomunicații continuă în timp ce bateria se reîncarcă. În exemplu, restabilirea a 18 kWh în șase ore la o eficiență a căii de încărcare de 92% necesită aproximativ 3.3 kW pentru încărcare. Adăugați sarcina continuă de 1.5 kW la fața locului și sursa disponibilă trebuie să furnizeze cel puțin 4.8 kW înainte de alte pierderi și marjă de încărcare.

Prin urmare, o baterie poate fi suficient de mare pentru autonomie, dar cu o capacitate fotovoltaică sau a redresorului prea mică pentru a se recupera înainte de următorul eveniment. Simularea stării de încărcare ar trebui să arate atât cea mai mică rezervă, cât și timpul necesar pentru a o restabili.

Decizii privind componentele care afectează fiabilitatea pe teren

Plasarea și structura fotovoltaicelor

Montarea modulelor direct pe un turn poate economisi spațiu la sol, dar înălțimea turnului nu îmbunătățește automat producția solară. Antenele, structurile metalice, cablurile și vegetația din apropiere pot proiecta umbre complexe. Zona suplimentară expusă vântului, încărcarea structurală, curățarea dificilă și accesul la înălțime pot depăși economia de spațiu. Dacă un tehnician nu poate curăța sau înlocui în siguranță un modul, randamentul său teoretic nu este foarte util. Panourile montate la sol sunt adesea mai ușor de orientat, inspectat și extins, cu condiția ca complexul să dispună de un teren sigur și neumbrit.

Verificați condițiile vântului, zăpezii, coroziunii, solului sau fundației și tensiunea șirului de panouri la temperaturi scăzute. Controlul vegetației face parte din planul de întreținere; un rând de panouri care este liber la punerea în funcțiune poate fi umbrit un an mai târziu.

Baterie și BMS

Fosfatul de litiu-fier este considerat pe scară largă pentru stocarea datelor în telecomunicații datorită duratei sale de viață ciclice și caracteristicilor termice, însă chimia nu garantează un sistem bun. Verificați energia utilizabilă, curentul continuu și de vârf, limitele de încărcare la temperatură joasă, reducerea puterii la temperatură înaltă, protecția BMS, echilibrarea celulelor sau modulelor, soluția de comunicare alternativă și condițiile de garanție.

Bateriile paralele ar trebui să aibă o strategie validată de partajare a curentului, firmware compatibil și protecție individuală a ramificațiilor. Înainte de conectare, diferențele de stare de încărcare trebuie controlate pentru a evita curentul de supratensiune sau de circulație.

Cale de alimentare DC și controler hibrid

Regulatorul decide când sistemul fotovoltaic deservește sarcina, încarcă bateria, pornește generatorul sau utilizează rețeaua. Prioritățile sale ar trebui să reflecte politica de service, mai degrabă decât o setare implicită generică din fabrică. O rezervă critică ar putea necesita protecție împotriva ciclurilor de economisire a combustibilului. De asemenea, pragurile de pornire și oprire a generatorului ar trebui să prevină ciclurile rapide de încărcare și să permită un blocaj eficient de încărcare.

Confirmați intervalul complet de tensiune al bateriei în raport cu sarcina nominală de telecomunicații de -48 V, valorile de referință ale redresorului și deconectarea de joasă tensiune. Pentru amplasamente mixte de curent alternativ și curent continuu, mapați fiecare etapă de conversie și eficiența acesteia.

Protecția cabinetului și a mediului

O carcasă exterioară necesită mai mult decât un indice de protecție IP. Aportul solar, condensul, sarea, praful, insectele, intrările de cabluri, drenajul și căldura internă pot afecta fiabilitatea pe termen lung. Senzorii de temperatură ar trebui să reprezinte modulele bateriei și componentele fierbinți, nu doar aerul din apropierea unei intrări.

Încălzirea, ventilația și răcirea consumă energie, așadar includeți-le în modelul de sarcină. În locațiile cu temperaturi ridicate, un dulap care protejează durata de viață a bateriei poate crește, de asemenea, cererea zilnică de energie. În locațiile cu temperaturi scăzute, poate fi necesară încălzirea controlată înainte de a fi permisă încărcarea.

