مطالعه موردی معماری ترکیبی: پیوند انرژی خورشیدی و شبکه در یک پناهگاه مخابراتی با ظرفیت بالا

مطالعه موردی معماری هیبریدی: پل زدن بین انرژی خورشیدی و شبکه در یک پناهگاه مخابراتی با ظرفیت بالا

پیشینه

با گسترش اپراتورهای مخابراتی به مناطق روستایی و حومه شهر، آنها اغلب با یک چالش دوگانه روبرو هستند: شبکه یا ناپایدار است یا کاملاً غایب است، اما بارهای سایت به دلیل تجهیزات 5G و گره‌های محاسباتی لبه در حال افزایش هستند. اتکا صرف به ژنراتورهای دیزلی پرهزینه و از نظر لجستیکی دشوار است، در حالی که راه‌حل‌های صرفاً خورشیدی اغلب فاقد افزونگی لازم برای آپتایم حیاتی 24/7 هستند.

یک ارائه‌دهنده زیرساخت منطقه‌ای اخیراً با استقرار یک سیستم قدرت هیبریدی فشرده که برای ادغام یکپارچه چندین منبع انرژی طراحی شده است، این مشکل را برطرف کرده است: سیستم رکتیفایر قدرت هیبریدی 12U 16kW.

چالش سایت

سایت یک پناهگاه مخابراتی از راه دور بود که تجهیزات انتقال 5G فعال و پشتیبان باتری را در خود جای داده بود. اپراتور به یک منبع تغذیه مداوم -48VDC نیاز داشت، اما شبکه محلی از قطعی‌های مکرر رنج می‌برد. علاوه بر این، پناهگاه فضای رک محدودی داشت و به خنک‌کننده طبیعی متکی بود، به این معنی که راه‌حل قدرت باید بسیار کارآمد باشد تا از فرار حرارتی جلوگیری کند.

الزامات کلیدی عبارت بودند از:

1. ادغام منبع انعطاف‌پذیر: قابلیت دریافت انرژی از شبکه و آرایه خورشیدی در محل.

2. ظرفیت بالا با افزونگی: خروجی کافی برای مدیریت بارهای اوج با حاشیه ایمنی N+1.

3. حداقل فضا: یک راه‌حل رک فشرده 19 اینچی که فضایی برای تجهیزات انتقال باقی می‌گذارد.

4. قابلیت مدیریت از راه دور: نظارت بی‌درنگ از طریق RS485/SNMP.

راه‌حل: یک پلتفرم قدرت دوگانه منبع

اپراتور یک سیستم رکتیفایر هیبریدی 12U را انتخاب کرد که ترکیبی از ماژول‌های استاندارد رکتیفایر AC و ماژول‌های MPPT (ردیابی نقطه حداکثر توان) خورشیدی را در یک شاسی واحد ترکیب می‌کند.

1. ورودی چند منبع و توزیع هوشمند

این سیستم یک ورودی تک فاز 220VAC (با دو قطع کننده 125 آمپر برای ایمنی پشتیبان) را می‌پذیرد و دارای محدوده ورودی DC بسیار گسترده 120VDC تا 425VDC برای ادغام خورشیدی است. این امر به سایت اجازه می‌دهد تا آرایه PV را مستقیماً بدون کنترل‌کننده‌های شارژ خارجی متصل کند.

ظرفیت کل سیستم با افزونگی N+1 به 34 کیلووات می‌رسد و از ترکیبی از چهار ماژول رکتیفایر AC 4 کیلوواتی (16 کیلووات) و شش ماژول PV 3 کیلوواتی (18 کیلووات) استفاده می‌کند. در طول ساعات روز، ماژول‌های PV اولویت تغذیه بار و شارژ باتری‌ها را دارند. هنگامی که انرژی خورشیدی کافی نیست، سیستم به طور یکپارچه از شبکه استفاده می‌کند.

2. راندمان حرارتی در محیط بسته

از آنجایی که پناهگاه به خنک‌کننده طبیعی متکی است، تولید گرما یک نگرانی عمده بود. هم ماژول‌های رکتیفایر و هم ماژول‌های PV با راندمان بیش از 96٪ کار می‌کنند. در خروجی کامل، آنها برای کار در دماهای محیطی تا 50 درجه سانتی‌گراد درجه‌بندی شده‌اند. این راندمان بالا به معنای اتلاف گرمای کمتر در پناهگاه است و بار حرارتی روی باتری‌ها و تجهیزات انتقال را کاهش می‌دهد.

3. حفاظت جامع

با توجه به قرار گرفتن سایت در معرض صاعقه و نوسانات شبکه، سیستم مجهز به دستگاه‌های محافظت در برابر افزایش (SPD) 20/40kA در هر دو سمت AC و DC بود. توزیع DC شامل چندین قطع کننده BLVD (قطع ولتاژ پایین باتری) بود که اجازه می‌داد بارهای غیرضروری در صورت افت ولتاژ باتری به زیر حد مجاز، قطع شوند و برق را برای تجهیزات حیاتی 5G حفظ کنند.

4. نظارت از راه دور

کنترلر یکپارچه MC2900 دید مداوم را در اختیار اپراتور قرار داد. با استفاده از پورت‌های ارتباطی RS485 و SNMP، مرکز عملیات شبکه (NOC) می‌توانست وضعیت بی‌درنگ ورودی خورشیدی و ماژول‌های رکتیفایر را نظارت کند و در صورت تریپ شدن هر ماژول یا قطع کننده، هشدارهای فوری تماس خشک دریافت کند.

نتیجه

با استقرار سیستم هیبریدی 12U، اپراتور توانست وابستگی به شبکه و استفاده از ژنراتور دیزلی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. فضای فشرده 12U به سایت اجازه داد تا چیدمان رک انتقال موجود خود را بدون نیاز به پناهگاه بزرگتر حفظ کند.

علاوه بر این، قابلیت نظارت بر سیستم از راه دور از طریق SNMP نیاز به بازرسی‌های فیزیکی مکرر را از بین برد، در حالی که افزونگی N+1 تضمین کرد که خرابی یک ماژول منفرد منجر به قطع سایت نمی‌شود. ترکیب تبدیل با راندمان بالا و تحمل ورودی گسترده، مدلی عملی و مقیاس‌پذیر برای استقرارهای مخابراتی خارج از شبکه در آینده ثابت شد.