|
來源：Digikey 作者： Radiocrafts 數十年來，Radiocrafts 一直為來自世界各地的客戶提供太陽光跟蹤、逆變器監控、儲能項目等服務，在太陽能行業積累了豐富的經驗。盡管我們為物聯網的各個領域提供無線射頻解決方案，但早在幾年前就出現了一個明顯的趨勢。越來越多的客戶向我們尋求與太陽能應用相關的解決方案。認識到這一趨勢的重要性，我們決定切實加深我們對太陽能行業的了解。 因此，我們決定參加德國慕尼黑太陽能光伏展覽會 (Intersolar Europe)、美國太陽能技術展覽會 (Intersolar US)、美國國際太陽能展覽會 (RE+) 和其他太陽能相關展覽會，積極參與太陽能行業的變革。這些活動為我們提供了與太陽能行業現有客戶和新潛在客戶互動的寶貴機會。我們致力于了解太陽能行業，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分領域而獲得的。 因此，在這篇博客中，我們將深入探討太陽能行業。我們首先會定義太陽能行業的構成，探索行業趨勢，探討為太陽能設施供電所必需的各種設備，并引申至每種設備在系統中發揮的作用。我們還會比較有線解決方案與無線替代方案，討論為太陽能領域量身定制的無線解決方案，最后重點介紹 Radiocrafts 的 RIIM 網狀網絡解決方案，該解決方案支持多種針對太陽能行業需求進行優化的市場領先功能。 什么是太陽能行業？ 太陽能行業包含三個截然不同但同等重要的細分領域： 
（圖片來源：Radiocrafts） 首先，我們將重點介紹龐大的公用事業級設施。這些設施由大量太陽能板陣列組成，板數量通常達數千塊。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，這些設施安裝在開闊的田野和沙漠環境。 第二個細分領域是中型設施，這些設施仍然很大，但不如沙漠中的公用事業級設施那么龐大。這些系統通常安裝于屋頂上，分為屋頂設施和工業設施兩類。 最后，我們介紹住宅設施細分領域，這類設施通常由屋頂配備太陽能板的單個家庭或多戶家庭構成。一些配置還可能包括儲能和電動汽車充電系統。 值得注意的是，這些系統之間的差異受到電網導則的影響，電網導則規定它們如何與公共電網互動。大型設施遵守更嚴格的要求，這些要求規定了它們應如何向電網饋電和調節輸出以防止電網過載。在比較這些不同的系統時，了解這些區別至關重要。 還有一點值得一提，目前有些歐盟法規要求在某些新建筑施工項目中集成太陽能設施。預計這一要求將大幅增加安裝數量，特別是在屋頂和住宅設施領域。 目前太陽能行業的趨勢是什么？ 太陽能行業是否存在明顯的趨勢？我們是否正在見證向住宅和小型設施的轉變，或者上面提及的各個細分領域是否都在增長？ 當然，我們可以看到所有這些細分領域都有增長。 盡管為了滿足射頻技術規范，要求和系統配置方面略有不同，但總體而言，我們注意到上述各個細分領域都有穩定的使用率。 太陽能設施中包含哪些類型的設備以及它們在系統中起什么作用？ 太陽能設施中有很多通用設備，但在不同細分領域內，包括哪些組件存在差異。
（圖片來源：Radiocrafts） 太陽能板是太陽能設施的核心，它們通常串聯在一起，通過一種稱為直流匯流箱的設備傳輸直流電壓。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。在公用事業級設施中，直流匯流箱通過檢測太陽能板隨著時間推移可能出現的物理退化，在監控太陽能板方面發揮著至關重要的作用。 在某些配置中，太陽能板可以直接向逆變器提供直流電壓，實現結構靈活性。 隨后，逆變器將直流電壓轉換為交流電網電壓，然后通過電表傳輸到電網。 太陽能設施中的另一個重要組件是發電廠控制器或數據記錄器。在配備眾多逆變器和直流匯流箱的大型設施中，該設備通常稱為發電廠控制器。其主要功能是向逆變器傳輸控制指令，使其能夠根據電網要求調整輸出。 在小型設施中，該設備通常稱為數據記錄器，主要用于記錄逆變器產生的電量數據并檢測其中的任何故障。 