ISP Wireless — Руководство по электропитанию от постоянного тока (солнечная энергия) для удалённых объектов

Определение потребности в питании

Сколько энергии вам нужно? Чтобы определить потребляемую мощность, необходимо учесть все радиоустройства и оборудование, которое будет установлено на вашей мачте. У каждого устройства есть номинал потребляемой мощности в ваттах (Вт), который можно найти, просто введя в Google модель устройства и слова "watt power".

Если найти мощность через Google не удалось, можно воспользоваться мультиметром или устройством Kill A Watt. Kill A Watt — это прибор, по форме похожий на сетевой фильтр с небольшим экраном, показывающий, сколько энергии потребляет подключённое к нему устройство.

Устройства Ubiquiti указывают эту информацию в своих технических паспортах (Data Sheets). Найти их можно на нашей странице загрузок (Downloads), выбрав нужную линейку продуктов в верхнем меню и конкретное устройство в меню слева. Технические паспорта находятся в разделе Documentation вместе с руководствами пользователя и краткими инструкциями по запуску (Quick Start Guides).

Примеры потребления:

• NanoStation 5AC: 8.5 Вт

• NanoStation 5AC Loco: 8.5 Вт

• PowerBeam 5AC Gen2: 8.5 Вт

• NanoStation 5AC с камерой UniFi Video Camera G3-Pro: 12.5 Вт + 8.5 Вт

Примечание: Большинство солнечных панелей и аккумуляторов — 12 В, но большинство устройств, устанавливаемых на мачте, работают от 24 В или 48 В. Поэтому необходимо соединять панели и батареи последовательно, чтобы получить нужное напряжение. Мы рекомендуем установить EdgeSwitch, так как его можно напрямую подключить к 48-вольтовому солнечному контроллеру.

Расчёт общей мощности

Когда вы узнаете потребляемую мощность всех устройств, сложите значения.
Например, если у нас есть NanoStation 5AC и камера UVC-G3-PRO, суммарное потребление составит 21 Вт в час.

Чтобы узнать, сколько ватт используется в сутки, умножьте почасовое потребление на 24.
В примере с EdgeSwitch ES-8-150, NS5AC и UVC-G3-PRO общее потребление составит 924 Вт в сутки.

Хранение энергии

Для хранения солнечной энергии, используемой ночью или в пасмурную погоду, применяется аккумуляторный блок.
Он должен состоять из двух или более аккумуляторов глубокого разряда, способных обеспечить питание оборудования в течение нескольких дней без солнечного света. В большинстве регионов разумной целью будет работа 4–5 дней без подзарядки.

Что такое аккумулятор глубокого разряда?

Это специальный тип аккумулятора большой ёмкости, который можно регулярно разряжать до 50% без повреждения.
По размеру он похож на автомобильный, но отличается по химическому составу внутри.

• Автомобильный аккумулятор рассчитан на кратковременный разряд с быстрой подзарядкой. Глубокий разряд приведёт к снижению его ёмкости, и со временем он перестанет заряжаться полностью.

• Аккумулятор глубокого разряда выдерживает сотни глубоких циклов разряда, дольше может оставаться без зарядки и сохраняет работоспособность.

Примечание: Даже такие аккумуляторы не следует разряжать ниже 50%. Однако они могут оставаться без подзарядки несколько дней или даже недель и при этом сохранять свою ёмкость.

Параметры аккумуляторов

На боковой стороне аккумулятора указывается напряжение (обычно 6 или 12 В) и ёмкость в ампер-часах (Ah). Более дорогие аккумуляторы имеют большую ёмкость и, соответственно, более высокую стоимость.

Рекомендуется использовать 12-вольтовые аккумуляторы, так как большинство солнечных панелей — 12 В.
Если вы покупаете 6-вольтовые аккумуляторы, их можно подключить особым образом, чтобы получить 12 В. Позже вы сможете добавить больше аккумуляторов для увеличения ёмкости.

Способы подключения аккумуляторов

Существует два основных способа соединения аккумуляторов. Их можно использовать как по отдельности, так и в комбинации:

• Параллельное соединение: увеличивает общую ёмкость (Ah), напряжение остаётся прежним.

