Energia słoneczna dla wież telekomunikacyjnych: praktyczny przewodnik po projektowaniu i inwestowaniu

Energia słoneczna zasilająca wieże telekomunikacyjne może skrócić czas pracy generatora i zwiększyć niezależność energetyczną, ale same panele nie tworzą niezawodnego systemu zasilania telekomunikacyjnego. Projekt musi być dostosowany do zmierzonego obciążenia danej lokalizacji, zasobów energii słonecznej w najgorszym sezonie, docelowej autonomii, okna napięcia prądu stałego, limitów baterii i wymagań dotyczących odzyskiwania energii. W wielu lokalizacjach najlepszym rozwiązaniem jest zarządzana hybryda, a nie lokalizacja bez generatora.

Podczas pierwszej analizy lokalizacji oddzielam to, co można obliczyć, od tego, co jeszcze trzeba zmierzyć. Dzienny pobór energii i wstępny rozmiar instalacji fotowoltaicznej można wstępnie ocenić. Prąd akumulatora, zachowanie termiczne, odzysk przy niskim nasłonecznieniu i ostateczny projekt ochrony nadal wymagają danych o lokalizacji i krzywych produktu. To rozróżnienie zapobiega przekształceniu się wstępnego szacunku w specyfikację zakupu.

Czym fotowoltaika telekomunikacyjna różni się od zwykłej fotowoltaiki komercyjnej

Komercyjny dach zazwyczaj wykorzystuje sieć energetyczną jako bufor. Stacja bazowa poza siecią nie ma takiego luksusu. Jeśli projektowany miesiąc słoneczny dostarczy mniej energii niż oczekiwano, stan naładowania akumulatora spada z dnia na dzień, aż do odłączenia obciążenia lub uruchomienia źródła zapasowego.

Obciążenia telekomunikacyjne również mają swój własny kształt. Stacja radiowa może charakteryzować się stałym zapotrzebowaniem bazowym, wahaniami związanymi z ruchem, krótkimi szczytami mocy i obciążeniem chłodzenia, które zależy od temperatury otoczenia. Łącza mikrofalowe, oświetlenie przeszkodowe, monitoring, kontrola dostępu i ogrzewanie szaf generują mniejsze obciążenia, które łatwo przeoczyć. Przyszłe dodawanie urządzeń radiowych może mieć większe znaczenie niż kilka punktów procentowych wydajności konwersji.

Następnie mamy interfejs DC. Wiele systemów telekomunikacyjnych działa na nominalnym napięciu -48 V DC. Tam, gdzie architektura na to pozwala, panele fotowoltaiczne mogą ładować akumulator i obsługiwać obciążenia DC poprzez kontroler MPPT i system zasilania DC, bez zbędnej konwersji DC na AC i DC. Falownik jest nadal potrzebny do obciążeń AC, ale nie należy go dodawać z przyzwyczajenia.

Wybierz architekturę operacyjną przed określeniem rozmiaru komponentów

Klasyfikacja lokalizacji jest najważniejsza. Jakość sieci, dostęp do paliwa, dostępny teren, zasoby energii słonecznej i konsekwencje przerw w dostawie prądu decydują o tym, która architektura zasługuje na szczegółowe modelowanie.

Konfiguracja oparta wyłącznie na energii słonecznej może wyglądać atrakcyjnie w arkuszu kalkulacyjnym, ponieważ eliminuje zużycie paliwa. Jednak skromny generator rezerwowy może być tańszy niż instalacja wystarczającej mocy fotowoltaicznej i akumulatorów, aby pokryć rzadkie, wielodniowe zjawiska pogodowe. Z drugiej strony, przewymiarowany generator, który pracuje bez obciążenia przez długi czas, może marnować paliwo i powodować problemy z konserwacją, których można uniknąć. Nie zalecałbym usuwania ostatniego źródła rezerwowego, dopóki model godzinowy nie przetrwa okresów niskiego zużycia energii słonecznej, a operator nie zaakceptuje pozostałego ryzyka awarii.

