Hybridarchitektur-Fallstudie: Solarenergie und Netzstrom in einem Hochleistungs-Telekommunikationsschrank kombinieren

Hybridarchitektur Fallstudie: Solarenergie und Netzstrom in einem Hochleistungs-Telekommunikationsschrank kombinieren

Hintergrund

Da Telekommunikationsbetreiber in ländliche und stadtnahe Gebiete vordringen, stehen sie häufig vor einer doppelten Herausforderung: Das Stromnetz ist entweder unzuverlässig oder überhaupt nicht vorhanden, aber die Lasten vor Ort steigen aufgrund von 5G-Equipment und Edge-Computing-Knoten. Sich ausschließlich auf Dieselgeneratoren zu verlassen, ist kostspielig und logistisch schwierig, während reine Solaranlagen oft nicht die Redundanz aufweisen, die für eine 24/7-Betriebszeit kritischer Systeme erforderlich ist.

Ein regionaler Infrastrukturanbieter hat dies kürzlich durch den Einsatz eines kompakten Hybridstromsystems gelöst, das mehrere Energiequellen nahtlos integriert: das 12U 16kW Hybrid Power Rectifier System.

Die Herausforderung vor Ort

Der Standort war ein abgelegener Telekommunikationsschrank, der aktive 5G-Übertragungsgeräte und eine Batterie-Notstromversorgung beherbergte. Der Betreiber benötigte eine kontinuierliche -48VDC-Stromversorgung, aber das lokale Netz litt unter häufigen Stromausfällen. Darüber hinaus hatte der Schrank nur begrenzten Platz im Rack und war auf natürliche Kühlung angewiesen, was bedeutete, dass die Stromversorgungslösung hocheffizient sein musste, um einen thermischen Durchgang zu verhindern.

Die wichtigsten Anforderungen waren:

1. Flexible Quellintegration: Fähigkeit, Strom sowohl aus dem Netz als auch aus einer lokalen Solaranlage zu beziehen.

2. Hohe Kapazität mit Redundanz: Ausreichende Leistung, um Spitzenlasten mit N+1-Sicherheitsmargen zu bewältigen.

3. Minimaler Platzbedarf: Eine kompakte 19-Zoll-Rack-Lösung, die Platz für Übertragungsgeräte ließ.

4. Fernverwaltung: Echtzeitüberwachung über RS485/SNMP.

Die Lösung: Eine Dual-Source-Stromplattform

Der Betreiber wählte ein 12U-Hybrid-Gleichrichtersystem, das sowohl Standard-AC-Gleichrichtung als auch Solar-MPPT-Module (Maximum Power Point Tracking) in einem einzigen Chassis kombiniert.

1. Multi-Source-Eingang und intelligente Verteilung

Das System akzeptiert einen einphasigen 220VAC-Eingang (mit doppelten 125A-Sicherungen für zusätzliche Sicherheit) und verfügt über einen extrem weiten DC-Eingangsbereich von 120VDC bis 425VDC für die Solarintegration. Dies ermöglicht den direkten Anschluss eines PV-Arrays ohne externe Laderegler.

Die Gesamtkapazität des Systems erreicht 34kW mit N+1-Redundanz und nutzt eine Mischung aus vier 4kW-AC-Gleichrichtermodulen (16kW) und sechs 3kW-PV-Modulen (18kW). Während der Tageslichtstunden versorgen die PV-Module vorrangig die Last und laden die Batterien. Wenn die Solarenergie nicht ausreicht, bezieht das System nahtlos Strom aus dem Netz.

2. Thermische Effizienz in einer versiegelten Umgebung

Da der Schrank auf natürliche Kühlung angewiesen ist, war die Wärmeentwicklung ein Hauptanliegen. Sowohl die Gleichrichter- als auch die PV-Module arbeiten mit einer Effizienz von >96%. Bei voller Leistung sind sie für den Betrieb bei Umgebungstemperaturen bis zu 50°C ausgelegt. Diese hohe Effizienz bedeutet, dass weniger Abwärme in den Schrank abgegeben wird, wodurch die thermische Belastung der Batterien und der Übertragungsgeräte reduziert wird.

3. Umfassender Schutz

Angesichts der Anfälligkeit des Standorts für Blitzeinschläge und Netzspitzen wurde das System auf der AC- und DC-Seite mit 20/40kA-Überspannungsschutzgeräten (SPDs) ausgestattet. Die DC-Verteilung umfasste mehrere BLVD-Sicherungen (Battery Low Voltage Disconnect), die es ermöglichten, nicht kritische Lasten abzuschalten, wenn die Batteriespannung zu niedrig wurde, um die Stromversorgung für die wesentliche 5G-Ausrüstung aufrechtzuerhalten.

4. Fernüberwachung

Der integrierte MC2900-Controller bot dem Betreiber kontinuierliche Transparenz. Über die RS485- und SNMP-Kommunikationsports konnte das Netzwerkbetriebszentrum (NOC) den Echtzeitstatus sowohl des Solareingangs als auch der Gleichrichtermodule überwachen und sofortige Trockenkontaktalarme erhalten, wenn ein Modul oder eine Sicherung auslöste.

Das Ergebnis

Durch den Einsatz des 12U-Hybridsystems erreichte der Betreiber eine deutliche Reduzierung der Netzabhängigkeit und der Nutzung von Dieselgeneratoren. Der kompakte 12U-Platzbedarf ermöglichte es dem Standort, sein bestehendes Übertragungsrack-Layout beizubehalten, ohne einen größeren Schrank zu benötigen.

Darüber hinaus eliminierte die Möglichkeit der Fernüberwachung des Systems über SNMP die Notwendigkeit häufiger physischer Inspektionen, während die N+1-Redundanz sicherstellte, dass ein einzelner Modulausfall nicht zu einem Ausfall des Standorts führte. Die Kombination aus hocheffizienter Umwandlung und breiter Eingangsspannungs-Toleranz erwies sich als praktisches, skalierbares Modell für zukünftige Off-Grid-Telekommunikationsbereitstellungen.