Monitorizare care duce la acțiune

Datele utile de la distanță includ energia sursei, sarcina amplasamentului, starea de încărcare a bateriei, distribuția celulelor sau modulelor, temperatura, pornirile generatorului, nivelul combustibilului, evenimentele de protecție și starea comunicării. Un tablou de bord care arată o stare de încărcare de 100% nu dovedește că bateria poate furniza energia nominală. Testele de capacitate, istoricul evenimentelor și datele de tendință sunt mai convingătoare. Setați responsabilitatea alarmei și timpii de răspuns înainte de predare și asigurați-vă că controlerul local menține funcționarea în siguranță atunci când conexiunea cloud sau backhaul nu este disponibilă.

Pentru materiale suplimentare de planificare a proiectelor axate în mod specific pe amplasamentele de telecomunicații, cumpărătorii și echipele de inginerie pot consulta aceste resurse pentru sistemele de energie solară pentru telecomunicații ca referință secundară atunci când își pregătesc întrebările despre amplasament.

Comparați costul total pe durata de viață, nu doar panourile, versus motorina

Lumina soarelui nu are factură pentru combustibil, dar un sistem de telecomunicații solare are totuși costuri de capital, service și înlocuire. Pentru comparații cu motorina, utilizați prețul combustibilului livrat la turn, nu prețul național la pompă. Starea drumului, distanța, securitatea și dimensiunea fiecărei livrări pot modifica substanțial numărul. Comparația justă este costul actualizat al livrării disponibilității necesare pe perioada proiectului.

Analizați cel puțin trei cazuri: modelul de operare actual, un design solar-hibrid și un design cu o sursă mai mare de energie regenerabilă. Testați prețul combustibilului, anul de înlocuire a bateriilor, creșterea traficului, producția solară și ipotezele de finanțare. Prefer să arăt ipotezele lângă rezultat; o singură cifră de recuperare a investiției ascunde prea multe.

Operațiuni, securitate și considerații comunitare

Monitorizarea de la distanță reduce deplasările inutile, dar nu elimină întreținerea fizică. Punerea în funcțiune ar trebui să verifice polaritatea, protecția, cuplul, maparea alarmelor, stările controlerului, pornirea generatorului, recuperarea bateriei și fluxul real de energie. Ulterior, analizați tendința datelor în loc să așteptați o alarmă de joasă tensiune. Primele săptămâni merită urmărite cu atenție, deoarece acestea expun valori de referință greșite, umbriri neașteptate și sarcini care au lipsit din măsurătoare.

Furtul și manipularea neautorizată merită atenție la proiectare. Panourile, bateriile, combustibilul și cuprul pot atrage furtul. Gardurile, detectarea manipulării neautorizate, elementele de fixare ascunse, marcarea activelor, accesul controlat și amplasarea rațională a echipamentelor ar trebui luate în considerare împreună. Măsurile de securitate trebuie să permită în continuare întreținerea în siguranță și izolarea în caz de urgență.

Un proiect energetic de telecomunicații ocupă, de asemenea, terenuri și modifică modelele de lucru locale. Discuțiile timpurii cu proprietarii de terenuri și comunitățile pot rezolva problemele legate de acces, vegetație, strălucire, zgomot și securitate. Acolo unde este posibil, instruiți tehnicieni locali și definiți suportul local pentru piese de schimb. Un proiect care reduce livrările de motorină, dar nu lasă în urmă niciun sistem care să poată fi întreținut, a rezolvat doar jumătate din problemă.

Când un sistem de telecomunicații solare ar putea să nu fie prima mișcare potrivită

Energia solară nu este automat cea mai bună investiție pentru fiecare turn. Reconsiderați arhitectura atunci când amplasamentul are umbrire severă pe tot parcursul anului, nu există spațiu sigur, un contract de închiriere rămas pe termen scurt, o creștere incertă a sarcinii sau o rețea cu costuri reduse, extrem de fiabilă, cu expunere redusă la întreruperi. Sezoanele extrem de scăzute din punct de vedere al energiei solare pot, de asemenea, face ca un generator, o extindere a rețelei sau un hibrid eolian-solar să fie mai rațional decât rezerve foarte mari de energie fotovoltaică și baterii.

Uneori, prima investiție ar trebui să fie eficiența: repararea controalelor de răcire, îndepărtarea echipamentelor învechite, corectarea pierderilor de curent continuu sau consolidarea sarcinilor. Fiecare 100 W îndepărtați continuu economisesc 2.4 kWh pe zi și reduc atât necesarul de energie fotovoltaică, cât și cel de baterii.

