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 neizravni pritisak na onečišćenje okoliša.
Iz perspektive toplinskog dizajna, bazna stanica stvara više topline, a poteškoće u kontroli temperature naglo rastu.
Inženjeri koji su radili u komunikacijskoj industriji znaju da se komunikacijske bazne stanice obično postavljaju na željezne okvire na krovovima zgrada i visokim mjestima u polju. Veličina i težina vrlo su važni za praktičnost ugradnje opreme."Slučajno" je da su potrošnja energije, volumen i težina osnovni granični uvjeti dizajna u toplinskom dizajnu.
Od prošlih dizajnerskih navika, bazna stanica je tipičan zatvoreni uređaj za prirodno rasipanje topline (vanjske primjene zahtijevaju strogu vodootpornost i prašinu). Nakon što se toplina emitira iz komponenti, postoje samo dva mjesta:
1. Apsorbirana od strane unutarnjih uređaja - toplina se pretvara u unutarnju energiju, uzrokujući porast temperature uređaja;
2. Zbog temperaturne razlike, toplina se prenosi s visokotemperaturnog objekta na objekt s niskom temperaturom - kada se temperatura stabilizira, brzina prijenosa topline=brzina stvaranja topline
Kako bi se smanjio volumen i težina proizvoda, potražnja za toplinskim dizajnom takvih proizvoda evoluirala je kako bi se povećala učinkovitost prijenosa topline i smanjio otpor prijenosa topline u istom prostoru. Otpor prijenosa topline ovdje se dijeli na unutarnji toplinski otpor i vanjski toplinski otpor.
Smanjenje unutarnjeg toplinskog otpora zahtijeva razuman raspored čipa, tako da sam izvor topline bude bliže ljusci za rasipanje topline. Ovo je zajednički rad hardverskih inženjera i inženjera toplinskog dizajna.
S materijalne točke gledišta, između čipa i kućišta potrebno je primijeniti toplinski materijal sučelja. 5G bazne stanice mogu promovirati veliko poboljšanje materijala toplinskog sučelja, što se očituje u sljedećim aspektima:
1. Najniža moguća toplinska otpornost - potrebna je veća toplinska vodljivost i bolja kvasljivost sučelja;
2. Pouzdanost bazne stanice se koriste u složenim vanjskim okruženjima, diljem svijeta, s temperaturnim rasponom od -40C~55C, teško se održavaju nakon kvara - izvrsna toplinska stabilnost, protiv opadanja i pucanja
3. Upotrebljivost-5G bazne stanice koriste veliku količinu rasipanje topline, a postoje zahtjevi za automatizacijom montaže materijala i naprezanje koje se stvara u procesu montaže.
Učinkovitost prirodnog odvođenja topline je ograničena. S približavanjem zidu električne energije proučava se i zračno i tekućinsko 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 razvojem procesa proizvodnje čipa, veličina tranzistora postaje sve manja i manja, a struja curenja će postajati sve veća i veća.
To znači da će utjecaj 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 toplinskog ciklusa proizvoda'.
Posljednjih godina, troškovi električne energije činili su oko 20% operatera' troškovi održavanja mreže. Nema sumnje da će problemi s napajanjem postati veliki pritisak na operatere da ulažu u 5G mreže.
Vlada, operateri, dobavljači opreme i elektroenergetske tvrtke moraju surađivati kako bi smanjili potrošnju energije i troškove električne energije baznih stanica 5G.
