Napenergia telekommunikációs tornyokhoz: Gyakorlati tervezési és befektetési útmutató

A telekommunikációs tornyok napelemes rendszere csökkentheti a generátor üzemidejét és javíthatja az energiafüggetlenséget, de a napelemek önmagukban nem alkotnak megbízható telekommunikációs energiarendszert. A tervezésnek illeszkednie kell a telephely mért terheléséhez, a legrosszabb évszakra vonatkozó napelemes erőforráshoz, az autonómia célértékéhez, az egyenfeszültség-ablakhoz, az akkumulátor-korlátokhoz és a helyreállítási igényhez. Sok helyen a legjobb megoldás egy menedzselt hibrid rendszer, nem pedig egy generátormentes telephely.

Az első helyszíni áttekintés során elkülönítem a kiszámítható és a még mérendő részeket. A napi energiafogyasztás és a PV-rendszer ideiglenes mérete korán szűrhető. Az akkumulátoráram, a hőviselkedés, az alacsony napsugárzás miatti visszanyerés és a végleges védelmi terv meghatározásához továbbra is szükség van helyszíni adatokra és termékgörbékre. Ez a megkülönböztetés megakadályozza, hogy a korai becslés csendben vásárlási specifikációvá váljon.

Miért különbözik a telekommunikációs napelem a hagyományos kereskedelmi napelemektől?

Egy kereskedelmi tetőtéri épület általában a hálózatot használja energiapufferként. Egy hálózaton kívüli bázisállomásnak nincs ilyen luxusa. Ha a tervezett napelemes hónap kevesebb energiát termel a vártnál, az akkumulátor töltöttségi szintje napról napra csökken, amíg a terhelést le nem választják, vagy el nem indul egy tartalék forrás.

A telekommunikációs terheléseknek is megvan a saját alakjuk. Egy rádiós telephelynek lehet állandó alapigénye, forgalomfüggő ingadozása, rövid teljesítménycsúcsok és a környezeti hőmérsékletet követő hűtési terhelése. A mikrohullámú kapcsolatok, az akadályvilágítás, a megfigyelőrendszer, a hozzáférés-vezérlés és a szekrényfűtők kisebb terheléseket jelentenek, amelyeket könnyű figyelmen kívül hagyni. A jövőbeli rádiós bővítések fontosabbak lehetnek, mint a konverziós hatásfok néhány százalékpontos csökkenése.

Aztán ott van az egyenáramú interfész. Sok telekommunikációs rendszer névleges -48 V-os egyenáramú buszon működik. Ahol az architektúra lehetővé teszi, a fotovoltaikus rendszerek képesek tölteni az akkumulátort és egyenáramú terheléseket kiszolgálni egy MPPT vezérlőn és egyenáramú rendszeren keresztül, felesleges DC-AC-DC átalakítás nélkül. Az AC terhelésekhez továbbra is szükség van inverterre, de azt nem szabad megszokásból beépíteni.

A komponensek méretezésének megkezdése előtt válassza ki a működési architektúrát

A helyszín besorolása az elsődleges. A hálózat minősége, az üzemanyag-hozzáférés, a rendelkezésre álló földterület, a napenergia-erőforrás és a kiesések következményei határozzák meg, hogy melyik architektúra érdemel részletes modellezést.

Egy tisztán napelemes konfiguráció vonzónak tűnhet egy táblázatban, mivel üzemanyagot von el. Egy szerény tartalék generátor mégis olcsóbb lehet, mint elegendő napelemes és akkumulátorkapacitás telepítése egy ritka, többnapos időjárási esemény lefedésére. Ezzel szemben egy túlméretezett generátor, amely hosszú ideig gyengén működik, üzemanyagot pazarolhat, és elkerülhető karbantartási problémákat okozhat. Nem javasolnám a végső tartalék forrás eltávolítását, amíg egy óránkénti modell túl nem élte az alacsony napenergia-fogyasztású eseteket, és az üzemeltető el nem fogadta a fennmaradó kiesési kockázatot.

