Solenergi för urbant AI
-- En ingenjörs analys av energibehovet
Solenergi för urbant AI: En ingenjörs analys av energibehovet
AI i städerna förbrukar energi på två mycket olika sätt, och kombinationen av fotovoltaik och energilagring passar mycket bättre det ena tillvägagångssättet än det andra. Datacenter och AI-system är stora, kontinuerliga och alltid aktiva energiförbrukare. Urbana system (trafikkameror, sensorer, smarta lamper, små energieceller) består av tusentals mindre, intermittenta energiförbrukare som tolererar fördröjningar i energiförsörjningen. Samma teknologier kan användas för båda typerna av system, men arkitekturen och de angivna energibehovsuppgifterna skiljer sig. Denna sida förskiljer dessa två typer av energibehov och beskriver sedan den metod vi använder för att beräkna energibehovet för de urbana systemen – det är just den metod vi använder för att utforma hårdvara för dessa system.
Energibehovet – med konkreta siffror
Enligt IEAs rapport “Electricity 2024” förbrukade datacenter, AI-system och kryptovalutamining cirka 460 TWh energi år 2022, vilket motsvarar cirka 2 procent av den globala energiförbrukningen. Rapporten förutspår att detta sammanlagt energibehov kan öka till över 1 000 TWh år 2026 – en nivå som jämförbar med Japans årliga energiförbrukning. Vi hänvisar till denna rapport istället för opålitliga tillväxtsprocent, eftersom källorna till dessa uppgifter avgör hur tillförlitliga de siffrorna är.
Klasse 1: Datacenter – hvor solceller og lagring hjälper, og hvor de inte gör det
För ett datacenter har kombinationen av solceller och lagring tre viktiga funktioner:
- Minskning av toppbelastning : Batterier laddas ut under perioder med hög energibehov för att minska de kostnadsbelastande toppbelastningarna.
- Fyllning av lager under nedgångstider : Solceller laddas under middagen, när produktionen är riklig och billig.
- Pålitlig strömförsörjning under störningar i elnätet : Detta säkerställer att viktiga system fortfarande fungerar även under störningar i elnätet.
Solceller och lagring ersätter dock inte den kontinuerliga strömförsörjningen som krävs av datacenter. För att täcka en kontinuerlig belastning på 1 MW med solceller och fyra timmars lagring krävs en stor solcellsanläggning samt lagring med stor kapacitet. I praktiken är elnätet eller ett avtal om fast strömförsörjning fortfarande den huvudsakliga källan till strömmen. Om en projektförslag lyder “Solceller drar strömmen till datacentret”, be om en matematisk beräkning av kapacitetsfaktorn innan du går vidare med projekten.
Klasse 2: Urbana områden – där självständiga solcellsanläggningar är det naturliga lösningen
I urbana områden är självständiga solcellsanläggningar ofta det mest praktiska och ekonomiskt fördelaktiga lösningen för strömförsörjning av datacenter.
Den edge-belastningen (den belastning som sker i de lokala systemen) är det viktiga kriteriet vi använder för vårt utrustning. En trafikkamera förbrukar några watt, en smart gatulampe förbrukar 10–60 watt under natten, og en sensornod förbrukar mindre än en watt. Dessa belastningar är små, och de befinner sig ofta på platser där det är dyrt att gräva kanaler eller där det tar månader att få tillstånd för anslutning till elnätet. Därför räcker en batteribaserad DC-strömning för dem. En självständig solcellsanläggning med lagring är inte en kompromiss – det är det rätta lösningen.
Metoden vi använder för att bestämma storleken på solcellsanläggningarna är därför:
- Lös först belastningen. Total effekt från panelerna × naturliga driftstider, plus en tilläggssumma på 10–20% för kontroll- och kommunikationskostnader – eftersom angivna värden på panelerna ofta underskattar dessa kostnader.
- Välj storleken på paneler baserat på den värsta månaden, inte på årlig genomsnitt. Använd den månad med minst soltimme på platsen, och beräkna systemets effekt med en nedskattning på 0,75–0,85 för faktorer som smuts, temperatur, ledning och kontrollsystem. Paneler som anpassas efter årligt genomsnitt i soltimme fungerar ofta dåligt i december.
- Välj storleken på batteriet baserat på önskad autonomi. För edge-load-system (system som arbetar utan anslutning till elnät) är en driftstid på tre till fem dagar typisk. I vinterperioder på höga breddgrader eller i monsunklimat krävs större batterier. Batteriekapacitet = antal autonomidagar × effekt per natt (i Wh) ÷ användbar nedladdningsgrad (0,8–0,9 för LiFePO4-batterier).
- Passa kontrollsystemet till panelerna. Moderne paneler med hög effekt (Wp) på 12/24 V-system kräver MPPT-teknik (maximal effektspårning); regler för spänningsförhållanden finns i vår guide MPPT vs PWM. Vår kontrollsystemstorleksberäknare hjälper dig att genomföra hela beräkningsprocessen.
Distribuerad energiproduktion på urbana byggnader
Solceller på tak och væggar i kontorsbyggnader og köpcentra förnyar först de energibehov som uppstår inom byggnaden själv. Det påstående om den energiutbytte som kan uppnås stöds av forskningsresultat, när de relevanta antagandena tas med i beräkningerna. En medelstor kommersiell byggnad som använder hela sitt tak för solceller (till exempel 1 000 m² användbart ytelopp med en effektivitet på cirka 150 W/m²) kan generera cirka 150 kWp energi. Med en effektiv energiutbytte på 1 200–1 500 kWh per kWp per år (beroende på plats) producerar byggnaden årligen mellan 180 000 och 225 000 kWh. De verkliga fördelarna ligger inte bara i energibesparingen, utan också i den strukturella fördelar: Solcellerna ligger nära de energibehov som finns inom byggnaden, vilket minskar överföringsförluster och gör det möjligt för byggnaden att justera sitt eget energiförbrukande i takt med solcellernas produktion.
Centraliserade solkraftverk och elnät
Kraftverk i storskalig produktion belägna på periferin av staden förnyar direkt stadselnet, med hjälp av lagringsanläggningar som flyttar solenergi till tidpunkterna då efterfrågan från AI-system är högst. Koordinationspunkten för dessa processer är elnätoperatören, inte byggeägaren, och tekniska frågor (som sammankopplingar mellan system, hastighetsregleringar eller möjligheter till energibesparingar) ingår i samtalet mellan elnätoperatören och byggeägaren. Vi påpekar detta eftersom projektdokument ofta blandar dessa två aspekter och beskriver dem som en enda funktion – “solenergi för AI-system”. Men det handlar i själva verket om två olika typer av projekt.
Vad denna sida inte täcker
Denna sida behandlar koncepten och arkitekturerna bakom solcellsanläggningar kombinerade med lagringsanläggningar för användning av solenergi vid AI-system i urbana miljöer. Den täcker inte designen av datacenter, studier om sammankopplingar mellan elnätverk eller optimering av tariffer; dessa är projektsspecifika aspekter som kräver särskilda expertisområden. För installationer av gatulampor med solceller använder vi vår all-in-one-solcellsgatulamp som hårdvara. Och ekonomiska aspekter relaterade till energibesparingar beror på tarifferna, inte på teknologin – modellera därför först din tariffstruktur innan du modellerar lagringsanläggningarna.