如何利用Wi-Fi Halow技術(shù)構(gòu)建智能、可持續(xù)的能源基礎(chǔ)設(shè)施

干凈、綠色、可再生、可持續(xù)。無論創(chuàng)新型能源公司如何標榜自己，這些公司都有一個最終目標，即減少對碳氫化合物來源的依賴，在創(chuàng)造、分配和消耗能源的過程中，減少所產(chǎn)生的有害排放和污染物。在每個階段，我們都有機會通過使用先進的通信系統(tǒng)來提高效率。Wi-Fi HaLow就是其中一種先進的通信系統(tǒng)。

Wi-Fi HaLow技術(shù)由W-Fi聯(lián)盟命名，由IEEE 802.11ah任務(wù)組將其進行標準化。與傳統(tǒng)Wi-Fi相比，Wi-Fi HaLow使用較低的頻率和較窄的頻帶信道，這樣的綜合效應是連接距離更遠，而總能耗更低。設(shè)備可以與最遠1公里外的接入點（AP）進行通信，具體取決于該國對無線通信系統(tǒng)的規(guī)定。對于一些跨越數(shù)平方公里的清潔能源系統(tǒng)，Wi-Fi HaLow可將8,000多臺設(shè)備連接到一個接入點。

雖然傳統(tǒng)Wi-Fi是目前使用的最普遍的無線通信協(xié)議，但物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，迫使人們重新思考Wi-Fi，揭示出技術(shù)上的差距，以及在一個無所不包的互聯(lián)和綠色世界中，Wi-Fi需要扮演什么角色。許多的物聯(lián)網(wǎng)和機對機（M2M）應用，對遠程連接和低功耗的更高要求，正以越來越快的速度，迎來Wi-Fi HaLow在現(xiàn)在以及未來的發(fā)展。

Wi-Fi HaLow的影響無處不在，從家居樓宇自動化系統(tǒng)，到清潔能源系統(tǒng)，包括太陽能、風能、能量儲存和地熱系統(tǒng)。

提高現(xiàn)有系統(tǒng)的效率

能源的創(chuàng)造、傳輸、儲存、分配和消費等現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施，都可以從效率的即時改善中受益。在大量的消費設(shè)備上進行小規(guī)模的改進，可能會對需求產(chǎn)生重大影響。研究消費模式可以更好地預測如何控制電網(wǎng)和發(fā)電站。Wi-Fi HaLow簡化了跨更遠距離連接更多設(shè)備的過程，從而使智能系統(tǒng)能夠利用更細粒度的信息和控制。

家居自動化

采暖、通風和空調(diào)（HVAC）系統(tǒng)，是家居中最大的能耗設(shè)備之一。當無線連接添加到可編程恒溫器時，房主可以通過互聯(lián)網(wǎng)的云應用程序，遠程調(diào)整設(shè)置。然而，并非所有的房主都以有效的方式規(guī)劃其系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)的實際使用模式，智能恒溫器會調(diào)整設(shè)置來提高效率，并考慮到住宅的占用情況。這些系統(tǒng)還可以通過在一個可能知道房主位置和日程安排的生態(tài)系統(tǒng)中，整合更高層次的信息而進行改進。

傳統(tǒng)的Wi-Fi可能需要購買中繼器或數(shù)據(jù)流量來連接智能恒溫器和路由器，這增加了成本和能耗。低功耗的Wi-Fi HaLow溫控器，可以更容易地連接到家用Wi-Fi路由器，簡化了安裝成本，并有可能使用電池運行的溫控器，無需電源線。暖通空調(diào)系統(tǒng)中的各個組件，如空氣處理機、熔爐、熱泵、空調(diào)壓縮機和位于家中不同位置的傳感器設(shè)備，可以通過Wi-Fi HaLow互連，而非通過有線電纜。每個組件都可以成為暖通空調(diào)系統(tǒng)中不受約束的模塊化部件，每個組件都可以整合到使用分析中，而且隨著更高效技術(shù)的出現(xiàn)，每個組件都可以獨立升級。

此外，新型的Wi-Fi HaLow傳感器，如監(jiān)測房間占用率、日照角度、濕度和空氣污染等，可以為暖通空調(diào)系統(tǒng)提供更全面的信息，以進行智能響應。Wi-Fi HaLow傳感器的位置，可根據(jù)其提供的最佳信息進行選擇，而非因為Wi-Fi的覆蓋范圍有限，而被限制在非最優(yōu)位置。這些被動式系統(tǒng)只需要很低的能量，如果能通過Wi-Fi HaLow網(wǎng)絡(luò)可靠地連接到與接入點（AP）較遠的位置，則可以大大降低對暖通空調(diào)系統(tǒng)的需求。