Kezdjük a mért terheléssel és a tervezési időszak időjárásával

Legalább a helyszíni koordinátákat, az óránkénti vagy 15 perces terhelést, a csúcsterhelést, az egyenáramú és váltóáramú interfészeket, a kiesési előzményeket, a generátorok adatait, a szekrény hőmérsékletét, a rendelkezésre álló fotovoltaikus területet és a tervezett hálózatbővítést kell összegyűjteni. Három adat különösen sokatmondó: a terheléskövetés, a generátor üzemórái és a szállított üzemanyag előzményei. Amikor ezek eltérő történeteket mutatnak, az energiaalapértékeket előzetesnek kell tekinteni, és a berendezések méretezése előtt meg kell állapítani az okát.

Ha az intervallumadatok nem állnak rendelkezésre, akkor alrendszerenként készítsen ütemtervet ahelyett, hogy minden névleges teljesítményt 24 órával szorozna. Jelölje meg az egyes becsléseket mért, számított vagy feltételezettként. Ez a kis fegyelem sokkal könnyebbé teszi a következő felülvizsgálatot.

A napi energiafogyasztás alapján becsülhető meg a napelemek és az akkumulátorok kapacitása. A csúcsteljesítményt külön ellenőrzik, mivel ez határozza meg a vezérlő, az egyenirányító, az inverter, a kábel, a gyűjtősín és a védelmi értékeket. Mindkettő számít: egy alacsony napi átlaggal rendelkező telephely is termelhet magas rövid idejű áramot.

PV-szűrés számítása

E_source az az energia, amelyet a kiválasztott rendszerhatáron biztosítani kell. PSH_design a vonatkozó alacsony napenergiájú hónap csúcsidőszaki értéke, nem egyszerűen az éves átlag. K_PV figyelembe veszi a fotovoltaikus oldali veszteségeket, mint például a hőmérséklet, a szennyeződés, az eltérés, a kábelezés, az MPPT teljesítménye és az árnyékolás.

Tartsa láthatóan a veszteséghatárokat. Az egyenirányító és az elosztó veszteségei a downstream teljesítményútvonalhoz tartoznak; a modul hőmérséklete és szennyeződése a fotovoltaikus oldalhoz. Ha mindkettő egyetlen homályos „biztonsági tényező” belsejében rejtőzik, akkor kétszer is számolhatók, vagy akár teljesen figyelmen kívül is hagyhatók.

Akkumulátor szűrési számítás

E_autonomy a szükséges terhelési energia, amíg a kiválasztott források nem állnak rendelkezésre. DoD a megengedett kisülési mélység, η_path az akkumulátortól a terhelésig terjedő hatékonyság, F_EOL az élettartam végén szükséges megtartott kapacitás, és F_temp a tervezési hőmérsékleten elérhető hasznos kapacitást jelöli. Ne alkalmazzon újra egy tényezőt, ha az már szerepel a termék deklarált hasznos energiájában.

Egy kidolgozott szűrési példa

Vegyünk egy hipotetikus, távoli telephelyet, amelynek átlagos teljesítménye 1.5 kW. A leadott terhelése napi 36 kWh. Tegyük fel, hogy a downstream hatásfok 88%, a tervezési tűréshatár pedig 10%; a forrásoldali energiacél ekkor körülbelül 45 kWh naponta. 4.0 tervezett csúcsidőszaki napsütéses órával és 0.78-as fotovoltaikus csökkentési tényezővel a kezdeti napelemes rendszer teljesítménye körülbelül 14.4 kWp.

Most tegyük fel, hogy az akkumulátornak 12 órán át kell bírnia az 1.5 kW-os terhelést. Ez 18 kWh leadott energiát jelent. 80%-os megengedett kisütési mélység, 94%-os útvonalhatásfok és 80%-os élettartam-megtartás mellett a kezdeti névleges követelmény körülbelül 29.9 kWh a modul kerekítése és a hőmérséklet-korrekció előtt. Egy 24 órás autonómiakövetelmény ennek az értéknek körülbelül a duplájára növelné.

