고용량 통신 쉘터의 태양광 및 그리드 전력 연동 하이브리드 아키텍처 사례 연구

하이브리드 아키텍처 사례 연구: 고용량 통신 쉘터에서 태양광 및 그리드 전력 연계

배경

통신 사업자가 농촌 및 도시 외곽 지역으로 진출함에 따라, 그리드가 불안정하거나 전력 공급이 전혀 되지 않는 경우가 많지만, 5G 장비 및 엣지 컴퓨팅 노드로 인해 사이트 부하가 증가하는 이중적인 문제에 직면하게 됩니다. 디젤 발전기에만 의존하는 것은 비용이 많이 들고 물류적으로 어려우며, 순수 태양광 설비는 24시간 연중무휴의 중요 가동 시간을 유지하는 데 필요한 이중화가 부족한 경우가 많습니다.

최근 한 지역 인프라 제공업체는 여러 에너지원을 원활하게 통합하도록 설계된 컴팩트한 하이브리드 전력 시스템을 배포하여 이 문제를 해결했습니다. 바로 12U 16kW 하이브리드 전력 정류기 시스템입니다.

사이트 과제

해당 사이트는 활성 5G 전송 장비와 배터리 백업을 수용하는 원격 통신 쉘터였습니다. 운영업체는 지속적인 -48VDC 전원 공급이 필요했지만, 지역 그리드는 빈번한 전압 강하로 어려움을 겪고 있었습니다. 또한, 쉘터는 제한된 랙 공간을 가지고 있었고 자연 냉각에 의존했으므로, 열 폭주를 방지하기 위해 전력 솔루션은 매우 효율적이어야 했습니다.

주요 요구 사항은 다음과 같았습니다:

1. 유연한 소스 통합: 그리드와 현장 태양광 어레이 모두에서 전력을 끌어올 수 있는 능력.

2. 높은 용량과 이중화: N+1 안전 마진으로 최대 부하를 처리할 수 있는 충분한 출력.

3. 최소한의 공간 차지: 전송 장비를 위한 공간을 남겨두는 컴팩트한 19인치 랙 솔루션.

4. 원격 관리 기능: RS485/SNMP를 통한 실시간 모니터링.

솔루션: 이중 소스 전력 플랫폼

운영업체는 단일 섀시에 표준 AC 정류 및 태양광 MPPT(최대 전력점 추적) 모듈을 모두 결합한 12U 하이브리드 정류기 시스템을 선택했습니다.

1. 다중 소스 입력 및 지능형 분배

이 시스템은 단상 220VAC 입력을 수용하며(이중 125A 차단기로 백업 안전 확보), 태양광 통합을 위해 120VDC ~ 425VDC의 매우 넓은 DC 입력 범위를 특징으로 합니다. 이를 통해 사이트는 외부 충전 컨트롤러 없이 PV 어레이를 직접 연결할 수 있습니다.

시스템의 총 용량은 N+1 이중화로 34kW에 달하며, 네 개의 4kW AC 정류 모듈(16kW)과 여섯 개의 3kW PV 모듈(18kW)을 혼합하여 사용합니다. 낮 시간 동안 PV 모듈은 부하에 전력을 공급하고 배터리를 충전하는 것을 우선시합니다. 태양광이 부족할 경우 시스템은 그리드에서 원활하게 전력을 끌어옵니다.

2. 밀폐된 환경에서의 열 효율성

쉘터가 자연 냉각에 의존하기 때문에 열 발생은 주요 관심사였습니다. 정류기 및 PV 모듈 모두 >96%의 효율로 작동합니다. 최대 출력 시, 최대 50°C의 주변 온도에서 작동하도록 정격화되어 있습니다. 이 높은 효율성은 쉘터로 방출되는 폐열이 적다는 것을 의미하며, 배터리 및 전송 장비의 열 부하를 줄여줍니다.

3. 포괄적인 보호

사이트가 번개와 그리드 스파이크에 노출되는 점을 감안하여, 시스템에는 AC 및 DC 양쪽에 20/40kA 서지 보호 장치(SPD)가 장착되었습니다. DC 분배에는 여러 개의 BLVD(배터리 저전압 차단) 차단기가 포함되어 있어, 배터리 전압이 너무 낮아지면 비필수 부하를 차단하여 필수 5G 장비의 전력을 보존할 수 있습니다.

4. 원격 모니터링

통합 MC2900 컨트롤러는 운영업체에게 지속적인 가시성을 제공했습니다. RS485 및 SNMP 통신 포트를 사용하여 네트워크 운영 센터(NOC)는 태양광 입력 및 정류기 모듈의 실시간 상태를 모니터링하고, 모듈 또는 차단기가 트립될 경우 즉각적인 건식 접점 알람을 받을 수 있었습니다.

결과

12U 하이브리드 시스템을 배포함으로써 운영업체는 그리드 의존도와 디젤 발전기 사용량을 크게 줄였습니다. 컴팩트한 12U 공간은 사이트가 더 큰 쉘터 없이 기존 전송 랙 레이아웃을 유지할 수 있도록 했습니다.

또한, SNMP를 통해 시스템을 원격으로 모니터링할 수 있는 기능은 빈번한 물리적 점검의 필요성을 없앴으며, N+1 이중화는 단일 모듈 고장이 사이트 중단으로 이어지지 않도록 보장했습니다. 높은 효율의 변환과 넓은 입력 허용 범위의 조합은 오프그리드 통신 배포의 실용적이고 확장 가능한 모델임이 입증되었습니다.