Solarna energija za telekomunikacijske tornjeve: Praktični vodič za dizajn i ulaganje

Solarna energija za telekomunikacijske tornjeve može smanjiti vrijeme rada generatora i poboljšati energetsku nezavisnost, ali sami paneli ne čine pouzdan telekomunikacijski elektroenergetski sistem. Dizajn mora odgovarati izmjerenom opterećenju lokacije, solarnim resursima u najgorem godišnjem dobu, ciljanoj autonomiji, prozoru istosmjernog napona, ograničenjima baterije i zahtjevima za oporavak. Na mnogim lokacijama, najbolje rješenje je upravljani hibrid, a ne lokacija bez generatora.

Prilikom prvog pregleda lokacije, odvajam ono što se može izračunati od onoga što se tek treba izmjeriti. Dnevna energija i privremena veličina PV sistema mogu se rano provjeriti. Struja baterije, termičko ponašanje, oporavak od niskog sunca i konačni dizajn zaštite i dalje zahtijevaju podatke o lokaciji i krivulje proizvoda. Ta razlika sprječava da se rana procjena tiho pretvori u specifikaciju kupovine.

Zašto se telekomunikacijski solarni sistemi razlikuju od običnih komercijalnih fotonaponskih sistema

Komercijalni krov obično koristi mrežu kao energetski tampon. Bazna stanica van mreže nema taj luksuz. Ako projektovani solarni mjesec isporuči manje energije od očekivanog, stanje napunjenosti baterije opada iz dana u dan dok se opterećenje ne isključi ili se ne uključi rezervni izvor.

Telekomunikacijska opterećenja također imaju svoj oblik. Radio lokacija može imati stabilnu osnovnu potražnju, varijacije povezane s prometom, kratke vršne vrijednosti snage i opterećenje hlađenjem koje prati temperaturu okoline. Mikrovalne veze, svjetla za prepreke, nadzor, kontrola pristupa i grijači ormara dodaju manja opterećenja koja je lako previdjeti. Buduće dopune radio uređaja mogu biti važnije od nekoliko postotnih poena efikasnosti konverzije.

Zatim tu je i DC interfejs. Mnogi telekomunikacijski sistemi rade na nominalnoj -48 V DC sabirnici. Tamo gdje arhitektura to dozvoljava, PV može puniti bateriju i opsluživati ​​DC opterećenja putem MPPT kontrolera i DC sistema napajanja bez nepotrebne DC-AC-DC konverzije. Inverter je i dalje potreban za AC opterećenja, ali ga ne treba dodavati po navici.

Odaberite operativnu arhitekturu prije dimenzioniranja komponenti

Klasifikacija lokacije je na prvom mjestu. Kvalitet mreže, pristup gorivu, dostupno zemljište, solarni resursi i posljedice prekida određuju koja arhitektura zaslužuje detaljno modeliranje.

Čisto solarna konfiguracija može izgledati atraktivno u tabeli jer uklanja gorivo. Ipak, skroman rezervni generator može biti jeftiniji od instaliranja dovoljnog kapaciteta fotonaponskih sistema i baterija za pokrivanje rijetkih višednevnih vremenskih događaja. Suprotno tome, predimenzionirani generator koji radi lagano duži period može rasipati gorivo i imati problema s održavanjem koji se mogu izbjeći. Ne bih preporučio uklanjanje konačnog rezervnog izvora dok model koji radi na satnoj bazi ne preživi slučajeve niske solarne energije i dok operater ne prihvati preostali rizik od prekida.

Počnite sa izmjerenim opterećenjem i vremenskim uslovima u periodu projektovanja

Kao minimum, prikupite koordinate lokacije, satno ili 15-minutno opterećenje, vršnu potražnju, DC i AC interfejse, historiju prekida, zapise generatora, temperaturu ormara, dostupnu PV površinu i planirano proširenje mreže. Tri zapisa su posebno otkrivajuća: trag opterećenja, sati rada generatora i historija isporučenog goriva. Kada govore različite priče, tretirajte osnovnu energetsku liniju kao privremenu i saznajte zašto prije dimenzioniranja opreme.