Ezek a számok nem idézetek. Egyetlen feltételezést írnak le, amelyek mindegyike látható a táblázatban. A végleges tervnek szimulálnia kell az akkumulátor óránkénti töltöttségi állapotát, az egymást követő rossz időjárási napokat, a hőmérsékletet, a terhelés növekedését és a forráskimaradásokat. Emellett kompatibilis akkumulátormodulokra kell kerekíteni, és ellenőrizni kell az áramerősséget a minimális üzemi feszültségen.

A felépülés az a csekk, amit az emberek elfelejtenek

Áramkimaradás vagy alacsony napsütés után a távközlési terhelés az akkumulátor töltése közben is folytatódik. A példában a 18 kWh hat órán belüli helyreállításához 92%-os töltési útvonal-hatékonyság mellett nagyjából 3.3 kW töltéshez szükséges. Adjuk hozzá a folyamatos 1.5 kW-os helyszíni terhelést, és a rendelkezésre álló forrásnak legalább 4.8 kW-ot kell leadnia az egyéb veszteségek és a tartalékok előtt.

Egy akkumulátor tehát elég nagy lehet az autonómiához, de túl kevés napelemes vagy egyenirányító kapacitással párosulva ahhoz, hogy a következő esemény előtt helyreálljon. A töltöttségi szint szimulációjának meg kell mutatnia mind a legalacsonyabb tartalékot, mind a helyreállításhoz szükséges időt.

A terepi megbízhatóságot befolyásoló komponensdöntések

Napelemes elhelyezés és szerkezet

A modulok közvetlenül a toronyra történő felszerelése földterületet takaríthat meg, de a torony magassága nem javítja automatikusan a napenergia-termelést. Az antennák, acélszerkezetek, kábelek és a közeli növényzet összetett árnyékokat vethet. A megnövekedett szélterület, a szerkezeti terhelés, a nehéz tisztítás és a magasban végzett munka meghaladhatja a helymegtakarítást. Ha egy technikus nem tudja biztonságosan megtisztítani vagy kicserélni a modult, annak elméleti hozama nem túl hasznos. A talajra szerelt napelemsorok gyakran könnyebben orientálhatók, ellenőrizhetők és bővíthetők, feltéve, hogy a terület biztonságos, árnyék nélküli területtel rendelkezik.

Ellenőrizze a szél, hó, korrózió, talaj vagy alapozás állapotát, valamint a hideg hőmérsékleti feszültséget. A növényzet szabályozása a karbantartási terv része; az üzembe helyezéskor tiszta panelsor egy évvel később leárnyékolható.

Akkumulátor és BMS

A lítium-vas-foszfátot széles körben alkalmazzák telekommunikációs adattároláshoz ciklus-élettartama és termikus jellemzői miatt, de a kémiai összetétel nem garantálja a jó rendszert. Tekintse át a felhasználható energiát, a folyamatos és csúcsáramot, az alacsony hőmérsékletű töltési korlátokat, a magas hőmérsékletű leértékelést, a BMS-védelmet, a cella- vagy modulkiegyenlítést, a kommunikációs tartalékot és a jótállási feltételeket.

A párhuzamosan kapcsolt akkumulátoroknak validált árammegosztási stratégiával, kompatibilis firmware-rel és egyedi elágazásvédelemmel kell rendelkezniük. Csatlakoztatás előtt a töltési állapotkülönbségeket ellenőrizni kell a bekapcsolási túláram vagy a keringő áram elkerülése érdekében.

