سوئیچ PoE خورشیدی چگونه کار می‌کند؟

یک سوئیچ شبکه LAN که با انرژی خورشیدی یا باتری کار می‌کند، یک سوئیچ شبکه است که برای کارکردن مستقیماً از سیستم‌های انرژی خورشیدی طراحی شده است.

این سوئیچ‌های اترنت به طور ویژه برای مکان‌های دورافتاده که برق شبکه در دسترس نیست یا ناپایدار است، مانند مزارع خورشیدی، شبکه‌های نظارتی روستایی، ایستگاه‌های پایش محیطی، سیستم‌های ITS کنار جاده و سایت‌های مخابراتی خارج از شبکه، طراحی شده‌اند.
برخلاف سوئیچ‌های PoE سنتی که فقط به ورودی AC متکی هستند، یک سوئیچ خورشیدی ورودی برق DC با محدوده وسیع، مدارهای تنظیم/تقویت ولتاژ، ردیابی توان MPPT یا MTTP و مدیریت هوشمند توان را ادغام می‌کند تا از شبکه‌سازی پایدار و خروجی PoE در شرایط متغیر خورشیدی اطمینان حاصل شود.

این مقاله توضیح می‌دهد که چگونه یک سوئیچ خورشیدی کار می‌کند، معماری داخلی آن و چرا برای شبکه‌سازی مدرن با انرژی تجدیدپذیر ضروری است.

1. ورودی برق و مکانیسم ردیابی MTTP / MPPT

پنل‌های خورشیدی ولتاژ یا جریان ثابتی ارائه نمی‌دهند.

خروجی به دلیل شدت نور خورشید، دما و سایه‌اندازی نوسان دارد.

بنابراین یک سیستم سوئیچ شبکه PoE خورشیدی شامل موارد زیر است:

• MTTP (فناوری حداکثر توان ردیابی)

مشابه MPPT که در کنترل‌کننده‌های شارژ خورشیدی استفاده می‌شود، سوئیچ‌های MTTP PoE به طور پویا پارامترهای توان داخلی را تنظیم می‌کنند تا نقطه انرژی بهینه را از پنل خورشیدی استخراج کنند.

• محدوده ولتاژ ورودی وسیع

بیشتر سوئیچ‌های خورشیدی با کیفیت بالا DC 9V–57V یا DC 12V–48V را بسته به طراحی می‌پذیرند.

این امکان اتصال مستقیم به موارد زیر را فراهم می‌کند:

• سیستم‌های خورشیدی 12 ولت
• سیستم‌های خورشیدی 24 ولت
• بانک‌های باتری لیتیومی
• بسته‌های باتری ژل/اسید سرب
• نیروگاه‌های DC و سیستم‌های خورشیدی هیبریدی

ورودی وسیع تضمین می‌کند که حتی اگر ولتاژ پنل در هوای ابری کاهش یابد، سوئیچ به کار خود ادامه می‌دهد.

2. مدار DC-Booster برای خروجی PoE پایدار

یکی از عملکردهای اصلی یک سوئیچ خورشیدی، ارائه ولتاژ ثابت PoE/PoE+ یا PoE++ به دستگاه‌های تغذیه‌شونده مانند:

• دوربین‌های IP
• نقاط دسترسی بی‌سیم
• سنسورهای از راه دور
• روترهای خورشیدی
• تجهیزات IoT صنعتی

از آنجایی که باتری‌ها و پنل‌های خورشیدی نمی‌توانند خروجی PoE 48 ولت پایدار ارائه دهند، سوئیچ از معماری DC-Booster PoE استفاده می‌کند که شامل موارد زیر است:

• تبدیل توان Step-Up

تقویت‌کننده داخلی ولتاژ ورودی (به عنوان مثال، 12 ولت/24 ولت) را به خروجی 48 ولت پایدار افزایش می‌دهد و سازگاری را با موارد زیر تضمین می‌کند:

• IEEE 802.3af (15.4W)
• IEEE 802.3at (30W)
• IEEE 802.3bt (60W–90W)، بسته به مدل

• تخصیص توان هوشمند

یک سوئیچ Booster PoE+ خوب می‌تواند:

• کلاس PD را به طور خودکار تشخیص دهد
• تعادل توان در پورت‌ها
• محافظت در برابر اضافه بار
• اولویت‌بندی دستگاه‌های ضروری (حالت اولویت دوربین)

این امر از خاموش شدن در زمانی که انرژی خورشیدی کم است جلوگیری می‌کند.

