حلول التغطية الشمسية لمحطات البث

تجمع حلول التغطية الشمسية لمحطات القاعدة بين الطبيعة النظيفة والمتجددة للطاقة الشمسية ومتطلبات الطاقة العالية لمحطات القاعدة للاتصالات، مما يوفر مزايا كبيرة وآفاق تطبيق واسعة.

الميزات الأساسية:

• عدم انقطاع التيار الكهربائي الحالي
• دمج وحدات توليد الطاقة الكهروضوئية في البنية التحتية الحالية لإمدادات الطاقة عبر اقتران التيار المستمر
• إعطاء الأولوية لاستخدام الطاقة الشمسية لتشغيل الأحمال

أولا - مكونات النظام

يتألف نظام محطة الطاقة الشمسية الأساسية بشكل رئيسي من مصفوفة كهروضوئية (ألواح شمسية)، ووحدة تحكم شمسية (مثل وحدة تحكم MPPT)، وبطاريات لتخزين الطاقة المتجددة، وأقواس تثبيت الألواح الكهروضوئية، وكابلات توزيع الطاقة. تشكل هذه المكونات مجتمعةً نظامًا متكاملًا عالي الكفاءة والذكاء والموثوقية للطاقة الخضراء. صُممت بنية النظام لتحقيق التوازن بين كفاءة توليد الطاقة، والسلامة التشغيلية، وسهولة الصيانة، مما يضمن إمدادًا مستقرًا بالطاقة في بيئات متنوعة ومعقدة.

ثانياً: مبدأ التشغيل

• حصاد الطاقة الشمسية: تقوم المصفوفة الكهروضوئية (الألواح الشمسية) بتوليد تيار مباشر (DC) عند تعرضها لأشعة الشمس.
• تحويل الطاقة: يقوم جهاز التحكم في تتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT) بتحويل طاقة التيار المستمر المولدة بواسطة المصفوفة الكهروضوئية بكفاءة وينظم جهد الخرج والتيار ليتناسب مع متطلبات الطاقة لمحطة قاعدة الاتصالات.
• تخزين الطاقة: يتم أولاً تزويد محطة الاتصالات الأساسية بالطاقة الكهربائية المحولة، بينما يتم تخزين الفائض في بنك بطاريات لاستخدامه خلال فترات انعدام ضوء الشمس أو خلال ذروة الطلب على الطاقة.
• المراقبة الذكية: تم تجهيز النظام بإمكانيات مراقبة عن بعد، مما يتيح المراقبة في الوقت الفعلي لحالة تشغيل نظام الطاقة الشمسية وإنتاج الطاقة لضمان التشغيل المستقر وإمداد الطاقة بكفاءة.

ثالثًا: خصائص الحل

أثبت هذا الحل استقراره وقدرته على التكيف في بيئات معقدة ومتنوعة. سواء في المناطق الحضرية المكتظة بالسكان، أو المناطق النائية التي تفتقر إلى شبكة الكهرباء، أو على أبراج الاتصالات ذات المساحة المحدودة، فإنه يتيح نشرًا فعالًا وتشغيلًا مستقرًا.

