اختيار نظام الاتصال لمراقبة أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية: LoRaWAN مقابل 4G مقابل RS485

لا يكون نظام مراقبة الطاقة الشمسية مفيدًا إلا عندما تصل بياناته إلى المنصة المناسبة بشكل موثوق.

قد تعمل جميع أجهزة استشعار الإشعاع الشمسي، وأجهزة استشعار درجة حرارة الألواح الكهروضوئية، ومحطات الأرصاد الجوية، والمحولات، وعدادات الكهرباء، وأجهزة مراقبة التلوث بشكل صحيح في الموقع. ومع ذلك، إذا كانت الاتصالات غير مستقرة أو متأخرة أو مصممة بشكل سيئ، فقد يواجه المشغلون فقدان السجلات، وتحليلات أداء غير مكتملة، وتأخرًا في الإنذارات، وزيارات صيانة غير ضرورية.

اختيار الخيار الصحيح اتصالات مراقبة الخلايا الكهروضوئية لذا، فإن الطريقة تؤثر على أكثر بكثير من مجرد نقل البيانات. فهي تؤثر على تكلفة التركيب، وموثوقية النظام، والتوسع المستقبلي، وعبء الصيانة، والتكامل مع الحوسبة السحابية، وجودة تحليل نسبة الأداء.

إذن، ما هو الخيار الذي يجب أن يستخدمه مشروع الطاقة الشمسية: LoRaWAN أو 4G أو RS485؟

الجواب العملي هو:

• RS485 يُعد هذا الخيار الأفضل عادةً لتوصيل أجهزة الاستشعار القريبة بجهاز تسجيل البيانات أو وحدة التحكم المحلية.
• لوراوان وهو مناسب تمامًا لنقاط المراقبة الموزعة ذات البيانات المنخفضة المنتشرة عبر مزرعة الطاقة الشمسية.
• 4G تُستخدم عادةً لإرسال البيانات من موقع الطاقة الشمسية الكهروضوئية البعيد إلى منصة سحابية أو مركز تحكم.
• بالنسبة للعديد من المشاريع التجارية ومشاريع المرافق العامة، بنية هجينة تجمع بين الثلاثة جميعها يوفر الحل الأكثر موثوقية وقابلية للتوسع.

مقارنة سريعة بين LoRaWAN و4G وRS485

لا تُعد هذه التقنيات بدائل مباشرة في كل الحالات. فهي غالباً ما تعمل على مستويات مختلفة من بنية إنترنت الأشياء الخاصة بمزارع الطاقة الشمسية نفسها.

لماذا يُعدّ التواصل أمراً بالغ الأهمية في مراقبة أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟

قد يقوم نظام مراقبة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتكامل بجمع المعلومات من:

• أجهزة استشعار الإشعاع الشمسي الأفقي العالمي
• مستشعرات الإشعاع الضوئي المستوية
• مستشعرات درجة حرارة وحدات الخلايا الكهروضوئية
• مستشعرات درجة الحرارة والرطوبة المحيطة
• مستشعرات سرعة واتجاه الرياح
• مقاييس المطر
• أجهزة مراقبة التلوث
• محولات التيار الكهربائي وعدادات الكهرباء
• وحدات مراقبة السلسلة
• محطات الأرصاد الجوية المحلية

يحدد نظام الاتصالات ما إذا كان من الممكن جمع هذه البيانات بشكل مستمر وتخزينها بشكل صحيح وتسليمها إلى منصة المراقبة دون وجود فجوات كبيرة.

ينبغي أن تدعم بنية الاتصالات المصممة جيداً خمسة أهداف أساسية.

جمع بيانات موثوق

يجب استطلاع بيانات المستشعرات على فترات زمنية محددة دون حدوث تعارضات في الاتصال أو فقدان متكرر للبيانات. قد يؤدي فقدان سجلات الإشعاع الشمسي أو درجة حرارة الوحدة إلى تقليل دقة تحليل الأداء.

