هل يمكن استخدام بطارية ليثيوم أيون 48 فولت في أنظمة الاتصالات؟

لماذا تنتقل أنظمة الاتصالات إلى تقنية بطاريات الليثيوم أيون 48 فولت

الاعتماد المتزايد على بطارية الليثيوم أيون 48 فولت في شبكات الاتصالات الحديثة

في جميع أنحاء العالم، تتجه شركات الاتصالات السلكية واللاسلكية بعيدًا عن تقنيات البطاريات القديمة نحو أنظمة الليثيوم أيون 48 فولت، وذلك في محاولة للحفاظ على متطلبات الطاقة الخاصة بشبكات الجيل الخامس (5G) والحوسبة الطرفية. تقلل البطاريات الأحدث من هدر الطاقة بنسبة تتراوح بين 30 إلى 40 في المئة تقريبًا مقارنةً بالتوصيفات القديمة التي تعتمد على 12 فولت أو 24 فولت. كما أنها تتوافق تمامًا مع إرشادات الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU) الخاصة بالتيار المستمر 48 فولت (DC48V) لكافة أنواع معدات الشبكة. ووفقًا لأرقام صادرة عن تحليل صناعي حديث في عام 2024، يتضح أن ما يقارب ثلاثة أرباع (حوالي 72٪) من تركيبات الاتصالات الجديدة هذه الأيام تُفضِّل بطاريات الليثيوم أيون بدلاً من بطاريات الرصاص الحمضية. ولماذا؟ لأنها قابلة للتوسع بشكل أفضل وتعمل بكفاءة عند استخدامها مع حلول الطاقة الهجينة الشمسية-الديزل، والتي يجد العديد من المشغلين أنها تزداد جاذبية باستمرار.

الطلب المتزايد على أنظمة تخزين الطاقة الفعالة (ESS) في بنية الاتصالات الأساسية

تحتاج مواقع الاتصالات اليوم إلى خيارات موثوقة لتخزين الطاقة تحافظ على تشغيل الأنظمة مع الحفاظ على الجدوى من حيث التكلفة. تُعد بطارية الليثيوم أيون ذات الجهد 48 فولت مميزة بالمقارنة مع النماذج التقليدية من بطاريات الرصاص الحمضية، حيث توفر ما يقارب ضعفي إلى ثلاثة أضعاف كمية الطاقة في نفس المساحة تقريبًا. وهذا يعني أن هذه البطاريات تستهلك مساحة أقل بنسبة 60% بشكل عام، مما يجعلها مثالية للمساحات الضيقة في البيئات الحضرية حيث يتم نشر الخلايا الصغيرة في كل مكان. ومن خلال النظر إلى الأرقام، يتوقع أن يصل سوق بطاريات الاتصالات ذات الجهد 48 فولت إلى أكثر من 340 مليار دولار بحلول عام 2032 وفقًا لبيانات Market.US الصادرة العام الماضي. والسبب الكبير وراء هذا النمو؟ إن بطاريات الليثيوم تعمل بشكل أفضل في حالات الطوارئ للطاقة الاحتياطية، حيث تتمتع بكفاءة رحلة ذهاب وإياب تصل إلى 95%.

الحاجة إلى طاقة احتياطية موثوقة تدفع التحول من الأنظمة القديمة

تواجه بطاريات الرصاص الحمضية، التي كانت في يوم من الأيام العمود الفقري للطاقة في قطاع الاتصالات، قيودًا متزايدة تشمل الصيانة المتكررة والأداء الضعيف في درجات الحرارة القصوى (-20°م إلى 60°م). وتشمل العيوب الرئيسية التي تسرّع من التخلّي عنها ما يلي:

• أقصر بنسبة 48% من حيث العمر الافتراضي : من 2 إلى 4 سنوات مقارنةً بـ 8 إلى 10 سنوات للبطاريات الليثيوم أيون
• تكاليف استبدال أعلى بثلاث مرات على مدى عقد (معهد بونيمون 2023)
• مدى التفريغ (DoD) محدود بنسبة 80%، مقارنةً بـ 90–95% للبطاريات الليثيوم أيون

مع تكلفة تعطّل الشبكة ما متوسطه 740 ألف دولار أمريكي لكل حادث في عام 2023، يُولِي المشغلون أولوية لأنظمة الطاقة الموثوقة القائمة على الليثيوم. ويدعم هذا التحوّل معايير ITU-T L.1200 لمرونة أنظمة طاقة الاتصالات من الجيل التالي.

