如何利用物联网帮助光伏产业提升效率

　　人类社会的发展离不开对电力的需求，我国是全球最大的电力消费国。据中国电力企业联合会统计：截至 2020 年 6 月底，全国发电装机容量达到了 20.5 亿千瓦，同比增长 5.5%；其中采用一次性能源的火电装机容量达 12.1 亿千瓦，同比增长 3.7%；燃煤发电装机容量为 10.5 亿千瓦，同比增长 3.0%；光伏发电装机容量为 2.2 亿千瓦，同比增长 16.4%。
　　目前，发电用煤约占全国煤炭总产量的 25%。煤炭作为一种不可再生资源，其存储量在日益减少，并且在使用过程中会排出大量有毒有害物质，对水、土壤和大气造成污染，形成温室效应和酸雨，严重危害人类赖以生存的环境。因此，国际上急需一种新能源产业来代替传统的燃料，减少对环境的影响。
　　光伏产业作为一种利用太阳能发电的新兴产业，与传统发电方式相比，具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和建设周期短等特点，因而受到世界各国的重视。我国已经成为全球最大的光伏发电组件和配件生产国，光伏发电各环节的产业规模保持快速增长的势头。
　　尽管光伏发电有着诸多优势，但在具体的应用场景中，仍存在一些亟待解决的问题，例如光伏发电急需精细化以实现降本增效；传统光伏支架由于安装角度固定，无法跟踪光照，不能最大化利用太阳能；传统光伏板需要依靠维护人员巡检管理，成本高，并且存在漏检现象等。而物联网技术能够帮助光伏产业进一步提升效率。
　　为有效解决上述问题，厦门四信通信科技有限公司（以下简称“厦门四信”），一家领先的物联网通信设备及解决方案服务提供商，巧妙地将物联网技术与光伏产业相结合，推出了基于 LoRa®的光伏跟踪支架自动控制系统。其架构图如图 1 所示，整个系统架构由工控机、风速传感器、LoRa终端、角度传感器、电机驱动器、电机等部分组成。
　

　　图 1：光伏跟踪支架自动控制系统架构图
　　光伏跟踪支架自动控制系统是一套负反馈控制系统，由四信工控机采集角度传感器信息，根据当前角度与目标角度的差异，下发控制指令驱动电机带动推拉杆运动使太阳能板旋转，直至采集回来的当前角度与目标角度吻合，从而增加太阳能板的受光面积，最大限度捕获入射的太阳能，进而提高电厂发电量。实际应用场景如图 2 所示。
　　“光伏发电产业对物联网有着极强的需求，其他物联网技术在光伏上也有很大应用，针对光伏覆盖范围大的特点，我更倾向推荐LoRa。因为 LoRa 具有成熟稳定、覆盖面广、抗干扰性强、组网灵活和经济性高等特点，非常适合光伏产业的物联网需求。”厦门四信产品经理叶顺林表示。
　　作为该系统的关键部分，基于 LoRa 的终端负责业务数据的无线传输。正是因为 Semtech 的 LoRa 技术具有传输距离远、功耗低、抗干扰性强等特点，使其非常适用于恶劣的安装环境，此外，可以通过远程升级（OTA）工具对系统进行升级，无需人工现场操作，提高了系统智能化和自动化管理。
　　叶顺林补充道：“由于光伏应用现场部分环境非常恶劣，对产品的抗静电要求、高低温要求、天线要求十分严格，厦门四信基于 LoRa 的产品经过现场验证测试，可满足恶劣环境使用；同时我们在 LoRa 的基本特性上开展了多项创新，比如批量远程 OTA 升级和远程无线配置节点参数。”
　　尽管安装跟踪支架自动控制系统会产生额外成本，但可以被其增加的发电收益抵消，并且带来更好的经济收益。经计算，在阳光充足的地区，安装该系统仅需每瓦 5 美分的一次性成本，但是可以为光伏项目增加 10-20%的发电量，将项目的度电成本降低 12%。
　　基于 LoRa 的光伏跟踪支架自动控制系统具有多项优势，具体如下：
　　免布线，易部署，节省布线施工成本和时间
　　工作在无需授权的 ISM 470MHz 频段，无需向运营商支付流量费用
　　采用星形组网，协议架构简单，稳定可靠，适用于广播轮询采集控制的应用场景
　　采用 LoRa 专利调制解调技术，灵敏度可达 -140dBm，比其他无线技术具有更强的抗干扰能力
　　相比 2.4G ZigBee 技术，工作在 470MHz 频段的 LoRa 波长更长，衍射能力和穿透太阳能板遮挡的能力更佳
　　厦门四信基于 LoRa 的产品增加 ESD 静电防护电路，能够经受 8KV 以上接触静电，满足国标 VI 标准，尤其适用于北方干燥恶劣的野外环境
　　作为一家领先的物联网技术公司，厦门四信推出了多款基于 LoRa 的产品，其中 F8L10ST 低功耗传感器终端是一款基于 LoRa 扩频技术的无线数据传输防水终端，可接入各种符合接口的传感器，比如 RS485、RS232、ADC、IO 等接口传感器。F8L10ST 低功耗传感器终端采用高性能的工业级 LoRa 方案，具有丰富的接口、支持锂亚电池供电、太阳能供电、DC 供电等多种供电方式，现已广泛应用于物联网产业链中的 M2M 行业，如智慧楼宇、智慧城市、智慧消防、智慧电力、智慧农业灌溉、土壤墒情、园林绿化、智慧林业、养殖和室内外环境监测等领域。
　　厦门四信总经理陈淑武说：“我们将与 Semtech 及 LoRa 生态中的更多伙伴合作，共同将基于 LoRa 的物联网技术推广应用到更多的行业中，从而让物联网为每个人创造更高的价值。”
　　Semtech 中国区销售副总裁黄旭东说：“Semtech 一向倡导绿色、节能、环保，我们很高兴看到厦门四信将 LoRa 应用到光伏产业，在为产业带来更高经济效益的同时，利用清洁能源来保护我们共同的居住环境。LoRa 作为一种应用成熟且拥有庞大生态系统的物联网技术，凭借其自组、安全、可控的特点，已在诸多行业实现智能化和自动化管理，并将进一步推动中国的工业物联网技术发展。”