Giải pháp phủ lớp năng lượng mặt trời cho trạm gốc

Giải pháp phủ năng lượng mặt trời cho trạm gốc kết hợp tính chất sạch, tái tạo của năng lượng mặt trời với yêu cầu công suất cao của các trạm gốc thông tin liên lạc, mang lại những lợi thế đáng kể và triển vọng ứng dụng rộng rãi.

Các tính năng chính:

• Không gây gián đoạn nguồn điện hiện có.
• Tích hợp các tổ máy phát điện quang điện vào cơ sở hạ tầng cung cấp điện hiện có thông qua kết nối DC.
• Ưu tiên sử dụng năng lượng mặt trời để cung cấp điện cho tải.

I. Các thành phần hệ thống

Hệ thống trạm gốc tích hợp năng lượng mặt trời chủ yếu bao gồm một dàn quang điện (tấm pin mặt trời), bộ điều khiển năng lượng mặt trời (chẳng hạn như bộ điều khiển MPPT), bộ pin lưu trữ năng lượng tái tạo, giá đỡ lắp đặt quang điện và cáp phân phối điện. Cùng nhau, các thành phần này tạo thành một hệ thống năng lượng xanh khép kín hiệu quả cao, thông minh và đáng tin cậy. Kiến trúc hệ thống được thiết kế để cân bằng hiệu quả phát điện, an toàn vận hành và dễ bảo trì, đảm bảo nguồn cung cấp điện ổn định trong nhiều môi trường phức tạp.

II. Nguyên lý hoạt động

• Thu hoạch năng lượng mặt trời: Mảng quang điện (tấm pin mặt trời) tạo ra dòng điện một chiều (DC) khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời.
• Chuyển đổi năng lượng: Bộ điều khiển theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT) chuyển đổi hiệu quả nguồn điện DC do mảng quang điện tạo ra và điều chỉnh điện áp và dòng điện đầu ra để phù hợp với yêu cầu năng lượng của trạm gốc thông tin liên lạc.
• Lưu trữ năng lượng: Năng lượng điện được chuyển đổi trước tiên được cung cấp cho trạm gốc thông tin liên lạc, trong khi phần năng lượng dư thừa được lưu trữ trong bộ pin để sử dụng trong thời gian không có ánh nắng mặt trời hoặc trong thời gian nhu cầu điện năng cao điểm.
• Giám sát thông minh: Hệ thống được trang bị khả năng giám sát từ xa, cho phép theo dõi thời gian thực trạng thái hoạt động và sản lượng điện của hệ thống điện mặt trời để đảm bảo hoạt động ổn định và cung cấp điện hiệu quả.

III. Đặc điểm của giải pháp

Giải pháp này đã chứng minh được tính ổn định và khả năng thích ứng trong nhiều môi trường phức tạp khác nhau. Cho dù ở các khu vực đô thị đông dân cư, vùng sâu vùng xa không có điện lưới, hay trên các tháp truyền thông với không gian hạn chế, nó đều cho phép triển khai hiệu quả và vận hành ổn định.