Ako podaci o intervalima nisu dostupni, napravite raspored po podsistemu umjesto množenja svake nazivne vrijednosti sa 24 sata. Označite svaku procjenu kao izmjerenu, izračunatu ili pretpostavljenu. Ta mala disciplina znatno olakšava sljedeći pregled.

Dnevna energija se koristi za procjenu kapaciteta fotonaponskog sistema i baterije. Vršna snaga se provjerava odvojeno jer određuje ocjene kontrolera, ispravljača, invertera, kabla, sabirnica i zaštite. Oboje je važno: lokacija sa niskim dnevnim prosjekom i dalje može proizvesti visoku kratkotrajnu struju.

Izračun PV skrininga

E_source je energija koja se mora dovesti na odabranu granicu sistema. PSH_design je vrijednost vršnih sunčanih sati za relevantni mjesec s niskim solarnim intenzitetom, a ne samo godišnji prosjek. K_PV uzima u obzir gubitke na strani fotonaponskog sistema kao što su temperatura, prljavština, neusklađenost, ožičenje, MPPT performanse i zasjenjenje.

Držite granice gubitaka vidljivima. Gubici ispravljača i distribucije pripadaju nizvodnom putu napajanja; temperatura modula i zaprljanost pripadaju PV strani. Ako su oba skrivena unutar jednog nejasnog "faktora sigurnosti", mogu se uračunati dva puta ili u potpunosti propustiti.

Proračun provjere baterije

E_autonomy je energija opterećenja potrebna dok odabrani izvori nisu dostupni. DoD je dozvoljena dubina ispuštanja, η_path je efikasnost od baterije do opterećenja, F_EOL je zadržani kapacitet potreban na kraju životnog vijeka, i F_temp predstavlja iskoristiv kapacitet na projektnoj temperaturi. Nemojte ponovo primjenjivati ​​faktor ako je već uključen u deklariranu iskoristivu energiju proizvoda.

Primjer obrađenog skrininga

Razmotrimo hipotetičku udaljenu lokaciju sa prosječnom snagom od 1.5 kW. Njeno isporučeno opterećenje je 36 kWh dnevno. Pretpostavimo da je nizvodna efikasnost 88% i da je planirani dodatak 10%; ciljna energija na strani izvora je tada oko 45 kWh dnevno. Sa 4.0 projektovanih vršnih sunčanih sati i faktorom smanjenja snage PV sistema od 0.78, početni niz je oko 14.4 kWp.

Sada pretpostavimo da baterija mora nositi opterećenje od 1.5 kW tokom 12 sati. To je isporučeno 18 kWh. Pri dozvoljenoj dubini pražnjenja od 80%, efikasnosti putanje od 94% i zadržavanju na kraju životnog vijeka od 80%, početni zahtjev na nazivnoj pločici je oko 29.9 kWh prije zaokruživanja modula i korekcije temperature. Zahtjev za autonomiju od 24 sata bi približno udvostručio tu brojku.

Ovi brojevi nisu citat. Oni opisuju jedan skup pretpostavki, a sve su vidljive u tabeli. Konačni dizajn mora simulirati stanje napunjenosti baterije iz sata u sat, uzastopne dane lošeg vremena, temperaturu, rast opterećenja i prekide napajanja. Također mora zaokružiti na kompatibilne baterijske module i provjeriti struju pri minimalnom radnom naponu.

Oporavak je ček koji ljudi zaboravljaju

Nakon prekida napajanja ili događaja niskog intenziteta sunca, telekomunikacijsko opterećenje se nastavlja dok se baterija puni. U primjeru, obnavljanje 18 kWh u roku od šest sati uz efikasnost punjenja od 92% zahtijeva otprilike 3.3 kW za punjenje. Dodajte kontinuirano opterećenje lokacije od 1.5 kW i dostupni izvor mora isporučiti najmanje 4.8 kW prije ostalih gubitaka i rezervnog kapaciteta.

Baterija stoga može biti dovoljno velika za autonomiju, ali uparena s premalim kapacitetom fotonapona ili ispravljača za oporavak prije sljedećeg događaja. Simulacija stanja napunjenosti trebala bi pokazati i najnižu rezervu i vrijeme potrebno za njen oporavak.

