Соларна енергија за телекомуникационе торњеве: Практични водич за пројектовање и инвестиције

Соларна енергија за телекомуникационе торњеве може смањити време рада генератора и побољшати енергетску независност, али сами панели не чине поуздан телекомуникациони систем напајања. Дизајн мора да одговара измереном оптерећењу локације, соларним ресурсима у најгорој сезони, циљаној аутономији, прозору једносмерног напона, ограничењима батерије и захтевима за опоравак. На многим локацијама, најбоље решење је управљани хибрид, а не локација без генератора.

При првом прегледу локације, одвајам оно што се може израчунати од онога што тек треба да се измери. Дневна енергија и привремена величина фотонапонског система могу се рано проверити. Струја батерије, термичко понашање, опоравак од слабог сунца и коначни дизајн заштите и даље захтевају податке о локацији и криве производа. Та разлика спречава да се рана процена тихо претвори у спецификацију куповине.

Зашто се телекомуникациона соларна енергија разликује од обичне комерцијалне фотонапонске енергије

Комерцијални кров обично користи мрежу као енергетски бафер. Базна станица ван мреже нема тај луксуз. Ако пројектовани соларни месец испоручи мање енергије него што се очекивало, стање напуњености батерије опада из дана у дан док се оптерећење не искључи или се не покрене резервни извор.

Телекомуникациона оптерећења такође имају свој облик. Радио локација може имати сталну основну потражњу, варијације везане за саобраћај, кратке врхове снаге и оптерећење хлађења које прати температуру околине. Микроталасне везе, светла за ометање, надзор, контрола приступа и грејачи ормарића додају мања оптерећења која је лако превидети. Будући додаци радија могу бити важнији од неколико процентних поена ефикасности конверзије.

Затим, ту је и једносмерни интерфејс. Многи телекомуникациони системи раде на номиналној једносмерној магистрали од -48 V. Тамо где архитектура то дозвољава, фотонапонски системи могу пунити батерију и опслуживати једносмерна оптерећења путем MPPT контролера и система једносмерног напајања без непотребне конверзије једносмерне у наизменичну у једносмерну струју. Инвертор је и даље потребан за наизменична оптерећења, али га не треба додавати по навици.

Изаберите оперативну архитектуру пре димензионисања компоненти

Класификација локације је на првом месту. Квалитет мреже, приступ гориву, расположиво земљиште, соларни ресурси и последице прекида рада одређују која архитектура заслужује детаљно моделирање.

Чисто соларна конфигурација може изгледати атрактивно у табели јер уклања гориво. Па ипак, скроман резервни генератор може бити јефтинији од инсталирања довољног фотонапонског система и батерија да покрије ретки вишедневни временски догађај. С друге стране, превелики генератор који ради лагано током дужег периода може трошити гориво и имати проблема са одржавањем који се могу избећи. Не бих препоручио уклањање коначног резервног извора док модел који ради на сатној бази не преживи случајеве ниске соларне енергије и оператер не прихвати преостали ризик од прекида рада.

Почните са измереним оптерећењем и временским условима током пројектног периода

Као минимум, прикупите координате локације, сатно или 15-минутно оптерећење, вршну потражњу, DC и AC интерфејсе, историју прекида, записе генератора, температуру ормара, расположиву фотонапонску површину и планирано проширење мреже. Три записа су посебно откривајућа: траг оптерећења, сати рада генератора и историја испорученог горива. Када говоре различите приче, третирајте основну енергетску линију као привремену и сазнајте зашто пре димензионисања опреме.

Ако подаци о интервалу нису доступни, направите распоред по подсистему уместо да множите сваку називну вредност са 24 сата. Означите сваку процену као измерену, израчунату или претпостављену. Та мала дисциплина чини следећи преглед много лакшим.

Дневна енергија се користи за процену капацитета фотонапонских система и батерије. Вршна снага се проверава одвојено јер одређује рејтинг контролера, исправљача, инвертора, кабла, сабирнице и заштите. Оба су важна: локација са ниским дневним просеком и даље може произвести високу краткотрајну струју.

Израчунавање PV скрининга

E_source је енергија која мора бити испоручена на изабраној граници система. PSH_design је вредност највећег броја сунчаних сати за релевантни месец са ниским нивоом сунца, а не само годишњи просек. K_PV узима у обзир губитке на страни фотонапонског система као што су температура, прљавштина, неусклађеност, ожичење, MPPT перформансе и сенчење.

