無線通信對(duì)太陽能行業(yè)變革的影響

作者： Radiocrafts

數(shù)十年來，[Radiocrafts]一直為來自世界各地的客戶提供太陽光跟蹤、逆變器監(jiān)控、儲(chǔ)能項(xiàng)目等服務(wù)，在太陽能行業(yè)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。盡管我們?yōu)?a href="http://wenjunhu.com/soft/data/55-88/" target="_blank">物聯(lián)網(wǎng)的各個(gè)領(lǐng)域提供無線射頻解決方案，但早在幾年前就出現(xiàn)了一個(gè)明顯的趨勢。越來越多的客戶向我們尋求與太陽能應(yīng)用相關(guān)的解決方案。認(rèn)識(shí)到這一趨勢的重要性，我們決定切實(shí)加深我們對(duì)太陽能行業(yè)的了解。

因此，我們決定參加德國慕尼黑太陽能光伏展覽會(huì) (Intersolar Europe)、美國太陽能技術(shù)展覽會(huì) (Intersolar US)、美國國際太陽能展覽會(huì) (RE+) 和其他太陽能相關(guān)展覽會(huì)，積極參與太陽能行業(yè)的變革。這些活動(dòng)為我們提供了與太陽能行業(yè)現(xiàn)有客戶和新潛在客戶互動(dòng)的寶貴機(jī)會(huì)。我們致力于了解太陽能行業(yè)，我們將要展示的大部分見解和資訊都是通過不斷努力深耕這一特定細(xì)分領(lǐng)域而獲得的。

因此，在這篇博客中，我們將深入探討太陽能行業(yè)。我們首先會(huì)定義太陽能行業(yè)的構(gòu)成，探索行業(yè)趨勢，探討為太陽能設(shè)施供電所必需的各種設(shè)備，并引申至每種設(shè)備在系統(tǒng)中發(fā)揮的作用。我們還會(huì)比較有線解決方案與無線替代方案，討論為太陽能領(lǐng)域量身定制的無線解決方案，最后重點(diǎn)介紹 Radiocrafts 的 RIIM 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)解決方案，該解決方案支持多種針對(duì)太陽能行業(yè)需求進(jìn)行優(yōu)化的市場領(lǐng)先功能。

什么是太陽能行業(yè)？

太陽能行業(yè)包含三個(gè)截然不同但同等重要的細(xì)分領(lǐng)域：

首先，我們將重點(diǎn)介紹龐大的公用事業(yè)級(jí)設(shè)施。這些設(shè)施由大量太陽能板陣列組成，板數(shù)量通常達(dá)數(shù)千塊。這些太陽能板配有太陽追蹤器，確保全天精確追蹤太陽以獲得最佳角度。通常，這些設(shè)施安裝在開闊的田野和沙漠環(huán)境。

第二個(gè)細(xì)分領(lǐng)域是中型設(shè)施，這些設(shè)施仍然很大，但不如沙漠中的公用事業(yè)級(jí)設(shè)施那么龐大。這些系統(tǒng)通常安裝于屋頂上，分為屋頂設(shè)施和工業(yè)設(shè)施兩類。

最后，我們介紹住宅設(shè)施細(xì)分領(lǐng)域，這類設(shè)施通常由屋頂配備太陽能板的單個(gè)家庭或多戶家庭構(gòu)成。一些配置還可能包括儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)。

值得注意的是，這些系統(tǒng)之間的差異受到電網(wǎng)導(dǎo)則的影響，電網(wǎng)導(dǎo)則規(guī)定它們?nèi)绾闻c公共電網(wǎng)互動(dòng)。大型設(shè)施遵守更嚴(yán)格的要求，這些要求規(guī)定了它們應(yīng)如何向電網(wǎng)饋電和調(diào)節(jié)輸出以防止電網(wǎng)過載。在比較這些不同的系統(tǒng)時(shí)，了解這些區(qū)別至關(guān)重要。

還有一點(diǎn)值得一提，目前有些歐盟法規(guī)要求在某些新建筑施工項(xiàng)目中集成太陽能設(shè)施。預(yù)計(jì)這一要求將大幅增加安裝數(shù)量，特別是在屋頂和住宅設(shè)施領(lǐng)域。

目前太陽能行業(yè)的趨勢是什么？

太陽能行業(yè)是否存在明顯的趨勢？我們是否正在見證向住宅和小型設(shè)施的轉(zhuǎn)變，或者上面提及的各個(gè)細(xì)分領(lǐng)域是否都在增長？

當(dāng)然，我們可以看到所有這些細(xì)分領(lǐng)域都有增長。

盡管為了滿足射頻技術(shù)規(guī)范，要求和系統(tǒng)配置方面略有不同，但總體而言，我們注意到上述各個(gè)細(xì)分領(lǐng)域都有穩(wěn)定的使用率。

