مقدمة
ولا تلاحظ برج الهاتف الخلوي إلا عندما يحل الظلام، وفي الأماكن التي يزورها الفني مرة كل ثلاثة أشهر بعربة ثلجية، فهذا أمر غير مقبول.
مواقع الاتصالات عن بُعد هي مواقع بنية تحتية أمامية وحيدة وحساسة، وغالباً ما تكون مبنية في أماكن معادية للإلكترونيات والبشر على حد سواء. هذه المواقع هي الخطوط الأمامية للاتصال، وعندما تنقطع عنها الطاقة، يمكن أن تنتقل التأثيرات المضاعفة إلى أميال وساعات.
الطاقة الاحتياطية الموثوقة في هذه المواقع ليست اختيارية. إنها الجهاز العصبي للاتصالات الحديثة. لكن البطاريات التي نستخدمها تقليديًا - ديناصورات حمض الرصاص وديناصورات الليثيوم الصعبة - تكافح عندما تصبح التضاريس وعرة أو عندما ينخفض الزئبق.
أدخل بطاريات أيونات الصوديوم. وحدات معيارية خاصة بطارية صوديوم-أيون 12 فولت أنظمة متوفرة في بطارية أيونات الصوديوم بقوة 12 فولت 100 أمبير و بطارية أيونات الصوديوم بقوة 12 فولت 200 أمبير تنسيقات وقادرة على كل من التكوينات المتسلسلة والمتوازية. إنها ليست براقة. حتى أنها ليست سائدة بشكل كامل. ولكن بصراحة، أعتقد أنها بالضبط ما يحتاجه قطاع الاتصالات. فهي قوية ومستقرة وقابلة للتكديس ومملة بشكل منعش بأفضل طريقة ممكنة.
بطارية كامادا باور 12 فولت 200 أمبير أيونات الصوديوم
عمر الدورة المحدود وطول العمر الافتراضي الضعيف
إذا كنت قد أدرت أسطولاً من الأنظمة الاحتياطية التي تحتوي على حمض الرصاص في 120 موقعًا خلويًا، فربما لعنت التقويم أكثر من مرة.
تمنحك بطارية VRLA كم دورة - 500 دورة، ربما 700 دورة إذا كنت محظوظاً وكانت درجات الحرارة لطيفة؟ يمكن أن يصل أداء بطاريات الليثيوم أيون، خاصةً من نوع LFP (فوسفات الحديد الليثيوم)، إلى 2000 دورة أو أكثر في الظروف المثالية، لكنني رأيت الأداء ينخفض قبل ذلك بكثير، حوالي 1500 دورة عندما تتعرض المواقع لدورات كثيفة وغير منتظمة بسبب عدم استقرار المدخلات الشمسية.
لا يتعلق الأمر فقط بالعمر الافتراضي. إنها القدرة على التنبؤ. إذا كان عمر البطارية القابل للاستخدام يتأرجح بشكل كبير اعتمادًا على الظروف المحيطة أو نمط الاستخدام أو مرحلة القمر، فأنت لديك مشكلة في الموثوقية وليس في إمكانية الاعتماد عليها.
لقد شاهدت ذات مرة نظام ليثيوم أيون مثالي مثبت بشكل مثالي في محطة ترحيل في جبال الهيمالايا تنخفض سعته إلى 401 تيرابايت 3 تيرابايت في أول ليلة شتاء. أطلق المهندسون على ذلك مشكلة في البرامج الثابتة. أسميتها إنكاراً.
البرودة الشديدة ليست خطأ؛ إنها حالة تصميم للاتصالات عن بُعد. وكذلك 55 درجة مئوية في سارية كينية غير مظللة. تتصرف البطاريات التقليدية مثل الرياضيين ذوي الأداء العالي - رائعة في نطاق ضيق، وبائسة خارجه.
بالتأكيد، يمكنك إضافة سخانات وعوازل ومراوح. لكنك الآن قمت ببناء مركز بيانات صغير يتم التحكم في مناخه على بعد 70 كم من أقرب طريق معبّد. حظاً موفقاً في الحفاظ على تشغيله.
ارتفاع تكاليف الصيانة والتشغيل
سقي خلايا الرصاص الحمضية في أتاكاما؟ قام شخص ما في الواقع ببناء دورة خدمة حول ذلك. في $1500 لكل زيارة.