Zacznij od zmierzonego obciążenia i warunków pogodowych okresu projektowego

Zbierz co najmniej współrzędne lokalizacji, obciążenie godzinowe lub 15-minutowe, szczytowe zapotrzebowanie, interfejsy DC i AC, historię przerw w zasilaniu, zapisy generatora, temperaturę w szafie, dostępną powierzchnię instalacji fotowoltaicznej oraz planowaną rozbudowę sieci. Trzy zapisy są szczególnie istotne: ślad obciążenia, godziny pracy generatora i historia dostarczonego paliwa. Jeśli wskazują one na różne scenariusze, potraktuj dane bazowe dotyczące energii jako tymczasowe i dowiedz się dlaczego, zanim dobierzesz rozmiar sprzętu.

Jeśli dane interwałowe nie są dostępne, stwórz harmonogram dla podsystemów zamiast mnożyć każdą wartość znamionową przez 24 godziny. Oznacz każdą wartość szacunkową jako zmierzoną, obliczoną lub założoną. Ta odrobina dyscypliny znacznie ułatwia kolejną kontrolę.

Dzienne zużycie energii jest wykorzystywane do oszacowania mocy fotowoltaicznej i pojemności akumulatora. Moc szczytowa jest sprawdzana osobno, ponieważ determinuje parametry sterownika, prostownika, falownika, kabla, szyny zbiorczej i zabezpieczeń. Oba te parametry mają znaczenie: lokalizacja o niskiej średniej dziennej może nadal generować wysoki prąd krótkotrwały.

Obliczenia ekranowania fotowoltaicznego

E_source jest energią, która musi zostać dostarczona na wybranej granicy systemu. PSH_design jest wartością szczytowej liczby godzin słonecznych dla odpowiedniego miesiąca o niskim nasłonecznieniu, a nie po prostu średnią roczną. K_PV uwzględnia straty po stronie fotowoltaicznej, takie jak temperatura, zanieczyszczenia, niedopasowanie, okablowanie, wydajność MPPT i zacienienie.

Utrzymuj widoczne granice strat. Straty prostownika i dystrybucji znajdują się w ścieżce zasilania; temperatura modułu i zabrudzenia po stronie PV. Jeśli oba te czynniki są ukryte w jednym, nieokreślonym „współczynniku bezpieczeństwa”, mogą zostać policzone dwukrotnie lub całkowicie pominięte.

Obliczenia ekranowania baterii

E_autonomy jest to energia obciążenia potrzebna w czasie, gdy wybrane źródła są niedostępne. DoD jaka jest dopuszczalna głębokość zrzutu, η_path jest to wydajność akumulatora do obciążenia, F_EOL jest to wymagana pojemność zachowana pod koniec okresu użytkowania, oraz F_temp oznacza użyteczną pojemność w temperaturze projektowej. Nie należy stosować współczynnika ponownie, jeśli jest on już uwzględniony w deklarowanej użytecznej energii produktu.

Przykładowy, sprawdzony screening

Rozważmy hipotetyczną, odległą lokalizację o średniej mocy 1.5 kW. Dostarczane obciążenie wynosi 36 kWh dziennie. Załóżmy, że sprawność downstream wynosi 88%, a limit planistyczny 10%; wówczas docelowe zużycie energii po stronie źródła wynosi około 45 kWh dziennie. Przy 4.0 projektowanych godzinach szczytowego nasłonecznienia i współczynniku redukcji mocy fotowoltaicznej 0.78, początkowa moc układu wynosi około 14.4 kWp.

Załóżmy, że akumulator musi utrzymać obciążenie 1.5 kW przez 12 godzin. To daje 18 kWh. Przy 80% dopuszczalnej głębokości rozładowania, 94% sprawności ścieżki i 80% retencji po zakończeniu okresu eksploatacji, początkowe zapotrzebowanie znamionowe wynosi około 29.9 kWh przed zaokrągleniem modułu i korektą temperatury. Wymaganie 24-godzinnej autonomii około dwukrotnie zwiększyłoby tę wartość.

