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)電裝機容量達到了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容量達12.1億千瓦，同比增長3.7%；燃煤發(fā)電裝機容量為10.5億千瓦，同比增長3.0%；光伏發(fā)電裝機容量為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，對水、土壤和大氣造成污染，形成溫室效應和酸雨，嚴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業(yè)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃料，減少對環(huán)境的影響。

光伏產業(yè)作為一種利用太陽能發(fā)電的新興產業(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周期短等特點，因而受到世界各國的重視。我國已經成為全球最大的光伏發(fā)電組件和配件生產國，光伏發(fā)電各環(huán)節(jié)的產業(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)電急需精細化以實現降本增效；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人員巡檢管理，成本高，并且存在漏檢現象等。而物聯(lián)網技術能夠幫助光伏產業(yè)進一步提升效率。

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”），一家領先的物聯(lián)網通信設備及解決方案服務提供商，巧妙地將物聯(lián)網技術與光伏產業(yè)相結合，推出了基于LoRa?的光伏跟蹤支架自動控制系統(tǒng)。其架構圖如圖1所示，整個系統(tǒng)架構由工控機、風速傳感器、LoRa終端、角度傳感器、電機驅動器、電機等部分組成。

圖1：光伏跟蹤支架自動控制系統(tǒng)架構圖

光伏跟蹤支架自動控制系統(tǒng)是一套負反饋控制系統(tǒng)，由四信工控機采集角度傳感器信息，根據當前角度與目標角度的差異，下發(fā)控制指令驅動電機帶動推拉桿運動使太陽能板旋轉，直至采集回來的當前角度與目標角度吻合，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，進而提高電廠發(fā)電量。實際應用場景如圖2所示。

圖2：系統(tǒng)實際應用場景

“光伏發(fā)電產業(yè)對物聯(lián)網有著極強的需求，其他物聯(lián)網技術在光伏上也有很大應用，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、組網靈活和經濟性高等特點，非常適合光伏產業(yè)的物聯(lián)網需求。”廈門四信產品經理葉順林表示。

作為該系統(tǒng)的關鍵部分，基于LoRa的終端負責業(yè)務數據的無線傳輸。正是因為Semtech的LoRa技術具有傳輸距離遠、功耗低、抗干擾性強等特點，使其非常適用于惡劣的安裝環(huán)境，此外，可以通過遠程升級（OTA）工具對系統(tǒng)進行升級，無需人工現場操作，提高了系統(tǒng)智能化和自動化管理。

葉順林補充道：“由于光伏應用現場部分環(huán)境非常惡劣，對產品的抗靜電要求、高低溫要求、天線要求十分嚴格，廈門四信基于LoRa的產品經過現場驗證測試，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，比如批量遠程OTA升級和遠程無線配置節(jié)點參數?！?/p>

盡管安裝跟蹤支架自動控制系統(tǒng)會產生額外成本，但可以被其增加的發(fā)電收益抵消，并且?guī)砀玫慕洕找?。經計算，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

·工作在無需授權的ISM 470MHz頻段，無需向運營商支付流量費用

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

·采用LoRa專利調制解調技術，靈敏度可達-140dBm，比其他無線技術具有更強的抗干擾能力

·相比2.4G ZigBee技術，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的產品增加ESD靜電防護電路，能夠經受8KV以上接觸靜電，滿足國標VI標準，尤其適用于北方干燥惡劣的野外環(huán)境

作為一家領先的物聯(lián)網技術公司，廈門四信推出了多款基于LoRa的產品，其中F8L10ST低功耗傳感器終端是一款基于LoRa擴頻技術的無線數據傳輸防水終端，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，現已廣泛應用于物聯(lián)網產業(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、智慧農業(yè)灌溉、土壤墑情、園林綠化、智慧林業(yè)、養(yǎng)殖和室內外環(huán)境監(jiān)測等領域。

廈門四信總經理陳淑武說：“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)網技術推廣應用到更多的行業(yè)中，從而讓物聯(lián)網為每個人創(chuàng)造更高的價值?！?/p>

Semtech中國區(qū)銷售副總裁黃旭東說：“Semtech一向倡導綠色、節(jié)能、環(huán)保，我們很高興看到廈門四信將LoRa應用到光伏產業(yè)，在為產業(yè)帶來更高經濟效益的同時，利用清潔能源來保護我們共同的居住環(huán)境。LoRa作為一種應用成熟且擁有龐大生態(tài)系統(tǒng)的物聯(lián)網技術，憑借其自組、安全、可控的特點，已在諸多行業(yè)實現智能化和自動化管理，并將進一步推動中國的工業(yè)物聯(lián)網技術發(fā)展?！?/p>