Држите границе губитака видљивим. Губици исправљача и дистрибуције припадају низводној путањи напајања; температура модула и запрљање припадају фотонапонској страни. Ако су оба скривена унутар једног нејасног „фактора сигурности“, могу се рачунати два пута или потпуно пропустити.

Прорачун скрининга батерије

E_autonomy је енергија оптерећења потребна док су одабрани извори недоступни. DoD је дозвољена дубина испуштања, η_path је ефикасност од батерије до оптерећења, F_EOL је задржани капацитет потребан на крају животног века, и F_temp представља употребљиви капацитет на пројектованој температури. Не примењујте фактор поново ако је већ укључен у декларисану употребљиву енергију производа.

Пример урађеног скрининга

Размотримо хипотетичку удаљену локацију са просечном снагом од 1.5 kW. Њено испоручено оптерећење је 36 kWh дневно. Претпоставимо да је низводна ефикасност 88% и да је планирано одступање 10%; циљ енергије на страни извора је тада око 45 kWh дневно. Са 4.0 пројектованих вршних сунчаних сата и фактором смањења снаге фотонапонских система од 0.78, почетни низ је око 14.4 kWp.

Сада претпоставимо да батерија мора да носи оптерећење од 1.5 kW током 12 сати. То је испоручено 18 kWh. При дозвољеној дубини пражњења од 80%, ефикасности путање од 94% и задржавању на крају животног века од 80%, почетни захтев на називној плочици је око 29.9 kWh пре заокруживања модула и корекције температуре. Захтев за аутономију од 24 сата би приближно удвостручио ту бројку.

Ови бројеви нису цитат. Они описују један скуп претпоставки, које су све видљиве у табели. Коначни дизајн мора симулирати стање напуњености батерије на сатном нивоу, узастопне дане са лошим временом, температуру, раст оптерећења и прекиде напајања. Такође мора заокружити на компатибилне батеријске модуле и проверити струју при минималном радном напону.

Опоравак је чек који људи заборављају

Након нестанка струје или пада сунца, телекомуникационо оптерећење се наставља док се батерија пуни. У овом примеру, обнављање 18 kWh у року од шест сати уз ефикасност путање пуњења од 92% захтева отприлике 3.3 kW за пуњење. Додајте континуирано оптерећење локације од 1.5 kW и расположиви извор мора да испоручи најмање 4.8 kW пре осталих губитака и резервног простора.

Батерија стога може бити довољно велика за аутономију, али упарена са премалим капацитетом фотонапонског система или исправљача да би се опоравила пре следећег догађаја. Симулација стања напуњености требало би да покаже и најнижу резерву и време потребно за њено обнављање.

Одлуке о компонентама које утичу на поузданост на терену

Постављање и структура фотонапонских система

Монтирање модула директно на торањ може уштедети простор на земљи, али висина торња не побољшава аутоматски производњу соларне енергије. Антене, челичне конструкције, каблови и оближња вегетација могу бацати сложене сенке. Додатна површина ветра, структурно оптерећење, отежано чишћење и приступ раду на висини могу надмашити уштеду простора. Ако техничар не може безбедно очистити или заменити модул, његов теоретски принос није баш користан. Низове постављене на земљи је често лакше оријентисати, прегледати и проширити, под условом да комплекс има безбедно, незасенчено земљиште.

Проверите ветар, снег, корозију, стање земљишта или темеља и напон низводних жица на ниским температурама. Контрола вегетације спада у план одржавања; ред панела који је чист приликом пуштања у рад може се засјенити годину дана касније.

Батерија и БМС

Литијум-гвожђе-фосфат се широко разматра за складиштење телекомуникационе енергије због свог животног века и термичких карактеристика, али хемијски састав не гарантује добар систем. Прегледајте употребљиву енергију, континуирану и вршну струју, ограничења пуњења на ниским температурама, смањење номиналне снаге на високим температурама, заштиту BMS-а, балансирање ћелија или модула, резервну комуникацију и услове гаранције.

Паралелне батерије треба да имају валидирану стратегију дељења струје, компатибилан фирмвер и заштиту појединачних грана. Пре повезивања, разлике у стању напуњености морају се контролисати како би се избегла ударна или циркулишућа струја.

Пут једносмерног напајања и хибридни контролер

Контролер одлучује када фотонапонски системи опслужују оптерећење, пуне батерију, покрећу генератор или користе мрежу. Његови приоритети треба да одражавају политику услуге, а не генеричко фабричко подешавање. Критичну резерву можда треба заштитити од рутинских циклуса уштеде горива. Слично томе, прагови покретања и заустављања генератора треба да спрече брзо циклирање и омогуће ефикасан блок пуњења.

