Von der industriellen Automatisierung bis hin zu Überwachungssystemen sind viele Unternehmen auf Ringnetzwerke angewiesen, insbesondere auf Ethernet Ring Protection Switching (ERPS)-Protokolle, um hohe Verfügbarkeit und schnelle Wiederherstellung im Falle eines Verbindungsausfalls zu gewährleisten. Das Streben nach widerstandsfähigeren Netzwerken stellt jedoch eine besondere Herausforderung dar: Wie können wir die Abhängigkeit von herkömmlichen Stromnetzen reduzieren und gleichzeitig eine stabile Stromversorgung in ERPS-Netzwerken gewährleisten?
An abgelegenen Standorten wie Industrieanlagen, Energienetzen und Verkehrsnetzen, wo der Zugang zu herkömmlichen Stromquellen eingeschränkt oder deren Installation und Wartung teuer ist, können Stromausfälle, Spannungsabfälle oder sogar die schwierige Stromversorgung isolierter Gebiete die Integrität Ihres ERPS-Netzwerks gefährden. Um dieses Problem zu lösen, benötigen Sie eine netzunabhängige Stromquelle, die nicht nur nachhaltig, sondern auch zuverlässig ist und jahrzehntelang mit minimalem Wartungsaufwand Energie produziert – Solarenergie.
Vorteile der Nutzung von Solarenergie in ERPS-Netzwerken
Die Integration von Solarenergie in ERPS-Netzwerke bietet mehrere Vorteile:
1. Geringere Netzabhängigkeit
Durch die Versorgung Ihrer Netzwerkknoten im Außenbereich mit Solarenergie sind Sie unabhängig von lokalen Stromnetzen. Dies ist besonders wichtig für ERPS-Netzwerke, die hohe Verfügbarkeit erfordern und eine kontinuierliche Stromversorgung benötigen, um ihre Failover-Fähigkeiten bei Netzwerkausfällen aufrechtzuerhalten.
2. Unterbrechungsfreier Netzwerkbetrieb
Sachgemäß konzipierte Solarstromsysteme mit Batterie-Backup gewährleisten eine unterbrechungsfreie Stromversorgung auch bei längeren Stromausfällen oder in Gebieten mit instabiler Stromversorgung. Dies unterstützt die hohen Verfügbarkeitsanforderungen von ERPS-Netzwerken, die eine konstante Verfügbarkeit erfordern, und verhindert Datenverluste und Serviceunterbrechungen.
3. Skalierbarkeit und Flexibilität
In herkömmlichen Systemen kann der Ausbau des Netzwerks die Verlängerung von Stromleitungen oder den Aufbau neuer elektrischer Infrastruktur erfordern, was insbesondere an abgelegenen Standorten kostspielig und zeitaufwändig sein kann. Mit Solarenergie ist die Installation neuer Geräte oder Netzwerk-Switches in schwer zugänglichen Bereichen deutlich einfacher. Erweitern Sie bei steigendem Strombedarf einfach die Solarmodule oder die Batteriekapazität.
Was Sie für den Einstieg benötigen:
Für den Aufbau eines solarbetriebenen ERPS-Netzwerks benötigen Sie folgende Komponenten:
1. 8-Port L2+ Managed Outdoor PoE Switch mit 36–60 V Solareingang
Mit einem Solareingangsbereich von 36–60 V lässt sich dieser 8-Port L2+ Managed Outdoor PoE Switch problemlos in Solarmodule integrieren und gewährleistet so einen unterbrechungsfreien Betrieb in abgelegenen Gebieten. Die integrierte ERPS-Funktion ermöglicht eine schnelle Wiederherstellung (unter 20 Millisekunden) und hohe Fehlertoleranz. Darüber hinaus bietet er erweiterte Layer-2-Funktionen wie QoS, VLAN, Link Aggregation und Port Mirroring für eine verbesserte Netzwerkkontrolle. Ausgestattet mit zwei Gigabit-SFP-Ports ermöglicht dieser Switch eine schnelle Datenübertragung zwischen den Switches, was für Ringnetzwerke unerlässlich ist.
