基于LoRa的光伏跟蹤支架自動控制系統(tǒng)可最大化利用太陽能，進(jìn)而提高電廠發(fā)電量

人類社會的發(fā)展離不開對電力的需求，我國是全球最大的電力消費國。據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會統(tǒng)計：截至2020年6月底，全國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到了20.5億千瓦，同比增長5.5%；其中采用一次性能源的火電裝機(jī)容量達(dá)12.1億千瓦，同比增長3.7%；燃煤發(fā)電裝機(jī)容量為10.5億千瓦，同比增長3.0%；光伏發(fā)電裝機(jī)容量為2.2億千瓦，同比增長16.4%。

目前，發(fā)電用煤約占全國煤炭總產(chǎn)量的25%。煤炭作為一種不可再生資源，其存儲量在日益減少，并且在使用過程中會排出大量有毒有害物質(zhì)，對水、土壤和大氣造成污染，形成溫室效應(yīng)和酸雨，嚴(yán)重危害人類賴以生存的環(huán)境。因此，國際上急需一種新能源產(chǎn)業(yè)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃料，減少對環(huán)境的影響。

光伏產(chǎn)業(yè)作為一種利用太陽能發(fā)電的新興產(chǎn)業(yè)，與傳統(tǒng)發(fā)電方式相比，具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和建設(shè)周期短等特點，因而受到世界各國的重視。我國已經(jīng)成為全球最大的光伏發(fā)電組件和配件生產(chǎn)國，光伏發(fā)電各環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模保持快速增長的勢頭。

盡管光伏發(fā)電有著諸多優(yōu)勢，但在具體的應(yīng)用場景中，仍存在一些亟待解決的問題，例如光伏發(fā)電急需精細(xì)化以實現(xiàn)降本增效；傳統(tǒng)光伏支架由于安裝角度固定，無法跟蹤光照，不能最大化利用太陽能；傳統(tǒng)光伏板需要依靠維護(hù)人員巡檢管理，成本高，并且存在漏檢現(xiàn)象等。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠幫助光伏產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步提升效率。

為有效解決上述問題，廈門四信通信科技有限公司（以下簡稱“廈門四信”），一家領(lǐng)先的物聯(lián)網(wǎng)通信設(shè)備及解決方案服務(wù)提供商，巧妙地將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與光伏產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，推出了基于LoRa?的光伏跟蹤支架自動控制系統(tǒng)。其架構(gòu)圖如圖1所示，整個系統(tǒng)架構(gòu)由工控機(jī)、風(fēng)速傳感器、LoRa終端、角度傳感器、電機(jī)驅(qū)動器、電機(jī)等部分組成。

圖1：光伏跟蹤支架自動控制系統(tǒng)架構(gòu)圖

光伏跟蹤支架自動控制系統(tǒng)是一套負(fù)反饋控制系統(tǒng)，由四信工控機(jī)采集角度傳感器信息，根據(jù)當(dāng)前角度與目標(biāo)角度的差異，下發(fā)控制指令驅(qū)動電機(jī)帶動推拉桿運動使太陽能板旋轉(zhuǎn)，直至采集回來的當(dāng)前角度與目標(biāo)角度吻合，從而增加太陽能板的受光面積，最大限度捕獲入射的太陽能，進(jìn)而提高電廠發(fā)電量。實際應(yīng)用場景如圖2所示。

圖2：系統(tǒng)實際應(yīng)用場景

“光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)對物聯(lián)網(wǎng)有著極強(qiáng)的需求，其他物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在光伏上也有很大應(yīng)用，針對光伏覆蓋范圍大的特點，我更傾向推薦LoRa。因為LoRa具有成熟穩(wěn)定、覆蓋面廣、抗干擾性強(qiáng)、組網(wǎng)靈活和經(jīng)濟(jì)性高等特點，非常適合光伏產(chǎn)業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)需求。”廈門四信產(chǎn)品經(jīng)理葉順林表示。