Te liczby nie są cytatem. Opisują one jeden zestaw założeń, które są widoczne w tabeli. Ostateczny projekt musi symulować godzinowy stan naładowania akumulatora, kolejne dni z niesprzyjającą pogodą, temperaturę, wzrost obciążenia i przerwy w dostawie prądu. Musi również zaokrąglać wartości do kompatybilnych modułów akumulatorowych i weryfikować prąd przy minimalnym napięciu roboczym.

Odzyskiwanie to kontrola, o której ludzie zapominają

Po awarii zasilania lub zdarzeniu niskiego nasłonecznienia, obciążenie telekomunikacyjne jest kontynuowane, podczas gdy akumulator się ładuje. W tym przykładzie, przywrócenie 18 kWh w ciągu sześciu godzin przy 92% sprawności ścieżki ładowania wymaga około 3.3 kW do ładowania. Dodając do tego stałe obciążenie 1.5 kW, dostępne źródło musi dostarczyć co najmniej 4.8 kW, zanim pojawią się inne straty i zapas mocy.

Akumulator może być zatem wystarczająco duży, aby zapewnić autonomię, ale połączony z panelami fotowoltaicznymi lub prostownikiem o zbyt małej mocy, aby zregenerować się przed kolejnym zdarzeniem. Symulacja stanu naładowania powinna pokazywać zarówno najniższy poziom rezerwy, jak i czas potrzebny do jej przywrócenia.

Decyzje dotyczące komponentów, które wpływają na niezawodność w terenie

Umiejscowienie i konstrukcja fotowoltaiczna

Montaż modułów bezpośrednio na wieży może zaoszczędzić miejsce na ziemi, ale wysokość wieży nie przekłada się automatycznie na poprawę produkcji energii słonecznej. Anteny, konstrukcje stalowe, kable i pobliska roślinność mogą rzucać złożone cienie. Dodatkowy obszar wiatru, obciążenie konstrukcji, utrudnione czyszczenie i dostęp do prac na wysokości mogą przeważyć nad oszczędnością miejsca. Jeśli technik nie może bezpiecznie wyczyścić lub wymienić modułu, jego teoretyczna wydajność jest mało użyteczna. Instalacje naziemne są często łatwiejsze w orientacji, inspekcji i rozbudowie, pod warunkiem, że teren jest zabezpieczony i niezacieniony.

Sprawdź warunki wietrzne, śniegowe, korozyjne, glebowe lub fundamentowe oraz napięcie w łańcuchu w niskich temperaturach. Kontrola roślinności jest częścią planu konserwacji; rząd paneli, który jest czysty w momencie uruchomienia, może być zacieniony rok później.

Akumulator i BMS

Fosforan litowo-żelazowy jest powszechnie rozważany do magazynowania energii w telekomunikacji ze względu na swoją żywotność i właściwości termiczne, ale skład chemiczny nie gwarantuje dobrego systemu. Sprawdź użyteczną energię, prąd ciągły i szczytowy, limity ładowania w niskich temperaturach, obniżanie wartości znamionowych w wysokich temperaturach, zabezpieczenia BMS, równoważenie ogniw lub modułów, awaryjne przełączanie komunikacji oraz warunki gwarancji.

Akumulatory równoległe powinny mieć sprawdzoną strategię podziału prądu, kompatybilne oprogramowanie sprzętowe i indywidualne zabezpieczenia odgałęzień. Przed podłączeniem należy kontrolować różnice w stanie naładowania, aby uniknąć prądu udarowego lub krążącego.