• Последовательное соединение: увеличивает напряжение (V), ёмкость остаётся той же.

Какого размера аккумуляторный блок вам нужен?

Вам понадобится аккумуляторный блок, способный питать вашу вышку определённое количество дней без солнечного света и при этом не разряжаться более чем на 50%. Чтобы рассчитать это, мы умножаем суточное энергопотребление на количество дней, а затем умножаем ещё раз на 2, чтобы учесть ограничение разрядки до 50%.

В приведённом выше примере с NanoStation 5AC и UVC-G3-PRO требуется 4 дня по 504 Вт, умноженные на 2. Это означает, что ёмкость аккумуляторного блока должна составлять 4032 Вт. Но нам также нужно учитывать POE-коммутатор. В этом примере используется EdgeSwitch 8 150W.

EdgeSwitch потребляет максимум 20 Вт без POE, поэтому прибавляем это к изначальным 21 Вт. Получается 41 Вт. Теперь требуется 4 дня по 984 Вт, умноженные на 2.

Чтобы перевести ватты обратно в ампер-часы, делим на напряжение аккумулятора (12 В). Итак:
7872 / 48 = 164 А·ч
Округлим до 180 А·ч, чтобы иметь небольшой запас.

Для достижения этого нам нужно:

• Две группы по 4 аккумулятора 12 В 90 А·ч, соединённых параллельно, затем последовательно.

• Одна группа из 4 аккумуляторов 12 В 180 А·ч, соединённых последовательно.

Типы аккумуляторов

• Залитые / с жидким электролитом: более старый и распространённый тип тяговых аккумуляторов. Требуют обслуживания (например, доливки воды), так как при зарядке вода испаряется.

• Гелевые или AGM (абсорбционно-стекломатовые): герметичные и не требуют обслуживания. Газ не выходит наружу, поэтому нужен специальный солнечный контроллер, чтобы избежать повреждений от давления. Гелевые и AGM-аккумуляторы способны быстро отдавать больше энергии, что делает их идеальными для запуска двигателей и использования на лодках. Также хорошо подходят для радиовышек WISP.

Выбор размера солнечной панели

Это зависит от среднего количества солнечных часов в день зимой. Правильной единицей измерения является инсоляция.

Инсоляция — это измерение количества солнечной энергии, попадающей на конкретную площадь поверхности Земли. Она точнее, чем просто количество солнечных часов, поскольку учитывает угол падения солнца и другие факторы.
Если вы используете нагрузку менее 20 Вт, можно использовать обычные солнечные часы.

В приведённом примере — 4 часа солнечного света в день зимой. Узнать ваши данные можно в местной метеослужбе. Солнечная панель должна обеспечивать питание оборудования на весь день, а также заряжать аккумуляторы после пасмурных дней — даже зимой.

Если нужно за 4 часа солнца накопить энергию на 24 часа (924 Вт), то нужен массив солнечных панелей мощностью не менее:
231 Вт (924 / 4 = 231 Вт/ч)

Теперь учтём подзарядку после 4 пасмурных дней. На 5-й день нужно восполнить запас за 5 суток — это 4620 Вт. Чтобы захватить это за 4 часа, нужен массив на 1155 Вт.

Если вы хотите растянуть подзарядку на 2 дня (8 солнечных часов), тогда:
4620 / 8 = 577 Вт, округлим до 693 Вт, чтобы иметь запас.

Если вы планируете более длительный период восстановления, можно сэкономить на панелях, но придётся потратиться на больший аккумуляторный блок, чтобы выдержать длинные периоды без солнца.

Также, если в среднем зимой 4 солнечных часа в день, скорее всего половина дней будет пасмурной, а другая половина — солнечной. В солнечные дни может быть до 8 часов освещения — это следует учитывать. Лучше немного завысить мощность солнечного массива, чем надеяться на дополнительные солнечные часы.

Типы солнечных панелей

• Поликристаллические: дешевле в производстве, но менее эффективны. Обычно имеют большие размеры для той же мощности.

• Монокристаллические: дороже, но более эффективны — выдают больше ватт с одного квадратного метра поверхности.