DC tápellátási útvonal és hibrid vezérlő

A vezérlő dönti el, hogy a napelemes rendszer mikor szolgálja ki a terhelést, tölti az akkumulátort, indítja el a generátort vagy használja a hálózatot. Prioritásainak a szervizpolitikát kell tükrözniük, nem pedig egy általános gyári alapértelmezett értéket. Egy kritikus tartalékot esetleg meg kell védeni a rutinszerű üzemanyag-megtakarítási ciklusoktól. Hasonlóképpen, a generátor indítási és leállítási küszöbértékeinek meg kell akadályozniuk a gyors ciklusokat, és lehetővé kell tenniük a hatékony töltési blokkot.

Ellenőrizze a teljes akkumulátorfeszültség-tartományt a névleges -48 V-os telekommunikációs terheléshez, az egyenirányító alapértékeihez és az alacsony feszültségű leválasztóhoz képest. Vegyes AC és DC helyszínek esetén térképezze fel az egyes átalakítási fokozatokat és azok hatásfokát.

Kabinet és környezetvédelem

Egy kültéri burkolatnak többet kell tennie, mint egy IP-besorolás. A napsugárzás, a páralecsapódás, a só, a por, a rovarok, a kábelbemenetek, a vízelvezetés és a belső hő mind befolyásolhatja a hosszú távú megbízhatóságot. A hőmérséklet-érzékelőknek az akkumulátormodulokat és a forró alkatrészeket is mérniük kell, nem csak a bemeneti nyílás közelében lévő levegőt.

A fűtés, a szellőzés és a hűtés energiát fogyaszt, ezért ezeket is figyelembe kell venni a terhelési modellben. Meleg helyszíneken az akkumulátor élettartamát védő szekrény is növelheti a napi energiaigényt. Hideg helyszíneken a töltés engedélyezése előtt szabályozott fűtésre lehet szükség.

Cselekvéshez vezető monitorozás

A hasznos távoli adatok közé tartozik a forrásenergia, a helyszíni terhelés, az akkumulátor töltöttségi állapota, a cella- vagy modulszórás, a hőmérséklet, a generátorindítások, az üzemanyagszint, a védelmi események és a kommunikáció állapota. A 100%-os töltöttségi állapotot mutató műszerfal nem bizonyítja, hogy az akkumulátor képes leadni a névleges energiáját. A kapacitástesztek, az eseményelőzmények és a trendadatok meggyőzőbbek. Állítsa be a riasztás tulajdonjogát és a válaszidőket az átadás előtt, és győződjön meg arról, hogy a helyi vezérlő biztonságosan működik, ha a felhő- vagy a backhaul-kapcsolat nem érhető el.

A telekommunikációs telephelyekkel kapcsolatos további projekttervezési anyagokért a vásárlók és a mérnöki csapatok másodlagos referenciaként tekinthetik meg ezeket a napelemes telekommunikációs energiarendszerekkel kapcsolatos forrásokat a telephelyi kérdéseik előkészítése során.

Hasonlítsa össze a teljes életciklus-költséget, ne csak a paneleket a dízelhez képest

A Sunlightnak nincs üzemanyagszámlája, de egy napelemes telekommunikációs rendszernek továbbra is vannak tőke-, szerviz- és csereköltségei. A dízel-összehasonlításokhoz a toronyban leszállított üzemanyag árát használja, ne az országos kútoszlop-árat. Az útviszonyok, a távolság, a biztonság és az egyes szállítmányok mérete jelentősen megváltoztathatja a számot. A reális összehasonlítás a szükséges rendelkezésre állás biztosításának diszkontált költsége a projekt időtartama alatt.

Vizsgáljon meg legalább három esetet: a jelenlegi működési modellt, egy napelemes hibrid rendszert és egy magasabb megújulóenergia-arányú rendszert. Vizsgálja meg az üzemanyag árát, az akkumulátorcsere évét, a forgalom növekedését, a napenergia hozamát és a finanszírozási feltételezéseket. Én inkább az eredmény mellett mutatom be a feltételezéseket; egyetlen megtérülési szám túl sokat elfed.

