Izazovi hlađenja 5G baznih stanica
Do 2025. komunikacijska industrija će trošiti 20% svjetske's električne energije, a u mobilnim komunikacijskim mrežama bazne stanice su veliki potrošači električne energije, a oko 80% potrošnje energije dolazi iz široko rasprostranjenih baznih stanica. Više šifriranih baznih stanica znači veću potrošnju energije, što je veliki izazov troškova s kojim se suočavaju 5G mreže.
Iz energetske strukture, potrošnja energije znači veće troškove i veći indirektni pritisak na zagađenje životne sredine.
Iz perspektive termičkog dizajna, bazna stanica proizvodi više topline, a poteškoće u kontroli temperature naglo rastu.
Inženjeri koji su radili u komunikacijskoj industriji znaju da se komunikacione bazne stanice obično postavljaju na željezne okvire na krovovima zgrada i visokim mjestima na terenu. Veličina i težina su vrlo važni za praktičnost instalacije opreme."Slučajno" je da su potrošnja energije, zapremina i težina osnovni granični uslovi dizajna u termičkom dizajnu.
Iz prošlih dizajnerskih navika, bazna stanica je tipičan zatvoreni uređaj za prirodno rasipanje topline (spoljne primjene zahtijevaju strogu vodootpornost i prašinu). Nakon što se toplina emituje iz komponenti, postoje samo dva mjesta:
1. Apsorbirana od strane unutrašnjih uređaja - toplina se pretvara u unutrašnju energiju, uzrokujući porast temperature uređaja;
2. Zbog temperaturne razlike, toplota se prenosi sa visokotemperaturnog objekta na niskotemperaturni objekat - kada se temperatura stabilizuje, brzina prenosa toplote=brzina stvaranja toplote
Kako bi se smanjila zapremina i težina proizvoda, potražnja za termičkim dizajnom takvih proizvoda je evoluirala kako bi se maksimizirala efikasnost prijenosa topline i smanjio otpor prijenosa topline u istom prostoru. Otpor prijenosa topline ovdje je podijeljen na unutarnji toplinski otpor i vanjski toplinski otpor.
Smanjenje unutrašnjeg toplotnog otpora zahteva razuman raspored čipova, tako da sam izvor toplote bude bliže ljusci za rasipanje toplote. Ovo je zajednički rad hardverskih inženjera i inženjera termičkog dizajna.
Sa materijalne tačke gledišta, između čipa i kućišta treba primeniti termalni materijal interfejsa. 5G bazne stanice mogu promovirati veliko poboljšanje materijala termičkog interfejsa, što se manifestira u sljedećim aspektima:
1. Najniža moguća toplotna otpornost – potrebna je veća toplotna provodljivost i bolja kvašenje interfejsa;
2. Pouzdanost bazne stanice se koriste u složenim vanjskim okruženjima, širom svijeta, sa temperaturnim rasponom od -40C~55C, teško se održavaju nakon kvara-odlična termička stabilnost, protiv opadanja i pucanja
3. Upotrebljivost-5G bazne stanice koriste veliku količinu toplote, a postoje zahtjevi za automatizacijom montaže materijala i naprezanje koje se stvara u procesu montaže.
Efikasnost prirodnog odvođenja toplote je ograničena. Sa približavanjem zidu napajanja, proučavaju se i vazdušno i tečno hlađenje baznih stanica. Kada je temperatura dobro kontrolirana, to ne samo da će utjecati na pouzdanost proizvoda, već će i smanjiti potrošnju energije uređaja.
Statička potrošnja energije uzrokovana strujom curenja brzo će rasti s porastom temperature, a s evolucijom procesa proizvodnje čipa, veličina tranzistora postaje sve manja i manja, a struja curenja će postajati sve veća i veća.
To znači da će uticaj temperature na potrošnju energije čipa postajati sve značajniji. Ako temperatura nije pravilno kontrolirana, potrošnja energije proizvoda će se povećati, što će se dodatno zagrijati i uzrokovati pogoršanje termalnog ciklusa proizvoda'.
Poslednjih godina, troškovi električne energije su činili oko 20% operatera' troškovi održavanja mreže. Nema sumnje da će problemi sa strujom postati veliki pritisak na operatere da investiraju u 5G mreže.
Vlada, operateri, dobavljači opreme i kompanije za elektroenergetsku mrežu moraju zajedno raditi na smanjenju potrošnje energije i troškova električne energije 5G baznih stanica.