إرسال الإنذار في الوقت المناسب

ينبغي الإبلاغ بسرعة كافية عن درجة حرارة الوحدة غير الطبيعية، أو فشل الاتصال، أو الرياح الشديدة، أو عطل المستشعر، أو انقطاع الطاقة غير المتوقع، حتى يتمكن المشغلون من الاستجابة.

حماية البيانات غير المتصلة بالإنترنت

قد تفقد محطات الطاقة الشمسية البعيدة الاتصال بالإنترنت مؤقتًا. لذا، ينبغي لجهاز تسجيل البيانات المناسب الاستمرار في جمع البيانات المحلية وتخزينها قبل تحميلها بعد استعادة الاتصال.

توسيع النظام

ينبغي أن تسمح شبكة الاتصالات بإضافة محطات أرصاد جوية أو أجهزة استشعار أو مناطق طاقة شمسية إضافية دون إعادة بناء البنية التحتية بأكملها.

تكامل المنصة

قد تحتاج البيانات إلى الوصول إلى لوحة تحكم سحابية، أو نظام SCADA، أو منصة إدارة الطاقة، أو خادم مملوك للعميل من خلال بروتوكولات مثل Modbus، أو MQTT، أو TCP/IP، أو واجهات برمجة التطبيقات (API).

JW-IoT نظام مراقبة الطاقة الشمسية الكهروضوئية مع أتمتة إنترنت الأشياء يجمع بين أجهزة الاستشعار البيئية، وأجهزة جمع البيانات، وبوابات الاتصال، ومراقبة السحابة، وأجهزة الإنذار، وتكامل المنصات لأنواع مختلفة من مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية.

RS485 لشبكات أجهزة استشعار الطاقة الشمسية السلكية

يُعد RS485 أحد أكثر واجهات الاتصال استخدامًا في الاستشعار الصناعي والأتمتة.

في مراقبة الخلايا الكهروضوئية، يتم استخدام RS485 بشكل شائع لتوصيل أجهزة استشعار الإشعاع الشمسي، وأجهزة استشعار درجة حرارة الوحدات، وأجهزة استشعار الطقس، وعدادات الكهرباء، وأجهزة Modbus الأخرى بمسجل البيانات، أو وحدة التحكم عن بعد، أو وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة، أو بوابة الحافة.

كيف يعمل بروتوكول RS485 في نظام مراقبة الخلايا الكهروضوئية

يمكن لعدة مستشعرات RS485 Modbus مشاركة نفس ناقل الاتصال. يتم تخصيص عنوان فريد لكل جهاز، مما يسمح لمسجل البيانات بطلب القياسات من المستشعرات الفردية.

قد يبدو الاتصال النموذجي على النحو التالي:

مستشعرات الخلايا الكهروضوئية ← ناقل Modbus RS485 ← مسجل بيانات أو وحدة طرفية عن بعد

ثم يقوم مسجل البيانات بتخزين البيانات المجمعة أو معالجتها أو إعادة توجيهها عبر الإيثرنت أو LoRaWAN أو 4G أو وصلة صاعدة أخرى.

مزايا RS485

اتصال محلي مستقر

يكون الاتصال السلكي المثبت بشكل صحيح مستقرًا بشكل عام وأقل تأثرًا بظروف التغطية اللاسلكية.

توافق صناعي واسع

تدعم العديد من أجهزة استشعار الطقس الكهروضوئية، والمحولات، والعدادات، ووحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة، ومسجلات البيانات بروتوكول Modbus RTU عبر RS485.

لا يوجد اشتراك في خدمة الهاتف المحمول

لا يتطلب RS485 نفسه بطاقة SIM أو اشتراكًا في الشبكة أو رسوم اتصال سحابي.

مناسب لإجراء استطلاعات رأي متكررة

يمكن لجهاز تسجيل البيانات جمع القياسات من أجهزة الاستشعار القريبة على فترات قصيرة نسبيًا، مما يجعل RS485 مفيدًا لمحطات الأرصاد الجوية وغرف المعدات المحلية.

