A további elemzésem immáron az akkumulátor igényre, valamint azok használati idejére összpontosul.
4-4. ábra: A kitárolás és az alatta megtermelt energia aránya GSM kommunikációra méretezett rendszer esetén
A GSM kommunikációs technológiára optimalizált rendszer, havi szinten, kitárolás alatt, vagyis a már bekövetkezett black-out esetén villamos hálózati kapcsolat nélkül, tisztán akkumulátoros üzemben is képes az energiatermelésre. Ez a folyamat lassítja a teljes kisülés időtartamát, ami a már ismert összefüggések alapján számolva következő diagrammot eredményezi.
4-5. ábra: Idő intervallum növekedés kitárolás alatt GSM rendszer esetén
Az intervallum növekedése számszerűsítve 2 óra 26 perc, valamint 5 óra 2 perc közé tehető, ami százalékos formában kifejezve is 10% és 20%-os idő többletet eredményez.
Ezen eredmények tükrében az akkumulátor cellák optimalizálása is fontos feladat. Így a
0,00
A kitárolás és az alatta termelt energia aránya
ΔW(Wmax+Wnap) ΔW%
Idő intervallum növekedés a kitárolás alatt
ΔT(h) ΔT%
következő vizsgálatom erre fog kiterjedni. Az adatokat mind az optimalizált rendszerre mind pedig a már korábban megtervezett autonóm szigetre megadom. Ebből az is láthatóvá válik, hogy a korábban számolt akkumulátor többlet mekkora időintervallum többletet biztosít a redukált kommunikációs technológiát alkalmazó szigetnek.
Mobil
generáció Wmax(KWh) ΣWmax(KWh) Cnapelem(KAh) ΣCnapelem(KAh)
GSM 900 (I.)
16,45 40,45 0,51 1,26
Cella
szám(db) Cella szám% ΔT teljes rendszer(nap)
7,00 10,45 9,89
Mobil
generáció Wmax(KWh) ΣWmax(KWh) Cnapelem(KAh) ΣCnapelem(KAh)
Teljes rendszer
400 400 12,43 13,17
Cella
szám(db) Cella szám% ΔT teljes rendszer (nap)
67,00 100,00 1,00
4-6. ábra: Az optimalizált és optimalizáltalan rendszer összehasonlítása
A végeredmények kiértékelése során láthatóvá vált, hogy a mérsékelt érzékenységet mutató technológia nem egész 10 napig még üzemképes állapotban marad. Ez természetesen csak abban az esetben valósítható meg, ha valamennyi magas érzékenységet mutató rendszerelem lekapcsolódik a bázisállomásról, így juttatva további értékes időt a hálózat elemeinek. A további elemzésem azonos gondolatmenet alapján kerül kiértékelésre. Mivel az optimalizálást a teljes, de önállónak tekinthető rendszerelemekre elvégeztem, ezen adatokat terjedelmi okokból kifolyólag táblázatos formában adom meg a melléklet fejezetben, itt pedig grafikonokon ábrázolva jelenítem meg a különbségeket.
A következő ábrán valamennyi általam vizsgált kommunikációs technológia összevetése látható. A megközelítésem a teljes rendszer által igényelt teljesítmény (ΣW), valamint a generációnkénti teljesítmény (Wgeneráció) igény százalékos arányát mutatja, vagyis a ΣW hány százalékát igényli az adott Wgeneráció. Ebből kifolyólag az igények kielégítéséhez szükséges A felület nagyságát mutatja a másodlagos grafikon. Azonosan az első gondolatmenethez az Ageneráció felülete hány százaléka a ΣA felületnek. Ebből látható, hogy az UMTS rendszer valamennyi megoldásnál kedvezőbb eredményekkel szolgál, viszont a jóval kedvezőtlenebb a cellamérete, ami így kevésbé hatékony lefedettséget biztosít. A GSM 1800, valamint a fejlettebb technológiák, mint a HSPA és LTE a magas fogyasztási adatok miatt nem választható alternatíva. Így jelen vizsgálat feltétele kizárólag a GSM rendszerrel valósítható meg.
4-7. ábra: ΔW és ΔA változása a mobil generációk függvényében
A következő ábra a szükséges szilícium napelem felületet, valamint a teljes éves megtermelt villamos energiamennyiséget mutatja. Ez egyértelműen az előző ábrához hasonló eredménnyel szolgálnak, mivel az abból származtatott értékek is linearitást mutatnak mind az éves termeléssel mind pedig a napelem rendszer felületével.