樓宇自動化系統(tǒng)（BAS）

Wi-Fi HaLow還可以提高商業(yè)建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的效率和擁有成本。以一個大型辦公大樓的空調(diào)系統(tǒng)為例。這個由壓縮機、傳感器、恒溫器和阻尼器組成的整個網(wǎng)絡(luò)可以聯(lián)網(wǎng)，為現(xiàn)場或云端的樓宇管理系統(tǒng)（BMS）監(jiān)視器，提供建筑物性能的高階視圖。構(gòu)建這種網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)方法，依賴于將有線電源和信號連接到大多數(shù)組件上。一些系統(tǒng)集成了短程無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，包括802.15.4 Zigbee或用于傳感器設(shè)備的專有無線電。專有集線器或網(wǎng)關(guān)的幾個階段，在從這些設(shè)備到互聯(lián)網(wǎng)上的樓宇管理系統(tǒng)（BMS）的路徑上，增加了延遲而且數(shù)據(jù)吞吐量也有限制。

Wi-Fi HaLow集成電路與這些有線技術(shù)和專有無線技術(shù)相比，具有獨特的優(yōu)勢。由于Wi-Fi HaLow在低于1 GHz的頻率范圍內(nèi)運行，使用較窄的信道帶寬，比有線技術(shù)或使用2.4 GHz的無線技術(shù)更容易穿透墻壁、天花板、地板和其他物體，因此設(shè)備可以放置在需要的地方，限制更少。這就省去了多階段的網(wǎng)狀連接和中繼器，降低了基礎(chǔ)設(shè)施成本和能耗設(shè)備數(shù)量。

智能電表和智能電網(wǎng)

采用Wi-Fi HaLow的公用事業(yè)電表，可以連接遠達到1公里以上（根據(jù)美國聯(lián)邦通信委員會的規(guī)定）。由于可以使用星型結(jié)構(gòu)，這簡化了電力公司的網(wǎng)絡(luò)。一個社區(qū)的單個接入點（AP），就能監(jiān)控成千上萬家庭的用電情況。Wi-Fi HaLow還通過采用Wi-Fi的WPA3級加密技術(shù)，提高了家庭之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。采用Wi-Fi HaLow的電表，能與接入點（AP）協(xié)商睡眠時間，在無需通信時節(jié)省電力?；赯igbee無線技術(shù)（無論是2.4GHz還是sub-1GHz的IEEE 802.15.4g Wi-SUN）的競品解決方案，都是依靠設(shè)備的網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)，將信息回傳到小區(qū)的公用事業(yè)網(wǎng)關(guān)，以訪問IP網(wǎng)絡(luò)。如前所述，這樣的網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)會導致延遲，并降低網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)中所有其他節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)總吞吐量。

為家庭和企業(yè)供電的配電基礎(chǔ)設(shè)施，也可以從Wi-Fi HaLow的連接中受益。監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)，依靠傳感器來了解整個網(wǎng)絡(luò)的運行情況，從而決定如何管理電網(wǎng)。在變電站監(jiān)測到的情況，通常用來推斷是什么原因?qū)е铝讼掠尉€路的故障，這些線路為附近的變壓器供電。通過安裝更多的傳感器、獲得更多的數(shù)據(jù)、更細粒度地了解次級網(wǎng)絡(luò)的狀況，包括附近每個變壓器的情況，監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)可以就如何響應做出更好的決策。Wi-Fi HaLow的遠于一公里的覆蓋范圍和高吞吐量，可以用于收集變電站及其周邊地區(qū)的傳感器數(shù)據(jù)。

改善清潔能源系統(tǒng)

太陽能

在過去的幾十年里，將太陽光轉(zhuǎn)化為電能的光伏（PV）系統(tǒng)每千瓦的成本，已經(jīng)大幅下降。成本下降的很大一部分原因，是光伏面板效率的提高，目前最好的太陽能面板的效率在25%上下。成本下降的另一部分原因，是由于科技創(chuàng)新，如微型光伏逆變器和優(yōu)化器，讓每塊面板的能量得到最佳利用。要產(chǎn)生一戶常規(guī)家庭所需的平均電力，與過去相比，現(xiàn)在所需的面板數(shù)量更少。監(jiān)控系統(tǒng)可以跟蹤建筑物屋頂上每一塊面板的狀態(tài)，為裝置達到峰值功率提供反饋。其中一些組件可能通過電源線進行通信。一個單一的互聯(lián)網(wǎng)連接，通常是通過以太網(wǎng)、Wi-Fi、或蜂窩調(diào)制解調(diào)器，結(jié)合太陽能系統(tǒng)與家庭的電網(wǎng)進行連接。