سهولة التكامل مع أنظمة التحكم

يمكن دمج أجهزة RS485 Modbus في أنظمة SCADA ووحدات التحكم عن بعد (RTUs) والبوابات الصناعية وخزائن المراقبة المحلية.

على سبيل المثال، أ محطة رصد الأحوال الجوية الكهروضوئية لمحطات الطاقة الشمسية الموزعة يمكن جمع بيانات الإشعاع الشمسي، ودرجة حرارة الوحدة، والرياح، والرطوبة، والضغط، وغيرها من البيانات البيئية من خلال وحدة جمع بيانات متكاملة.

قيود RS485

يتطلب بروتوكول RS485 كابلات اتصال مادية. في محطات الطاقة الشمسية الكبيرة، قد يؤدي حفر الخنادق وتمديد مسارات الكابلات إلى زيادة تكاليف التركيب.

يجب تصميم الأسلاك الخارجية بعناية أيضاً. تشمل المخاطر الشائعة ما يلي:

• أضرار الصواعق والارتفاع المفاجئ في التيار الكهربائي
• فروق الجهد الأرضي
• إنهاء غير صحيح
• مشاكل حماية الكابلات
• القطبية المعكوسة
• فروع الشبكة المفرطة
• دخول الماء إلى صناديق التوصيل
• تعارضات الاتصال الناتجة عن عناوين الأجهزة المكررة

لذلك عادة ما يكون RS485 أكثر فعالية داخل منطقة مراقبة محددة بدلاً من كونه طريقة الاتصال الوحيدة عبر مزرعة الطاقة الشمسية بأكملها على نطاق المرافق.

متى يجب على مشروع الطاقة الشمسية الكهروضوئية استخدام RS485؟

يُعدّ RS485 خيارًا قويًا عندما:

• يتم تركيب أجهزة الاستشعار بالقرب من محطة الأرصاد الجوية أو الخزانة نفسها.
• تتوفر مسارات الكابلات الحالية.
• يتطلب المشروع تكاملاً مباشراً مع بروتوكول Modbus.
• لا حاجة لتغطية شبكة الهاتف المحمول أو اللاسلكية على مستوى المستشعر.
• يلزم إجراء استطلاع متكرر ومتوقع للمستشعرات.
• يحتاج النظام إلى الاتصال بجهاز عاكس، أو وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC)، أو نظام SCADA، أو مسجل بيانات محلي.

شبكة الجيل الرابع لمحطات الطاقة الشمسية البعيدة

يتم بناء العديد من محطات الطاقة الشمسية في مناطق نائية حيث لا تتوفر البنية التحتية للشبكات الثابتة ذات النطاق العريض أو الألياف الضوئية أو الشبكات المحلية.

في هذه المشاريع، توفر تقنية الجيل الرابع طريقة عملية لربط محطة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بخادم سحابي أو مركز مراقبة أو منصة تشغيل وصيانة عن بعد.

كيف تعمل تقنية الجيل الرابع في مراقبة أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟

يقوم مسجل البيانات المحلي أو وحدة DTU 4G بجمع البيانات من أجهزة الاستشعار الميدانية وإرسالها عبر شبكة الهاتف المحمول.

الهيكل النموذجي هو:

أجهزة الاستشعار ← مسجل بيانات RS485 أو وحدة طرفية عن بعد ← شبكة الجيل الرابع ← منصة سحابية

قد يدعم جهاز 4G وظائف بوابة TCP و UDP و HTTP و MQTT و Modbus أو الإرسال التسلسلي الشفاف اعتمادًا على متطلبات المعدات والمنصة.

ال خادم أجهزة تسلسلي 4G CAT1 DTU مزود بمنفذي RS232 و RS485 يمكن توصيل أجهزة الحقل التسلسلية بشبكات الهاتف المحمول ونقل بيانات المراقبة إلى خادم بعيد.

مزايا تقنية الجيل الرابع

مناسب لمواقع الطاقة الشمسية الكهروضوئية النائية

يمكن نشر اتصال الجيل الرابع (4G) في أي مكان تتوفر فيه إشارة خلوية مناسبة، دون الحاجة إلى تركيب كابلات اتصالات لمسافات طويلة.