太陽能設(shè)施中包含哪些類型的設(shè)備以及它們在系統(tǒng)中起什么作用？

太陽能設(shè)施中有很多通用設(shè)備，但在不同細(xì)分領(lǐng)域內(nèi)，包括哪些組件存在差異。

太陽能板是太陽能設(shè)施的核心，它們通常串聯(lián)在一起，通過一種稱為直流匯流箱的設(shè)備傳輸直流電壓。直流匯流箱匯集來自互連太陽能板的直流電壓，升壓到更高水平后將其輸送到逆變器。在公用事業(yè)級(jí)設(shè)施中，直流匯流箱通過檢測太陽能板隨著時(shí)間推移可能出現(xiàn)的物理退化，在監(jiān)控太陽能板方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

在某些配置中，太陽能板可以直接向逆變器提供直流電壓，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)靈活性。

隨后，逆變器將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電網(wǎng)電壓，然后通過電表傳輸?shù)诫娋W(wǎng)。

太陽能設(shè)施中的另一個(gè)重要組件是發(fā)電廠控制器或數(shù)據(jù)記錄器。在配備眾多逆變器和直流匯流箱的大型設(shè)施中，該設(shè)備通常稱為發(fā)電廠控制器。其主要功能是向逆變器傳輸控制指令，使其能夠根據(jù)電網(wǎng)要求調(diào)整輸出。

在小型設(shè)施中，該設(shè)備通常稱為數(shù)據(jù)記錄器，主要用于記錄逆變器產(chǎn)生的電量數(shù)據(jù)并檢測其中的任何故障。

在大型設(shè)施中，通常有一個(gè)將電網(wǎng)運(yùn)營商與發(fā)電廠控制器關(guān)聯(lián)起來的連接或 API。這樣，公用事業(yè)電網(wǎng)運(yùn)營商就能夠向發(fā)電廠控制器發(fā)送指令，以便根據(jù)電網(wǎng)要求調(diào)整逆變器輸出。例如，如果發(fā)電量過剩，電網(wǎng)運(yùn)營商可能會(huì)指示發(fā)電廠控制器減少逆變器的輸出。這種通信通常要求超低延遲，以確保對(duì)逆變器進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)并防止由于電流過大而導(dǎo)致潛在的電網(wǎng)過載。

大型設(shè)施中通常還會(huì)存在各種其他設(shè)備，包括氣象站、優(yōu)化面板朝向太陽角度的太陽追蹤器、確保追蹤器確實(shí)在相應(yīng)移動(dòng)的追蹤器角度監(jiān)測設(shè)備，以及用于測量入射陽光強(qiáng)度的光強(qiáng)計(jì)。

儲(chǔ)能裝置在太陽能設(shè)施中也發(fā)揮著重要作用，各種規(guī)模的設(shè)施中都集成了電池組。

在住宅和屋頂配置中，采用電動(dòng)汽車充電站可實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車充電的支持。能源管理器是住宅太陽能配置中不可或缺的組成部分，它根據(jù)當(dāng)?shù)氐哪茉瓷a(chǎn)情況和電網(wǎng)能源定價(jià)來監(jiān)控能源消耗。能源管理器優(yōu)化本地負(fù)載的運(yùn)行，使之對(duì)應(yīng)能源成本最低的時(shí)間段，例如白天太陽能發(fā)電高峰期。

總之，太陽能設(shè)施組成了一個(gè)具有各種通信功能的復(fù)雜物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

有線還是無線解決方案？

如今，在大型設(shè)施中，有線解決方案是常態(tài)，涉及由光纖環(huán)路網(wǎng)絡(luò)和數(shù)公里線纜構(gòu)成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，其中包括埋在地下的電纜、RS485 電纜和光纖電纜。然而，無線技術(shù)正在贏得青睞，為這些裝置帶來了諸多好處。

有線連接存在易受雷擊和接地回路影響等難題，如果連接多個(gè)設(shè)備的線纜發(fā)生故障，通信可能會(huì)中斷。此外，線纜更換和修復(fù)過程需要大量人力，成本高昂。

鑒于認(rèn)識(shí)到這些挑戰(zhàn)，人們對(duì)無線解決方案的興趣日益濃厚，因?yàn)樗鼈兛梢燥@著節(jié)省成本并具有安裝靈活性。傳統(tǒng)的有線方法通常需要幾天時(shí)間和大量人力才能完成，而無線替代方案則可以快速、輕松地進(jìn)行安裝并具有良好的適應(yīng)性。這些優(yōu)勢促使無線解決方案越來越多地被采用，特別是在對(duì)無縫、高效系統(tǒng)部署的需求不斷增長的情況下。

