Az 5G bázisállomások hűtési kihívásai
2025-re a kommunikációs ipar a világ elektromos áramának 20%-át fogja fogyasztani, a mobilkommunikációs hálózatokban pedig a bázisállomások nagy villamosenergia-fogyasztók, és az energiafogyasztás körülbelül 80%-a széles körben elosztott bázisállomásokból származik. A titkosítottabb bázisállomások magasabb energiafogyasztást jelentenek, ami jelentős költségkihívás az 5G hálózatok számára.
Az energiaszerkezetből az energiafogyasztás magasabb költségeket és nagyobb közvetett környezetszennyezést jelent.
A termikus tervezés szempontjából a bázisállomás több hőt termel, és a hőmérséklet szabályozásának nehézsége meredeken nő.
A kommunikációs iparban dolgozó mérnökök tudják, hogy a kommunikációs bázisállomásokat általában vaskeretekre szerelik fel az épületek tetejére és a terepen lévő magas helyekre. A berendezés mérete és súlya nagyon fontos a felszerelés kényelme szempontjából."Véletlenül" az, hogy az energiafogyasztás, a térfogat és a tömeg az alapvető tervezési peremfeltételek a termikus tervezésben.
A korábbi tervezési szokások alapján a bázisállomás egy tipikus zárt, természetes hőleadó berendezés (a kültéri alkalmazások szigorú víz- és porállóságot igényelnek). Miután az alkatrészek hőt bocsátanak ki, csak két hely marad:
1. A belső eszközök által elnyelt hő belső energiává alakul, ami a készülék hőmérsékletének emelkedését okozza;
2. A hőmérsékletkülönbség miatt a hő a magas hőmérsékletű objektumról az alacsony hőmérsékletű tárgyra kerül át – amikor a hőmérséklet stabilizálódik, a hőátadási sebesség=a hőtermelés sebessége
A termékek térfogatának és súlyának csökkentése érdekében az ilyen termékek termikus tervezése iránti igény úgy fejlődött, hogy maximalizálják a hőátadási hatékonyságot és csökkentsék a hőátadási ellenállást ugyanabban a térben. A hőátadási ellenállás itt belső hőellenállásra és külső hőellenállásra oszlik.
A belső hőellenállás csökkentése ésszerű forgácselrendezést igényel, hogy maga a hőforrás közelebb kerüljön a hőleadó héjhoz. Ez hardvermérnökök és hőtervező mérnökök közös munkája.
Anyag szempontjából termikus interfész anyagot kell alkalmazni a chip és a ház között. Az 5G bázisállomások nagymértékben javíthatják a termikus interfész anyagát, ami a következő szempontokban nyilvánul meg:
1. A lehető legalacsonyabb hőellenállás – nagyobb hővezetőképesség és jobb felületi nedvesíthetőség szükséges;
2. A megbízhatósági bázisállomásokat összetett kültéri környezetben, a világ minden táján használják, -40-55 °C hőmérséklet-tartományban, meghibásodás után nehezen karbantartható - kiváló hőstabilitás, megereszkedés és repedésgátló
3. A használhatóság-5G bázisállomások nagy mennyiségű hőleadást használnak, és követelmények vonatkoznak az anyag-összeállítás automatizálására és az összeszerelési folyamat során keletkező feszültségre.
A természetes hőleadás hatékonysága korlátozott. Az erőfal közeledtével a bázisállomások léghűtését és folyadékhűtését is vizsgálják. Ha a hőmérsékletet jól szabályozzák, az nemcsak a termék megbízhatóságát befolyásolja, hanem csökkenti a készülék energiafogyasztását is.
A szivárgó áram okozta statikus energiafogyasztás a hőmérséklet emelkedésével gyorsan emelkedik, a chipgyártási folyamat fejlődésével pedig a tranzisztor mérete egyre kisebb lesz, a szivárgó áram pedig egyre nagyobb lesz.
Ez azt jelenti, hogy a hőmérséklet hatása a chip energiafogyasztására egyre jelentősebb lesz. Ha a hőmérséklet nincs megfelelően szabályozva, a termék energiafogyasztása megnő, ami tovább melegszik, és a'termék hőciklusának romlását okozza.
Az elmúlt években a villamosenergia-költségek az üzemeltetők mintegy 20%-át tették ki' hálózat karbantartási költségek. Kétségtelen, hogy az áramellátási problémák hatalmas nyomást fognak gyakorolni az üzemeltetőkre az 5G hálózatokba való befektetésre.
A kormánynak, az üzemeltetőknek, a berendezések szállítóinak és az elektromos hálózattal foglalkozó vállalatoknak együtt kell működniük az 5G bázisállomások energiafogyasztásának és áramköltségeinek csökkentése érdekében.