Потврдите пуни опсег напона батерије у односу на номинално телекомуникационо оптерећење од -48 V, подешене вредности исправљача и искључивање ниског напона. За мешовите локације са наизменичном и једносмерном струјом, мапирајте сваку фазу конверзије и њену ефикасност.

Кабинет и заштита животне средине

Спољно кућиште захтева више од главне IP заштите. Сунчев добитак, кондензација, со, прашина, инсекти, кабловски улази, дренажа и унутрашња топлота могу утицати на дугорочну поузданост. Сензори температуре треба да представљају батеријске модуле и вруће компоненте, а не само ваздух близу улаза.

Грејање, вентилација и хлађење троше енергију, па их укључите у модел оптерећења. На топлим локацијама, ормар који штити век трајања батерије такође може повећати дневну потражњу за енергијом. На хладним локацијама, контролисано грејање може бити потребно пре него што се дозволи пуњење.

Праћење које води ка акцији

Корисни подаци о даљинском управљању укључују енергију извора, оптерећење локације, стање напуњености батерије, распон ћелија или модула, температуру, покретање генератора, ниво горива, заштитне догађаје и стање комуникације. Контролна табла која приказује 100% стање напуњености није доказ да батерија може да испоручи своју номиналну енергију. Тестови капацитета, историја догађаја и подаци о трендовима су убедљивији. Подесите власништво над алармом и време одзива пре примопредаје и уверите се да локални контролер одржава безбедан рад када веза са облаком или бекхол веза није доступна.

За додатни материјал за планирање пројекта усмерен посебно на телекомуникационе локације, купци и инжењерски тимови могу консултовати ове ресурсе о соларним телекомуникационим енергетским системима као секундарну референцу приликом припреме питања о својим локацијама.

Упоредите укупне трошкове животног циклуса, не само панеле у односу на дизел

Сунчева светлост нема фактуру за гориво, али соларни телекомуникациони систем и даље има капиталне трошкове, трошкове сервисирања и замене. За поређење дизела, користите цену испоручених горива на торњу, а не националну цену на пумпи. Стање пута, удаљеност, безбедност и величина сваке испоруке могу значајно променити број. Фер поређење је дисконтована цена испоруке потребне доступности током периода пројекта.

Покрените најмање три случаја: тренутни оперативни модел, соларно-хибридни дизајн и дизајн са вишим уделом обновљивих извора енергије. Тестирајте цену горива, годину замене батерија, раст саобраћаја, принос соларне енергије и претпоставке о финансирању. Више волим да прикажем претпоставке поред резултата; једна бројка о исплати скрива превише.

Операције, безбедност и разматрања заједнице

Даљинско праћење смањује непотребна путовања, али не елиминише физичко одржавање. Пуштање у рад треба да провери поларитет, заштиту, обртни момент, мапирање аларма, стања контролера, покретање генератора, опоравак батерије и стварни проток енергије. Након тога, пратите тренд података уместо да чекате аларм ниског напона. Првих неколико недеља вреди пажљиво пратити јер откривају погрешне задате вредности, неочекивано сенчење и оптерећења која нису била укључена у истраживање.

Крађа и неовлашћено мењање заслужују пажњу приликом пројектовања. Панели, батерије, гориво и бакар могу привући крађу. Ограде, детекција неовлашћеног мењања, скривени причвршћивачи, обележавање имовине, контролисан приступ и разумно постављање опреме треба разматрати заједно. Безбедносне мере морају и даље омогућавати безбедно одржавање и изолацију у хитним случајевима.

Телекомуникациони енергетски пројекат такође заузима земљиште и мења локалне обрасце рада. Рани разговори са власницима земљишта и заједницама могу решити проблеме са приступом, вегетацијом, одсјајем, буком и безбедношћу. Где је то практично, обучите локалне техничаре и дефинишите локалну подршку за резервне делове. Пројекат који смањује испоруке дизела, али не оставља систем који се може одржавати, решио је само половину проблема.

