Jednym z najpoważniejszych obszarów zastosowania rozległych sieci komputerowych są usługi dla łączności osobistej.

Technologia GSM jest obecnie najczęściej używanym rozwiązaniem do budowy sieci komórkowych. Telefonów w tym standardzie używa około 1,65 mld abonentów, co stanowi ponad 75% wszystkich użytkowników telefonii mobilnej, którzy dzięki możliwości międzynarodowego roamingu mogą z nich korzystać w ponad 200 krajach.

Podstawową jednostkę wykonawczą połączeń w strukturze sieci GSM stanowią stacje bazowe – BTS (stacja nadawczo-odbiorcza, ang. Base Trensceiver Station). Stacje bazowe, same z siebie nie pozwalają na uzyskanie połączenia pomiędzy abonentami. Do zestawiania łączy służy centrala sieci GSM. Stacja bazowa jest elementem sieci, który jest interfejsem pomiędzy telefonem komórkowym a siecią GSM. Główną funkcją BTS-u jest zapewnienie nadawania i odbierania sygnału radiowego.

Miejsce stacji bazowej w systemie telefoni komórkowej

 

 

Mała elektrownia wiatrowo-słoneczna

Zastosowanie źródeł energii odnawialnej do zasilania urządzeń telekomunikacyjnych

Obecnie w dziedzinie telekomunikacji nie ma żadnych rozwiązań globalnych dotyczących zasilania telekomunikacyjnych stacji przekaźnikowych przy pomocy odnawialnych źródeł energii. Dotyczy to zarówno zasilania z wykorzystaniem energii wiatru, jak i za pomocą energii słońca. Jedyne rozwiązania, jakie się spotyka w tej dziedzinie na większą skalę, to:

 1 – Zasilanie aparatów budek telefonicznych. Do zasilenia takiej stacji z pojedynczym aparatem telefonicznym wystarczą niewielkie moce, a więc można do tego wykorzystać energię słońca pochodzącą z ogniw fotowoltaicznych, montowanych na dachach.

 2 – Zasilanie telefonów komórkowych akumulatorami, na których zainstalowano baterie słoneczne. Jest to jednak rozwiązanie bardziej reklamowe niż użytkowe.

Istnieją pewne, nieliczne rozwiązania zasilania stacji BTS i urządzeń telekomunikacyjnych za pomocą źródeł energii odnawialnej. Przykładem instalacji może być wykorzystanie elektrowni hybrydowej (wiatrowo-słonecznej) do zasilania telekomunikacyjnej stacji mikrofalowej (fot. 1).

 
Energię słoneczną z niewielkich paneli fotowoltaicznych wykorzystuje również linia przesyłowa bazująca na stacjach przekaźnikowych firmy Motorola pomiędzy Akhaltsikhe i Akhalkalak w Georgia nad Morzem Czarnym (fot. 2), która umożliwiła mieszkańcom obu miast dostęp do Internetu.

Stacja BTS

W celu zapewnienia łączności komórkowej w odległym, trudno dostępnym miejscu w Gamsberg Mountains w Afryce podjęto wyzwanie wybudowania stacji BTS. Głównym źródłem zasilania stacji jest energia słoneczna, a dodatkowym zabezpieczeniem jest generator Diesla. Układ składa się z systemu baterii akumulatorów z bieżącą pojemnością czterech dni. Fotografia 3 przedstawia ów projekt. Jak widać z prezentowanych przykładów inwestycji telekomunikacyjnych istnieje techniczna możliwość wykorzystania odnawialnych źródeł energii do zasilania urządzeń telekomunikacyjnych.

Koncepcja przewiduje wykorzystanie baterii słonecznych łączonych w konfigurację szeregowo-równoległą, tak aby dostarczyć napięcie powyżej 24V, i elektrownię wiatrową małej mocy z generatorem asynchronicznym prądu przemiennego. Oba źródła są wyposażone w przetworniki konwertujące napięcie do poziomu 29V.

 

 

 

Zasilanie stacji BTS napięciem stałym

Rys. 2. Konfiguracja I

Innym rozwiązaniem jest zastosowanie dodatkowo kontrolera zarządzania źródłami, co pokazano na rysunku poniżej.

Zasilanie stacji BTS napięciem stałym z dodatkowym kontrolerem zarządzania źródłami

Rys. 3. Konfiguracja I z dodatkowym kontrolerem zarządzania źródłami

Ze względu na nieprzewidywalność odnawialnych źródeł energii celowe jest również wyposażenie układu zasilania stacji BTS w dodatkowy generator spalinowy. Zapewniałby on ciągłą pracę stacji w wyjątkowo niekorzystnych długoterminowych warunkach pogodowych. Możliwe są dwa rozwiązania dołączenia takiego generatora do stacji hybrydowej. Sposób dołączenia generatora pokazano na rysunku 4.

Zasilanie stacji BTS napięciem stałym z dodatkowym generatorem spalinowym

Rys. 4 Konfiguracja I z dodatkowym generatorem spalinowym

Zasilanie stacji napięciem przemiennym

W rozwiązaniu tym przewiduje się zasilanie stacji BTS napięciem zmiennym. W tym przypadku panele solarne powinny być połączone w konfigurację 12V, a akumulatory łączone równolegle. Konieczne jest natomiast zastosowanie przetwornicy napięcia 12V stałe na 230V zmienne. Takie rozwiązanie pokazano na rysunku 5.