Ścieżka zasilania prądem stałym i kontroler hybrydowy

Kontroler decyduje, kiedy panele fotowoltaiczne zasilają obciążenie, ładują akumulator, uruchamiają generator lub korzystają z sieci. Jego priorytety powinny odzwierciedlać politykę serwisową, a nie standardowe ustawienia fabryczne. Może zaistnieć konieczność ochrony rezerwy krytycznej przed rutynowymi cyklami oszczędzania paliwa. Podobnie, progi uruchamiania i zatrzymywania generatora powinny zapobiegać szybkim cyklom i umożliwiać efektywny blok ładowania.

Potwierdź pełny zakres napięcia akumulatora w odniesieniu do nominalnego obciążenia telekomunikacyjnego -48 V, nastaw prostownika i odłączenia niskiego napięcia. W przypadku instalacji mieszanych prądu przemiennego i stałego, zmapuj każdy etap konwersji i jego wydajność.

Gabinet i ochrona środowiska

Obudowa zewnętrzna wymaga czegoś więcej niż tylko standardowego stopnia ochrony IP. Nasłonecznienie, kondensacja, sól, kurz, owady, wloty kabli, drenaż i ciepło wewnętrzne – wszystko to może mieć wpływ na długoterminową niezawodność. Czujniki temperatury powinny odzwierciedlać moduły akumulatorów i gorące elementy, a nie tylko powietrze w pobliżu wlotu.

Ogrzewanie, wentylacja i chłodzenie zużywają energię, dlatego należy je uwzględnić w modelu obciążenia. W miejscach o wysokiej temperaturze szafa, która chroni baterię, może również zwiększyć dzienne zapotrzebowanie na energię. W miejscach o niskiej temperaturze może być wymagane kontrolowane ogrzewanie przed dopuszczeniem ładowania.

Monitorowanie prowadzące do działania

Przydatne dane zdalne obejmują energię źródła, obciążenie lokalizacji, stan naładowania akumulatora, rozrzut ogniw lub modułów, temperaturę, uruchomienia generatora, poziom paliwa, zdarzenia zabezpieczające i stan komunikacji. Panel pokazujący 100% stanu naładowania nie jest dowodem na to, że akumulator może dostarczyć znamionową energię. Bardziej przekonujące są testy pojemności, historia zdarzeń i dane trendów. Ustaw właściciela alarmu i czas reakcji przed przekazaniem i upewnij się, że lokalny sterownik zachowuje bezpieczną pracę, gdy połączenie z chmurą lub siecią szkieletową jest niedostępne.

Aby uzyskać dodatkowe materiały dotyczące planowania projektu, skupione konkretnie na obiektach telekomunikacyjnych, nabywcy i zespoły inżynieryjne mogą zapoznać się z tymi materiałami dotyczącymi systemów zasilania telekomunikacji za pomocą energii słonecznej jako z materiałem pomocniczym podczas przygotowywania pytań dotyczących lokalizacji.

Porównaj całkowity koszt cyklu życia, nie tylko paneli i oleju napędowego

Sunlight nie ma faktury za paliwo, ale system telekomunikacji słonecznej nadal wiąże się z kosztami kapitałowymi, serwisowymi i wymianą. W przypadku porównania cen oleju napędowego należy stosować cenę paliwa dostarczanego do wieży, a nie cenę na dystrybutorze. Stan dróg, odległość, bezpieczeństwo i wielkość każdej dostawy mogą znacząco zmienić tę liczbę. Uczciwym porównaniem jest zdyskontowany koszt zapewnienia wymaganej dostępności w całym okresie realizacji projektu.

Przeprowadź co najmniej trzy testy: obecny model operacyjny, projekt hybrydowo-słoneczny oraz projekt o wyższym poziomie odnawialnych źródeł energii. Przetestuj założenia dotyczące ceny paliwa, roku wymiany baterii, wzrostu ruchu, wydajności energii słonecznej i finansowania. Wolę przedstawiać założenia obok wyniku; pojedyncza wartość zwrotu z inwestycji ukrywa zbyt wiele.