Када соларни телекомуникациони систем можда није прави први потез

Соларна енергија није аутоматски најбоља инвестиција на сваком торњу. Поново размотрите архитектуру када локација има јако сенчење током целе године, нема безбедног простора, кратак преостали закуп, неизвестан раст оптерећења или веома поуздану јефтину мрежу са малом изложеношћу прекидима. Екстремно ниске соларне сезоне такође могу учинити генератор, проширење мреже или хибрид ветро-соларне енергије рационалнијим од веома великих резерви фотонапонских система и батерија.

Понекад прва инвестиција треба да буде ефикасност: поправка контрола хлађења, уклањање застареле опреме, исправљање губитака једносмерне струје или консолидација оптерећења. Сваких континуираних 100 W уклоњених штеди 2.4 kWh дневно и смањује потребе и за фотонапонским системима и за батеријама.

Питања која треба поставити у захтеву за понуду за соларне телекомуникације

• Који измерени профил оптерећења, вршна снага и случај будућег раста су коришћени?
• Који скуп података о соларној енергији, месец пројектовања и године временских прилика подржавају величину фотонапонског система?
• Који губици и марже су укључени и где су њихове границе?
• Колико енергије батерије доспе до оптерећења на почетку и на крају животног века?
• Шта се дешава током узастопних дана са лошим сунцем?
• Колико дуго траје опоравак док живи терет наставља да ради?
• Која оптерећења остају на једносмерној струји, а где је потребна конверзија наизменичне струје?
• Како се поступа са покретањем, заустављањем, оптерећењем и кваром генератора?
• Која су температурна и струјна ограничења батерије?
• Како се решавају проблеми са сенчењем, ветром, корозијом, прашином, кондензацијом и крађом?
• Који су аларми доступни локално и даљински и ко реагује?
• Који фабрички и градилишни тестови пријема демонстрирају сваки режим рада?
• Који резервни делови, подршка за фирмвер и теренске услуге су доступни?
• Ко је одговоран за замену батерије, транспорт и руковање на крају њеног животног века?

Како Хуијуе приступа енергији телекомуникационих локација

Хуијуе развија интегрисана телекомуникациона решења за напајање која комбинују снабдевање, дистрибуцију, резервне копије, заштиту и праћење у складу са оперативним захтевима локације. У зависности од пројекта, архитектура може да укључује фотонапонску генерацију, MPPT контролу, складиштење литијумских батерија, номинално напајање од -48 V једносмерне струје, улаз из мреже или генератора, контролу животне средине и даљинско управљање енергијом.

Предлог треба да почне са доказима, а не са унапред одређеном величином ормара. Корисни улази су координате, профил оптерећења, циљна аутономија, прозор напона, историја мреже и генератора, климатска ограничења, расположива соларна површина, комуникациони протокол и очекивано проширење. Одатле, инжењерски тим може да упореди архитектуре и идентификује које претпоставке захтевају потврду на терену.

Često postavljana pitanja

Да ли телекомуникациони торањ може да ради искључиво на соларну енергију?

Да, тамо где су соларни ресурс, незасенчено подручје, капацитет складиштења и оптерећење компатибилни. Модел временских серија треба и даље да тестира сезону са ниским соларним активностима и потребан опоравак. Критичне локације могу задржати генератор или други резервни извор за ретке догађаје.

Колико соларних панела је потребно за мобилни торањ?

Не постоји поуздан одговор само на основу типа торња. Број панела зависи од дневног оптерећења, снаге панела, пројектованог месеца сунчеве светлости, температуре, сенчења, губитака система, оријентације и маргине раста. Почните са kWh дневно, а не са генеричким правилом за панел по торњу.

Да ли је телекомуникационој локацији на соларни погон увек потребан инвертер?

Не. Многа телекомуникациона оптерећења користе номиналних -48 V једносмерне струје и могу се напајати преко одговарајуће једносмерне архитектуре. За наизменична оптерећења је потребан инвертор. Уклањање непотребних фаза конверзије може смањити губитке и поједноставити путању напајања.

Колика је аутономија батерије одговарајућа?

Оператор треба да дефинише аутономију у зависности од циља услуге, временских услова, поузданости извора и времена одзива. Локацији која користи мрежу могу бити потребни сати, док удаљеној локацији ван мреже може бити потребно много дуже. Дужа аутономија повећава трошкове, заузетост и потражњу за опоравком.

Да ли се соларни панели могу монтирати на телекомуникациони торањ?

Могу се направити у неким пројектованим конфигурацијама, али се мора проценити структура, оптерећење ветром, сенчење, усмеравање каблова, РФ окружење и приступ за одржавање. Монтажа на земљу је често једноставнија када је доступно безбедно земљиште.