Întrebări de inclus într-o cerere de ofertă pentru telecomunicații solare

• Ce profil de sarcină măsurat, putere maximă și scenariu de creștere viitoare au fost utilizate?
• Ce set de date solare, lună de proiectare și ani meteorologici susțin dimensiunea panoului fotovoltaic?
• Ce pierderi și marje sunt incluse și care sunt limitele acestora?
• Câtă energie a bateriei ajunge la sarcină la începutul și la sfârșitul duratei de viață?
• Ce se întâmplă în timpul zilelor consecutive cu soare slab?
• Cât durează recuperarea în timp ce sarcina maximă continuă să funcționeze?
• Ce sarcini rămân pe curent continuu și unde este necesară conversia la curent alternativ?
• Cum sunt gestionate pornirea, oprirea, încărcarea și defecțiunea generatorului?
• Care sunt limitele de temperatură și curent ale bateriei?
• Cum sunt abordate problemele legate de umbrire, vânt, coroziune, praf, condens și furt?
• Ce alarme sunt disponibile local și de la distanță și cine răspunde?
• Ce teste de acceptare în fabrică și la fața locului demonstrează fiecare mod de funcționare?
• Ce piese de schimb, asistență pentru firmware și servicii de teren sunt disponibile?
• Cine se ocupă de înlocuirea, transportul și manipularea bateriilor la sfârșitul duratei de viață?

Cum abordează Huijue energia pentru locațiile de telecomunicații

Huijue dezvoltă soluții integrate de energie pentru telecomunicații care combină furnizarea, distribuția, backup-ul, protecția și monitorizarea în funcție de cerințele de operare ale amplasamentului. În funcție de proiect, arhitectura poate include generare fotovoltaică, control MPPT, stocare în baterii cu litiu, alimentare nominală de -48 V CC, intrare la rețea sau generator, control al mediului și managementul energiei de la distanță.

Propunerea ar trebui să înceapă cu dovezi, nu cu o dimensiune predeterminată a dulapului. Datele utile sunt coordonatele, profilul de sarcină, autonomia țintă, fereastra de tensiune, istoricul rețelei și al generatorului, limitele climatice, suprafața solară disponibilă, protocolul de comunicații și extinderea preconizată. De acolo, echipa de inginerie poate compara arhitecturile și identifica ce ipoteze necesită confirmare pe teren.

Întrebări frecvente

Poate un turn de telecomunicații să funcționeze în întregime cu energie solară?

Da, acolo unde resursa solară, zona neumbrită, capacitatea de stocare și sarcina sunt compatibile. Un model de serie temporală ar trebui să testeze în continuare sezonul cu energie solară scăzută și recuperarea necesară. Amplasamentele critice pot păstra un generator sau o altă sursă de rezervă pentru evenimente rare.

De câte panouri solare are nevoie un turn de telefonie mobilă?

Nu există un răspuns sigur bazat doar pe tipul de turn. Numărul de panouri depinde de sarcina zilnică, puterea panoului, lumina soarelui din luna de proiectare, temperatură, umbrire, pierderile sistemului, orientare și marja de creștere. Începeți cu kWh pe zi, nu cu o regulă generică panou per turn.

O stație de telecomunicații alimentată cu energie solară are nevoie întotdeauna de un invertor?

Nu. Multe sarcini de telecomunicații utilizează o tensiune nominală de -48 V CC și pot fi alimentate printr-o arhitectură de curent continuu adecvată. Pentru sarcinile de curent alternativ este necesar un invertor. Eliminarea etapelor de conversie inutile poate reduce pierderile și simplifica traseul de alimentare.

Câtă autonomie a bateriei este potrivită?

Operatorul ar trebui să definească autonomia față de obiectivul serviciului, condițiile meteorologice, fiabilitatea sursei și timpul de răspuns. O locație asistată de rețea poate necesita ore, în timp ce o locație izolată, în afara rețelei, poate necesita mult mai mult timp. O autonomie mai mare crește costurile, amprenta și cererea de recuperare.

Se pot monta panouri solare pe turnul de telecomunicații?

Acestea pot fi instalate în anumite configurații proiectate, dar trebuie evaluate structura, sarcina vântului, umbrirea, traseul cablurilor, mediul RF și accesul pentru întreținere. Montarea la sol este adesea mai simplă atunci când este disponibil un teren sigur.