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。”
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