Kokia įranga reikalinga fotovoltinio ryšio aikštelei įrengti? Fotovoltinio ryšio aikštelių įrengimo vadovas

Fotovoltinis ryšio objektas yra novatoriška infrastruktūros forma, kurioje fotovoltinės energijos gamybos technologija derinama su ryšio bazinių stočių statyba. Jis užtikrina stabilų ir patikimą energijos tiekimą ryšio įrangai vietovėse, kuriose prastas tinklo aprėptis, pavyzdžiui, atokiuose regionuose, kalnuotose vietovėse ir salose. Šiame straipsnyje bus pateikta išsami pagrindinės ir pagalbinės įrangos, reikalingos fotovoltinių ryšio objektų statybai, apžvalga, taip pat pagrindiniai konfigūracijos aspektai, pateikiant praktinių patarimų pramonės specialistams.

I. Pagrindinė elektros energijos gamybos įranga

1. Fotovoltiniai moduliai (saulės baterijos)

Fotovoltiniai moduliai yra visos sistemos „širdis“, atsakinga už saulės energijos pavertimą nuolatine srove (DC). Ryšių vietose paprastai naudojamos monokristalinės arba polikristalinės silicio saulės baterijos, kurių galia paprastai svyruoja nuo 200 W iki 400 W. Fotovoltinių modulių skaičius ir talpa turi būti tinkamai sukonfigūruoti atsižvelgiant į ryšio įrangos energijos suvartojimą ir vietos saulės šviesos sąlygas. Rekomenduojama rinktis firminius gaminius, pasižyminčius dideliu konversijos efektyvumu ir dideliu atsparumu oro sąlygoms, ir palikti 15–20 % talpos rezervą.

2. Fotovoltiniai keitikliai

Keitikliai fotovoltinių modulių generuojamą nuolatinę srovę paverčia kintamąja srove, kurią naudoja ryšio įranga. Ryšio objektams rekomenduojami grynos sinusinės bangos keitikliai, nes jie sukuria švarią išėjimo bangos formą, kuri apsaugo jautrią ryšio įrangą. Renkantis galią, keitiklio vardinė galia turėtų būti 1.5–2 kartus didesnė už bendrą ryšio įrangos suvartojamą energijos kiekį, kad būtų užtikrintas stabilus veikimas net ir esant didžiausioms apkrovoms.

3. Baterijų bankas

Akumuliatorių bankas veikia kaip „energijos rezervuaras“ fotovoltinėms ryšio vietoms, tiekiantis energiją ryšio įrangai naktį, debesuotu ar lietingu oru. Trys dažniausiai pasitaikantys tipai yra švino rūgšties akumuliatoriai, gelio akumuliatoriai ir ličio jonų akumuliatoriai. Švino rūgšties akumuliatoriai yra pigesni, tačiau jų tarnavimo laikas trumpesnis; gelio akumuliatoriai nereikalauja daug priežiūros ir tinkami nepilotuojamoms vietoms; nors ličio jonų akumuliatoriai yra brangesni, jie pasižymi ilgu ciklo tarnavimo laiku ir dideliu energijos tankiu, todėl yra pageidaujamas pasirinkimas aukštos klasės vietoms. Akumuliatoriaus talpa turi būti apskaičiuojama pagal didžiausią vietinį iš eilės einančių lietingų dienų skaičių ir vidutinį ryšio įrangos dienos energijos suvartojimą.

II. Elektros energijos paskirstymo ir valdymo įranga

1. Fotovoltinių elementų valdiklis

Fotovoltinis valdiklis yra fotovoltinės energijos gamybos sistemos „smegenys“. Jis valdo įkrovimo procesą nuo fotovoltinių modulių iki akumuliatorių, apsaugo nuo perkrovimo ir per didelio išsikrovimo bei prailgina akumuliatorių tarnavimo laiką. Ryšio vietoms rekomenduojama rinktis MPPT (maksimalaus maitinimo taško sekimo) valdiklį, kuris, palyginti su PWM valdikliais, gali padidinti energijos gamybos efektyvumą 15–30 %. Valdiklio vardinė srovė turėtų būti daugiau nei 1.25 karto didesnė už fotovoltinių modulių trumpojo jungimo srovę.

2. Maitinimo paskirstymo spintelė

Maitinimo paskirstymo spinta naudojama centralizuotam elektros energijos valdymui ir paskirstymui ir apima apsauginius komponentus, tokius kaip grandinės pertraukikliai, saugikliai ir viršįtampių apsaugos. Ryšių vietoje esanti maitinimo paskirstymo spinta turi turėti kelias apsaugos funkcijas, įskaitant apsaugą nuo žaibo, apsaugą nuo perkrovų ir trumpojo jungimo, kad būtų užtikrintas elektros energijos tiekimo saugumas. Spintelė turi turėti IP65 apsaugos klasę, kad atlaikytų atšiaurias lauko sąlygas.

3. Stebėjimo sistema

Nuotolinio stebėjimo sistema veikia kaip PV ryšio vietos „akys“, galinti realiuoju laiku stebėti pagrindinius parametrus, tokius kaip PV modulių energijos generavimas, akumuliatoriaus įkrovos lygis, keitiklio būsena ir aplinkos temperatūra. Duomenys į stebėjimo centrą perduodami 4G/5G tinklais arba palydoviniu ryšiu, o tai leidžia be priežiūros veikti ir gauti gedimų įspėjimus. Stebėjimo sistema turėtų apimti tokias funkcijas kaip istorinių duomenų saugojimas, signalizacijos pranešimai ir nuotolinis valdymas.

