Izzivi hlajenja baznih postaj 5G
Do leta 2025 bo komunikacijska industrija porabila 20 % svetovne's električne energije, v mobilnih komunikacijskih omrežjih pa so bazne postaje veliki porabniki električne energije, približno 80 % porabe energije pa prihaja iz široko razširjenih baznih postaj. Več šifriranih baznih postaj pomeni višjo porabo energije, kar je velik stroškovni izziv, s katerim se soočajo omrežja 5G.
Iz energetske strukture pomeni poraba energije višje stroške in večji posredni pritisk na onesnaževanje okolja.
Z vidika toplotne zasnove bazna postaja proizvede več toplote, težave pri nadzoru temperature pa se močno povečajo.
Inženirji, ki so delali v komunikacijski industriji, vedo, da so komunikacijske bazne postaje običajno nameščene na železnih okvirjih na strehah stavb in visokih mestih na terenu. Velikost in teža sta zelo pomembni za udobje namestitve opreme."Naključno" je, da so poraba energije, prostornina in teža temeljni mejni pogoji za načrtovanje toplotne zasnove.
Po preteklih oblikovalskih navadah je bazna postaja tipična zaprta naprava za naravno odvajanje toplote (zunanje aplikacije zahtevajo strogo vodoodpornost in odpornost na prah). Po oddaji toplote iz komponent sta le dve mesti:
1. Absorbirajo ga notranje naprave - toplota se pretvori v notranjo energijo, zaradi česar se temperatura naprave dvigne;
2. Zaradi temperaturne razlike se toplota prenaša iz visokotemperaturnega predmeta na nizkotemperaturni objekt - ko se temperatura stabilizira, je hitrost prenosa toplote=stopnja proizvodnje toplote
Da bi zmanjšali prostornino in težo izdelkov, se je povpraševanje po toplotni zasnovi takšnih izdelkov razvilo, da bi povečali učinkovitost prenosa toplote in zmanjšali upor prenosa toplote v istem prostoru. Upor prenosa toplote je tukaj razdeljen na notranji toplotni upor in zunanji toplotni upor.
Zmanjšanje notranjega toplotnega upora zahteva razumno razporeditev čipov, tako da je sam vir toplote bližje lupini za odvajanje toplote. To je skupno delo inženirjev strojne opreme in inženirjev toplotnega oblikovanja.
Z materialnega vidika je treba med čip in ohišjem nanesti toplotni vmesni material. Bazne postaje 5G lahko spodbujajo veliko izboljšanje materiala toplotnega vmesnika, kar se kaže v naslednjih vidikih:
1. Najnižja možna toplotna upornost – potrebna je višja toplotna prevodnost in boljša omočljivost vmesnika;
2. Zanesljive bazne postaje se uporabljajo v zapletenih zunanjih okoljih po vsem svetu, s temperaturnim razponom od -40C ~ 55C, ki jih je težko vzdrževati po okvari - odlična toplotna stabilnost, proti povešenju in proti razpokanju
3. Uporabnost-5G bazne postaje uporabljajo veliko količino odvajanja toplote, obstajajo pa zahteve za avtomatizacijo sestavljanja materiala in stres, ki nastane v procesu montaže.
Učinkovitost naravnega odvajanja toplote je omejena. S približevanjem električne stene se preučujeta tudi zračno in tekoče hlajenje baznih postaj. Ko je temperatura dobro nadzorovana, to ne bo vplivalo le na zanesljivost izdelka, temveč tudi zmanjšalo porabo energije naprave.
Statična poraba energije, ki jo povzroča tok uhajanja, se bo hitro povečala z dvigom temperature, z razvojem procesa izdelave čipa pa bo velikost tranzistorja vedno manjša, tok uhajanja pa bo vedno večji.
To pomeni, da bo vpliv temperature na porabo energije čipa vedno večji. Če temperatura ni pravilno nadzorovana, se bo poraba energije izdelka povečala, kar se bo dodatno segrelo in povzročilo poslabšanje toplotnega cikla izdelka'.
V zadnjih letih so stroški električne energije predstavljali približno 20 % operaterjev' stroški vzdrževanja omrežja. Nobenega dvoma ni, da bodo težave z električno energijo postale velik pritisk za operaterje, da vlagajo v omrežja 5G.
Vlada, operaterji, prodajalci opreme in podjetja za električna omrežja morajo sodelovati, da bi zmanjšali porabo energije in stroške električne energije baznih postaj 5G.
