基于LoRa技術(shù)的光伏陣列監(jiān)測解決方案

　　太陽能(也稱光伏)電站由成片的光伏電池板組成的。光伏電站工作的穩(wěn)定性和輸出功率與光伏陣列，甚至與每一塊光伏電池板的工作狀態(tài)相關(guān)。如何對龐大的光伏陣列進行監(jiān)測和故障診斷是維持光伏電站正常工作的首要問題。目前，光伏陣列的主要問題是熱斑現(xiàn)象;所謂的熱斑現(xiàn)象就是光伏電池板中部分光伏電池單體由于長時間被遮擋，導(dǎo)致其產(chǎn)生的電流小于其他沒被遮擋的光伏電池單體產(chǎn)生的電流，根據(jù)基爾霍夫電壓定律，這些被遮擋的光伏電池單體會帶負電壓，成為電路中的負載，并以熱量形式消耗其他正常工作的光伏電池單體產(chǎn)生的功率，這種熱量的長時間積累會損壞光伏電池板的封裝材料，甚至破壞光伏電池板的物理結(jié)構(gòu)，并將造成永久損壞。

　　當前光伏陣列的監(jiān)測方法主要有以下兩種

　　1、直接法：直接測量每塊電池板的電壓和電流，用總線技術(shù)將數(shù)據(jù)送入計算機判斷。該方法存在規(guī)劃布線、預(yù)設(shè)接口、線路檢測、線路擴容等一系列與傳輸路徑有關(guān)的問題。

　　2. 間接法：通過測量電池的溫差來判斷電池的工作狀態(tài)。然而此種方法存在一些缺陷，如不能區(qū)分溫度相差不明顯的狀態(tài)，實時性差，故障檢測的精度和效率取決于檢測設(shè)備(紅外熱像儀)的等級，不易實現(xiàn)在線故障分析和報警等等。

　　對比上述兩種監(jiān)測方法，利用LoRa無線星型網(wǎng)絡(luò)對光伏陣列進行監(jiān)測具有無可比擬的優(yōu)越性。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)向三維空間傳送數(shù)據(jù)，中間無需導(dǎo)體介質(zhì)，節(jié)省人力和維護費。網(wǎng)絡(luò)自組織性和容錯性高，易于重新布網(wǎng)。監(jiān)測數(shù)據(jù)無人為干擾，所獲數(shù)據(jù)資料原始準確，有利于科學(xué)研究及系統(tǒng)后續(xù)改進與優(yōu)化。

　　系統(tǒng)需求：

　　1. 通過LoRa無線終端F8L10T與LoRa網(wǎng)關(guān)F8926-L/LoRa F8L10GW基站相結(jié)合的方式，將光伏陣列的每一塊電池板的工作狀態(tài)、電流、電壓、額定功率等參數(shù)信息，通過運營商網(wǎng)絡(luò)傳到管理后臺，進行實時監(jiān)測和分析處理;

　　2. 能夠在本地中控室也能實現(xiàn)對光伏陣列的狀態(tài)信息、溫濕度傳感器等參數(shù)的監(jiān)測，這些數(shù)據(jù)可以使用Lan口本地接收、WiFi本地接收和RS232/485串口本地接收;

　　3. 管理人員隨時隨地亦可通過手機上網(wǎng)的方式，通過APP對光伏陣列進行相應(yīng)關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)控。

　　系統(tǒng)拓撲圖：

　　解決方案：

　　整個系統(tǒng)架構(gòu)劃分為三層：采集終端層、數(shù)據(jù)傳輸層和應(yīng)用管理層。采集終端層起執(zhí)行者的作用，負責(zé)接收和采集電壓電流數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)傳輸層起代理人的作用，負責(zé)整合采集層上傳的數(shù)據(jù)并發(fā)送至應(yīng)用管理層;應(yīng)用管理層主要是管理監(jiān)控平臺，起決策者的作用，負責(zé)數(shù)據(jù)的分析判斷和系統(tǒng)的管理維護，實現(xiàn)遠程實時監(jiān)控查詢和預(yù)警。

　　1. 光伏陣列采集終端層設(shè)備

　　整個系統(tǒng)的正常運行需要實時監(jiān)控多個參數(shù)的運行狀況，采集終端層設(shè)備就是用于實現(xiàn)各個監(jiān)控節(jié)點的參數(shù)采集，例如：光伏組件電壓、電流采樣模塊(負責(zé)采樣光伏組件的電壓電流數(shù)值，判斷光伏組件是否發(fā)生故障);溫度、濕度、光照等傳感器(負責(zé)采樣環(huán)境數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)優(yōu)化和光伏組件調(diào)整提供數(shù)據(jù)支持)。采集終端層設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)通過RS232/485串口發(fā)送給四信LoRa無線終端F8L10T ，當然也可以直接通過四信LoRa無線終端F8L10T直接采集系統(tǒng)的模擬量數(shù)據(jù)。

　　2. LoRa數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備

　　LoRa數(shù)據(jù)傳輸層用的是四信F8L10T終端和LoRa網(wǎng)關(guān)F8926-L/LoRa基站 F8L10GW，在整個系統(tǒng)中用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸通道的建立，當LoRa設(shè)備從采集終端層接收到數(shù)據(jù)或者通過LoRa終端采集到數(shù)據(jù)后，通過自組建的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸發(fā)送到應(yīng)用管理層，同時，應(yīng)用管理層也可以通過LoRa網(wǎng)絡(luò)對各個監(jiān)控節(jié)點發(fā)出控制指令，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向通信以達到遙測、遙控、遙感的目的。

　　3. 應(yīng)用管理層

　　應(yīng)用管理層主要為M2M云管理監(jiān)控平臺，其中管理監(jiān)控平臺主要由服務(wù)器機組和平臺軟件主組成。當管理監(jiān)控平臺接收到傳輸層發(fā)送來的數(shù)據(jù)后，會對數(shù)據(jù)進行各種分析，并根據(jù)分析結(jié)果進行各種控制操作，如發(fā)出告警信息、向終端監(jiān)控設(shè)備發(fā)出控制指令等。

　　方案優(yōu)勢：

　　1. LoRa無線終端接收靈敏度高

　　其接收靈敏度高達-140dBm，且鏈路預(yù)算為160dBm，達到行業(yè)領(lǐng)先水平，可穿透好幾堵墻，繞射能力強。

　　2. 通信穩(wěn)定可靠

　　工業(yè)級無線終端內(nèi)置看門狗，保證系統(tǒng)長時間穩(wěn)定運行;采用源自軍用戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)的LoRa調(diào)制解調(diào)技術(shù)，抗干擾能力強;其中LoRa+全網(wǎng)通網(wǎng)關(guān)具備掉線自檢測、自動恢復(fù)，確保永久在線。

　　3. 數(shù)據(jù)高精度

　　終端采取高效的循環(huán)交織FEC前向糾錯編碼，最大糾錯64bit，雙256 環(huán)形FIFO，保障數(shù)據(jù)高準度傳輸。

　　4. 功率可調(diào)

　　終端可靈活調(diào)整功率等級，適配數(shù)據(jù)傳輸過程中對于距離和速率的需求。

　　5. 環(huán)境適應(yīng)性強

　　耐高溫，專為野外苛刻的無人值守環(huán)境設(shè)計。