Rozważania dotyczące operacji, bezpieczeństwa i społeczności

Zdalny monitoring ogranicza niepotrzebne podróże, ale nie eliminuje konieczności fizycznej konserwacji. Podczas rozruchu należy zweryfikować polaryzację, zabezpieczenia, moment obrotowy, mapowanie alarmów, stany sterowników, rozruch generatora, odzyskiwanie baterii i rzeczywisty przepływ energii. Następnie należy analizować dane, zamiast czekać na alarm niskiego napięcia. Warto uważnie obserwować pierwsze kilka tygodni, ponieważ ujawniają one błędne nastawy, nieoczekiwane zacienienie i obciążenia, które nie zostały uwzględnione w pomiarze.

Kradzieże i manipulacje wymagają szczególnej uwagi. Panele, akumulatory, paliwo i miedź – wszystkie te elementy mogą być potencjalnymi potencjalnymi złodziejami. Ogrodzenia, wykrywanie manipulacji, ukryte mocowania, oznakowanie zasobów, kontrolowany dostęp i rozsądne rozmieszczenie sprzętu powinny być brane pod uwagę. Środki bezpieczeństwa muszą nadal umożliwiać bezpieczną konserwację i izolację awaryjną.

Projekty telekomunikacyjne i energetyczne również zajmują teren i zmieniają lokalne wzorce pracy. Wczesne rozmowy z właścicielami gruntów i społecznościami mogą pomóc w rozwiązaniu problemów związanych z dostępem, roślinnością, oślepiającym blaskiem, hałasem i bezpieczeństwem. Tam, gdzie to możliwe, należy przeszkolić lokalnych techników i określić lokalne wsparcie w zakresie części zamiennych. Projekt, który ogranicza dostawy oleju napędowego, ale nie pozostawia po sobie żadnego systemu, który można by konserwować, rozwiązał tylko połowę problemu.

Kiedy system telekomunikacyjny zasilany energią słoneczną może nie być właściwym pierwszym krokiem

Energia słoneczna nie jest automatycznie najlepszą inwestycją w przypadku każdej wieży. Należy rozważyć architekturę, jeśli lokalizacja jest silnie zacieniona przez cały rok, brakuje bezpiecznej przestrzeni, umowa najmu jest krótka, obciążenie rośnie niepewnie lub sieć jest niezawodna i tania, a ryzyko przerw w dostawie prądu jest niewielkie. Ekstremalnie niskie nasłonecznienie może również sprawić, że generator, rozbudowa sieci lub hybryda wiatrowo-słoneczna będą bardziej racjonalne niż bardzo duże rezerwy energii fotowoltaicznej i akumulatorów.

Czasami pierwszą inwestycją powinna być wydajność: naprawa układów chłodzenia, usunięcie przestarzałego sprzętu, korekta strat prądu stałego lub konsolidacja obciążeń. Każde kolejne 100 W zaoszczędzone w sposób ciągły pozwala zaoszczędzić 2.4 kWh dziennie i zmniejszyć zapotrzebowanie na energię fotowoltaiczną i akumulatory.

Pytania do umieszczenia w zapytaniu ofertowym na telekomunikację słoneczną

• Jaki zmierzony profil obciążenia, moc szczytową i przypadek przyszłego wzrostu wykorzystano?
• Który zbiór danych słonecznych, miesiąc projektowy i rok pogodowy są zgodne z rozmiarem PV?
• Jakie straty i marże są wliczane i gdzie są ich granice?
• Ile energii akumulatora dociera do obciążenia na początku i na końcu okresu eksploatacji?
• Co się dzieje podczas następujących po sobie dni z niesprzyjającą pogodą?
• Jak długo trwa proces odzyskiwania sprawności, gdy obciążenie nadal pracuje?
• Które obciążenia pozostają przy prądzie stałym, a gdzie wymagana jest konwersja prądu przemiennego?
• Jak radzi sobie z uruchamianiem, zatrzymywaniem, ładowaniem i awariami generatora?
• Jakie są ograniczenia temperatury i prądu akumulatora?
• W jaki sposób rozwiązywane są problemy związane z zacienieniem, wiatrem, korozją, kurzem, kondensacją i kradzieżą?
• Które alarmy są dostępne lokalnie i zdalnie i kto odpowiada?
• Jakie fabryczne i lokalne testy odbiorcze demonstrują każdy tryb działania?
• Jakie części zamienne, wsparcie oprogramowania sprzętowego i usługi terenowe są dostępne?
• Kto odpowiada za wymianę akumulatorów, ich transport i utylizację po wycofaniu z eksploatacji?

