ما هي الاتصالات الكهروضوئية photovoltaic communications

في الوقت الحالي يتم تشغيل معظم أنظمة الاتصالات السلكية واللاسلكية منخفضة الطاقة مثل أنظمة الهاتف الراديوي ذات التردد العالي جداً، وهاتف الميكروويف عالي السعة وأجهزة إعادة الإرسال التليفزيونية وما إلى ذلك في المناطق النائية من خلال مصادر طاقة تقليدية قائمة بذاتها، والتي تشمل البطاريات التقليدية ومحركات الديزل أو مجموعات المولدات والتوربينات الغازية الصغيرة، ومع نقل الوقود المصاحب وتكاليف الصيانة الدورية.

أساسيات الاتصالات الكهروضوئية photovoltaic communications

مع متطلبات مصادر الطاقة الموثوقة منخفضة الصيانة لأنظمة الاتصالات عن بعد أصبحت مصادر الطاقة الكهروضوئية قابلة للتطبيق وللأحمال المنخفضة حتى “200 واط” مستمر وأكثر، مصدر طاقة مفضل للمناطق النائية، ومع ذلك فإنّ الاستخدام الواسع النطاق لإمدادات الطاقة الكهروضوئية لمثل هذه التطبيقات يعتمد على:

• المنافسة الاقتصادية لنظام الكهروضوئية والتي تشمل خفض أسعار ألواح الخلايا الشمسية بالإضافة إلى توازن مكونات النظام أي تكييف الطاقة والبطاريات وما إلى ذلك.

• تحسين تصميم النظام والمزيد من الخبرة الميدانية في ظل ظروف حقيقية.

كما تم تطوير إمدادات الطاقة الكهروضوئية لأنظمة الاتصالات عن بُعد والتي تشمل التقنيات الآلية لإنتاج الألواح الكهروضوئية باستخدام خلايا “SI” متعددة البلورات مقاس “10 × 10 سم 2″، وبالإضافة إلى تحسينها تطوير المكونات، حيث يقدم الجزء الثاني وصفاً للأنظمة المختلفة المثبتة لتشغيل العديد من أنظمة الاتصالات المعزولة مثل الهاتف اللاسلكي وأجهزة الإرسال ومحطات الترحيل.

تتواجد البنية التحتية للاتصالات اليوم بشكل متزايد في مناطق نائية ومعزولة من قمم الجبال إلى المناطق الصحراوية والتي عادة ما تكون بعيدة عن أي شبكة كهربائية، وتعتمد على توليد الطاقة في الموقع للعمل ولكن بين تكاليف الوقود والصيانة، فإنّ امتلاك وتشغيل المولدات باهظ التكلفة أمّا بالنسبة لمزودي الاتصالات فإنّ الهدف النهائي هو إنشاء شبكات متنقلة ذاتية الاستدامة ذات كفاءة، وربحية أعلى وتظل قادرة على المنافسة في بيئة منخفضة متوسط ​​الدخل لكل مستخدم “ARPU”.

هذا هو السبب في أنّ مزودي الاتصالات أي مزودي الخدمة اللاسلكية وكذلك مشغلي أبراج “BTS” يتحولون إلى حلول الطاقة الشمسية الكهروضوئية، والطاقة الكهروضوئية أو الهجين أي “PV” + مصدر طاقة ثانوي لتحقيق أهداف أعمالهم، وعلى عكس المولدات وتوربينات الرياح لا تحتوي الطاقة الشمسية الكهروضوئية “PV” على أجزاء متحركة وبالتالي لا يوجد وقت تعطل.

وأنظمة الطاقة الشمسية لا تحتاج أبداً إلى تزويد بالوقود أو إصلاح شامل، حيث يمكن تحديد حجم هذا النوع من النظام وتثبيته كمصدر أساسي للطاقة لموقع اتصالات بعيد، ويمكن للأنظمة القائمة على الطاقة المائية  أو الرياح أو المولدات أن تكمل ناتج الطاقة الكهروضوئية، وإذا كانت “أيام الحكم الذاتي” غير كافية لاحتياجات الطاقة الخاصة بالتركيب.

• “ARPU” هي اختصار لـ “Average revenue per unit”.

• “BTS” هي اختصار لـ “base transceiver station”.

• “PV” هي اختصار لـ “photovoltaic”.

تطور الاتصالات الكهروضوئية

نظراً لأنّ المزيد من صناعة الاتصالات السلكية واللاسلكية تتحول إلى الطاقة الشمسية، فإنّ مجموعة “Morningstar” الواسعة من وحدات التحكم في الطاقة الشمسية، وملحقاتها توجد بشكل متكرر في صميم أنظمتها وفي مثل هذا النظام يكون جهاز التحكم في الشحن هو “القلب والعقل” للمظهر، حيث يتحكم في الكهرباء المولدة من الطاقة الكهروضوئية أو الشمسية المتدفقة من الألواح أو الوحدات إلى البطاريات للتخزين.