التوافق التقني: دمج بطارية الليثيوم أيون 48 فولت مع أنظمة طاقة الاتصالات

معايير الجهد والتوافق بين بطارية الليثيوم أيون 48 فولت ومعدات الاتصالات

تعمل معظم أنظمة الاتصالات الحديثة على طاقة تيار مستمر 48 فولت مباشرة من الصندوق، مما يتناسب بشكل جيد مع بطاريات الليثيوم أيون ذات 48 فولت. وفقًا لبعض الأبحاث الصناعية من العام الماضي، لا تحتاج حوالي 92 بالمئة من أبراج الخلايا إلى أي نوع من تحويل الجهد عند التحول إلى تقنية الليثيوم أيون. وهذا يعني تجنب كل الفاقد الناتج عن استخدام بطاريات الرصاص الحمضية التقليدية. إن الطريقة التي تتصل بها هذه الأنظمة مباشرةً مع بعضها تحافظ على استقرار الجهد ضمن نطاق ±2% تقريبًا، وهو أمر بالغ الأهمية للحفاظ على تشغيل معدات الشبكة بشكل صحيح ومنع الأعطال غير المتوقعة.

التكامل السلس من خلال تنظيم الجهد المناسب وتصميم النظام

يتطلب التكامل الناجح محولات تيار مستمر/تيار مستمر ذكية وتصاميم حافلات نمطية قادرة على تحمل أحمال قصوى تصل إلى 150 أمبير. وتشمل أفضل الممارسات:

• الشحن المُعوَّض حراريًا لمنع انخفاض أو ارتفاع الجهد
• تحديد التيار متعدد المراحل لحماية ضد الاندفاعات الكهربائية
• اتصال حافلة CAN لمراقبة في الوقت الفعلي

تُضمن هذه الإجراءات أوقات انتقال تقل عن 50 مللي ثانية أثناء انقطاع الشبكة، وتفي بمعايير ETSI EN 300 132-3 الخاصة باستمرارية التغذية الكهربائية في الاتصالات.

تلبية متطلبات الطاقة الاحتياطية في مجال الاتصالات مع الامتثال لتقنيات الليثيوم أيون

تبلغ كفاءة البطاريات الليثيوم-أيون ذات الجهد 48 فولت 95% من حيث الكفاءة الدورانية، مما يفوق بشكل كبير بدائل VRLA التي تبلغ كفاءتها 80%. وبسعة مكافئة، فإن ذلك يطيل مدة التشغيل الاحتياطي بنسبة 40%. كما أن منحنى التفريغ المسطح يحافظ على الإخراج ضمن نطاق 48 فولت ±1% حتى يصل عمق التفريغ إلى 90%، على عكس بطاريات الرصاص الحمضية التي تشهد انخفاضًا في الجهد بنسبة 15% عند عمق تفريغ 50% فقط.

دور نظام إدارة البطارية (BMS) في ضمان السلامة والأداء

تُعد تقنية نظام إدارة البطارية المتقدمة أمرًا بالغ الأهمية للسلامة وطول العمر، حيث تمنع حدوث الانطلاق الحراري من خلال:

• موازنة الجهد على مستوى الخلية بدقة ±20 ملي فولت
• مستشعرات درجة الحرارة الموضعية الموزعة كل 5°م عبر وحدات البطارية
• خوارزميات تنبؤية تكتشف 89% من الأعطال المحتملة قبل أكثر من 48 ساعة

تُظهر أبحاث الصناعة أن الأنظمة الليثيومية المزودة بنظام إدارة البطارية (BMS) تحقق وقت تشغيل بنسبة 99.995% في التطبيقات التلفزيونية، أي أعلى بنسبة 35% من الحلول التقليدية.