• Hiệu suất cao và tiết kiệm năng lượng: Bằng cách sử dụng chế độ cấp nguồn DC trực tiếp, giải pháp này tránh được tổn thất chuyển đổi AC-DC lên đến 15% thường thấy trong các hệ thống AC truyền thống. Hiệu suất tổng thể đạt ≥95%, với hiệu suất đo được tối đa lên đến 98.3%. Một địa điểm điển hình có thể tiết kiệm khoảng 2,920 kWh điện mỗi năm, với mức tăng sản lượng điện từ 10% đến 30% so với các giải pháp AC.
• Giảm chi phí: Chi phí điện hàng năm cho mỗi địa điểm có thể giảm tới 12,000 nhân dân tệ, với thời gian hoàn vốn khoảng 5.5 năm; thời gian này còn được rút ngắn hơn nữa khi kết hợp với các khoản trợ cấp địa phương. Không cần giấy phép đấu nối lưới điện, và quy trình triển khai được đơn giản hóa, giảm đáng kể chi phí giao dịch theo quy định.
• Độ tin cậy cao: Trong điều kiện ban ngày, hệ thống có thể duy trì nguồn điện trong trường hợp mất điện lưới; khi kết hợp với hệ thống lưu trữ năng lượng, nó có thể duy trì hoạt động trong hơn 3.5 ngày trong điều kiện thời tiết nhiều mây hoặc mưa. Các thử nghiệm thực địa cho thấy nhu cầu phát điện khẩn cấp giảm hơn 80%, giảm đáng kể nguy cơ mất điện tại các trạm và đảm bảo hoạt động liên tục của mạng lưới.
• Lợi ích môi trường vượt trội: Một trạm đơn lẻ được trang bị 18 mô-đun năng lượng mặt trời ước tính sẽ tạo ra 7,671 kWh mỗi năm, tương đương với việc giảm 4.374 tấn khí thải carbon dioxide; lấy dự án cấp tỉnh tại Liêu Ninh làm ví dụ, lượng khí thải carbon hàng năm có thể giảm 267,000 tấn, góp phần đáng kể vào việc bảo vệ môi trường.
• Lắp đặt dễ dàng và khả năng thích ứng cao: Quá trình nâng cấp có thể được hoàn thành mà không cần ngắt điện và tương thích với các hệ thống điện hiện có từ nhiều nhà sản xuất và kiểu máy khác nhau. Phù hợp với nhiều kịch bản lắp đặt, bao gồm mái nhà, mặt tiền tháp và giá đỡ đặt trên mặt đất, mang lại tính linh hoạt cao trong triển khai.
• Phù hợp chặt chẽ với chính sách: Mô hình “tự sản xuất để tự tiêu thụ” không chịu sự hạn chế về phê duyệt kết nối lưới điện. Mô hình này đáp ứng yêu cầu mục tiêu của Bộ Công nghiệp và Công nghệ Thông tin về việc phủ sóng điện mặt trời trên 30% cho các trạm gốc mới, phù hợp với định hướng chính sách quốc gia về phát triển năng lượng phân tán và tạo điều kiện thuận lợi cho việc triển khai nhanh chóng trên quy mô lớn.

IV. Các tình huống ứng dụng

Hệ thống phủ năng lượng mặt trời cho trạm gốc phù hợp với nhiều kịch bản trạm gốc thông tin liên lạc khác nhau, bao gồm trạm gốc macro, trạm gốc micro và trạm gốc 4G/5G. Hệ thống này thể hiện những ưu điểm độc đáo của mình, đặc biệt là ở các vùng sâu vùng xa, nơi không có lưới điện quốc gia hoặc nguồn điện không ổn định. Thông qua mô hình tiêu thụ năng lượng thông minh “tự sản xuất và tự tiêu thụ với mức tiêu thụ tại chỗ”, giải pháp này giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào lưới điện và cung cấp nguồn điện ổn định, đáng tin cậy cho các trạm gốc thông tin liên lạc.

V. Phân loại các dung dịch đặc thù

1. Phân loại theo kịch bản lắp đặt và mức độ sử dụng không gian

Giải pháp xếp chồng trên mái nhà

• Các trường hợp áp dụng: Các trạm gốc macro và các nút tổng hợp được đặt trên nóc các phòng thiết bị độc lập hoặc trên đỉnh các giá đỡ máy chủ.
• Đặc điểm: Tận dụng không gian trống trên mái nhà hiện có của phòng thiết bị để lắp đặt các mô-đun PV. Đây là hình thức xếp chồng truyền thống nhất, với cấu trúc tương đối đơn giản; tuy nhiên, khả năng lắp đặt bị hạn chế bởi diện tích mái và khả năng chịu tải.

Giải pháp xếp chồng tháp/cột

• Các trường hợp áp dụng: Khu vực đô thị đông dân cư, vùng đất hạn chế và các vị trí đặt tủ điện ngoài trời không có phòng thiết bị riêng biệt.
• Đặc điểm: Các mô-đun quang điện được lắp đặt theo chiều dọc hoặc nghiêng trên thân tháp truyền thông, cột đỡ hoặc các tấm che trang trí (tức là "xếp chồng tháp theo phong cách tối giản").
• Ưu điểm: Không chiếm thêm diện tích đất hoặc mái nhà, giải quyết được thách thức “thiếu đất” ở khu vực đô thị; lắp đặt theo chiều dọc có khả năng chống gió tốt và ít bị tích tụ bụi.

