5G bāzes staciju dzesēšanas izaicinājumi
Līdz 2025. gadam sakaru nozare patērēs 20% no pasaules's elektroenerģijas, un mobilo sakaru tīklos bāzes stacijas ir lieli elektroenerģijas patērētāji, un aptuveni 80% enerģijas patēriņa nāk no plaši izplatītām bāzes stacijām. Vairāk šifrētu bāzes staciju nozīmē lielāku enerģijas patēriņu, kas ir liela izmaksu problēma, ar ko saskaras 5G tīkli.
No enerģijas struktūras enerģijas patēriņš nozīmē lielākas izmaksas un lielāku netiešo spiedienu uz vides piesārņojumu.
No siltuma dizaina viedokļa bāzes stacija ģenerē vairāk siltuma, un temperatūras kontroles grūtības strauji pieaug.
Sakaru nozarē strādājušie inženieri zina, ka sakaru bāzes stacijas parasti uzstāda uz dzelzs karkasiem uz ēku jumtiem un augstās vietās laukā. Lielums un svars ir ļoti svarīgi iekārtas uzstādīšanas ērtībai."Nejauši" ir tas, ka enerģijas patēriņš, tilpums un svars ir galvenie projektēšanas robežnosacījumi siltuma projektēšanā.
Saskaņā ar iepriekšējiem projektēšanas paradumiem bāzes stacija ir tipiska slēgta dabiskā siltuma izkliedes ierīce (ārējai lietošanai nepieciešama stingra ūdensnecaurlaidīga un putekļu necaurlaidīga). Pēc tam, kad siltums tiek izvadīts no komponentiem, ir tikai divas vietas:
1. Uzsūc iekšējās ierīces-siltums tiek pārvērsts iekšējā enerģijā, izraisot ierīces temperatūras paaugstināšanos;
2. Temperatūras starpības dēļ siltums tiek pārnests no augstas temperatūras objekta uz zemas temperatūras objektu - kad temperatūra stabilizējas, siltuma pārneses ātrums=siltuma ģenerēšanas ātrums
Lai samazinātu produktu tilpumu un svaru, pieprasījums pēc šādu izstrādājumu termiskās konstrukcijas ir attīstījies, lai palielinātu siltuma pārneses efektivitāti un samazinātu siltuma pārneses pretestību tajā pašā telpā. Siltuma pārneses pretestība šeit ir sadalīta iekšējā siltuma pretestībā un ārējā siltuma pretestībā.
Iekšējās termiskās pretestības samazināšanai nepieciešams saprātīgs skaidu izvietojums, lai pats siltuma avots būtu tuvāk siltuma izkliedes apvalkam. Tas ir aparatūras inženieru un siltuma projektēšanas inženieru kopdarbs.
No materiāla viedokļa starp mikroshēmu un korpusu ir jāpielieto termiskās saskarnes materiāls. 5G bāzes stacijas var veicināt lielu termiskās saskarnes materiāla uzlabojumu, kas izpaužas šādos aspektos:
1. Nepieciešama zemākā iespējamā termiskā pretestība – augstāka siltumvadītspēja un labāka saskarnes mitrināmība;
2. Uzticamības bāzes stacijas tiek izmantotas sarežģītās āra vidēs visā pasaulē ar temperatūras diapazonu no -40C ~ 55C, kuras ir grūti uzturēt pēc atteices - lieliska termiskā stabilitāte, pret nokarāšanu un plaisāšanu.
3. Lietojamība-5G bāzes stacijas izmanto lielu siltuma izkliedes daudzumu, un ir prasības materiālu montāžas automatizācijai un montāžas procesā radītajam spriegumam.
Dabiskās siltuma izkliedes efektivitāte ir ierobežota. Tuvojoties jaudas sienai, tiek pētīta arī bāzes staciju gaisa dzesēšana un šķidruma dzesēšana. Ja temperatūra ir labi kontrolēta, tas ne tikai ietekmēs izstrādājuma uzticamību, bet arī samazinās ierīces enerģijas patēriņu.
Statiskais enerģijas patēriņš, ko izraisa noplūdes strāva, strauji palielināsies, paaugstinoties temperatūrai, un, attīstoties mikroshēmas ražošanas procesam, tranzistora izmērs kļūst arvien mazāks, un noplūdes strāva kļūs arvien lielāka.
Tas nozīmē, ka temperatūras ietekme uz mikroshēmas enerģijas patēriņu kļūs arvien nozīmīgāka. Ja temperatūra netiek pareizi kontrolēta, izstrādājuma enerģijas patēriņš palielināsies, kas vēl vairāk uzkarst un izraisīs izstrādājuma'termiskā cikla pasliktināšanos.
Pēdējos gados elektrības izdevumi ir veidojuši aptuveni 20% operatoru' tīkla uzturēšanas izmaksas. Nav šaubu, ka jaudas problēmas kļūs par milzīgu spiedienu operatoriem investēt 5G tīklos.
Valdībai, operatoriem, iekārtu pārdevējiem un elektrotīkla uzņēmumiem ir jāsadarbojas, lai samazinātu 5G bāzes staciju elektroenerģijas patēriņu un elektroenerģijas izmaksas.