Működési, biztonsági és közösségi szempontok

A távfelügyelet csökkenti a felesleges utazást, de nem szünteti meg a fizikai karbantartást. Az üzembe helyezés során ellenőrizni kell a polaritást, a védelmet, a nyomatékot, a riasztási leképezést, a vezérlő állapotát, a generátor indítását, az akkumulátor-helyreállítást és a tényleges energiaáramlást. Ezt követően az adatokat trendként kell követni ahelyett, hogy egy alacsony feszültségű riasztásra várnánk. Az első néhány hetet érdemes alaposan figyelni, mert ilyenkor hibás alapértékek, váratlan árnyékolás és a felmérésből hiányzó terhelések jelennek meg.

A lopás és a beavatkozás veszélye tervezéskor figyelmet érdemel. A panelek, akkumulátorok, üzemanyag és réz mind vonzhatják a lopásokat. A kerítéseket, a beavatkozás észlelését, a rejtett rögzítőelemeket, az eszközök megjelölését, az ellenőrzött hozzáférést és a berendezések ésszerű elhelyezését együttesen kell figyelembe venni. A biztonsági intézkedéseknek továbbra is lehetővé kell tenniük a biztonságos karbantartást és a vészhelyzeti elkülönítést.

Egy telekommunikációs energiaprojekt földterületeket foglal el, és megváltoztatja a helyi munkarendet. A földtulajdonosokkal és a közösségekkel folytatott korai megbeszélések megoldhatják a hozzáféréssel, a növényzettel, a vakító fényekkel, a zajjal és a biztonsággal kapcsolatos aggályokat. Ahol lehetséges, helyi technikusokat kell képezni, és meg kell határozni a helyi alkatrész-támogatást. Egy olyan projekt, amely csökkenti a dízelszállítást, de nem hagy karbantartható rendszert, csak a probléma felét oldotta meg.

Amikor egy napelemes telekommunikációs rendszer nem biztos, hogy a megfelelő első lépés

A napelemes rendszer nem minden torony esetében a legjobb befektetés. Gondolja át az architektúrát, ha a helyszín egész évben erős árnyékolásnak van kitéve, nincs biztonságos hely, rövid a fennmaradó bérleti szerződés, bizonytalan a terhelés növekedése, vagy egy rendkívül megbízható, alacsony költségű hálózattal rendelkezik, kevés a kiesésnek kitéve. A rendkívül alacsony napenergia-fogyasztású szezonok racionálisabbá tehetik a generátor, a hálózatbővítés vagy a szél-napenergia hibrid telepítését, mint a nagyon nagy napelemes és akkumulátoros tartalékokat.

Néha az első befektetésnek a hatékonyságnövelésnek kell lennie: a hűtésvezérlők javítása, az elavult berendezések eltávolítása, az egyenáramú veszteségek korrigálása vagy a terhelések konszolidálása. Minden folyamatos 100 W leválasztott teljesítmény napi 2.4 kWh-t takarít meg, és csökkenti mind a fotovoltaikus, mind az akkumulátorigényt.

Kérdések, amelyeket fel kell tenni a napelemes telekommunikációs ajánlatkéréshez

• Milyen mért terhelési profilt, csúcsteljesítményt és jövőbeli növekedési esetet használtak?
• Melyik napelemes adathalmaz, tervezési hónap és időjárási év támasztja alá a PV méretet?
• Milyen veszteségek és haszonkulcsok tartoznak ide, és hol vannak ezek határai?
• Mennyi energiát ér el az akkumulátor a terhelésnél az élettartam elején és végén?
• Mi történik az egymást követő gyenge napsütéses napokon?
• Mennyi ideig tart a helyreállítás, miközben az élő terhelés továbbra is működik?
• Mely terhelések maradnak egyenáramon, és hol van szükség váltakozó áramú átalakításra?
• Hogyan kezeli a generátor indítását, leállítását, terhelését és meghibásodását?
• Melyek az akkumulátor hőmérsékleti és áramkorlátai?
• Hogyan kezelik az árnyékolást, a szelet, a korróziót, a port, a páralecsapódást és a lopást?
• Milyen riasztások érhetők el helyben és távolról, és ki reagál?
• Milyen gyári és helyszíni átvételi tesztek igazolják az egyes működési módokat?
• Milyen pótalkatrészek, firmware-támogatás és terepi szolgáltatások érhetők el?
• Kinek a feladata az akkumulátorcsere, a szállítás és az élettartamuk végén történő kezelés?