وغالبًا ما تختبئ النفقات التشغيلية للاتصالات في حلقات الصيانة السخيفة هذه: إجراءات المعادلة الروتينية، وفحص مستوى الإلكتروليت، ومجموعات تخفيف الهرب الحراري، والحاويات المقاومة للحريق في الموقع. ناهيك عن تدريب المقاولين على التمييز بين "فصل الجهد المنخفض" و"العطل الصعب".
لن تعترف الصناعة بذلك، ولكن غالباً ما تصبح البطارية أكبر تكلفة خفية منفردة لتشغيل موقع بعيد. ولا، لن تنقذك التحليلات السحابية إذا كانت كيمياء البطارية هي أساس المشكلة.
ثبات حراري فائق
إليك ما يلي بطارية أيون الصوديوم تعمل الكيمياء بشكل مختلف: فهي تتجاهل البرد وتتثاءب عند الحرارة. تعمل معظم خلايا أيونات الصوديوم التجارية اليوم بكفاءة من -30 درجة مئوية إلى +60 درجة مئوية، مع وجود مواد من الجيل التالي تدفع هذه الحدود إلى أبعد من ذلك.
لماذا؟ يساهم نصف قطر أيون الصوديوم الأكبر، بالإضافة إلى الاستقرار المتأصل في بعض مواد كاثود أيونات الصوديوم (غالباً ما تفتقر إلى العناصر المتطايرة مثل الكوبالت أو النيكل الموجودة في بعض كيميائيات أيونات الليثيوم) ومسارات التفاعل الكهروكيميائية المختلفة، في هذا السلوك الحراري المحسّن، مما يجعل الإدارة الحرارية القوية للحرارة أقل ضغطاً بكثير.
يكون ذلك ذا قيمة خاصة عندما تقوم بتكديس بطارية أيونات الصوديوم بجهد 12 فولت 100 أمبير أو بطارية أيونات الصوديوم بقوة 12 فولت 200 أمبير وحدات في ملاجئ قاسية على قمم الجبال القاسية أو محطات الترحيل الساحلية المكشوفة. لا تتوانى هذه الخلايا عندما تسوء الطبيعة.
دورة حياة أطول ومتانة محسّنة ودورة حياة أطول
يبلغ متوسط دورات خلية أيون الصوديوم اليوم 6000 دورة عند 90% DoD. ويصل بعضها إلى أكثر من 6000 دورة في ملفات تعريف دورات الاتصالات في العالم الحقيقي. والأهم من ذلك، تظل هذه الدورات متسقة في ظروف خارج الشبكة، حيث يؤدي الشحن الجزئي والشحن/التفريغ السريع وتقلبات درجات الحرارة إلى دق الكيميائيات الأخرى.
مع بطارية أيونات الصوديوم 12 فولت 100 أمبير وحدات يمكن موازاتها أو تكديسها بسهولة في مصفوفات بجهد 48 فولت (أو أعلى)، وهذه المتانة تتناسب مع المتانة. يمكنك إنشاء نظام بجهد 12 فولت أو 24 فولت أو 48 فولت باستخدام وحدات SKU نفسها، مع طول عمر متوقع وقياس قوي للجهد عن بُعد في جميع الوحدات.
قام أحد عملائي في منغوليا باستبدال أربعة أبراج من حمض الرصاص الحمضي المتقادم بأنظمة أيونات الصوديوم 48 فولت المصنوعة من بطارية أيونات الصوديوم بجهد 12 فولت 200 أمبير كتل العام الماضي. لم يلمسوها منذ ذلك الحين - ويُظهر قياس الجهد عن بُعد أقل من 5% تدهورًا.
متطلبات صيانة أقل وفوائد سلامة أقل
عدم وجود سقي. انخفاض كبير في الحاجة إلى إجراءات موازنة الخلايا القوية. الحد الأدنى من تخفيف الحرارة النشطة في العديد من السيناريوهات. وإليك ميزة رئيسية: بطاريات أيونات الصوديوم مقاومة للغاية للهروب الحراري وأقل عرضة للاشتعال مقارنةً بالعديد من كيميائيات أيونات الليثيوم.
كما تسمح الكيمياء، إلى جانب تصميمات الأغلفة المعيارية في تصميماتنا ذات الـ 12 فولت، بتسهيل التعامل الميداني دون التضحية بالسلامة. لا تحتاج أطقم التركيب إلى معدات الوقاية من الحرائق الخاصة أو شهادات متقدمة.