مزايا بطارية الليثيوم أيون 48 فولت في تطبيقات الاتصالات

كثافة طاقة أعلى، وكفاءة أكبر، وعمر افتراضي أطول مقارنة بالبطاريات التقليدية

توفر بطاريات الليثيوم أيون 48 فولت كثافة طاقة أعلى بنسبة 40–60% مقارنةً بنظيراتها من بطاريات الرصاص الحمضية، مما يسمح بتخزين طاقة أكبر في المساحات المحدودة. وتتيح كيمياء LiFePO4 أعمارًا خدمية تتراوح بين 8 و10 سنوات أو أكثر، مع الحفاظ على 80% من السعة بعد أكثر من 5,000 دورة شحن. ويقلل هذا المتانة من تكرار الاستبدال ويضمن توصيل جهد ثابت لمعدات الاتصالات الحرجة.

المزايا الرئيسية لبطاريات الليثيوم 48 فولت مقارنة ببطاريات الرصاص الحمضية في استخدامات الاتصالات

تُعالج تقنية الليثيوم أيون أوجه القصور الرئيسية في أنظمة الرصاص الحمضية:

• مرونة درجة الحرارة : تعمل بشكل موثوق في نطاق درجات حرارة يتراوح من -20°م إلى 60°م، مقارنة بالنطاق الأضيق للرصاص الحمضية الذي يتراوح من -15°م إلى 45°م
• لا صيانة على الإطلاق : لا تحتاج إلى إضافة ماء أو شحن التوازن
• تقليل الوزن : أخف بنسبة تصل إلى 70٪ لكل كيلوواط في الساعة، مما يقلل من تكاليف دعم الهيكل

هذه المزايا تعزز المرونة في النشر وتقلل من مخاطر دورة الحياة.

إجمالي تكلفة الملكية: صيانة أقل ووفورات على المدى الطويل مع الليثيوم أيون

على الرغم من ارتفاع التكاليف الأولية بنسبة 1.5–2 ضعف، إلا أن بطاريات الليثيوم أيون توفر إجمالي تكلفة ملكية أقل بنسبة 30–50٪ على مدى 10 سنوات. تأتي هذه التوفيرات من انخفاض الصيانة، وعدد أقل من عمليات الاستبدال (دورة 2–3 مقابل 4–5 لبطاريات الرصاص الحمضية)، وكفاءة طاقة متفوقة (95٪ مقابل 80–85٪). ويُبلغ المشغلون عن استبدال البطاريات أقل بنسبة تصل إلى 40٪ خلال السنوات الثماني الأولى من النشر.

تصميم مدمج وقابلية للتوسع لتلبية بيئات الاتصالات السلكية واللاسلكية المتنوعة

تُبسّط حزم الليثيوم المعيارية بجهد 48 فولت (من 100 أمبير في الساعة إلى 300 أمبير في الساعة) عملية التركيب في البيئات المحدودة المساحة مثل الخلايا المجهرية في المناطق الحضرية أو الأبراج النائية. وتتيح التكوينات القابلة للتراص زيادة السعة تدريجيًا دون الحاجة إلى إعادة هيكلة البنية التحتية، مما يوفر قابلية توسع لا مثيل لها مقارنةً ببنوك الرصاص الحمضية الجامدة.

النشر العملي لبطارية الليثيوم أيون 48 فولت في شبكات الاتصالات

استخدام بطارية الليثيوم أيون 48 فولت 100 أمبير ساعة في محطات الاتصالات الأساسية

تُعتمد محطات الاتصالات الأساسية في جميع أنحاء البلاد بشكل متزايد على نظام البطاريات الليثيوم أيون 48 فولت 100 أمبير ساعة هذه الأيام. وعادة ما تدوم هذه البطاريات من 8 إلى 12 ساعة تقريبًا كمصدر للطاقة الاحتياطية، بينما تستهلك حوالي 40 بالمئة من المساحة مقارنةً بنماذج البطاريات الرصاصية القديمة وفقًا لبحث بونيمون لعام 2023. كما أن التصميم الوحدوي يجعل استبدال البطاريات سريعًا جدًا، مما يقلل من وقت التوقف الناتج عن انقطاع التيار الكهربائي بنسبة تصل إلى 70 بالمئة تقريبًا. ولكن الشيء الأكثر إثارة للاهتمام هو مدى كفاءة عملها مع خيارات الطاقة المتجددة. فقد بدأ العديد من المشغلين حاليًا في دمجها مع الألواح الشمسية لمواقعهم، سواء كانت تلك المواقع متصلة بالشبكة الرئيسية أو مواقع مستقلة تمامًا في المناطق النائية التي لا تتوفر فيها الكهرباء التقليدية.

