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。

 

图 2:系统实际应用场景

 

 “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。”