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基于LoRa技術的光伏陣列監測解決方案

18年08月02日     廈門四信

[導讀]目前,光伏陣列的主要問題是熱斑現象;所謂的熱斑現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……

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相關。如何對龐大的光伏陣列進行監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象;所謂的熱斑現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,導致其產生的電流小于其他沒被遮擋的光伏電池單體產生的電流,根據基爾霍夫電壓定律,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構,并將造成永久損壞。

光伏電池板

當前光伏陣列的監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,用總線技術將數據送入計算機判斷。該方法存在規劃布線、預設接口、線路檢測、線路擴容等一系列與傳輸路徑有關的問題。 2. 間接法:通過測量電池的溫差來判斷電池的工作狀態。然而此種方法存在一些缺陷,如不能區分溫度相差不明顯的狀態,實時性差,故障檢測的精度和效率取決于檢測設備(紅外熱像儀)的等級,不易實現在線故障分析和報警等等。

對比上述兩種監測方法,利用LoRa無線星型網絡對光伏陣列進行監測具有無可比擬的優越性。無線傳感器網絡向三維空間傳送數據,中間無需導體介質,節省人力和維護費。網絡自組織性和容錯性高,易于重新布網。監測數據無人為干擾,所獲數據資料原始準確,有利于科學研究及系統后續改進與優化。

LoRa無線終端

系統需求: 1. 通過LoRa無線終端F8L10T與LoRa網關F8926-L/LoRa F8L10GW基站相結合的方式,將光伏陣列的每一塊電池板的工作狀態、電流、電壓、額定功率等參數信息,通過運營商網絡傳到管理后臺,進行實時監測和分析處理; 2. 能夠在本地中控室也能實現對光伏陣列的狀態信息、溫濕度傳感器等參數的監測,這些數據可以使用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的方式,通過APP對光伏陣列進行相應關鍵參數的監控。 系統拓撲圖:

LoRa技術

解決方案: 整個系統架構劃分為三層:采集終端層、數據傳輸層和應用管理層。采集終端層起執行者的作用,負責接收和采集電壓電流數據;數據傳輸層起代理人的作用,負責整合采集層上傳的數據并發送至應用管理層;應用管理層主要是管理監控平臺,起決策者的作用,負責數據的分析判斷和系統的管理維護,實現遠程實時監控查詢和預警。

1. 光伏陣列采集終端層設備    整個系統的正常運行需要實時監控多個參數的運行狀況,采集終端層設備就是用于實現各個監控節點的參數采集,例如:光伏組件電壓、電流采樣模塊(負責采樣光伏組件的電壓電流數值,判斷光伏組件是否發生故障);溫度、濕度、光照等傳感器(負責采樣環境數據,為系統優化和光伏組件調整提供數據支持)。采集終端層設備采集到的數據通過RS232/485串口發送給四信LoRa無線終端F8L10T ,當然也可以直接通過四信LoRa無線終端F8L10T直接采集系統的模擬量數據。

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2. LoRa數據傳輸設備 LoRa數據傳輸層用的是四信F8L10T終端和LoRa網關F8926-L/LoRa基站 F8L10GW,在整個系統中用于實現數據傳輸通道的建立,當LoRa設備從采集終端層接收到數據或者通過LoRa終端采集到數據后,通過自組建的無線網絡傳輸發送到應用管理層,同時,應用管理層也可以通過LoRa網絡對各個監控節點發出控制指令,從而實現數據的雙向通信以達到遙測、遙控、遙感的目的。 3. 應用管理層 應用管理層主要為M2M云管理監控平臺,其中管理監控平臺主要由服務器機組和平臺軟件主組成。當管理監控平臺接收到傳輸層發送來的數據后,會對數據進行各種分析,并根據分析結果進行各種控制操作,如發出告警信息、向終端監控設備發出控制指令等。

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方案優勢:

1. LoRa無線終端接收靈敏度高

其接收靈敏度高達-140dBm,且鏈路預算為160dBm,達到行業領先水平,可穿透好幾堵墻,繞射能力強。

2. 通信穩定可靠

工業級無線終端內置看門狗,保證系統長時間穩定運行;采用源自軍用戰術通信系統的LoRa調制解調技術,抗干擾能力強;其中LoRa+全網通網關具備掉線自檢測、自動恢復,確保永久在線。

3. 數據高精度

終端采取高效的循環交織FEC前向糾錯編碼,最大糾錯64bit,雙256 環形FIFO,保障數據高準度傳輸。

4. 功率可調

終端可靈活調整功率等級,適配數據傳輸過程中對于距離和速率的需求。

5. 環境適應性強

耐高溫,專為野外苛刻的無人值守環境設計。

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