• كفاءة عالية وتوفير في الطاقة: بفضل اعتماد نظام التغذية المباشرة بالتيار المستمر، يتجنب هذا الحل خسائر تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر التي تصل إلى 15% في أنظمة التيار المتردد التقليدية. تبلغ كفاءة الربط الإجمالية 95% أو أكثر، مع كفاءة قصوى مُقاسة تصل إلى 98.3%. يمكن لموقع نموذجي توفير ما يقارب 2,920 كيلوواط ساعة من الكهرباء سنويًا، مع زيادة في توليد الطاقة بنسبة تتراوح بين 10% و30% مقارنةً بحلول التيار المتردد.
• خفض التكاليف: يمكن خفض تكاليف الكهرباء السنوية لكل موقع بما يصل إلى 12,000 يوان، مع فترة استرداد تبلغ حوالي 5.5 سنوات؛ وتتقلص هذه الفترة أكثر عند دمجها مع الدعم المحلي. لا حاجة إلى تراخيص ربط بالشبكة، كما أن عملية النشر مبسطة، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف المعاملات التنظيمية.
• موثوقية عالية: في ظروف الإضاءة الطبيعية، يستطيع النظام الحفاظ على إمداد الطاقة أثناء انقطاعات الشبكة؛ وعند دمجه مع تخزين الطاقة، يمكنه ضمان استمرارية التشغيل لأكثر من 3.5 أيام في الطقس الغائم أو الممطر. تُظهر الاختبارات الميدانية انخفاضًا يزيد عن 80% في احتياجات توليد الطاقة في حالات الطوارئ، مما يقلل بشكل كبير من مخاطر انقطاع المحطات ويضمن استمرارية تشغيل الشبكة.
• فوائد بيئية متميزة: من المقدر أن محطة واحدة مجهزة بـ 18 وحدة كهروضوئية تولد 7,671 كيلوواط ساعة سنوياً، أي ما يعادل خفض 4.374 طن من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون؛ على سبيل المثال، يمكن خفض انبعاثات الكربون السنوية بمقدار 267,000 طن في مشروع على مستوى مقاطعة لياونينغ، مما يساهم بشكل كبير في حماية البيئة.
• سهولة التركيب وقابلية التكيف العالية: يمكن إتمام عملية التحديث دون انقطاع التيار الكهربائي، وهي متوافقة مع أنظمة الطاقة الحالية من مختلف الشركات المصنعة والطرازات. مناسبة لمختلف سيناريوهات التركيب، بما في ذلك أسطح المباني، وواجهات الأبراج، والرفوف الأرضية، مما يوفر مرونة عالية في النشر.
• توافق قوي مع السياسات: لا يخضع نموذج "التوليد الذاتي للاستهلاك الذاتي" لقيود الموافقة على ربط الشبكة. وهو يلبي متطلبات وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات المتمثلة في تغطية أكثر من 30% من محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية الجديدة، ويتماشى مع توجه السياسة الوطنية لتطوير الطاقة الموزعة، ويسهل النشر السريع والواسع النطاق.

رابعا. سيناريوهات التطبيق

يُعدّ نظام التغطية الشمسية لمحطات الاتصالات مناسبًا لمختلف سيناريوهات محطات الاتصالات، بما في ذلك المحطات الكبيرة والصغيرة ومحطات الجيل الرابع والخامس. ويُبرز هذا النظام مزاياه الفريدة، لا سيما في المناطق النائية التي تفتقر إلى شبكة الكهرباء الوطنية أو تعاني من عدم استقرار إمدادات الطاقة. ومن خلال نموذج ذكي لاستهلاك الطاقة يعتمد على "التوليد الذاتي والاستهلاك الذاتي مع الاستهلاك المحلي"، يُقلّل هذا الحل بشكل فعّال من الاعتماد على الشبكة، ويُوفّر دعمًا مستقرًا وموثوقًا للطاقة لمحطات الاتصالات.

خامساً: تصنيف المحاليل النوعية

1. التصنيف حسب سيناريو التركيب واستخدام المساحة

حلول التكديس على أسطح المنازل

• السيناريوهات القابلة للتطبيق: محطات القاعدة الكبيرة وعقد التجميع الموجودة على أسطح غرف المعدات المستقلة أو أعلى رفوف الخوادم.
• الميزات: يستغل هذا النظام المساحة غير المستخدمة على سطح غرفة المعدات لتركيب ألواح الطاقة الشمسية. وهو الشكل الأكثر تقليدية للتركيب، ويتميز ببساطة بنائه؛ إلا أن سعة التركيب محدودة بمساحة السطح وقدرته على تحمل الأحمال.

حلول تكديس الأبراج/الصواري

• السيناريوهات القابلة للتطبيق: المناطق الحضرية ذات الكثافة السكانية العالية، والمناطق ذات المساحات المحدودة، ومواقع الخزائن الخارجية بدون غرف معدات مستقلة.
• الميزات: يتم تركيب وحدات الخلايا الكهروضوئية عموديًا أو بزاوية على جسم أبراج الاتصالات أو أعمدة الدعم أو الأغطية الجمالية (أي "تكديس الأبراج البسيط").
• المزايا: لا يشغل مساحة إضافية على الأرض أو السطح، مما يعالج تحدي "نقص الأراضي المتاحة" في المناطق الحضرية؛ يوفر التركيب الرأسي مقاومة جيدة للرياح وهو أقل عرضة لتراكم الغبار.