Odluke o komponentama koje utiču na pouzdanost na terenu

Postavljanje i struktura fotonaponskih panela

Montiranje modula direktno na toranj može uštedjeti prostor na tlu, ali visina tornja ne poboljšava automatski proizvodnju solarne energije. Antene, čelična konstrukcija, kablovi i obližnja vegetacija mogu bacati složene sjene. Dodatno područje vjetra, strukturno opterećenje, otežano čišćenje i pristup za rad na visini mogu nadmašiti uštedu prostora. Ako tehničar ne može sigurno očistiti ili zamijeniti modul, njegov teoretski prinos nije baš koristan. Nizove montirane na tlu često je lakše orijentirati, pregledati i proširiti, pod uvjetom da kompleks ima sigurno, nezasjenjeno zemljište.

Provjerite vjetar, snijeg, koroziju, stanje tla ili temelja i napon žica pri niskim temperaturama. Kontrola vegetacije spada u plan održavanja; red panela koji je čist prilikom puštanja u rad može se zasjeniti godinu dana kasnije.

Baterija i BMS

Litijum-željezni fosfat se široko razmatra za skladištenje telekomunikacijske energije zbog svog životnog vijeka i termalnih karakteristika, ali hemija ne garantuje dobar sistem. Pregledajte iskoristivu energiju, kontinuiranu i vršnu struju, ograničenja punjenja na niskim temperaturama, smanjenje nazivne snage na visokim temperaturama, zaštitu BMS-a, balansiranje ćelija ili modula, alternativnu komunikaciju i uslove garancije.

Paralelne baterije trebaju imati validiranu strategiju dijeljenja struje, kompatibilan firmver i zaštitu pojedinačnih grana. Prije spajanja, razlike u stanju napunjenosti moraju se kontrolirati kako bi se izbjegla udarna ili kružna struja.

DC put napajanja i hibridni kontroler

Kontroler odlučuje kada fotonaponski sistem opslužuje opterećenje, puni bateriju, pokreće generator ili koristi mrežu. Njegovi prioriteti trebaju odražavati politiku servisiranja, a ne generičke fabričke postavke. Kritična rezerva može biti potrebna za zaštitu od rutinskih ciklusa uštede goriva. Slično tome, pragovi pokretanja i zaustavljanja generatora trebaju spriječiti brzo cikliranje i omogućiti efikasno punjenje bloka.

Potvrdite puni raspon napona baterije u odnosu na nominalno telekomunikacijsko opterećenje od -48 V, zadane vrijednosti ispravljača i isključenje niskog napona. Za mješovite AC i DC lokacije, mapirajte svaku fazu konverzije i njenu efikasnost.

Kabinet i zaštita okoliša

Vanjsko kućište zahtijeva više od obične IP zaštite. Solarni dobitak, kondenzacija, sol, prašina, insekti, kablovski ulazi, drenaža i unutrašnja toplina mogu utjecati na dugoročnu pouzdanost. Senzori temperature trebaju predstavljati baterijske module i vruće komponente, a ne samo zrak u blizini ulaza.

Grijanje, ventilacija i hlađenje troše energiju, stoga ih uključite u model opterećenja. Na vrućim lokacijama, ormar koji štiti vijek trajanja baterije također može povećati dnevnu potražnju za energijom. Na hladnim lokacijama, kontrolirano grijanje može biti potrebno prije nego što se dozvoli punjenje.

Praćenje koje vodi ka akciji

Korisni podaci o daljinskom upravljanju uključuju energiju izvora, opterećenje lokacije, stanje napunjenosti baterije, raspodjelu ćelija ili modula, temperaturu, pokretanje generatora, nivo goriva, zaštitne događaje i stanje komunikacije. Kontrolna ploča koja prikazuje 100% stanje napunjenosti nije dokaz da baterija može isporučiti svoju nazivnu energiju. Testovi kapaciteta, historija događaja i podaci o trendovima su uvjerljiviji. Postavite vlasništvo nad alarmom i vrijeme odziva prije primopredaje i osigurajte da lokalni kontroler održava siguran rad kada veza s oblakom ili backhaul nije dostupna.

