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

Solarna energija za telekomunikacijske tornjeve može smanjiti vrijeme rada generatora i poboljšati energetsku neovisnost, ali sami paneli ne čine pouzdan telekomunikacijski elektroenergetski sustav. 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.

Na prvom pregledu lokacije, odvajam ono što se može izračunati od onoga što se još mora izmjeriti. Dnevna energija i privremena veličina fotonaponskog sustava mogu se rano provjeriti. Struja baterije, toplinsko 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 kupnje.

Zašto se telekomunikacijski solarni sustavi razlikuju od običnih komercijalnih fotonaponskih sustava

Komercijalni krov obično koristi mrežu kao energetski međuspremnik. Bazna stanica izvan mreže nema taj luksuz. Ako projektirani solarni mjesec isporuči manje energije od očekivanog, stanje napunjenosti baterije pada 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 stalnu osnovnu potražnju, varijacije povezane s prometom, kratke vršne vrijednosti snage i opterećenje hlađenja koje prati temperaturu okoline. Mikrovalne veze, svjetla za prepreke, nadzor, kontrola pristupa i grijači ormara dodaju manja opterećenja koja je lako previdjeti. Buduće dopune radija mogu biti važnije od nekoliko postotnih bodova učinkovitosti pretvorbe.

Zatim tu je DC sučelje. Mnogi telekomunikacijski sustavi rade na nominalnoj -48 V DC sabirnici. Tamo gdje arhitektura to dopušta, fotonaponski sustavi mogu puniti bateriju i opsluživati ​​DC opterećenja putem MPPT kontrolera i DC sustava napajanja bez nepotrebne DC-AC-DC pretvorbe. 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. Kvaliteta mreže, pristup gorivu, dostupno zemljište, solarni resursi i posljedice prekida određuju koja arhitektura zaslužuje detaljno modeliranje.

Čista solarna konfiguracija može izgledati atraktivno u proračunskoj tablici jer uklanja gorivo. Ipak, skroman rezervni generator može biti jeftiniji od instaliranja dovoljnog kapaciteta fotonapona i baterija za pokrivanje rijetkih višednevnih vremenskih događaja. Suprotno tome, preveliki generator koji radi lagano dulje vrijeme 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 operater ne prihvati preostali rizik od prekida.

Započnite s izmjerenim opterećenjem i vremenskim uvjetima u razdoblju projektiranja

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

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

Dnevna energija koristi se za procjenu kapaciteta fotonaponskog sustava i baterije. Vršna snaga se provjerava zasebno jer određuje ocjene regulatora, ispravljača, pretvarača, kabela, sabirnica i zaštite. Oboje je važno: lokacija s niskim dnevnim prosjekom i dalje može proizvesti visoku kratkotrajnu struju.

Izračun PV probira

E_source je energija koja se mora dovesti na odabranu granicu sustava. PSH_design je vrijednost vršnih sunčanih sati za odgovarajući mjesec s niskim solarnim intenzitetom, a ne samo godišnji prosjek. K_PV uzima u obzir gubitke na strani fotonaponskog sustava 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 onečišćenje pripadaju fotonaponskoj strani. Ako su oboje skriveni unutar jednog nejasnog "faktora sigurnosti", mogu se uračunati dvaput ili u potpunosti propustiti.

Izračun provjere baterije

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

Primjer obrađenog probira

Razmotrimo hipotetsku udaljenu lokaciju s prosjekom od 1.5 kW. Njeno isporučeno opterećenje je 36 kWh dnevno. Pretpostavimo da je nizvodna učinkovitost 88% i da je planski dodatak 10%; ciljna energija na strani izvora tada je oko 45 kWh dnevno. S 4.0 projektiranih vršnih sunčanih sati i faktorom smanjenja snage fotonaponskog sustava od 0.78, početni niz je oko 14.4 kWp.

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

Ovi brojevi nisu citat. Oni opisuju jedan skup pretpostavki, a sve su vidljive u tablici. Konačni dizajn mora simulirati stanje napunjenosti baterije po satu, uzastopne dane s lošim vremenom, 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 s niskim intenzitetom sunca, telekomunikacijsko opterećenje se nastavlja dok se baterija puni. U primjeru, obnavljanje 18 kWh unutar šest sati uz učinkovitost 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 rezerve snage.