4-8. ábra: Mobil generációnkénti éves hozam és a Si-napelem felületi változása
Ebből kifejezve a következő ábra valamennyi önálló rendszerre megjeleníti a szükséges napelem modulok számát.
4-9. ábra: A szükséges napelem modulok száma a kommunikáció függvényében 0,00
ΔW és ΔA változása a technológia függvényében
Az éves termelés és a Si-napelem
felületének változása
A rendszer további optimalizálásához még meg kell határozni az akkumulátor cellák számát. Valamint ebből kifejezve meghatározom a rendszer azon képességét, hogy mekkora időintervallumig képes tovább üzemelni a 17KW-os rendszer töltés tároló blokkjával.
4-10. ábra Az akkumulátorok száma, valamint a ΔT változása a mobil generációk függvényében
A cella szám a generációnkénti 200Ah-ás akkumulátorral számolt mennyiséget mutatja, a ΔTteljes rendszer pedig azt fejezi ki, hogy a teljes rendszerre számolt tároló mennyiség, mekkora időtartalékkal tolja el az kommunikációs technológiák üzemképes állapotát. A GSM rendszer esetében továbbra is teljes bizonyossággal kijelenthető, hogy a legmegfelelőbb technológia veszélyhelyzeti üzemben. Az optimalizálás során legalkalmasabb rendszernek a 2G kommunikációs rendszert találtam, melyet az eredményeimmel alá is támasztottam. Ezen kommunikációs forma egyesíti magában az alacsony fogyasztást, a nagy cellatartományt, illetve a még megfelelő minőségű kommunikációs csatorna biztosítását.
Összefoglalás
A black-out alatti kommunikáció megléte elengedhetetlen kelléke a pánikkeltés elleni védekezésnek. Azonban teljes üzemben tartása a jelenlegi technológiai fejlettséggel magas bekerülési költséggel érhető csak el. Mivel a teljes kommunikációs rendszer tetemes mennyiségű villamosenergiát igényel, elengedhetetlen egy prioritási rendszer felállítása.
A rendszer felállításához meg kell vizsgálni a már alkalmazott rendszerek érzékenységét a külső behatások ellen az adott technológiára vonatkoztatva. Az természetesen belátható, hogy a teljes távközlési rendszer, valamint beépített technológiái párhuzamosan jelentős többletenergiaigényt támasztanak egy olyan állapotban, ahol a villamosenergiafogyasztás
0,001,00
GSM 1800 UMTS HSPA LTE Teljes rendszer
Akkumulátorok száma valamint a ΔT változása
Cella szám(db) ΔTteljes rendszer(nap)
optimalizálása a cél. A hatékonyság növelésének céljából a priorizált rendszerösszetevők során azon technológia kiválasztása a cél, melynek alkalmazása esetén a rendszer a lehető legalacsonyabb függést mutatja a külső káros behatások ellen, megfelelő lefedettséggel bír, mindamellett, hogy fogyasztása alacsony és megfelelő minőségű kapcsolatot biztosít felhasználói számára.
Az elemzés során a 2G-s kommunikációs rendszer tulajdonságai mutattak kiemelkedő eredményt. Kizárólagos alkalmazásával a teljes mobil rendszerre, generációtól függetlenül méretezett independens betáplálású bázisállomás rendelkezésre állása közel megtízszerezhető. Így a teljes rendszerezésre állás az eddigi 24 óráról, közel 10 napra ugrik meg, természetesen a többi eltérő technológia lekapcsolásával. Ennek megfelelően egy egyetlen napos rendelkezésre állásra méretezett betáplálás esetén a rendszer mérete is azonos arányban csökkenthető. Ez természetesen a tervezett töltéstároló rendszerre is megvalósul.
A módosított mobil kommunikációs sémával továbbá a mikrogrid felügyeleti rendszere is ellátható azonos 2G-s kommunikáció alkalmazása esetén. Fogyasztási adatai a teljes és a redukált rendszer paramétereihez viszonyítva is alacsonyok 10W-ra adódnak, ami elsősorban a fogyasztási oldalt terheli.
A mikrogriden belüli kommunikáció fenntartásához szükséges a 2G-s technológia kielégíti a vele szemben állított követelményeket, miszerint az optimális villamosenergiafelhasználáshoz kizárólagos alkalmazásával megfelelő minőségű kapcsolatot biztosít a felhasználókkal és a PMU felügyeleti alrendszerrel. A technológia kiforrottsága és üzembiztonsága kimutatható a rendszer immunitásán keresztül a külső zavarok szenzibilitására vonatkoztatva.