حلول تكديس الواجهات/الجدران

• السيناريوهات القابلة للتطبيق: الأسطح الرأسية مثل الجدران الخارجية لغرفة المعدات، وجدران محيط الموقع، وحواجز الضوضاء.
• الميزات: يستخدم الأسطح الرأسية للمباني المحيطة بالموقع لتركيب ألواح الطاقة الشمسية كمصدر طاقة تكميلي.

2. التصنيف حسب طريقة الاقتران الكهربائي

اقتران التيار المستمر / تكديس التيار المستمر المباشر

• المبدأ: يتم تحويل التيار المستمر (DC) الناتج عن نظام الخلايا الكهروضوئية مباشرة إلى التيار المستمر القياسي -48 فولت المطلوب من قبل معدات الاتصالات عبر وحدة تحكم تكديس التيار المستمر (محول DC/DC) ويتم تغذيته إلى قضيب ناقل التيار المستمر في الموقع.
• المميزات:
• أعلى كفاءة: يزيل فقدان الطاقة من عملية التحويل الثانوي "DC-AC-DC".
• سهل التنفيذ: لا حاجة لتغيير بنية مصدر الطاقة AC الحالية؛ فهو يتصل مباشرة بالتوازي مع نظام مصدر الطاقة التبديلية، مما يوفر "التوصيل والتشغيل".
• الخيار السائد: هو النهج الأكثر شيوعًا حاليًا في عمليات التحديث الموفرة للطاقة لمحطات الاتصالات الأساسية.

حلول تجميع التيار المتردد (وصلات التيار المتردد)

• المبدأ: يتم تحويل طاقة الخلايا الكهروضوئية إلى تيار متردد عبر العاكس، ثم يتم تغذيتها إلى لوحة توزيع التيار المتردد في الموقع، ثم يتم تحويلها إلى تيار مستمر عبر وحدة التقويم لتشغيل الحمل.
• الميزات: مناسب للمواقع الكبيرة أو السيناريوهات التي تتطلب إمدادًا متزامنًا بالطاقة لأحمال التيار المتردد مثل تكييف الهواء؛ ومع ذلك، فإن الكفاءة أقل قليلاً من اقتران التيار المستمر عند تشغيل الأحمال المتعلقة بالاتصالات فقط.

3. التصنيف حسب وظيفة النظام والأهداف التطورية

حلول أساسية لتكديس الألواح الكهروضوئية

• الهدف: توفير الكهرباء فقط.
• المكونات: وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية + وحدة تحكم تكديس الطاقة الشمسية الكهروضوئية.
• المنطق: يستخدم الطاقة الكهروضوئية عندما تتوفر أشعة الشمس، ويتحول تلقائيًا إلى طاقة الشبكة عندما لا تتوفر. الهدف الرئيسي هو تقليل تكاليف الكهرباء (النفقات التشغيلية).

حلول تكديس الألواح الكهروضوئية والتخزين

• الهدف: توفير الطاقة + تعزيز الطاقة الاحتياطية.
• المكونات: نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية + بطارية ليثيوم أيون/وحدة تحكم تكديس الطاقة الشمسية الكهروضوئية + نظام إدارة الطاقة الذكي.
• المنطق: تُعطى الأولوية للطاقة الكهروضوئية للأحمال، مع تخزين فائض الكهرباء في بطاريات الليثيوم؛ وأثناء انقطاع التيار الكهربائي، يتم توفير الطاقة من البطاريات. وهذا يُتيح "تخفيف ذروة الطلب وملء فترات انخفاضه" (الشحن خلال ساعات انخفاض الطلب باستخدام طاقة الشبكة منخفضة التكلفة أو الطاقة الكهروضوئية، والتفريغ خلال ساعات الذروة) ويُطيل مدة تشغيل النسخ الاحتياطية.

حل متكامل لتخزين الطاقة الشمسية بالديزل/حل متكامل لتخزين الطاقة الشمسية بالشبكة (حل متكامل هجين)

• الهدف: أقصى قدر من الاستدامة والموثوقية العالية (يستخدم عادة في المناطق التي تعاني من نقص الطاقة أو مواقع الجيل الخامس ذات الاستهلاك العالي للطاقة).
• المكونات: نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية + نظام تخزين الطاقة + نظام الإرسال الذكي (قد يشمل واجهة مولد ديزل).
• المنطق: يقوم نظام إدارة الطاقة بتوزيع أربعة مصادر للطاقة بذكاء: الطاقة الشمسية الكهروضوئية، والتخزين، والشبكة (طاقة المرافق)، والديزل (المولد).