Thế giới đang tiến tới một mạng lưới điện vô hình

Trên thế giới hiện nay, nhu cầu điện năng ngày càng tăng cao kéo theo nhu cầu phát triển của hạ tầng lưới điện. Theo các phương pháp truyền thống, việc này đòi hỏi nâng cấp đồng thời đường dây cáp mạng, các thiết bị điện hay các bộ chuyển đổi công suất khác nhau. Tuy nhiên, Power over Ethernet (PoE) hiện nay đã mang đến một cách tiếp cận đơn giản hơn, khi quá trình truyền điện năng và dữ liệu đều có thể thực hiện thông qua một sợi cáp Ethernet. Từ đó, hai hệ thống dây dẫn riêng biệt bây giờ có thể chuyển thành một đầu cáp duy nhất để truyền tải đồng thời nguồn điện và thông tin mạng. Trong cuộc cách mạng Internet of Things (IoT), người ta thường chú ý cảm biến, cảm biến hay trí tuệ nhân tạo hơn là công nghệ PoE do chúng nằm ở hạ tầng cấp nguồn. Tuy nhiên, PoE hiện nay đã trở thành một nền tảng quan trọng cho các hệ thống IoT trong tòa nhà, doanh nghiệp và môi trường công nghiệp nhờ khả năng đơn giản hóa quá trình cấp điện.

Nguyên lý hoạt động của PoE

Theo nguyên lý hoạt động, một hệ thống PoE tiêu chuẩn sẽ bao gồm hai thành phần chính là thiết bị cấp nguồn (hay Power Sourcing Equipment - PSE) và thiết bị nhận nguồn (hay Powered Device - PD). Trong đó, thiết bị cấp nguồn thường là switch mạng hỗ trợ PoE và các thiết bị nhận nguồn thường bao gồm camera IP, điện thoại VoIP, điểm truy cập WiFi hay các cảm biến thông minh. Trong đó, hệ thống PoE có thể phát hiện và phân loại để xác định liệu các thiết bị có tương thích hay không thông qua các tiêu chuẩn của chúng. Điều này có thể giảm thiểu rủi ro trong quá trình kết nối các thiết bị không hỗ trợ PoE và cho phép quản lý nguồn điện theo khả năng của từng cổng riêng biệt.

Không chỉ vậy, PoE truyền tải điện năng một chiều, với điện áp thấp, thông qua việc sử dụng cáp Ethernet. Tuy nhiên, hiện nay PoE không thể thay thế được toàn bộ hệ thống điện truyền thống. Các công nghệ này hiện chỉ đang được ứng dụng để cấp nguồn trực tiếp qua mạng hạ tầng nhằm hợp nhất các thiết bị điện tử công suất thấp và trung bình. Tiếp đó, việc kết hợp này cũng mang lại tính linh hoạt đáng kể cho các thiết bị khi tiến hành lắp đặt.

Quá trình phát triển của PoE từ quy mô nhỏ đến lớn

Hiện nay, nhu cầu kết nối của các thiết bị ngày càng đa dạng khiến cho PoE  có động lực phát triển không ngừng. Một số ứng dụng của PoE có thể nhắc đến như các thiết bị công suất nhỏ, bao gồm điện thoại IP, camera mạng. Tuy nhiên, các thiết bị sẽ cần nguồn điện mạnh có công suất lớn và ổn định hơn khi các hệ thống mạng không dây, giám sát thông minh phát triển mạnh mẽ. Chính vì vậy, phạm vi ứng dụng của PoE sẽ được mở rộng đáng kể khi chúng được gia tăng công suất. Điều này là do khi tăng công suất, PoE còn có thể hỗ trợ nhiều thiết bị khác như đèn LED, màn hình thông minh hay các hệ thống cảm biến khác thay vì chỉ phục vụ các thiết bị mạng có công suất nhỏ. Tuy nhiên, việc triển khai này cần được kiểm tra dựa trên khả năng tương thích giữa các thiết bị khác nhau.

Đồng lực phát triển hạ tầng cấp nguồn cho IoT

Hiện nay, động lực để phát triển một hạ tầng cấp nguồn cho IoT là vô cùng lớn, từ các tòa nhà thông minh, nhà máy công nghiệp cho đến các hệ thống giám sát, tất cả đều có nhu cầu rất lớn về vấn đề này. Đối với tòa nhà thông minh, việc thu thập dữ liệu và tương tác với người sử dụng đặt ra yêu cầu phải lắp đặt nhiều thiết bị ở các vị trí tối ưu khác nhau. 

Đặc điểm của một số thiết bị trong tòa nhà thông minh có thể kể đến như lắp camera tại các góc quan sát phù hợp, lắp cảm biến tại các khu vực có người qua lại, hoặc phân bố Wi‑Fi để đảm bảo mức độ phủ sóng. Từ thực tế này, chúng ta có thể nhận ra rằng mỗi thiết bị trên đều cần có ổ cắm riêng biệt, điều này sẽ rất tốn kém cho việc lắp đặt. Tuy nhiên, các thiết bị có thể nhận điện năng từ hạ tầng mạng thông qua PoE, từ đó quá trình thi công sẽ đơn giản hơn và hệ thống cũng sẽ được mở rộng và tái cấu trúc một cách dễ dàng hơn.

Đối với các nhà máy công nghiệp, vấn đề cần quan tâm chính là việc theo dõi nhiệt độ, độ ẩm, trạng thái máy móc và các hoạt động trong nhà máy. Đối với các yêu cầu về công suất hoặc các điều kiện môi trường khác nhau, PoE vẫn có thể hỗ trợ các thiết bị như camera công nghiệp, thiết bị đầu cuối hay các cảm biến mạng.

Vai trò của PoE trong các tòa nhà hiện đại

Bên cạnh việc tiết kiệm số lượng dây dẫn, giá trị lợi ích lớn nhất của PoE nằm ở khả năng hợp nhất hạ tầng mạng và cấp nguồn. Chính vì vậy, PoE còn giúp các thiết bị trong hệ thống tòa nhà tiết kiệm được năng lượng, từ đó tránh được việc cung cấp nguồn tới các thiết bị không cần thiết. Chính vì vậy, các kỹ sư cần đánh giá các yếu tố như chi phí lắp đặt ban đầu, tổn hao điện năng, khả năng bảo trì, bảo dưỡng khi đánh giá một dự án PoE.

Những giới hạn của PoE

Bên cạnh các ưu điểm được nhắc đến ở trên, PoE hiện nay cũng tồn tại một số hạn chế khi triển khai trong thực tế. Một số hạn chế thường đến từ giới hạn công suất và khả năng tương thích với các thiết bị. Đối với việc giới hạn công suất, một số tải công suất lớn như động cơ công nghiệp, máy điều hòa hay các thiết bị gia nhiệt công suất cao hiện nay đều chưa thể ứng dụng được công nghệ PoE. Điều này là do các kỹ sư cần phải cân nhắc và xử lý nhiều yếu tố khác nhau như tổn hao trên cáp, chất lượng đầu nối và tổng công suất có thể cung cấp. Đối với khả năng tương thích, hiện nay do phương pháp cấp nguồn độc quyền thường được triển khai theo các tiêu chuẩn khác nhau, từ đó dẫn đến rủi ro khi kết hợp các thiết bị từ nhiều nhà sản xuất khác nhau.