Za dodatne materijale za planiranje projekata usmjerene posebno na telekomunikacijske lokacije, kupci i inženjerski timovi mogu konsultovati ove resurse o solarnim telekomunikacijskim energetskim sistemima kao sekundarnu referencu prilikom pripreme svojih pitanja o lokaciji.

Uporedite ukupne troškove životnog ciklusa, ne samo panele u odnosu na dizel

Sunčeva svjetlost nema fakturu za gorivo, ali solarni telekomunikacijski sistem i dalje ima kapitalne troškove, troškove servisiranja i zamjene. Za poređenje dizel goriva, koristite cijenu isporučenog goriva na tornju, a ne nacionalnu cijenu na pumpi. Stanje na putu, udaljenost, sigurnost i veličina svake isporuke mogu značajno promijeniti broj. Fer poređenje je diskontirani trošak isporuke potrebne dostupnosti tokom perioda projekta.

Pokrenite barem tri slučaja: trenutni operativni model, solarno-hibridni dizajn i dizajn sa većim udjelom obnovljivih izvora energije. Testirajte cijenu goriva, godinu zamjene baterija, rast prometa, prinos solarne energije i pretpostavke o finansiranju. Više volim prikazati pretpostavke pored rezultata; jedna brojka otplate previše toga prikriva.

Operacije, sigurnost i razmatranja zajednice

Daljinsko praćenje smanjuje nepotrebna putovanja, ali ne uklanja fizičko održavanje. Puštanje u rad treba provjeriti polaritet, zaštitu, obrtni moment, mapiranje alarma, stanja kontrolera, pokretanje generatora, oporavak baterije i stvarni protok energije. Nakon toga, pratite trend podataka umjesto da čekate alarm niskog napona. Prvih nekoliko sedmica vrijedi pažljivo pratiti jer otkrivaju pogrešne zadane vrijednosti, neočekivano zasjenjenje i opterećenja koja nisu bila uključena u istraživanje.

Krađa i neovlašteno otvaranje zaslužuju pažnju prilikom dizajniranja. Paneli, baterije, gorivo i bakar mogu privući krađu. Ograde, detekcija neovlaštenog otvaranja, skriveni pričvršćivači, označavanje imovine, kontrolirani pristup i razumno postavljanje opreme treba razmotriti zajedno. Sigurnosne mjere i dalje moraju omogućavati sigurno održavanje i izolaciju u hitnim slučajevima.

Telekomunikacijski energetski projekat također zauzima zemljište i mijenja lokalne obrasce rada. Rani razgovori sa vlasnicima zemljišta i zajednicama mogu riješiti probleme s pristupom, vegetacijom, odsjajem, bukom i sigurnošću. Gdje je to praktično, obučite lokalne tehničare i definirajte lokalnu podršku za rezervne dijelove. Projekat koji smanjuje isporuke dizela, ali ne ostavlja održiv sistem, riješio je samo polovinu problema.

Kada solarni telekomunikacijski sistem možda nije pravi prvi potez

Solarna energija nije automatski najbolja investicija na svakom tornju. Razmotrite ponovo arhitekturu kada lokacija ima ozbiljno zasjenjenje tokom cijele godine, nema sigurnog prostora, kratak preostali zakup, nesiguran rast opterećenja ili visoko pouzdanu jeftinu mrežu s malom izloženošću prekidima. Ekstremne sezone s niskim solarnim opterećenjem također mogu učiniti generator, proširenje mreže ili hibrid vjetro-solarne energije racionalnijim od vrlo velikih rezervi fotonaponskih sistema i baterija.

Ponekad prva investicija treba biti efikasnost: popravak kontrola hlađenja, uklanjanje zastarjele opreme, ispravljanje gubitaka istosmjerne struje ili konsolidacija opterećenja. Svakih kontinuirano uklonjenih 100 W štedi 2.4 kWh dnevno i smanjuje potrebe i za fotonaponskim sistemima i za baterijama.