بالنسبة لملاجئ الاتصالات غير المأهولة، هذا هو الذهب الخالص.
الفعالية من حيث التكلفة لعمليات النشر عن بُعد
بطاريات أيونات الصوديوم قد يكون 10-20% أرخص مقدمًا من الليثيوم أيون اليوم، ولكن القصة الحقيقية هي التكلفة الإجمالية للملكية.
تقليل عمليات الاستبدال. صيانة أقل. انقطاعات أقل. عدم وجود نفقات عامة للتخفيف الحراري.
ولأن بطارية أيونات الصوديوم 12 فولت 100 أمبير الوحدات قابلة للتبديل السريع وقابلة للتكديس، ويصبح النشر بسيطاً - حتى بالنسبة للمواقع الصغيرة أو أبراج توليد الطاقة الشمسية الهجينة.
عندما قمنا بحساب التكلفة الإجمالية لمدة 10 سنوات في 60 موقعًا في نيجيريا الساحلية، وجدنا أن أيونات الصوديوم أرخص بـ 331 تيرابايت و3 تيرابايت من أيونات الليثيوم وتقريبًا نصف تكلفة حمض الرصاص، حتى بافتراض كثافة طاقة أقل قليلاً.
يبدو التقدم في بعض الأحيان مثل جدول بيانات التوفير الذي يجعلك تبتسم في النهاية.
دراسات الحالة والتطبيقات الواقعية
في عام 2023، قام مشغل اتصالات من المستوى الأول في أوروبا الشرقية بتجهيز 18 برجًا من أبراج الجيل الرابع عن بُعد بأنظمة أيونات الصوديوم المبنية من وحدات بطارية أيونات الصوديوم بجهد 12 فولت 200 أمبير وحدات، تم تكوينها في سلاسل بجهد 48 فولت. كانت التضاريس قاسية - شتاء متجمد، وينابيع موحلة، ولا توجد طرق معبدة.
بعد 12 شهرًا، انخفضت تذاكر الصيانة بمقدار 72%. انخفض وقت تشغيل الديزل بمقدار 41%. دفنت كومة بطارية إحدى المحطات في الثلج لمدة 3 أسابيع متواصلة وحافظت على تشغيل المحطة الأساسية دون نقصان.
في راجستان بالهند، نشر مزود خدمة إنترنت إقليمي في الهند عبوات أيونات الصوديوم أيون الصوديوم 12 فولت 100 أمبير لاستبدال وحدات فوسفات الليثيوم المعرضة للحريق في حاويات مثبتة على أعمدة. قال لي مهندسهم: "لم نعد نطلق على عطل البطارية اسم "بطاقة الدعم الأكثر شيوعًا".
لم تعد هذه تقنية هامشية بعد الآن. إنها تثبت نفسها في الأماكن المهمة: في الوحل والثلج والصمت.
التحديات والاعتبارات عند التحول إلى بطاريات أيونات الصوديوم
لا يوجد انتقال غير مؤلم.
أولاً: التكامل. معظم أنظمة أيونات الصوديوم-الصوديوم يتم شحنها مع واجهات اتصالات قياسية بجهد 48 فولت، ولكن إذا كنت تبني نظامك الخاص من كتل 12 فولت، انتبه إلى الربط البيني لنظام إدارة المباني وعتبات الجهد. بعض معدات يو بي إس القديمة تتسبب في حدوث نوبة ما لم تقم بتحديث البرامج الثابتة أو إعدادات التعويم.
ثانياً: سلسلة التوريد. تنمو أيونات الصوديوم بسرعة، ولكن لا يزال توافرها في تزايد مستمر. الخبر السار؟ إن وحدات بطاريات أيونات الصوديوم بجهد 12 فولت أسهل في التخزين، وأسهل في النقل، وأسهل في التوسّع مقارنةً بالعبوات القديمة الضخمة.
وأخيراً: تصميم النظام. الوحدات النمطية لا تعني "التوصيل والنسيان". راجع ملفات تعريف التحميل الخاصة بك. صمم لاحتياجاتك الفعلية من الاستقلالية. استخدم التكرار. زيادة الحجم أرخص الآن من التعديل التحديثي الميداني.