2. Solarstromsysteme
- Solarmodule: Diese Module sind der Schlüssel zur Nutzung von Solarenergie und wandeln Sonnenlicht in Gleichstrom um.
- Solarladeregler: Dieser regelt Spannung und Stromstärke der Solarmodule, um eine Überladung der Batterien zu verhindern.
- Batterien: Speichern Sie tagsüber erzeugte überschüssige Energie, um das Netzwerk nachts oder bei Bewölkung mit Strom zu versorgen.
3. BiDi-SFP-Module
Bidirektionale (BiDi) SFP-Module können Daten über einen einzigen Glasfaserstrang senden und empfangen, wodurch die Anzahl der benötigten Fasern reduziert wird. Mit Datenraten von bis zu 1,25 Gbit/s und Unterstützung für Entfernungen von 10 bis 20 km eignen sich BiDi-SFP-Module ideal für Anwendungen in Rechenzentren, Unternehmensnetzwerken und der Telekommunikation. Ihr kompaktes, Hot-Swap-fähiges Design ermöglicht die einfache Integration in verschiedene Netzwerkgeräte, einschließlich Switches und Router.
4. Glasfaserkabel
Glasfaserkabel nutzen Licht zur Datenübertragung und können problemlos Geschwindigkeiten von 10 Gbit/s oder mehr bewältigen. Die durch Glasfaser geschaffenen Hochgeschwindigkeitsdatenpfade ermöglichen eine nahtlose Umleitung bei Netzwerkstörungen. Im Gegensatz zu Kupferkabeln gewährleisten Glasfaserkabel die Signalintegrität über große Entfernungen (bis zu 20 km oder mehr) und eignen sich daher ideal für Großinstallationen.
Schritt-für-Schritt-Anleitung
Folgen Sie nun den folgenden Anweisungen, um ein solarbetriebenes ERPS-Netzwerk einzurichten:
Schritt 1: Strombedarf ermitteln
Berechnen Sie die Gesamtleistung Ihrer PoE-Switches und aller weiteren Geräte, die über PoE mit Strom versorgt werden. So bestimmen Sie die passende Größe Ihrer Solaranlage und Ihres Batteriespeichers. Wenn Ihr Netzwerk beispielsweise kontinuierlich 200 W verbraucht, könnte eine 1000-W-Solaranlage mit einer Batteriespeicherkapazität von 3–5 kWh für eine konstante Stromversorgung geeignet sein.
Schritt 2: Solarstromanlage planen
Wählen Sie basierend auf Ihrem Strombedarf die Anzahl der Solarmodule, die ausreichend Energie erzeugen können. Wählen Sie dann einen Solarladeregler aus, der zur Gesamtwattzahl Ihrer Solarmodule und Batterien passt. Bestimmen Sie die Größe des Batteriespeichers anhand Ihres geschätzten Verbrauchs während Zeiten mit wenig Sonnenlicht.
Schritt 3: Solarstromanlage einrichten
Montieren Sie die Solarmodule an einem Ort mit maximaler Sonneneinstrahlung, idealerweise in einer Neigung, die den Solarertrag optimiert. Verbinden Sie anschließend die Plus- und Minuskabel der Solarmodule mit den Eingangsklemmen des Ladereglers. Schließen Sie anschließend die Batterie an die Ausgangsklemmen des Ladereglers an (achten Sie auf die richtige Polarität). Diese Batterie speichert die von den Modulen erzeugte Energie und liefert sie nachts oder bei Bewölkung an den Switch.
Schritt 4: Outdoor-PoE-Switches anschließen
- Outdoor-PoE-Switches installieren: Montieren Sie die 8-Port-L2+-verwalteten Outdoor-PoE-Switches in geeigneter Höhe, um Überhitzung zu vermeiden. Leiten Sie anschließend Strom vom Ausgang der Batterie oder des Ladereglers zum Stromeingang des Switches. Stellen Sie sicher, dass die Spannung im Eingangsbereich des Switches von 36–60 V liegt.