اعتبارات النشر الداخلي مقابل الخارجي لبطاريات الليثيوم 48 فولت

تحدد الظروف البيئية استراتيجيات التوضع المثلى:

يجب أن تتحمل الوحدات الخارجية الغبار والرطوبة ودرجات الحرارة القصوى، في حين تركز الأنظمة الداخلية على الصغر والتحكم الحراري.

حلول الطاقة لمواقع الاتصالات البعيدة والمنفصلة عن الشبكة باستخدام أنظمة ليثيوم-أيون 48 فولت

تعتمد مواقع الاتصالات عن بُعد بشكل متزايد على أنظمة هجينة تعمل ببطاريات ليثيوم-أيون بجهد 48 فولت، وتُدمَج مع صفائف شمسية، مما يمنحها طاقة احتياطية تصل إلى حوالي 72 ساعة أو أكثر عند انقطاع التيار الكهربائي. وتشير أبحاث ميدانية من عدة مشغلين إلى أن هذا المزيج يقلل استهلاك وقود مولدات الديزل بنحو النصف في المواقع المرتفعة، مع الحفاظ في الوقت نفسه على توافر الشبكة بأكثر من 99.8%. ما يميز هذه الأنظمة هو تصميمها الوحداتي، حيث يمكن لفرق الدعم الفني إضافة المزيد من الوحدات حسب الحاجة دون الحاجة إلى تفكيك النظام بالكامل. تكتسب هذه المرونة أهمية كبيرة في المناطق التي لا تزال خدمات الإنترنت فيها في طور النمو، خاصة في المناطق الريفية بالدول النامية، حيث تتطور البنية التحتية تدريجيًا وليس دفعة واحدة.

الاتجاهات المستقبلية والاختيار الاستراتيجي لبطارية الليثيوم أيون 48 فولت للاتصالات

التكامل مع مصادر الطاقة المتجددة وأنظمة الطاقة الهجينة لتشغيل مستدام

تتجه العديد من شركات الاتصالات الآن إلى استخدام أنظمة طاقة مختلطة تجمع بين بطاريات ليثيوم أيون بجهد 48 فولت والألواح الشمسية لتوفير الطاقة. وفقًا لأبحاث أجرتها شركة بونيمون عام 2023، يمكن لهذه الأنظمة أن تقلل البصمة الكربونية بنحو 35 بالمئة بالمقارنة مع المولدات التقليدية التي تعمل بالديزل. كما تتمتع البطاريات الليثيومية الحديثة بمواصفات ممتازة، حيث يمكنها الصمود لأكثر من 4,000 دورة شحن حتى عند عمق تفريغ يصل إلى 80 بالمئة. يجعل هذا المستوى من المتانة هذه البطاريات مثالية لأبراج الهواتف النقالة في المناطق النائية، حيث يتم دمج الطاقة الشمسية على مستوى العالم. ولا يقتصر الأمر على المساعدة في تحقيق الأهداف البيئية، بل يتيح أيضًا حلول طاقة احتياطية ضرورية في المناطق التي لا تتوفر فيها اتصالات شبكة موثوقة.

ابتكارات في تصميم الشكل والقابلية للتوسيع لشبكات الاتصالات الجيل التالي

تركز التطورات الحديثة على تصميمات ليثيوم 48 فولت مدمجة ووحدات نمطية بأحجام أصغر بنسبة 25٪ مقارنةً بنظيراتها من بطاريات الرصاص الحمضية. تتيح الوحدات القابلة للتجميع والتدرج زيادة السعة التخزينية بما يصل إلى 300٪ دون الحاجة إلى تغيير البنية التحتية. وتتميز النماذج الناشئة بإدارة حرارية محسّنة، تمكنها من العمل في ظروف مناخية قاسية تصل إلى -40°م.

