Nghiên cứu trường hợp kiến trúc lai: Kết nối năng lượng mặt trời và lưới điện trong một nơi trú ẩn viễn thông công suất cao

Nghiên cứu tình huống kiến trúc Hybrid: Kết hợp Năng lượng Mặt trời và Lưới điện trong Trạm viễn thông công suất lớn

Bối cảnh

Khi các nhà mạng viễn thông vươn tới các khu vực nông thôn và ngoại thành, họ thường đối mặt với một thách thức kép: lưới điện hoặc không đáng tin cậy hoặc hoàn toàn không có, nhưng tải của trạm lại tăng lên do thiết bị 5G và các nút tính toán biên. Việc chỉ dựa vào máy phát điện diesel vừa tốn kém vừa khó khăn về mặt hậu cần, trong khi các hệ thống năng lượng mặt trời thuần túy thường thiếu sự dự phòng cần thiết cho hoạt động liên tục 24/7.

Một nhà cung cấp hạ tầng khu vực gần đây đã giải quyết vấn đề này bằng cách triển khai một hệ thống năng lượng hybrid nhỏ gọn được thiết kế để tích hợp liền mạch nhiều nguồn năng lượng: Hệ thống Rectifier Năng lượng Hybrid 12U 16kW.

Thách thức của Trạm

Trạm là một nhà viễn thông từ xa chứa thiết bị truyền dẫn 5G đang hoạt động và pin dự phòng. Nhà mạng yêu cầu nguồn điện -48VDC liên tục, nhưng lưới điện địa phương thường xuyên bị sụt áp. Hơn nữa, nhà viễn thông có không gian tủ rack hạn chế và dựa vào làm mát tự nhiên, nghĩa là giải pháp năng lượng phải có hiệu suất cao để ngăn chặn sự quá nhiệt.

Các yêu cầu chính là:

1. Tích hợp Nguồn linh hoạt: Khả năng lấy điện từ cả lưới điện và mảng năng lượng mặt trời tại chỗ.

2. Công suất lớn với Dự phòng: Đủ công suất đầu ra để xử lý tải đỉnh với biên độ an toàn N+1.

3. Dấu chân tối thiểu: Giải pháp tủ rack 19 inch nhỏ gọn, để lại không gian cho thiết bị truyền dẫn.

4. Khả năng quản lý từ xa: Giám sát thời gian thực qua RS485/SNMP.

Giải pháp: Nền tảng Nguồn kép

Nhà mạng đã chọn hệ thống rectifier hybrid 12U kết hợp cả các mô-đun chỉnh lưu AC tiêu chuẩn và mô-đun MPPT (Theo dõi điểm công suất tối đa) năng lượng mặt trời trong một khung máy duy nhất.

1. Đầu vào Đa nguồn và Phân phối Thông minh

Hệ thống chấp nhận đầu vào 220VAC một pha (với bộ ngắt kép 125A để đảm bảo an toàn dự phòng) và có dải đầu vào DC cực rộng từ 120VDC đến 425VDC để tích hợp năng lượng mặt trời. Điều này cho phép trạm kết nối trực tiếp mảng PV mà không cần bộ điều khiển sạc bên ngoài.

Tổng công suất của hệ thống đạt 34kW với dự phòng N+1, sử dụng kết hợp bốn mô-đun rectifier AC 4kW (16kW) và sáu mô-đun PV 3kW (18kW). Trong giờ ban ngày, các mô-đun PV ưu tiên cấp nguồn cho tải và sạc pin. Khi năng lượng mặt trời không đủ, hệ thống sẽ tự động lấy điện từ lưới.

2. Hiệu quả Nhiệt trong Môi trường Kín

Vì nhà viễn thông dựa vào làm mát tự nhiên, việc sinh nhiệt là một mối quan tâm lớn. Cả mô-đun rectifier và PV đều hoạt động với hiệu suất >96%. Ở công suất đầu ra tối đa, chúng được đánh giá hoạt động ở nhiệt độ môi trường lên đến 50°C. Hiệu suất cao này có nghĩa là ít nhiệt thải ra môi trường xung quanh nhà viễn thông hơn, giảm tải nhiệt cho pin và thiết bị truyền dẫn.

3. Bảo vệ Toàn diện

Do trạm tiếp xúc với sét đánh và đột biến điện áp lưới, hệ thống được trang bị các thiết bị chống sét lan truyền (SPD) 20/40kA ở cả hai phía AC và DC. Phân phối DC bao gồm nhiều bộ ngắt BLVD (Ngắt điện áp thấp của Pin), cho phép ngắt các tải không quan trọng nếu điện áp pin giảm quá thấp, giữ lại nguồn điện cho thiết bị 5G thiết yếu.

4. Giám sát Từ xa

Bộ điều khiển MC2900 tích hợp cung cấp khả năng hiển thị liên tục cho nhà mạng. Sử dụng các cổng giao tiếp RS485 và SNMP, trung tâm điều hành mạng (NOC) có thể giám sát trạng thái thời gian thực của cả đầu vào năng lượng mặt trời và các mô-đun rectifier, nhận cảnh báo tức thời qua tiếp điểm khô nếu bất kỳ mô-đun hoặc bộ ngắt nào bị ngắt.

Kết quả

Bằng cách triển khai hệ thống hybrid 12U, nhà mạng đã giảm đáng kể sự phụ thuộc vào lưới điện và việc sử dụng máy phát điện diesel. Dấu chân 12U nhỏ gọn cho phép trạm duy trì bố cục tủ rack truyền dẫn hiện có mà không cần nhà viễn thông lớn hơn.

Hơn nữa, khả năng giám sát hệ thống từ xa qua SNMP đã loại bỏ nhu cầu kiểm tra vật lý thường xuyên, trong khi tính năng dự phòng N+1 đảm bảo rằng lỗi của một mô-đun duy nhất sẽ không dẫn đến mất kết nối trạm. Sự kết hợp giữa chuyển đổi hiệu suất cao và khả năng chịu đựng đầu vào rộng đã chứng tỏ là một mô hình thực tế, có thể mở rộng cho các triển khai viễn thông ngoài lưới trong tương lai.