وكذلك إنتاج التيار المستمر إلى الأحمال المتصلة بالطاقة والحفاظ على تشغيل النظام وصحة البطارية حيث في منشآت الاتصالات التي تعمل بالطاقة عن بعد، فإنّ أكثر ما يهم هو الكفاءة والموثوقية وكما تُعتبر الكفاءة أمراً بالغ الأهمية للأنظمة، والتي قد تحتاج إلى أكبر قدر ممكن من الاستقلالية لتجاوز فترات الامتداد الطويلة دون ضوء الشمس أو التزود بالوقود.

تجعل تقنية حصاد الطاقة الشمسية “TrakStar” والتصميم بدون مروحة من أنظمة أكثر كفاءة بطبيعتها حيث مع وجود أكثر من أربعة ملايين “Morningstars” مثبتة في هذا المجال منذ عام 1993م لا توجد علامة تجارية في صناعة الطاقة الشمسية أثبتت جدارتها أو قبولها من حيث الموثوقية.

نظام طاقة الاتصالات من توفير الطاقة ومصادر الطاقة المتجددة ومراقبة البيئة

إنّ المشكلات الكبيرة الناجمة عن نمو الاستهلاك النشط ومن “الطوارئ” البيئية ذات الصلة بسبب انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، تدفع الناس إلى إيجاد حلول جديدة وتقنيات جديدة لإنتاج الطاقة الأولية الملائمة للوفاء بالحيوية الملحة والمتنامية.

يُعتبر تغير المناخ العالمي الناجم عن زيادة مستويات تركيز ثاني أكسيد الكربون وغازات الدفيئة الأخرى في الغلاف الجوي أحد أهم حالات الطوارئ العالمية، والتي تتطلب سياسات فورية وفعالة من الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ، كما ترجع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في الغالب إلى استخدام الوقود الأحفوري كمصدر للطاقة، وبالتالي يجب تقليل استخدام الوقود الأحفوري في المستقبل.

يمكن الحصول على ذلك من خلال تحسين كفاءة الطاقة واستخدام مصادر الطاقة المتجددة على نطاق واسع، وينطبق هذا أيضاً على تطبيقات الاتصالات السلكية واللاسلكية التي شهدت في السنوات الأخيرة زيادة ملحوظة في عدد التركيبات الموجودة في جميع أنحاء المنطقة، والتي تقع أحياناً في مناطق يصعب الوصول إليها والنمو المناسب لاستهلاك الطاقة بسبب النمو المتزايد.

والاهتمام بالخدمات الجديدة والموثوقة في مكالمات التنقل مع زيادة ساعات تشغيل “BTS” وإدارة حركة المرور من أجل ضمان جودة الخدمة في أي مكان وزمان، وعلى سبيل المثال أدى تطوير قطاع الاتصالات في السنوات الأخيرة إلى زيادة كبيرة في عدد محطة الإرسال والاستقبال الأساسية “BTS” على الأراضي، ووفقاً لقاعدة البيانات الرسمية لمرصد الإشعاع غير المؤين التابع للوكالة الوطنية بالنسبة للبيئة “ISPRA ، 2007″، فإنّ “BTS” الموجودة في إيطاليا حوالي 60.000.

ومن ناحية أخرى فقد تبين (Roy، 2008) أنّ الاستهلاك النشط لشبكة المشغل النموذجية يتراوح بين “1.5 تيراواط في الساعة” إلى “9 تيراواط في الساعة” لمدة عام، وما ينذر بالخطر هو ما نواجهه في المستقبل، وعلى جانب الخط السلكي من المتوقع حدوث نمو ذي صلة في عدد مشتركي النطاق العريض مع معدل طاقة لكل مشترك يبلغ “4 أضعاف” إلى “8 أضعاف” الاستهلاك التقليدي، بينما على الجانب اللاسلكي يتزايد عدد الأجهزة المتصلة بخدمات البيانات عالية السرعة.

ومن خلال الاستقراء تم تقدير (Roy، 2008) أنّ صناعة الاتصالات استهلكت العام الماضي حوالي “1%” من استهلاك الطاقة العالمي على كوكب الأرض، أي ما يعادل استهلاك الطاقة لـ “15 مليون منزل” وأيضاً انبعاثات ثاني أكسيد الكربون المكافئة لـ “29 مليون سيارة”.

لذلك فإنّ تقليل الاستهلاك النشط لأنظمة طاقة الاتصالات يمثل أحد العوامل الحاسمة لتقنيات الاتصالات وذلك للسماح بتوفير كبير للموارد الاقتصادية؛ لإدارة نظام الاتصالات المتنقلة ولتحقيق إجراءات التنمية “المستدامة”، وبعبارة أخرى فإنّ تحسين كفاءة الطاقة لشبكات الاتصالات ليس مجرد مساهمة ضرورية في مكافحة الاحتباس الحراري، ولكن مع الارتفاع السريع في أسعار الطاقة فقد أصبح أيضاً فرصة مالية.