在大型設施中，通常有一個將電網運營商與發電廠控制器關聯起來的連接或 API。這樣，公用事業電網運營商就能夠向發電廠控制器發送指令，以便根據電網要求調整逆變器輸出。例如，如果發電量過剩，電網運營商可能會指示發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，以確保對逆變器進行實時調節并防止由于電流過大而導致潛在的電網過載。 大型設施中通常還會存在各種其他設備，包括氣象站、優化面板朝向太陽角度的太陽追蹤器、確保追蹤器確實在相應移動的追蹤器角度監測設備，以及用于測量入射陽光強度的光強計。 儲能裝置在太陽能設施中也發揮著重要作用，各種規模的設施中都集成了電池組。 在住宅和屋頂配置中，采用電動汽車充電站可實現對電動汽車充電的支持。能源管理器是住宅太陽能配置中不可或缺的組成部分，它根據當地的能源生產情況和電網能源定價來監控能源消耗。能源管理器優化本地負載的運行，使之對應能源成本最低的時間段，例如白天太陽能發電高峰期。 總之，太陽能設施組成了一個具有各種通信功能的復雜物聯網系統。 有線還是無線解決方案？ 如今，在大型設施中，有線解決方案是常態，涉及由光纖環路網絡和數公里線纜構成的復雜網絡，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，如果連接多個設備的線纜發生故障，通信可能會中斷。此外，線纜更換和修復過程需要大量人力，成本高昂。 鑒于認識到這些挑戰，人們對無線解決方案的興趣日益濃厚，因為它們可以顯著節省成本并具有安裝靈活性。傳統的有線方法通常需要幾天時間和大量人力才能完成，而無線替代方案則可以快速、輕松地進行安裝并具有良好的適應性。這些優勢促使無線解決方案越來越多地被采用，特別是在對無縫、高效系統部署的需求不斷增長的情況下。 哪些無線技術適合太陽能設施？ 目前有多種無線技術可供選擇，每種技術均針對我們前面討論的三種不同太陽能細分領域的特定需求，以及每個細分領域中實現高效設施運行所需的各種設備量身定制，因此要求也各不相同。 關鍵要求之一是需要長距離。以住宅設施細分領域為例，系統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炔�，而混凝土墻壁會造成干擾，從而帶來通信挑戰。同樣，在非住宅屋頂設施中，與屋頂逆變器的有效通信會帶來距離問題，因為控制器位于建筑物的下面幾層。在涵蓋數公里的大型公用事業設施中，與每個追蹤器和直流匯流箱實現長距離通信至關重要。
（圖片來源：Radiocrafts） 為了解決這類距離問題，我們發現相較于 2.4 GHz 技術，Sub-GHz 無線電通信可提供更優越的解決方案，因為 Sub-GHz 技術具有更強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絡內，但分步在多個屋頂上，這時就需要多跳網狀網絡解決方案來確�？蓴U展性。 事實證明，將 Sub-GHz 和網狀網絡技術整合，對于上述三種類型的太陽能設施都非常有效。 下圖顯示了 Sub-GHz 網狀網絡技術的另一個優勢。圖中，發電廠控制器與一個屋頂逆變器通信，接著該屋頂逆變器充當路由器，轉接與其他逆變器的通信。在這種太陽能配置中，長距離至關重要。 然而，還需要注意，延遲要求是一個與距離相矛盾的考慮因素。對于延遲敏感型設備，必須謹慎留意通信設備。
（圖片來源：Radiocrafts） 例如，在監測氣象站時，不需要每毫秒都收集數據，因為天氣狀況通常不會變動那么快。然而，有些情況下需要快速調整（例如減少電網的電壓輸入），這時需要近乎實時的通信，尤其是在同時管理多個逆變器時。 Radiocrafts 面向太陽能設施的 RIIM 網狀網絡技術 Radiocrafts 提供長距離、低延遲 Sub-GHz 網狀網絡解決方案 RIIM，非常適合上述所有三種太陽能設施細分領域。 使用 RIIM，用戶可以靈活地定制各種改裝，以適應不同的太陽能設施系統。