哪些無線技術(shù)適合太陽能設(shè)施？

目前有多種無線技術(shù)可供選擇，每種技術(shù)均針對(duì)我們前面討論的三種不同太陽能細(xì)分領(lǐng)域的特定需求，以及每個(gè)細(xì)分領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)高效設(shè)施運(yùn)行所需的各種設(shè)備量身定制，因此要求也各不相同。

關(guān)鍵要求之一是需要長距離。以住宅設(shè)施細(xì)分領(lǐng)域?yàn)槔?，系統(tǒng)可能包括直接與房屋屋頂太陽能板連接的微逆變器?？刂破骱芸赡芪挥诜课輧?nèi)部，而混凝土墻壁會(huì)造成干擾，從而帶來通信挑戰(zhàn)。同樣，在非住宅屋頂設(shè)施中，與屋頂逆變器的有效通信會(huì)帶來距離問題，因?yàn)榭刂破魑挥诮ㄖ锏南旅鎺讓印Ｔ诤w數(shù)公里的大型公用事業(yè)設(shè)施中，與每個(gè)追蹤器和直流匯流箱實(shí)現(xiàn)長距離通信至關(guān)重要。

（圖片來源：Radiocrafts）

為了解決這類距離問題，我們發(fā)現(xiàn)相較于 2.4 GHz 技術(shù)，Sub-GHz 無線電通信可提供更優(yōu)越的解決方案，因?yàn)?Sub-GHz 技術(shù)具有更強(qiáng)的穿透性和抗干擾性。此外，一些情況下，太陽能板或逆變器位于同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，但分步在多個(gè)屋頂上，這時(shí)就需要多跳網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)解決方案來確?？蓴U(kuò)展性。

事實(shí)證明，將 Sub-GHz 和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)整合，對(duì)于上述三種類型的太陽能設(shè)施都非常有效。

下圖顯示了 Sub-GHz 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)勢。圖中，發(fā)電廠控制器與一個(gè)屋頂逆變器通信，接著該屋頂逆變器充當(dāng)路由器，轉(zhuǎn)接與其他逆變器的通信。在這種太陽能配置中，長距離至關(guān)重要。

然而，還需要注意，延遲要求是一個(gè)與距離相矛盾的考慮因素。對(duì)于延遲敏感型設(shè)備，必須謹(jǐn)慎留意通信設(shè)備。

（圖片來源：Radiocrafts）

例如，在監(jiān)測氣象站時(shí)，不需要每毫秒都收集數(shù)據(jù)，因?yàn)樘鞖鉅顩r通常不會(huì)變動(dòng)那么快。然而，有些情況下需要快速調(diào)整（例如減少電網(wǎng)的電壓輸入），這時(shí)需要近乎實(shí)時(shí)的通信，尤其是在同時(shí)管理多個(gè)逆變器時(shí)。

Radiocrafts 面向太陽能設(shè)施的 RIIM 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

Radiocrafts 提供長距離、低延遲 Sub-GHz 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)解決方案 [RIIM]，非常適合上述所有三種太陽能設(shè)施細(xì)分領(lǐng)域。

（圖片來源：Radiocrafts）

使用 [RIIM]，用戶可以靈活地定制各種改裝，以適應(yīng)不同的太陽能設(shè)施系統(tǒng)。例如，一些用戶可能優(yōu)先考慮快速并網(wǎng)時(shí)間，而其他用戶可能優(yōu)先考慮低延遲或在單個(gè)網(wǎng)絡(luò)中部署多臺(tái)設(shè)備的能力。這些要求都可以在網(wǎng)絡(luò)設(shè)置中進(jìn)行微調(diào)和先后排序。此外，我們還為[客戶的具體開發(fā)]提供廣泛支持，這意味著，如果客戶希望獲得標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品之外的其他功能，我們可以支持這些要求。

除了上述[距離]和延遲問題，[可靠性]也是一個(gè)重要的考慮因素。雖然線纜往往很可靠，但它們?nèi)菀啄p，可能導(dǎo)致線纜斷裂和連接器扎堆等問題。相比之下，無線通信存在數(shù)據(jù)包丟失的可能性。為緩解這一挑戰(zhàn)，RIIM 采用了“時(shí)隙信道跳變 ([TSCH])”等先進(jìn)技術(shù)。TSCH 是一種協(xié)議，允許數(shù)據(jù)包在同步時(shí)間表中跨不同的頻率和時(shí)隙傳輸。TSCH 是一種舉世聞名的跳頻系統(tǒng)，其性能極其出色，能夠在系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn) 99.99% 或更高的數(shù)據(jù)傳輸可靠性。