أحد الدروس المستفادة من أخطائي: لقد حددت مواصفات نظام الصوديوم لمكرر على قمة التل الكاريبي، ونسيت أن أشتق من المواسم الغائمة، وانتهى بي الأمر إلى أن تكون قوتي أقل من 12%. هذا خطأي. لكن البطاريات نفسها؟ لا تشوبها شائبة.
التوقعات المستقبلية: بطاريات أيونات الصوديوم في شبكات الجيل الخامس المتوسعة والشبكات المتطورة
5G تغير اللعبة. المزيد من المواقع. آثار أقدام أصغر. نطاق ترددي أعلى - وكثافة طاقة أعلى عند الحافة.
تتسارع الصناعة لتركيب آلاف الخلايا الصغيرة في مواقع كانت تعتبر غير ذات صلة في السابق. فكل أسطح المنازل ومحطات الحافلات وأعمدة الإنارة الذكية أصبحت الآن عقدة محتملة.
حدسي يخبرني أن النمطية بطارية أيون الصوديوم ستتألق هنا. لماذا؟ لأن طاقة الحافة يجب أن تكون منخفضة التكلفة وقليلة الصيانة وآمنة بما يكفي للأماكن العامة. تحقق وحدات الصوديوم 12 فولت 100 أمبير و200 أمبير في الساعة التي نقدمها جميع هذه المواصفات الثلاثة.
بعيدًا عن الجيل الخامس، تزداد جاذبية أيونات الصوديوم مع تضييق أسواق الليثيوم. لقد رأينا ما يفعله نقص الكوبالت في أسعار السيارات الكهربائية. إن انفصال الصوديوم عن أسواق المعادن الحرجة ليس مجرد فصله عن أسواق المعادن الحرجة - بل هو عزل جيوسياسي.
الخاتمة
بطاريات الرصاص الحمضية عفا عليها الزمن. أما بطاريات الليثيوم أيون فقد تجاوزها الزمن. وتجاوزت متطلبات الاتصالات الحديثة - خاصة في المناطق النائية والحدودية - كلاهما.
بطاريات كامادا باور أيون الصوديوم خاصة الوحدات النمطية بطارية أيونات الصوديوم 12 فولت 100 أمبير توفر الطرازات التي يمكن تكديسها في أنظمة مرنة بجهد 24 فولت أو 48 فولت أو أعلى - ثلاثية نادرة: المتانة والقدرة على التحمل الحراري والحساسية الاقتصادية. قد لا توفر هذه الطرازات الطاقة لجهاز iPhone التالي، لكنها ستحافظ على البرج فوق قريتك يومض لفترة طويلة بعد سقوط الثلوج.
إذا كنت تقوم ببناء بنية تحتية للاتصالات عن بُعد ولم تستكشف حلول أيونات الصوديوم المعيارية بعد، فأنت متأخر بالفعل عن المستقبل.
الأسئلة الشائعة
كيف تقارن بطاريات أيونات الصوديوم من حيث التكلفة ببطاريات أيونات الليثيوم؟
على الرغم من أن التكاليف الأولية متشابهة أو أقل قليلاً، فإن الوفورات الحقيقية تأتي من عمر دورة أطول، وانخفاض الصيانة، وعدم الحاجة إلى بنية تحتية للتبريد. وعادةً ما تكون التكلفة الإجمالية للملكية أقل بـ 20-401 تيرابايت أقل على مدى 5-10 سنوات.
نعم، فهي تعمل بأمان من -30 درجة مئوية إلى +60 درجة مئوية مع انخفاض خطر الهرب الحراري. وكيميائها أكثر استقراراً بكثير من العديد من أنواع أيونات الليثيوم في الظروف القاسية.
تقدم معظم بطاريات أيونات الصوديوم التجارية 6000 دورة بعمق تفريغ 90%، وهو ما يترجم إلى 5-10 سنوات في بيئات تدوير الاتصالات النموذجية.
نعم. لدينا بطاريات كامادا باور 12 فولت أيونات الصوديوم يمكن توصيلها على التوالي أو بالتوازي لمطابقة الفولتية المطلوبة. قد تكون هناك حاجة إلى تعديلات طفيفة على البرامج الثابتة لاستيعاب معلمات تعويم/شحن مختلفة على معدات الاتصالات القديمة.