Pitanja koja treba postaviti u zahtjevu za ponudu za solarnu telekomunikaciju

• Koji su izmjereni profil opterećenja, vršna snaga i slučaj budućeg rasta korišteni?
• Koji skup podataka o solarnoj energiji, mjesec projektovanja i vremenske godine podržavaju veličinu fotonaponskog sistema?
• Koji su gubici i marže uključeni i gdje su njihove granice?
• Koliko energije baterije dostiže opterećenje na početku i na kraju životnog vijeka?
• Šta se dešava tokom uzastopnih dana sa lošim sunčanim vremenom?
• Koliko dugo traje oporavak dok živi teret i dalje radi?
• Koja opterećenja ostaju na jednosmjernoj struji, a gdje je potrebna konverzija naizmjenične struje?
• Kako se rješavaju pokretanje, zaustavljanje, opterećenje i kvar generatora?
• Koja su ograničenja temperature i struje baterije?
• Kako se rješavaju problemi sa zasjenjenjem, vjetrom, korozijom, prašinom, kondenzacijom i krađom?
• Koji su alarmi dostupni lokalno i daljinski, i ko odgovara?
• Koji fabrički i gradilišni prijemni testovi demonstriraju svaki način rada?
• Koji su rezervni dijelovi, podrška za firmver i terenske usluge dostupni?
• Ko je odgovoran za zamjenu baterija, transport i rukovanje na kraju životnog vijeka?

Kako Huijue pristupa energiji telekomunikacionih lokacija

Huijue razvija integrirana telekomunikacijska rješenja za napajanje koja kombiniraju opskrbu, distribuciju, sigurnosnu kopiju, zaštitu i nadzor prema operativnim zahtjevima lokacije. Ovisno o projektu, arhitektura može uključivati ​​​​PV generiranje, MPPT kontrolu, skladištenje litijumskih baterija, nominalno napajanje od -48 V DC, ulaz iz mreže ili generatora, kontrolu okoline i daljinsko upravljanje energijom.

Prijedlog treba započeti dokazima, a ne unaprijed određenom veličinom ormara. Korisni ulazni podaci su koordinate, profil opterećenja, ciljana autonomija, naponski prozor, historija mreže i generatora, klimatska ograničenja, dostupna solarna površina, komunikacijski protokol i očekivano proširenje. Na osnovu toga, inženjerski tim može uporediti arhitekture i identificirati koje pretpostavke trebaju potvrdu na terenu.

Često Postavljena Pitanja

Može li telekomunikacijski toranj raditi isključivo na solarnu energiju?

Da, tamo gdje su solarni resursi, nezasjenjeno područje, kapacitet skladištenja i opterećenje kompatibilni. Model vremenskih serija i dalje treba testirati sezonu niskog solarnog opterećenja i potreban oporavak. Kritične lokacije mogu zadržati generator ili drugi rezervni izvor za rijetke događaje.

Koliko solarnih panela je potrebno za bazu mobilne telefonije?

Ne postoji pouzdan odgovor samo na osnovu tipa tornja. Broj panela zavisi od dnevnog opterećenja, nazivne vrijednosti panela, projektovanog mjesečnog sunčevog svjetla, temperature, zasjenjenja, gubitaka sistema, orijentacije i margine rasta. Počnite sa kWh po danu, a ne sa generičkim pravilom za panel po tornju.

Da li je telekomunikacijskoj lokaciji koja koristi solarnu energiju uvijek potreban inverter?

Ne. Mnoga telekomunikacijska opterećenja koriste nominalno -48 V DC i mogu se napajati putem odgovarajuće DC arhitekture. Za AC opterećenja potreban je inverter. Uklanjanje nepotrebnih konverzijskih faza može smanjiti gubitke i pojednostaviti put napajanja.

Kolika je autonomija baterije odgovarajuća?

Operator treba definirati autonomiju u odnosu na cilj usluge, vremenske prilike, pouzdanost izvora i vrijeme odziva. Lokaciji koja koristi mrežu mogu biti potrebni sati, dok udaljenoj lokaciji koja nije priključena na mrežu može biti potrebno mnogo više. Duža autonomija povećava troškove, veličinu i potražnju za oporavkom.

Mogu li se solarni paneli montirati na telekomunikacijski toranj?

Mogu se koristiti u nekim inženjerski dizajniranim konfiguracijama, ali se mora procijeniti struktura, opterećenje vjetrom, zasjenjivanje, usmjeravanje kablova, RF okruženje i pristup za održavanje. Montaža na zemlju je često jednostavnija kada je dostupno sigurno zemljište.