III. Konstrukcija ir montavimo įranga

1. PV tvirtinimo sistemos

Fotovoltinių modulių tvirtinimui ir laikymui naudojamos PV tvirtinimo sistemos; tinkamas tipas turi būti parenkamas atsižvelgiant į montavimo vietos topografines sąlygas. Ant žemės montuojamiems įrenginiams galima naudoti betoninius pamatus arba sraigtinius polius; ant stogo montuojamiems įrenginiams reikia atsižvelgti į laikomąją galią ir hidroizoliaciją; nuolydžio įrenginiams reikalingos reguliuojamo kampo tvirtinimo sistemos. Tvirtinimo medžiagos turėtų būti karštai cinkuotas plienas arba aliuminio lydinys, kurie pasižymi puikiu atsparumu korozijai.

2. Spintelės ir lentynos

Ryšių įranga turi būti montuojama spintose su aukštais apsaugos lygiais. Spintelės paprastai turi IP55 arba IP65 apsaugos lygius, todėl yra atsparios dulkėms, vandeniui ir korozijai. Spintelių vidus turi būti racionaliai išplanuotas, paliekant pakankamai vietos šilumai išsklaidyti, ir jose turi būti įrengta temperatūros reguliavimo sistema (ventiliatoriai arba oro kondicionierius), kad įranga veiktų tinkamoje temperatūroje.

3. Kabeliai ir jungtys

Fotovoltinėms sistemoms reikalingi specializuoti PV kabeliai, atsparūs UV spinduliams, aukštai temperatūrai ir žemai temperatūrai. Ryšių įrangos maitinimo kabeliai turėtų būti ekranuoti, kad būtų kuo mažiau elektromagnetinių trukdžių. Visos jungtys turi būti atsparios vandeniui ir dulkėms; rekomenduojami pramoniniai gaminiai, tokie kaip MC4 jungtys.

IV. Saugos ir pagalbinė įranga

1. Žaibosaugos sistema

Kadangi PV ryšio vietos paprastai yra atvirose erdvėse, žaibosauga yra ypač svarbi. Turi būti įrengti žaibolaidžiai ir apsaugos nuo viršįtampių įtaisai (SPD), taip pat turi būti sukurta tinkama įžeminimo sistema. Įžeminimo varža turi būti mažesnė nei 10 Ω, kad būtų užtikrintas saugus srovės išsklaidymas žaibo smūgio metu.

2. Priešgaisrinės saugos įranga

Spintelių viduje turėtų būti įrengtos automatinės gaisrų gesinimo sistemos (pvz., heptafluoropropano dujų sistemos), o vietoje turėtų būti įrengta gaisrų gesinimo įranga, pvz., sausų miltelių gesintuvai. Stebėjimo sistemoje turėtų būti integruotos dūmų ir temperatūros signalizacijos funkcijos.

3. Aplinkos stebėjimo įranga

Įdiekite aplinkos stebėjimo įrangą, tokią kaip temperatūros ir drėgmės jutikliai, taip pat vėjo greičio ir krypties jutikliai, kad sistemos veikimui būtų teikiami aplinkos duomenys. Esant ekstremalioms oro sąlygoms, sistema gali automatiškai koreguoti savo veikimo strategiją, kad apsaugotų įrangą.

V. Konfigūracijos pagrindiniai punktai ir rekomendacijos

1. Pajėgumų atitikimo principas

Fotovoltinių modulių talpa, akumuliatoriaus talpa ir keitiklio galia turi būti pagrįstai suderintos. Paprastai konfigūracija atitinka santykį „fotovoltinio modulio galia : akumuliatoriaus talpa : keitiklio galia = 1:1.2:1.5“, nors konkrečius koregavimus reikėtų atlikti atsižvelgiant į vietos saulės šviesos sąlygas ir ryšio įrangos energijos suvartojimą.

2. Perteklinis dizainas

Atsižvelgiant į tokius veiksnius kaip įrangos senėjimas ir efektyvumo mažėjimas, sistemos projektavimo metu rekomenduojama rezervuoti 20–30 % pajėgumo rezervą. Kritinei įrangai, pvz., valdikliams ir keitikliais, rekomenduojama N+1 rezervavimo konfigūracija.

3. Priežiūros patogumas

Įrangos išdėstymas turėtų būti patogus priežiūrai ir remontui, paliekant pakankamai erdvės darbui. Akumuliatorių baterijos turėtų būti įrengtos gerai vėdinamose vietose, kad jas būtų lengva pakeisti. Stebėjimo sistema turėtų teikti išsamią informaciją apie įrangos būseną, kad būtų lengviau diagnozuoti gedimus.

4. Sąnaudų ir naudos analizė

Renkantis įrangą, reikia visapusiškai atsižvelgti į tokius veiksnius kaip pradinė investicija, eksploatavimo ir priežiūros išlaidos bei eksploatavimo laikas. Nors aukščiausios klasės įrangai reikia didesnių pradinių investicijų, ilgainiui ji gali sumažinti bendras eksploatavimo išlaidas (TCO).

Fotovoltinių ryšio aikštelių statyba yra sistemingas inžinerinis projektas, kuriam reikia parinkti tinkamas įrangos konfigūracijas pagal konkrečius taikymo scenarijus. Prieš įgyvendinant projektą rekomenduojama atlikti išsamius vietos tyrimus ir apkrovos analizę, kad būtų parengtas moksliškai pagrįstas statybos planas. Be to, turėtų būti sukurta išsami eksploatavimo ir priežiūros valdymo sistema, apimanti reguliarias įrangos patikras ir priežiūrą, siekiant užtikrinti ilgalaikį stabilų ryšio aikštelių veikimą. Nuolat tobulėjant fotovoltinėms technologijoms ir mažėjant kainoms, fotovoltinės ryšio aikštelės vaidins vis svarbesnį vaidmenį vis daugiau sričių, užtikrindamos patikimą ryšio aprėptį atokiose vietovėse.