Giải pháp xếp chồng mặt tiền/tường

• Các trường hợp áp dụng: Các bề mặt thẳng đứng như tường ngoài phòng thiết bị, tường bao quanh khu vực và các rào chắn tiếng ồn.
• Đặc điểm: Tận dụng các bề mặt thẳng đứng của các tòa nhà xung quanh khu vực để lắp đặt các tấm pin mặt trời làm nguồn năng lượng bổ sung.

2. Phân loại theo phương pháp ghép nối điện

Ghép nối DC / Ghép nối DC trực tiếp

• Nguyên lý: Dòng điện một chiều (DC) do hệ thống PV tạo ra được chuyển đổi trực tiếp thành điện áp DC tiêu chuẩn -48V cần thiết cho thiết bị truyền thông thông qua bộ điều khiển xếp chồng DC (bộ chuyển đổi DC/DC) và được cấp vào thanh dẫn DC của địa điểm.
• Tính năng, đặc điểm:
• Hiệu suất cao nhất: Loại bỏ tổn thất năng lượng từ quá trình chuyển đổi thứ cấp “DC-AC-DC”.
• Dễ dàng triển khai: Không cần thay đổi kiến ​​trúc nguồn điện xoay chiều hiện có; nó kết nối trực tiếp song song với hệ thống nguồn chuyển mạch, mang lại khả năng "cắm là chạy".
• Lựa chọn phổ biến: Hiện là phương pháp phổ biến nhất trong việc nâng cấp tiết kiệm năng lượng cho các trạm gốc thông tin liên lạc.

Giải pháp ghép nối AC (Ghép nối AC)

• Nguyên lý: Năng lượng mặt trời được chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều (AC) thông qua bộ biến tần, đưa vào bảng phân phối điện AC của địa điểm, và sau đó được chuyển đổi thành dòng điện một chiều (DC) thông qua mô-đun chỉnh lưu để cung cấp điện cho tải.
• Tính năng: Thích hợp cho các địa điểm lớn hoặc các tình huống yêu cầu cấp nguồn đồng thời cho các tải AC như điều hòa không khí; tuy nhiên, hiệu suất hơi thấp hơn so với ghép nối DC khi cấp nguồn cho các tải chỉ liên quan đến truyền thông.

3. Phân loại theo chức năng hệ thống và mục tiêu tiến hóa

Giải pháp xếp chồng PV cơ bản

• Mục tiêu: Chỉ đơn thuần là tiết kiệm điện năng.
• Các thành phần: Mô-đun PV + bộ điều khiển ghép nối PV.
• Nguyên lý hoạt động: Sử dụng năng lượng mặt trời khi có ánh nắng và tự động chuyển sang điện lưới khi không có ánh nắng. Chủ yếu giúp giảm chi phí điện năng (chi phí vận hành).

Giải pháp kết hợp PV và lưu trữ

• Mục tiêu: Tiết kiệm năng lượng + tăng cường nguồn điện dự phòng.
• Các thành phần: Hệ thống PV + pin lithium-ion/bộ điều khiển ghép nối PV + hệ thống quản lý năng lượng thông minh.
• Nguyên lý hoạt động: Điện năng từ hệ thống năng lượng mặt trời được ưu tiên cung cấp cho các tải, lượng điện dư thừa được lưu trữ trong pin lithium; trong trường hợp mất điện lưới, điện năng được cung cấp từ pin. Điều này cho phép "cắt giảm tải đỉnh và lấp đầy tải đáy" (sạc điện trong giờ thấp điểm bằng điện lưới giá rẻ hoặc điện mặt trời, và xả điện trong giờ cao điểm) và kéo dài thời gian hoạt động dự phòng.

Giải pháp tích hợp quang điện-lưu trữ-diesel/quang điện-lưu trữ-lưới điện (Giải pháp tích hợp lai)

• Mục tiêu: Tính bền vững tối đa và độ tin cậy cao (Thường được sử dụng ở những khu vực thiếu điện hoặc các trạm 5G tiêu thụ nhiều năng lượng).
• Các thành phần: Hệ thống quang điện (PV) + Hệ thống lưu trữ năng lượng + Hệ thống điều độ thông minh (có thể bao gồm giao diện máy phát điện diesel).
• Nguyên lý hoạt động: Hệ thống quản lý năng lượng (EMS) điều phối thông minh bốn nguồn năng lượng: năng lượng mặt trời (PV), hệ thống lưu trữ, điện lưới (điện công) và máy phát điện diesel.