Hogyan közelíti meg a Huijue a telekommunikációs telephelyek energiaellátását

A Huijue integrált telekommunikációs energiaellátási megoldásokat fejleszt, amelyek a telephely működési igényei szerint ötvözik az ellátást, az elosztást, a biztonsági mentést, a védelmet és a felügyeletet. A projekttől függően az architektúra tartalmazhat fotovoltaikus termelést, MPPT vezérlést, lítium akkumulátoros tárolást, névleges -48 V DC tápellátást, hálózati vagy generátoros bemenetet, környezeti szabályozást és távoli energiagazdálkodást.

A javaslatnak bizonyítékokkal kell kezdődnie, nem pedig előre meghatározott szekrénymérettel. Hasznos bemeneti adatok a koordináták, a terhelési profil, az autonómia célértéke, a feszültségablak, a hálózat és a generátor előzményei, a klímakorlátok, a rendelkezésre álló napelemes terület, a kommunikációs protokoll és a várható bővítés. Ezek alapján a mérnöki csapat összehasonlíthatja az architektúrákat, és azonosíthatja, hogy mely feltételezések igényelnek helyszíni megerősítést.

Gyakran Ismételt Kérdések

Működhet egy távközlési torony teljes egészében napenergiával?

Igen, ahol a napenergia-erőforrás, az árnyékolatlan terület, a tárolókapacitás és a terhelés kompatibilis. Egy idősoros modellnek továbbra is tesztelnie kell az alacsony napenergiájú szezont és a szükséges helyreállítást. A kritikus helyszínek megtarthatnak egy generátort vagy más tartalék forrást ritka események esetén.

Hány napelemre van szüksége egy cellatornynak?

Nincs megbízható válasz kizárólag a torony típusára vonatkozóan. A panelek száma a napi terheléstől, a panel teljesítményétől, a tervezett havi napfénytől, a hőmérséklettől, az árnyékolástól, a rendszerveszteségektől, a tájolástól és a növekedési mozgástértől függ. Kezdjük kWh/nap értékkel, ne egy általános panel/tornyos szabállyal.

Egy napenergiával működő telekommunikációs telephelynek mindig szüksége van inverterre?

Nem. Sok telekommunikációs terhelés névleges -48 V DC feszültséget használ, és megfelelő DC architektúrán keresztül táplálható. AC terhelésekhez inverter szükséges. A felesleges átalakítási fokozatok eltávolítása csökkentheti a veszteséget és egyszerűsítheti az energiaellátási utat.

Mekkora akkumulátor-üzemidő megfelelő?

Az üzemeltetőnek meg kell határoznia az autonómiát a szolgáltatási céltól, az időjárástól, a forrás megbízhatóságától és a válaszidőtől függően. Egy hálózattal támogatott telephelynek órákra lehet szüksége, míg egy távoli, hálózatról leválasztott telephelynek sokkal több időre. A hosszabb autonómia növeli a költségeket, a helyigényt és a helyreállítási igényt.

Lehet napelemeket felszerelni a telekommunikációs toronyra?

Bizonyos tervezett konfigurációkban képesek rá, de a szerkezetet, a szélterhelést, az árnyékolást, a kábelezést, az RF környezetet és a karbantartási hozzáférést figyelembe kell venni. A talajra szerelés gyakran egyszerűbb, ha biztonságos terület áll rendelkezésre.