通過在每塊面板、微型逆變器、電源優(yōu)化器和并網(wǎng)交換機中使用無線通信，可以對整個光伏系統(tǒng)進行最精細的監(jiān)控，而無需依賴通過電力電纜的數(shù)據(jù)流。這些集成電路（IC）可以在很低的電壓下運行，并且可以通過在空閑時休眠來節(jié)省能源。通過本機IP無線通信網(wǎng)絡(luò)，每個組件都可以連接到云端的管理系統(tǒng)。在未來，過時組件可以單獨升級為更高效的組件，而不必向后兼容有線通信協(xié)議。不同組件供應商之間的互操作性，可以鼓勵創(chuàng)新和競爭，從而加速消費者市場的增長。

能量儲存

電池為小型設(shè)備和車輛儲存電能提供了最佳選擇。通過延長無線傳感器的電池壽命，Wi-Fi HaLow減少了一次性電池的浪費，為地球帶來了直接的益處。

鋰聚合物（LiPo）電池技術(shù)的進步，徹底改變了從智能手機到電動汽車等多個行業(yè)。整個房屋的能量，可能儲存在一個掛在墻上的大型鋰電池中。智能電池充電器可以將“免費”的太陽能儲存在電池中，也可以在非高峰時段通過電網(wǎng)充電。在用電高峰時，家用電池可以將需要的電能返還給房屋或電器，而高峰時段本來會以更高的費率計費。所有這些系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，都可以通過Wi-Fi HaLow在每個組件中進行輔助。

電化學電池并不是儲存能量的唯一方式。將電能轉(zhuǎn)化為動能，可以提供一種保持可再生清潔能源的方法。過剩的電能可以用來旋轉(zhuǎn)大型飛輪，大型飛輪通常在低摩擦的軸承上旋轉(zhuǎn)。當需要時，飛輪的慣性可以通過發(fā)電機，重新轉(zhuǎn)化為電能。這一概念類似于水力發(fā)電或風力發(fā)電，只是形式更為緊湊。飛輪存儲設(shè)備的各個部分可以與Wi-Fi HaLow聯(lián)網(wǎng)，而不依賴于電線。

風能

每座風塔內(nèi)都有一個變速箱和發(fā)電機，將旋轉(zhuǎn)的風力轉(zhuǎn)化為電力，通過電纜輸送到地面。所以需要對軸承和齒輪進行監(jiān)測，以防止其過早磨損或發(fā)生振動。同時也要對葉片的方向和節(jié)距進行監(jiān)控，以確保向電網(wǎng)輸送穩(wěn)定的電力。風塔內(nèi)還包括多種傳感器，用于測量各種環(huán)境條件，如風速、風向和是否結(jié)冰。一個采用Wi-Fi HaLow的網(wǎng)絡(luò)可以連接所有這些功能，新型小型傳感器還可以放置在以前可能無法觸及的地方。

地熱、水電、天然氣、生物能源

Wi-Fi HaLow對于這些清潔能源領(lǐng)域，是一種極具吸引力的無線通信解決方案，因為該技術(shù)能夠連接大量的傳感器和執(zhí)行器。這些清潔能源領(lǐng)域與工業(yè)自動化領(lǐng)域的應用類似。Wi-Fi HaLow傳感器可以放置在數(shù)據(jù)電纜無法到達的地方?？梢钥缭胶恿?，并且可以聚集一個油田中的多個井口。工藝工程師具有更大的靈活性來設(shè)計最佳系統(tǒng)，而不受運行以太網(wǎng)電纜或?qū)Ｓ杏芯€控制器解決方案的限制。

Wi-Fi HaLow旨在為可再生能源領(lǐng)域的創(chuàng)新者提供新的選擇，Wi-Fi HaLow也代表了一個精彩的未來，即通過物聯(lián)網(wǎng)將人與設(shè)備進行無線連接。對于能源市場來說，這意味著更遠的距離、更低的功率、更好的穿透性、更多的本機IP連接以及更強大的安全性。