（圖片來源：Radiocrafts）

[數(shù)據(jù)吞吐量]也是太陽能系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要考慮因素。每個(gè)設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量千差萬別。例如，氣象站產(chǎn)生的數(shù)據(jù)相對(duì)較少，而太陽能逆變器可以產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)決策需要考慮逆變器或太陽能板的本地處理能力、數(shù)據(jù)過濾和壓縮。最終目標(biāo)是在設(shè)備之間高效傳輸一定數(shù)量的數(shù)據(jù)。例如，如果網(wǎng)絡(luò)主要傳輸警報(bào)，則低延遲至關(guān)重要，但流量始終較低。然而，如果每個(gè)設(shè)備每秒產(chǎn)生數(shù)百比特的數(shù)據(jù)，則可能會(huì)因流量過大發(fā)生擁塞。

解決這種延遲問題是 RIIM 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵方面，特別是對(duì)于高吞吐量網(wǎng)絡(luò)。在歐盟，占空比限制帶來了挑戰(zhàn)。就其背景而言，根據(jù) RED 指令，您只能在 1% 的時(shí)間內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)。這種限制對(duì)高吞吐量系統(tǒng)產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。例如，使用 LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)時(shí)，長距離數(shù)據(jù)包傳輸需要每個(gè)數(shù)據(jù)包之間等待 10 分鐘，以符合占空比規(guī)則。RIIM 利用跳頻來解決這一挑戰(zhàn)，允許使用多個(gè)無線電信道發(fā)送數(shù)據(jù)。此外，RIIM 支持[自適應(yīng)頻率捷變]功能，以識(shí)別有噪信道并將它們從跳頻列表中排除，確保系統(tǒng)僅使用最佳無線電信道發(fā)送數(shù)據(jù)。此外，RIIM 在發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)采用了通話前傾聽 (LBT) 技術(shù)。這些功能組合起來稱為禮貌頻譜接入，根據(jù) RED 指令和歐盟標(biāo)準(zhǔn)，它允許在高達(dá) 37% 的時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。這種組合可以實(shí)現(xiàn)高吞吐量網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)最大限度地減少流量擁塞和數(shù)據(jù)包丟失。

（圖片來源：Radiocrafts）

此外，RIIM 的穩(wěn)健性可以有效地管理在單個(gè)無線電信道內(nèi)運(yùn)行的其他協(xié)議（例如 Sigfox 或 LoRa 基站）產(chǎn)生的噪聲干擾。如果在某條特定信道中檢測到明顯的噪聲，RIIM 可以靈活地選擇不使用該信道。

此外，RIIM 架構(gòu)非常適合[可擴(kuò)展]場景，涉及公用事業(yè)級(jí)設(shè)施中的多個(gè)并行網(wǎng)絡(luò)。例如，在可能裝有多達(dá) 10,000 塊太陽能板的大型設(shè)施中，將它們?nèi)窟B接到單個(gè)網(wǎng)絡(luò)是不切實(shí)際的。然而，需要一種解決方案，支持多個(gè)網(wǎng)絡(luò)并行運(yùn)行且通常相距較近的情況。如果所有這些網(wǎng)絡(luò)都在同一條無線電信道上運(yùn)行，相互之間就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。我們遇到過這樣的情況：使用單條信道系統(tǒng)的客戶在擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)時(shí)面臨嚴(yán)重的干擾問題。然而，RIIM 支持跳頻和獨(dú)有的同步方法，確保網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)避免干擾。這種固有功能可緩解可擴(kuò)展性問題，且無需客戶干預(yù)。

獲得什么啟示？

在我們努力應(yīng)對(duì)全球變暖的過程中，可再生能源的需求不斷高漲。太陽能行業(yè)在追求更可持續(xù)的發(fā)電和生活方式方面一馬當(dāng)先。從沙漠地區(qū)數(shù)十萬塊太陽能板和逆變器的大規(guī)模部署，到我們社區(qū)中的各個(gè)家庭，社會(huì)中的各行各業(yè)都在推動(dòng)太陽能運(yùn)動(dòng)方面發(fā)揮著重要作用。

太陽能行業(yè)的每個(gè)領(lǐng)域都依賴各種設(shè)備和裝置來建立高效的太陽能設(shè)施。這些設(shè)備包括發(fā)電廠控制器、逆變器、電度表、電動(dòng)汽車充電站、儲(chǔ)能系統(tǒng)等。此外，隨著太陽能行業(yè)的發(fā)展，無線解決方案逐漸成為有線解決方案的一種經(jīng)濟(jì)有效的替代方案。有線解決方案通常會(huì)產(chǎn)生大量維護(hù)、安裝和人工成本。

Radiocrafts 的 Sub-GHz 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù) RIIM 是專為太陽能行業(yè)量身定制的領(lǐng)先無線解決方案。RIIM 提供一系列優(yōu)勢，包括通過其多跳網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)長距離通信、低延遲以及信道跳變功能，從而提供超高可靠性。此外，得益于自適應(yīng)頻率捷變和通話前偵聽功能，RIIM 支持高數(shù)據(jù)吞吐量，這使其非常適合在噪聲環(huán)境中運(yùn)行。

審核編輯 黃宇