人類社會的發展離不開對電力的需求，我國是全球最大的電力消費國。據中國電力企業聯合會統計：截至2020年6月底，全國發電裝機容量達到了20.5億千瓦，同比增長5.5%；其中采用一次性能源的火電裝機容量達12.1億千瓦，同比增長3.7%；燃煤發電裝機容量為10.5億千瓦，同比增長3.0%；光伏發電裝機容量為2.2億千瓦，同比增長16.4%。
目前，發電用煤約占全國煤炭總產量的25%。煤炭作為一種不可再生資源，其存儲量在日益減少，并且在使用過程中會排出大量有毒有害物質，對水、土壤和大氣造成污染，形成溫室效應和酸雨，嚴重危害人類賴以生存的環境。因此，國際上急需一種新能源產業來代替傳統的燃料，減少對環境的影響。
光伏產業作為一種利用太陽能發電的新興產業，與傳統發電方式相比，具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和建設周期短等特點，因而受到世界各國的重視。我國已經成為全球最大的光伏發電組件和配件生產國，光伏發電各環節的產業規模保持快速增長的勢頭。
盡管光伏發電有著諸多優勢，但在具體的應用場景中，仍存在一些亟待解決的問題，例如光伏發電急需精細化以實現降本增效；傳統光伏支架由于安裝角度固定，無法跟蹤光照，不能最大化利用太陽能；傳統光伏板需要依靠維護人員巡檢管理，成本高，并且存在漏檢現象等。而物聯網技術能夠幫助光伏產業進一步提升效率。
為有效解決上述問題，廈門四信通信科技有限公司（以下簡稱“廈門四信”），一家領先的物聯網通信設備及解決方案服務提供商，巧妙地將物聯網技術與光伏產業相結合，推出了基于LoRa?的光伏跟蹤支架自動控制系統。其架構圖如圖1所示，整個系統架構由工控機、風速傳感器、LoRa終端、角度傳感器、電機驅動器、電機等部分組成。
圖1：光伏跟蹤支架自動控制系統架構圖
光伏跟蹤支架自動控制系統是一套負反饋控制系統，由四信工控機采集角度傳感器信息，根據當前角度與目標角度的差異，下發控制指令驅動電機帶動推拉桿運動使太陽能板旋轉，直至采集回來的當前角度與目標角度吻合，從而增加太陽能板的受光面積，最大限度捕獲入射的太陽能，進而提高電廠發電量。實際應用場景如圖2所示。
圖2：系統實際應用場景
“光伏發電產業對物聯網有著極強的需求，其他物聯網技術在光伏上也有很大應用，針對光伏覆蓋范圍大的特點，我更傾向推薦LoRa。因為LoRa具有成熟穩定、覆蓋面廣、抗干擾性強、組網靈活和經濟性高等特點，非常適合光伏產業的物聯網需求。”廈門四信產品經理葉順林表示。
作為該系統的關鍵部分，基于LoRa的終端負責業務數據的無線傳輸。正是因為Semtech的LoRa技術具有傳輸距離遠、功耗低、抗干擾性強等特點，使其非常適用于惡劣的安裝環境，此外，可以通過遠程升級（OTA）工具對系統進行升級，無需人工現場操作，提高了系統智能化和自動化管理。
葉順林補充道：“由于光伏應用現場部分環境非常惡劣，對產品的抗靜電要求、高低溫要求、天線要求十分嚴格，廈門四信基于LoRa的產品經過現場驗證測試，可滿足惡劣環境使用；同時我們在LoRa的基本特性上開展了多項創新，比如批量遠程OTA升級和遠程無線配置節點參數。”
盡管安裝跟蹤支架自動控制系統會產生額外成本，但可以被其增加的發電收益抵消，并且帶來更好的經濟收益。經計算，在陽光充足的地區，安裝該系統僅需每瓦5美分的一次性成本，但是可以為光伏項目增加10-20%的發電量，將項目的度電成本降低12%。
基于LoRa的光伏跟蹤支架自動控制系統具有多項優勢，具體如下：
· 免布線，易部署，節省布線施工成本和時間
· 工作在無需授權的ISM 470MHz頻段，無需向運營商支付流量費用
· 采用星形組網，協議架構簡單，穩定可靠，適用于廣播輪詢采集控制的應用場景
· 采用LoRa專利調制解調技術，靈敏度可達-140dBm，比其他無線技術具有更強的抗干擾能力
· 相比2.4G ZigBee技術，工作在470MHz頻段的LoRa波長更長，衍射能力和穿透太陽能板遮擋的能力更佳
· 廈門四信基于LoRa的產品增加ESD靜電防護電路，能夠經受8KV以上接觸靜電，滿足國標VI標準，尤其適用于北方干燥惡劣的野外環境
作為一家領先的物聯網技術公司，廈門四信推出了多款基于LoRa的產品，其中F8L10ST低功耗傳感器終端是一款基于LoRa擴頻技術的無線數據傳輸防水終端，可接入各種符合接口的傳感器，比如RS485、RS232、ADC、IO等接口傳感器。F8L10ST低功耗傳感器終端采用高性能的工業級LoRa方案，具有豐富的接口、支持鋰亞電池供電、太陽能供電、DC供電等多種供電方式，現已廣泛應用于物聯網產業鏈中的M2M行業，如智慧樓宇、智慧城市、智慧消防、智慧電力、智慧農業灌溉、土壤墑情、園林綠化、智慧林業、養殖和室內外環境監測等領域。
廈門四信總經理陳淑武說：“我們將與Semtech及LoRa生態中的更多伙伴合作，共同將基于LoRa的物聯網技術推廣應用到更多的行業中，從而讓物聯網為每個人創造更高的價值。”
Semtech中國區銷售副總裁黃旭東說：“Semtech一向倡導綠色、節能、環保，我們很高興看到廈門四信將LoRa應用到光伏產業，在為產業帶來更高經濟效益的同時，利用清潔能源來保護我們共同的居住環境。LoRa作為一種應用成熟且擁有龐大生態系統的物聯網技術，憑借其自組、安全、可控的特點，已在諸多行業實現智能化和自動化管理，并將進一步推動中國的工業物聯網技術發展。”