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

Odluke o komponentama koje utječu na pouzdanost na terenu

Položaj i struktura fotonaponskih sustava

Montiranje modula izravno na toranj može uštedjeti prostor na tlu, ali visina tornja ne poboljšava automatski proizvodnju solarne energije. Antene, čelična konstrukcija, kabeli i obližnja vegetacija mogu bacati složene sjene. Dodatno područje vjetra, strukturno opterećenje, otežano čišćenje i pristup radu 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

Litij-željezni fosfat se široko razmatra za pohranu telekomunikacijske energije zbog svog životnog vijeka i toplinskih karakteristika, ali kemija ne jamči dobar sustav. Pregledajte iskoristivu energiju, kontinuiranu i vršnu struju, ograničenja punjenja pri niskim temperaturama, smanjenje nazivne snage pri visokim temperaturama, zaštitu BMS-a, balansiranje ćelija ili modula, komunikacijsku rezervu i jamstvene uvjete.

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.

Put istosmjernog napajanja i hibridni regulator

Kontroler odlučuje kada fotonaponski sustav opskrbljuje opterećenje, puni bateriju, pokreće generator ili koristi mrežu. Njegovi prioriteti trebali bi odražavati politiku usluge, a ne generičke tvorničke postavke. Kritičnu rezervu možda će trebati zaštititi od rutinskih ciklusa uštede goriva. Slično tome, pragovi pokretanja i zaustavljanja generatora trebali bi spriječiti brzo cikliranje i omogućiti učinkovito punjenje.

Potvrdite puni raspon napona baterije u odnosu na nominalno telekomunikacijsko opterećenje od -48 V, zadane vrijednosti ispravljača i niskonaponsko isključenje. Za mješovite AC i DC lokacije, mapirajte svaki stupanj pretvorbe i njegovu učinkovitost.

Kabinet i zaštita okoliša

Vanjsko kućište zahtijeva više od obične IP zaštite. Sunčeva energija, kondenzacija, sol, prašina, insekti, kabelski uvodi, drenaža i unutarnja toplina mogu utjecati na dugoročnu pouzdanost. Temperaturni senzori trebali bi 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 dopusti punjenje.

Praćenje koje vodi do djelovanja

Korisni udaljeni podaci uključuju energiju izvora, opterećenje lokacije, stanje napunjenosti baterije, raspodjelu ćelija ili modula, temperaturu, pokretanje generatora, razinu goriva, zaštitne događaje i stanje komunikacije. Nadzorna ploča koja prikazuje 100%-tno stanje napunjenosti nije dokaz da baterija može isporučiti svoju nazivnu energiju. Testovi kapaciteta, povijest događaja i podaci o trendovima su uvjerljiviji. Postavite vlasništvo nad alarmom i vrijeme odziva prije primopredaje i provjerite održava li lokalni kontroler 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 se konzultirati s ovim resursima o solarnim telekomunikacijskim energetskim sustavima kao sekundarnom referencom prilikom pripreme pitanja o svojim lokacijama.

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

Sunčeva svjetlost nema račun za gorivo, ali solarni telekomunikacijski sustav i dalje ima kapitalne troškove, troškove servisiranja i zamjene. Za usporedbe dizela koristite isporučenu cijenu goriva na tornju, a ne nacionalnu cijenu na pumpi. Stanje ceste, udaljenost, sigurnost i veličina svake isporuke mogu znatno promijeniti broj. Poštena usporedba je diskontirani trošak isporuke potrebne dostupnosti tijekom razdoblja projekta.

Pokrenite barem tri slučaja: trenutni operativni model, solarno-hibridni dizajn i dizajn s većim udjelom obnovljivih izvora energije. Testirajte cijenu goriva, godinu zamjene baterija, rast prometa, prinos solarne energije i pretpostavke financiranja. Radije bih prikazao pretpostavke uz rezultat; jedan broj povrata skriva previše.

Operacije, sigurnost i razmatranja zajednice

Daljinsko praćenje smanjuje nepotrebna putovanja, ali ne uklanja fizičko održavanje. Puštanje u pogon treba provjeriti polaritet, zaštitu, 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 tjedana vrijedi pažljivo pratiti jer otkrivaju pogrešne zadane vrijednosti, neočekivano zasjenjenje i opterećenja koja nisu bila uključena u istraživanje.