Jak Huijue podchodzi do kwestii energii w obiektach telekomunikacyjnych

Huijue opracowuje zintegrowane rozwiązania zasilania telekomunikacyjnego, które łączą zasilanie, dystrybucję, tworzenie kopii zapasowych, ochronę i monitoring, dostosowując się do wymagań operacyjnych obiektu. W zależności od projektu, architektura może obejmować generację fotowoltaiczną, sterowanie MPPT, magazynowanie energii w akumulatorach litowych, nominalne napięcie prądu stałego -48 V, zasilanie sieciowe lub generatorowe, kontrolę środowiska oraz zdalne zarządzanie energią.

Propozycja powinna opierać się na dowodach, a nie na z góry ustalonym rozmiarze szafy. Przydatne dane wejściowe to współrzędne, profil obciążenia, docelowa autonomia, okno napięciowe, historia sieci i generatora, ograniczenia klimatyczne, dostępna powierzchnia instalacji fotowoltaicznej, protokół komunikacyjny i przewidywana ekspansja. Na tej podstawie zespół inżynierów może porównać architektury i zidentyfikować założenia wymagające potwierdzenia w warunkach rzeczywistych.

PYTANIA I ODPOWIEDZI

Czy wieża telekomunikacyjna może działać wyłącznie w oparciu o energię słoneczną?

Tak, jeśli zasoby energii słonecznej, obszar niezacieniony, pojemność magazynowa i obciążenie są kompatybilne. Model szeregów czasowych powinien nadal testować sezon niskiego nasłonecznienia i wymaganą regenerację. Lokalizacje krytyczne mogą zachować generator lub inne źródło zasilania rezerwowego na wypadek rzadkich zdarzeń.

Ile paneli słonecznych potrzebuje wieża komórkowa?

Sam typ wieży nie daje jednoznacznej odpowiedzi. Liczba paneli zależy od dziennego obciążenia, mocy panelu, nasłonecznienia w miesiącu projektowym, temperatury, zacienienia, strat w systemie, orientacji i marginesu wzrostu. Zacznij od kWh dziennie, a nie od ogólnej reguły dotyczącej paneli na wieżę.

Czy obiekt telekomunikacyjny zasilany energią słoneczną zawsze potrzebuje falownika?

Nie. Wiele odbiorników telekomunikacyjnych wykorzystuje nominalne napięcie stałe -48 V i może być zasilanych za pomocą odpowiedniej architektury prądu stałego. W przypadku odbiorników prądu przemiennego wymagany jest falownik. Usunięcie zbędnych etapów konwersji może zmniejszyć straty i uprościć ścieżkę zasilania.

Jaki poziom autonomii baterii jest odpowiedni?

Operator powinien zdefiniować autonomię w zależności od celu usługi, warunków atmosferycznych, niezawodności źródła i czasu reakcji. Obiekt z dostępem do sieci może wymagać kilku godzin, podczas gdy odległa lokalizacja poza siecią może wymagać znacznie więcej czasu. Dłuższa autonomia zwiększa koszty, zapotrzebowanie na powierzchnię i zapotrzebowanie na odzyskiwanie.

Czy panele słoneczne można zamontować na wieży telekomunikacyjnej?

W niektórych konfiguracjach technicznych są one możliwe, ale należy ocenić konstrukcję, obciążenie wiatrem, zacienienie, przebieg kabli, środowisko RF i dostęp do konserwacji. Montaż naziemny jest często prostszy, gdy dostępny jest bezpieczny teren.