Zasilanie stacji BTS napięciem przemiennym

 Analiza koncepcji przedstawionych w poprzedniej części pozwoliła na wybór optymalnego rozwiązania, jakim jest zasilanie stacji BTS napięciem przemiennym 230V z konwertera, czyli rozwiązanie: bateria słoneczna – elektrownia wiatrowa – generator awaryjny (konfiguracja II). W rozwiązaniu tym podstawową energią  będzie energia słoneczna, ponieważ bez względu na warunki pogodowe bateria słoneczna, nawet przy niedostatecznych warunkach oświetlenia, produkuje zawsze pewną ilość energii elektrycznej. Natomiast energia wiatrowa jest energią niepewną, ze względu na wymogi zasilania stacji bazowych. Niemniej jednak elektrownia wiatrowa może być źródłem uzupełniającego ładowania, dzięki czemu można zwiększyć pojemność baterii akumulatorów i zapewnić dłuższy czas pracy stacji w trudnych warunkach pogodowych.

Wszystkie elementy wchodzące w skład systemu zasilania cechuje określona sprawność energetyczna. Aby obliczyć moc źródła zasilającego i sumaryczną pojemność baterii akumulatorów, należy uwzględnić sprawność następujących elementów systemu elektrowni hybrydowej: przetwornicy DC/DC baterii słonecznej, przetwornicy AC/DC generatora wiatrowego, układu ładowania akumulatorów, ogniwa chemicznego (akumulatora) oraz przetwornicy DC 12V/AC 230V.

Ze względu na fakt, iż zarówno energia słoneczna, jak i wiatrowa są generowane w zależności od warunków pogodowych, należy założyć minimalny czas podtrzymania pracy stacji BTS. Obecnie projektowane układy zasilania urządzeń telekomunikacyjnych przewidują ten czas na około 3-7 dni. W dalszej części wszelkie obliczenia bilansu energetycznego będą podane dla okresu: zamknięty bilans 24-godzinny, 2 dni, 5 dni, 7 dni. (…) W czasie gdy brak jest zasilania systemu z baterii słonecznej oraz elektrowni wiatrowej, całe zapotrzebowanie energetyczne stacji BTS musi być pokryte energią zgromadzoną w akumulatorach.

Do zasilania stacji bazowej BTS o mocy pobieranej 2 kW lub 5 kW należy zapewnić dopływ energii elektrycznej w ilości zależnej od przewidywanych warunków wiatrowych i słonecznych. Minimalną wielkość energii niezbędnej do zasilania stacji określa bilans energetyczny dla okresu 24 h. Energia ta musi być dostarczona przez elektrownię hybrydową w ciągu doby. Można to zapewnić stosując baterię ogniw słonecznych o odpowiedniej mocy, przy założeniu  najgorszych warunków nasłonecznienia. Pojemność baterii akumulatorów powinna w takiej sytuacji zapewniać zapotrzebowanie na energię stacji w czasie bez ekspozycji słonecznej.

Dopasowanie generatora wiatrowego i baterii słonecznej do wymogów energetycznych układu zasilania stacji BTS

Podstawową niedogodnością projektu, układu zasilania stacji telekomunikacyjnej za pomocą energii odnawialnej, jest brak możliwości optymalizacji położenia generatora wiatrowego i baterii paneli słonecznych pod kątem maksymalizacji produkcji energii. Usytuowanie całego systemu jest bowiem uzależnione od położenia stacji przekaźnikowej BTS.

Aby zastosować w projektowanym systemie zasilania konkretne urządzenia, posłużono się danymi pomiarowymi dotyczącymi warunków wiatrowych i słonecznych na terenach południowej Polski. Na tej podstawie można wyliczyć wymaganą moc paneli fotowoltaicznych zainstalowaną w zależności od warunków słonecznych w danym miesiącu.

1 – bateria słoneczna w systemie zasilania stacji BTS

2- elektrownia wiatrowa w systemie zasilania stacji BTS

Zasilanie stacji bazowej za pomocą elektrowni hybrydowej

Zarówno elektrownia wiatrowa, jak i słoneczna, w tak zbudowanym systemie zasilania, zapewniłaby teoretycznie dzienne zapotrzebowanie na energię, zasilającą stację BTS. Należy jednak zauważyć, że w miesiącach słonecznych bateria ogniw słonecznych, a w miesiącach wietrznych elektrownia wiatrowa produkowałyby nadmiar energii elektrycznej. Część tej energii może zostać zużytkowana do ładowania baterii akumulatorów (zapas 5-dniowy), jednak pozostała nadwyżka byłaby tracona. W systemie hybrydowym obie elektrownie powinny się uzupełniać. Ze względów ekonomicznych wskazany jest taki dobór parametrów energetycznych obu elektrowni, aby straty te były jak najmniejsze.

1- dla BTS 2 kW (…)

2 – dla BTS 5 kW (…)

3 – dla BTS 2 kW – bateria słoneczna 1,1 kW, elektrownia wiatrowa 30 kW (…)

4 – dla BTS 5 kW – bateria słoneczna 3,5 kW, elektrownia wiatrowa 60 kW (…)

 

Cały artykuł – GLOBEnergia 4/2008
fotowoltaikahttp://sklep.globenergia.pl/pl/sklep/produkt/fotowoltaika-zestaw-artykulow-pdf