- SFP-Module einsetzen: Jeder Outdoor-PoE-Switch verfügt über zwei Gigabit-SFP-Ports. Setzen Sie die BiDi-SFP-Module in die dafür vorgesehenen Ports jedes Switches ein. Stellen Sie sicher, dass sie einrasten.
- Glasfaserkabel anschließen: Für die Implementierung von ERPS müssen die Switches einen physischen Ring bilden. Verlegen Sie die Glasfaserkabel von einem Switch zum anderen, entweder in Leerrohren oder unterirdisch. Verbinden Sie anschließend die Enden der Glasfaserkabel mit den entsprechenden SFP-Ports in jedem Switch und verbinden Sie die Switches zu einem vollständigen Ring (Switch A → Switch B → Switch C → Switch D → Switch A).
Schritt 5: ERPS für Redundanz konfigurieren
ERPS ist ein Protokoll, das Redundanz und schnelles Failover in Ringtopologien bietet. Die meisten Industrie- oder Outdoor-Switches verfügen über einen dedizierten ERPS-Umschalter. Nach der Aktivierung können Sie ohne Softwarekonfiguration einen logischen Ring in Ihrem Netzwerk bilden.
Alternativ können Sie ERPS über die Web-GUI oder CLI konfigurieren. Öffnen Sie die ERPS-Einstellungen in der Verwaltungsoberfläche und aktivieren Sie das Protokoll. Legen Sie anschließend primäre und sekundäre Links fest. ERPS erfordert, dass ein Link als „blockiert“ gekennzeichnet wird, um Schleifen zu vermeiden, während die anderen Links aktiv bleiben. Das Protokoll leitet den Datenverkehr automatisch auf die Backup-Verbindung um, wenn die primäre Verbindung ausfällt. Die Erkennungs- und Failover-Zeit sollte auf weniger als 50 ms eingestellt werden, um im Fehlerfall schnelle Wiederherstellungszeiten zu gewährleisten.
Schritt 6: Failover-Test durchführen
Simulieren Sie nach Abschluss der Konfiguration einen Ausfall einer der Glasfaserverbindungen, um zu prüfen, ob ERPS den Datenverkehr ordnungsgemäß umleitet. Das Netzwerk sollte mit möglichst geringen Ausfallzeiten betriebsbereit bleiben. Überwachen Sie außerdem kontinuierlich die Stromversorgung, um sicherzustellen, dass die Switches ausreichend mit Energie versorgt werden.
Schritt 7: Anschließen der stromversorgten Geräte
Schließlich können Sie Netzwerkgeräte wie IP-Kameras, WLAN-Zugangspunkte oder VoIP-Telefone über Standard-Ethernet-Kabel an jeden PoE-Switch im Außenbereich anschließen. Nach erfolgreicher Installation können die PDs gleichzeitig mit Strom und Daten versorgt werden. Dadurch werden externe Netzteile überflüssig und die Netzwerkzuverlässigkeit erhöht.
Was passiert, wenn die Switches keinen direkten Solarstromanschluss unterstützen?
Die meisten Netzwerk-Switches, einschließlich Outdoor-PoE-Switches, sind nicht direkt mit Solarstrom kompatibel. Sie benötigen in der Regel eine geregelte Stromversorgung, meist 48 V Gleichstrom, die Solarmodule allein nicht liefern können. Wenn Sie Solarstrom nutzen, der typischerweise 12 V oder 24 V liefert, können Sie einen 48-V-Spannungsverstärker verwenden, um die niedrigere Spannung Ihrer Solaranlage auf die benötigten 48 V umzuwandeln.
Um den 48-V-Spannungsverstärker zu installieren, verdrahten Sie den Ausgang Ihres Solarmoduls oder Ihrer Batterie (z. B. 12 V oder 24 V) mit seinen Eingangsanschlüssen. Verbinden Sie anschließend die Ausgangsanschlüsse mit dem Gleichstromeingang des Switches. Bitte beachten Sie, dass der Verstärker ausreichend Strom (Ampere) liefern muss, um den Bedarf Ihres PoE-Switches zu decken. Wenn der Switch 48 V bei 1 A benötigt, benötigen Sie einen Verstärker, der mindestens diese Strommenge liefern kann.