3. ادغام باتری و مدیریت توان

استقرار شبکه‌های خورشیدی معمولاً شامل یک بسته باتری است و سوئیچ خورشیدی باید هوشمندانه با آن همکاری کند.

یک سوئیچ خورشیدی معمولاً دارای ویژگی‌های زیر است:

• محافظت در برابر ولتاژ بیش از حد
• محافظت از قطبیت معکوس
• حالت خواب/صرفه‌جویی در مصرف انرژی
• بازیابی خودکار زمانی که ولتاژ برمی‌گردد

هنگامی که انرژی خورشیدی در شب کاهش می‌یابد، یک سوئیچ PoE خورشیدی به طور یکپارچه از باتری بدون وقفه به دستگاه‌های شبکه برق می‌کشد.

4. سازگاری شبکه نوری و بی‌سیم

بسیاری از سوئیچ‌های خورشیدی نیز از موارد زیر پشتیبانی می‌کنند:

• پورت‌های آپلینک Gigabit SFP برای backhaul فیبر از راه دور
• آپلینک‌های 2.5G/10G برای مزارع خورشیدی با پهنای باند بالا
• روترهای آپلینک بی‌سیم (سوئیچ روتر خورشیدی)
• محافظت صنعتی (محافظت در برابر نوسانات 6KV، محفظه فلزی IP40)

این امر آنها را برای نظارت از راه دور و شبکه‌های IoT که باید 24/7 بدون تعمیر و نگهداری کار کنند، مناسب می‌کند.

5. گردش کار سیستم: نحوه عملکرد یک سوئیچ PoE خورشیدی

در زیر توالی عملیاتی کامل آمده است:

• پنل خورشیدی برق تولید می‌کند → خروجی با نور خورشید متفاوت است.
• ردیابی MTTP / MPPT انرژی را بهینه می‌کند.
• ورودی DC وارد مدار تقویت‌کننده می‌شود.
• DC-Booster ولتاژ را به خروجی PoE 48 ولت پایدار تبدیل می‌کند.
• چیپست سوئیچینگ عملکرد اترنت/PoE را مدیریت می‌کند.
• بانک باتری در هنگام کمبود نور خورشید، برق پشتیبان را تامین می‌کند.
• مدارهای حفاظتی عملکرد ایمن را در محیط‌های سخت تضمین می‌کنند.

این گردش کار به سوئیچ اجازه می‌دهد تا حتی در شرایط آب و هوایی شدید یا عملکرد شبانه، توان PoE مداوم و قابل اعتماد را حفظ کند.

6. کاربردهای معمولی سوئیچ‌های PoE خورشیدی و MTTP

سوئیچ‌های خورشیدی به طور گسترده در سیستم‌های خارج از شبکه و غیرمتمرکز استفاده می‌شوند، از جمله:

• نظارت بر دوربین‌های IP روستایی
• نظارت بر ITS بزرگراه
• مزارع خورشیدی و ایستگاه‌های فتوولتائیک
• استقرار AP بی‌سیم از راه دور
• نظارت بر خطوط لوله نفت و گاز
• سیستم‌های تشخیص آتش‌سوزی جنگل
• شبکه‌های ساختمانی موقت
• پایش محیطی (رودخانه‌ها، پل‌ها، ایستگاه‌های هواشناسی)

قابلیت اطمینان آنها هزینه نگهداری را کاهش می‌دهد و شبکه‌سازی را در مکان‌هایی که برق AC غیرممکن است، امکان‌پذیر می‌کند.

نتیجه

یک سوئیچ PoE خورشیدی مدرن، سوئیچ MTTP PoE، سوئیچ DC-Booster PoE یا سوئیچ Booster PoE+ با ترکیب موارد زیر کار می‌کند:

• ردیابی توان خورشیدی تطبیقی
• سازگاری DC با محدوده وسیع
• تقویت ولتاژ و تنظیم PoE
• مدیریت هوشمند باتری
• محافظت درجه صنعتی

این امر آنها را برای زیرساخت‌های شبکه خارج از شبکه، فضای باز و با انرژی تجدیدپذیر ضروری می‌کند.

از آنجایی که سیستم‌های نظارتی و IoT با انرژی خورشیدی همچنان در حال گسترش هستند، سوئیچ‌های خورشیدی به یک فناوری سنگ بنا در استقرار شبکه‌های پایدار تبدیل می‌شوند.