例如，一些用戶可能優先考慮快速并網時間，而其他用戶可能優先考慮低延遲或在單個網絡中部署多臺設備的能力。這些要求都可以在網絡設置中進行微調和先后排序。此外，我們還為客戶的具體開發提供廣泛支持，這意味著，如果客戶希望獲得標準產品之外的其他功能，我們可以支持這些要求。 除了上述距離和延遲問題，可靠性也是一個重要的考慮因素。雖然線纜往往很可靠，但它們容易磨損，可能導致線纜斷裂和連接器扎堆等問題。相比之下，無線通信存在數據包丟失的可能性。為緩解這一挑戰，RIIM 采用了“時隙信道跳變 (TSCH)”等先進技術。TSCH 是一種協議，允許數據包在同步時間表中跨不同的頻率和時隙傳輸。TSCH 是一種舉世聞名的跳頻系統，其性能極其出色，能夠在系統內實現 99.99% 或更高的數據傳輸可靠性。 數據吞吐量也是太陽能系統設計中的一個重要考慮因素。每個設備產生的數據量千差萬別。例如，氣象站產生的數據相對較少，而太陽能逆變器可以產生大量數據。系統設計決策需要考慮逆變器或太陽能板的本地處理能力、數據過濾和壓縮。最終目標是在設備之間高效傳輸一定數量的數據。例如，如果網絡主要傳輸警報，則低延遲至關重要，但流量始終較低。然而，如果每個設備每秒產生數百比特的數據，則可能會因流量過大發生擁塞。 解決這種延遲問題是 RIIM 網絡設計的一個關鍵方面，特別是對于高吞吐量網絡。在歐盟，占空比限制帶來了挑戰。就其背景而言，根據 RED 指令，您只能在 1% 的時間內傳輸數據。這種限制對高吞吐量系統產生了嚴重影響。例如，使用 LoRaWAN 網絡時，長距離數據包傳輸需要每個數據包之間等待 10 分鐘，以符合占空比規則。RIIM 利用跳頻來解決這一挑戰，允許使用多個無線電信道發送數據。此外，RIIM 支持自適應頻率捷變功能，以識別有噪信道并將它們從跳頻列表中排除，確保系統僅使用最佳無線電信道發送數據。此外，RIIM 在發送數據包時采用了通話前傾聽 (LBT) 技術。這些功能組合起來稱為禮貌頻譜接入，根據 RED 指令和歐盟標準，它允許在高達 37% 的時間進行數據傳輸。這種組合可以實現高吞吐量網絡，同時最大限度地減少流量擁塞和數據包丟失。
（圖片來源：Radiocrafts） 此外，RIIM 的穩健性可以有效地管理在單個無線電信道內運行的其他協議（例如 Sigfox 或 LoRa 基站）產生的噪聲干擾。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 架構非常適合可擴展場景，涉及公用事業級設施中的多個并行網絡。例如，在可能裝有多達 10,000 塊太陽能板的大型設施中，將它們全部連接到單個網絡是不切實際的。然而，需要一種解決方案，支持多個網絡并行運行且通常相距較近的情況。如果所有這些網絡都在同一條無線電信道上運行，相互之間就會產生嚴重干擾。我們遇到過這樣的情況：使用單條信道系統的客戶在擴展網絡時面臨嚴重的干擾問題。然而，RIIM 支持跳頻和獨有的同步方法，確保網絡自動避免干擾。這種固有功能可緩解可擴展性問題，且無需客戶干預。 獲得什么啟示？ 在我們努力應對全球變暖的過程中，可再生能源的需求不斷高漲。太陽能行業在追求更可持續的發電和生活方式方面一馬當先。從沙漠地區數十萬塊太陽能板和逆變器的大規模部署，到我們社區中的各個家庭，社會中的各行各業都在推動太陽能運動方面發揮著重要作用。 太陽能行業的每個領域都依賴各種設備和裝置來建立高效的太陽能設施。這些設備包括發電廠控制器、逆變器、電度表、電動汽車充電站、儲能系統等。此外，隨著太陽能行業的發展，無線解決方案逐漸成為有線解決方案的一種經濟有效的替代方案。有線解決方案通常會產生大量維護、安裝和人工成本。 Radiocrafts 的 Sub-GHz 網狀網絡技術 RIIM 是專為太陽能行業量身定制的領先無線解決方案。RIIM 提供一系列優勢，包括通過其多跳網狀網絡架構實現長距離通信、低延遲以及信道跳變功能，從而提供超高可靠性。此外，得益于自適應頻率捷變和通話前偵聽功能，RIIM 支持高數據吞吐量，這使其非常適合在噪聲環境中運行。 |