Пасмурные дни

Некоторые панели могут собирать энергию даже при лёгкой облачности (яркие белые облака) и работать на до 40% своей мощности. Вы можете проверить это, используя мультиметр и измеряя выход панели в пасмурную погоду.

Солнечный контроллер

Солнечный контроллер выполняет 6 основных функций:

1. Не даёт энергии из аккумулятора уходить обратно в солнечные панели ночью.

2. Защищает аккумулятор от перезаряда, отключая панель, когда аккумулятор заряжен.

3. Показывает уровень заряда аккумуляторного блока.

4. Предотвращает глубокую разрядку, отключая устройства при низком заряде.

5. Учитывает, сколько энергии произведено и сколько потреблено.

6. Уменьшает потребность в обслуживании аккумуляторов, заряжая их определённым образом.

Ранее солнечные контроллеры назывались солнечными регуляторами, поскольку их функция ограничивалась предотвращением перезаряда с помощью реле и вольтметра.

Солнечный контроллер: важные особенности

Вы обязательно должны выбрать контроллер, который отображает уровень заряда аккумуляторного блока. Это поможет быстро выявить проблему, если вышка перестанет работать, а клиенты будут срочно нуждаться в восстановлении связи.

Расчёт мощности солнечного контроллера

У ваших солнечных панелей есть максимальный ток на выходе (в амперах).
Если вы подключили панели параллельно, нужно сложить максимальный выходной ток каждой панели. Контроллер должен выдерживать минимум это значение, причём с запасом по мощности.
Рекомендуется выбирать контроллер, способный обрабатывать в 2 раза больший ток, чем текущая потребность — это даст вам возможность в будущем добавить новые радио-модули или панели.

Также убедитесь, что выбранный контроллер совместим с типом аккумуляторов, которые вы используете — особенно если это AGM или гелевые батареи. Для таких типов важно, чтобы заряд контролировался специальным образом, чтобы избежать повышенного давления газа внутри герметичного корпуса.
Залитые (жидкостные) аккумуляторы требуют вентиляции, поскольку не герметичны и при зарядке выделяют газ.

Выходная нагрузка (Load Output)

Одна из важных функций солнечного контроллера — это выход на нагрузку (Load Output) — именно сюда подключаются ваши устройства.
Однако с этой функцией нужно быть внимательным:
некоторые контроллеры по умолчанию предполагают, что к ним будут подключены осветительные приборы, и тогда выход включается автоматически вечером и отключается днём.

Для нашей задачи — круглосуточной работы радиоустройств — это неподходящее поведение.
Вы должны убедиться, что контроллер может держать выход всегда включённым, без автоматического отключения.

Некоторые контроллеры, например Steca (см. фото выше справа), позволяют вручную управлять выходом — нажатием кнопки или через меню. Также можно настроить автоматический режим, например: включать через X часов после наступления темноты и отключать утром.
Главное — убедиться, что контроллер поддерживает ручной режим управления нагрузкой (без автоматических отключений).

Монтаж солнечных панелей

Монтаж панели должен быть таким, чтобы её поверхность находилась перпендикулярно солнечным лучам зимой.
Зимой солнце располагается ниже над горизонтом, чем летом. Поскольку летом солнечного света больше, снижение эффективности из-за угла наклона не так критично.
А вот зимой правильный угол установки панели значительно влияет на производительность, поэтому панель следует устанавливать с расчётом на максимальную эффективность в зимний период.

Объединение всех компонентов / Подключение всей системы

Устранение неполадок: Аккумуляторная батарея разряжена

Что делать, если вы обнаружили, что слишком долго шли дожди и ваша аккумуляторная батарея полностью разрядилась? В идеале у вас должно быть несколько запасных пар аккумуляторов, чтобы можно было заменить их и обеспечить работу вашей башни (вышки) в течение двух дней.

Первым шагом следует проверить солнечный контроллер. Некоторые модели с ЖК-дисплеем могут отображать код ошибки, который поможет диагностировать проблему. Если дело просто в затянувшихся дождях, вам потребуется добавить еще одну солнечную панель и увеличить емкость аккумуляторной батареи, чтобы избежать повторения ситуации в будущем.