作為該系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，基于LoRa的終端負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的無線傳輸。正是因為Semtech的LoRa技術(shù)具有傳輸距離遠(yuǎn)、功耗低、抗干擾性強(qiáng)等特點，使其非常適用于惡劣的安裝環(huán)境，此外，可以通過遠(yuǎn)程升級（OTA）工具對系統(tǒng)進(jìn)行升級，無需人工現(xiàn)場操作，提高了系統(tǒng)智能化和自動化管理。

葉順林補(bǔ)充道：“由于光伏應(yīng)用現(xiàn)場部分環(huán)境非常惡劣，對產(chǎn)品的抗靜電要求、高低溫要求、天線要求十分嚴(yán)格，廈門四信基于LoRa的產(chǎn)品經(jīng)過現(xiàn)場驗證測試，可滿足惡劣環(huán)境使用；同時我們在LoRa的基本特性上開展了多項創(chuàng)新，比如批量遠(yuǎn)程OTA升級和遠(yuǎn)程無線配置節(jié)點參數(shù)?！?/p>

盡管安裝跟蹤支架自動控制系統(tǒng)會產(chǎn)生額外成本，但可以被其增加的發(fā)電收益抵消，并且?guī)砀玫慕?jīng)濟(jì)收益。經(jīng)計算，在陽光充足的地區(qū)，安裝該系統(tǒng)僅需每瓦5美分的一次性成本，但是可以為光伏項目增加10-20%的發(fā)電量，將項目的度電成本降低12%。

基于LoRa的光伏跟蹤支架自動控制系統(tǒng)具有多項優(yōu)勢，具體如下：

·免布線，易部署，節(jié)省布線施工成本和時間

·工作在無需授權(quán)的ISM 470MHz頻段，無需向運營商支付流量費用

·采用星形組網(wǎng)，協(xié)議架構(gòu)簡單，穩(wěn)定可靠，適用于廣播輪詢采集控制的應(yīng)用場景

·采用LoRa專利調(diào)制解調(diào)技術(shù)，靈敏度可達(dá)-140dBm，比其他無線技術(shù)具有更強(qiáng)的抗干擾能力

·相比2.4G ZigBee技術(shù)，工作在470MHz頻段的LoRa波長更長，衍射能力和穿透太陽能板遮擋的能力更佳

·廈門四信基于LoRa的產(chǎn)品增加ESD靜電防護(hù)電路，能夠經(jīng)受8KV以上接觸靜電，滿足國標(biāo)VI標(biāo)準(zhǔn)，尤其適用于北方干燥惡劣的野外環(huán)境

作為一家領(lǐng)先的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)公司，廈門四信推出了多款基于LoRa的產(chǎn)品，其中F8L10ST低功耗傳感器終端是一款基于LoRa擴(kuò)頻技術(shù)的無線數(shù)據(jù)傳輸防水終端，可接入各種符合接口的傳感器，比如RS485、RS232、ADC、IO等接口傳感器。F8L10ST低功耗傳感器終端采用高性能的工業(yè)級LoRa方案，具有豐富的接口、支持鋰亞電池供電、太陽能供電、DC供電等多種供電方式，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中的M2M行業(yè)，如智慧樓宇、智慧城市、智慧消防、智慧電力、智慧農(nóng)業(yè)灌溉、土壤墑情、園林綠化、智慧林業(yè)、養(yǎng)殖和室內(nèi)外環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。

廈門四信總經(jīng)理陳淑武說：“我們將與Semtech及LoRa生態(tài)中的更多伙伴合作，共同將基于LoRa的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推廣應(yīng)用到更多的行業(yè)中，從而讓物聯(lián)網(wǎng)為每個人創(chuàng)造更高的價值。”

Semtech中國區(qū)銷售副總裁黃旭東說：“Semtech一向倡導(dǎo)綠色、節(jié)能、環(huán)保，我們很高興看到廈門四信將LoRa應(yīng)用到光伏產(chǎn)業(yè)，在為產(chǎn)業(yè)帶來更高經(jīng)濟(jì)效益的同時，利用清潔能源來保護(hù)我們共同的居住環(huán)境。LoRa作為一種應(yīng)用成熟且擁有龐大生態(tài)系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，憑借其自組、安全、可控的特點，已在諸多行業(yè)實現(xiàn)智能化和自動化管理，并將進(jìn)一步推動中國的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展。”