معايير الاختيار الرئيسية: السعة، نظام إدارة البطارية (BMS)، ميزات السلامة، وموثوقية الشركة المصنعة

لضمان الأداء الطويل الأمد، يجب على المشغلين تقييم ما يلي:

• دورة الحياة (أكثر من 3,000 دورة عند عمق تفريغ 80٪) و كثافة الطاقة (>140 واط/كغ)
• قدرات نظام إدارة البطارية (BMS) بما في ذلك موازنة الخلايا، ومراقبة درجة الحرارة، وحماية من التقلبات الكهربائية
• الامتثال لمعايير السلامة مثل UL 1973 وIEC 62619
• الشركات المصنعة التي لديها سجل حقل عملي مثبت لأكثر من 8 سنوات في بيئات الاتصالات

موازنة التكلفة الأولية مع الفوائد التشغيلية طويلة الأجل

رغم أن بطاريات الليثيوم 48 فولت تتطلب تكلفة أولية أعلى بنسبة 30–50٪، فإنها توفر انخفاض بنسبة 55٪ في التكلفة الإجمالية للملكية (TCO) على مدى خمس سنوات بسبب:

• انخفاض الصيانة بنسبة 80٪
• عمر خدمة أطول بنسبة 70٪
• لا يحدث تدهور نتيجة الشحن الجزئي

إن الشركات المشغلة التي تستثمر بشكل استراتيجي في تقنية الليثيوم تضمن مستقبل شبكاتها لمواجهة متطلبات الطاقة المتغيرة، مع ضمان توافر الخدمة المستمرة.

قسم الأسئلة الشائعة

لماذا تتحول شركات الاتصالات إلى بطاريات الليثيوم-أيون 48 فولت؟

تنتقل شركات الاتصالات إلى بطاريات الليثيوم-أيون 48 فولت لأنها توفر كفاءة أعلى، وقابلية أفضل للتوسع، وتقليل هدر الطاقة، والامتثال لإرشادات الاتحاد الدولي للاتصالات. كما تعمل هذه البطاريات بكفاءة مع الأنظمة الهجينة الشمسية-الديزلية، مما يقلل من تكاليف التشغيل.

ما مزايا بطاريات الليثيوم-أيون 48 فولت مقارنةً ببطاريات الرصاص-الحمض؟

توفر بطاريات الليثيوم-أيون 48 فولت كثافة طاقة أعلى، وعمرًا أطول، وكفاءة أكبر. كما تتطلب صيانة أقل، وتكون أكثر مقاومة للتغيرات الحرارية، وتوفر وفورات كبيرة في الوزن والمساحة مقارنةً ببطاريات الرصاص-الحمض.

كيف يُحسّن نظام إدارة البطارية (BMS) أداء بطاريات الليثيوم أيون؟

يضمن نظام إدارة البطارية (BMS) سلامة البطارية وأدائها من خلال موازنة جهد الخلايا، ومراقبة درجات الحرارة، واستخدام خوارزميات تنبؤية لاكتشاف الأعطال المحتملة. تسهم هذه التكنولوجيا في زيادة زمن التشغيل والموثوقية في تطبيقات الاتصالات السلكية واللاسلكية.

هل يمكن استخدام بطاريات الليثيوم أيون ذات الجهد 48 فولتًا في مواقع الاتصالات السلكية واللاسلكية الداخلية والخارجية على حد سواء؟

نعم، تصلح بطاريات الليثيوم أيون ذات الجهد 48 فولتًا للاستخدام في البيئات الداخلية والخارجية على حد سواء. تركز الأنظمة الداخلية على الكفاءة المكانية وإدارة الحرارة، في حين تم تصميم الوحدات الخارجية لتتحمل التحديات البيئية مثل الغبار والرطوبة ودرجات الحرارة القصوى.

هل تعد بطاريات الليثيوم أيون ذات الجهد 48 فولتًا فعالة من حيث التكلفة على الرغم من تكلفتها الأولية الأعلى؟

على الرغم من ارتفاع التكلفة الأولية، فإن بطاريات الليثيوم أيون ذات الجهد 48 فولتًا تقلل من إجمالي تكلفة الملكية من خلال تكاليف صيانة أقل، وعمر خدمة أطول، وكفاءة طاقوية أفضل، مما يؤدي في النهاية إلى وفورات كبيرة على المدى الطويل.

كيف تتكامل بطاريات الليثيوم-أيون 48 فولت مع مصادر الطاقة المتجددة؟

يمكن دمج هذه البطاريات مع الألواح الشمسية ومصادر الطاقة المتجددة الأخرى لإنشاء حلول طاقة مستدامة. ويساعد ذلك في تقليل البصمة الكربونية ويضمن توفير طاقة موثوقة في مواقع الاتصالات خارج الشبكة أو النائية.