Krađa i neovlašteno otvaranje zaslužuju pozornost pri dizajniranju. 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 projekt također zauzima zemljište i mijenja lokalne obrasce rada. Rana rasprava s vlasnicima zemljišta i zajednicama može riješiti probleme s pristupom, vegetacijom, odsjajem, bukom i sigurnošću. Gdje je to praktično, obučite lokalne tehničare i definirajte lokalnu podršku za rezervne dijelove. Projekt koji smanjuje isporuke dizela, ali ne ostavlja održivi sustav, riješio je samo pola problema.

Kada solarni telekomunikacijski sustav možda nije pravi prvi potez

Solarna energija nije automatski najbolja investicija na svakom tornju. Razmotrite arhitekturu kada lokacija ima jako zasjenjenje tijekom cijele godine, nema sigurnog prostora, kratak preostali najam, nesiguran rast opterećenja ili vrlo 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 sustava i baterija.

Ponekad bi prva investicija trebala biti učinkovitost: 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 za fotonaponskim sustavima i 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 solarnih podataka, mjesec projektiranja i vremenske godine podržavaju veličinu fotonaponskog sustava?
• Koji su gubici i marže uključeni i gdje su njihove granice?
• Koliko energije baterije dospije u opterećenje na početku i na kraju životnog vijeka?
• Što se događa tijekom uzastopnih dana s malo sunca?
• Koliko dugo traje oporavak dok živi teret i dalje radi?
• Koja opterećenja ostaju na istosmjernoj struji, a gdje je potrebna pretvorba izmjenične 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 tko odgovara?
• Koji tvornički i gradilišni primopredajni testovi pokazuju svaki način rada?
• Koji su rezervni dijelovi, podrška za firmver i terenske usluge dostupni?
• Tko je odgovoran za zamjenu baterija, transport i rukovanje na kraju životnog vijeka?

Kako Huijue pristupa energiji telekomunikacijskih 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 upravljanje, pohranu litijevih baterija, nominalno napajanje od -48 V DC, ulaz mreže ili generatora, kontrolu okoliša i daljinsko upravljanje energijom.

Prijedlog bi trebao započeti s dokazima, a ne s unaprijed određenom veličinom ormara. Korisni ulazi su koordinate, profil opterećenja, ciljana autonomija, naponski prozor, povijest mreže i generatora, klimatska ograničenja, dostupna solarna površina, komunikacijski protokol i očekivano proširenje. Na temelju toga, inženjerski tim može usporediti arhitekture i utvrditi koje pretpostavke trebaju potvrdu na terenu.

Često postavljana pitanja

Može li telekomunikacijski toranj raditi isključivo na solarnu energiju?

Da, gdje su solarni resurs, nezasjenjeno područje, kapacitet pohrane i opterećenje kompatibilni. Model vremenskih serija i dalje bi trebao testirati sezonu s niskim solarnim intenzitetom i potreban oporavak. Kritična mjesta 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 temelju vrste tornja. Broj panela ovisi o dnevnom opterećenju, nazivnoj snazi ​​panela, projektiranoj mjesečnoj sunčevoj svjetlosti, temperaturi, zasjenjenju, gubicima sustava, orijentaciji i margini rasta. Počnite s kWh po danu, a ne s generičkim pravilom za panel po tornju.

Treba li telekomunikacijskoj lokaciji na solarni pogon uvijek 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 stupnjeva pretvorbe može smanjiti gubitke i pojednostaviti put napajanja.

Kolika je autonomija baterije prikladna?

Operater bi trebao definirati autonomiju ovisno o ciljanoj usluzi, vremenskim uvjetima, pouzdanosti izvora i vremenu odziva. Lokacija s potporom mreže može zahtijevati sate, dok udaljena lokacija izvan mreže može zahtijevati puno više. Dulja autonomija povećava troškove, veličinu i potražnju za oporavkom.

Mogu li se solarni paneli montirati na telekomunikacijski toranj?

Mogu se koristiti u nekim projektiranim konfiguracijama, ali potrebno je procijeniti strukturu, opterećenje vjetrom, zasjenjivanje, usmjeravanje kabela, RF okruženje i pristup za održavanje. Montaža na tlo često je jednostavnija kada je dostupno sigurno zemljište.