اتصال مباشر بمنصات الحوسبة السحابية

يمكن لأجهزة تسجيل البيانات تحميل المعلومات مباشرة إلى سحابة عامة أو خادم خاص أو بوابة SCADA أو منصة تشغيل وصيانة الطاقة الشمسية التابعة لجهة خارجية.

نشر أسرع للمشاريع

غالباً ما يمكن تشغيل محطة مراقبة الطاقة الشمسية المزودة ببطاقة SIM بشكل أسرع من المحطة التي تعتمد على بنية تحتية جديدة للإنترنت السلكي.

يدعم أحجام بيانات أكبر

بالمقارنة مع شبكات الاستشعار اللاسلكية منخفضة الطاقة، فإن تقنية الجيل الرابع (4G) أكثر ملاءمة لعمليات التحميل المتكررة وملفات التكوين والصيانة عن بعد والمهام الأخرى التي تتطلب معالجة مكثفة للبيانات.

إدارة الأجهزة عن بعد

اعتمادًا على نوع الأجهزة، قد يتمكن المشغلون من تغيير المعلمات، أو إعادة تشغيل المعدات، أو تحديث البرامج الثابتة، أو تشخيص مشاكل الاتصال عن بعد.

قيود تقنية الجيل الرابع

يتمثل القيد الرئيسي في الاعتماد على شبكة الهاتف المحمول المحلية.

قبل اختيار مسجل بيانات الجيل الرابع، يجب على فريق المشروع التأكد مما يلي:

• قوة إشارة الهاتف المحمول عند نقطة التثبيت
• مشغلو الشبكات المتاحون
• نطاقات التردد المدعومة
• إدارة بطاقة SIM
• متطلبات البيانات الشهرية
• موضع الهوائي
• استهلاك الطاقة
• متطلبات أمن الشبكة
• سواء كانت هناك حاجة إلى رقم تعريف نقطة بيع عام أو خاص

قد تتعرض مواقع الطاقة الشمسية البعيدة لانقطاع مؤقت في الشبكة. لذا، يُعد التخزين المحلي وإعادة إرسال البيانات تلقائيًا من الوظائف المهمة لنظام مراقبة موثوق بتقنية الجيل الرابع.

متى يجب أن يستخدم مشروع الطاقة الشمسية الكهروضوئية تقنية الجيل الرابع (4G)؟

تُعدّ تقنية الجيل الرابع (4G) مناسبة عندما:

• المصنع بعيد عن مركز التحكم.
• لا تتوفر خدمة الإيثرنت أو الألياف الضوئية.
• يجب إرسال البيانات إلى منصة سحابية.
• يحتاج الموقع إلى تشخيص أو صيانة عن بعد.
• حجم البيانات أكبر مما ينبغي أن تتحمله شبكة منخفضة الطاقة.
• يجب على بوابة واحدة تجميع البيانات من عدة أجهزة محلية.
• يدير المشروع مواقع متعددة للطاقة الشمسية الكهروضوئية موزعة جغرافياً.

أن جهاز توجيه صناعي بتقنية الجيل الرابع يمكن استخدامها أيضًا عندما تحتوي خزانة مراقبة الخلايا الكهروضوئية على العديد من أجهزة إيثرنت أو أجهزة تسلسلية أو أجهزة شبكة محلية.

شبكة LoRaWAN لعقد مراقبة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الموزعة

قد تتطلب مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية واسعة النطاق والموزعة نقاط مراقبة عبر مساحة كبيرة.

قد يكون مدّ كابلات الاتصال من كل مستشعر إشعاع شمسي، أو مستشعر درجة حرارة وحدة، أو عقدة رصد جوي إلى خزانة مركزية مكلفًا وصعبًا. يوفر LoRaWAN بديلاً لنقل حزم صغيرة من بيانات المستشعرات عبر شبكة لاسلكية خاصة.

كيف تعمل تقنية LoRaWAN في مزرعة الطاقة الشمسية

تتصل أجهزة الاستشعار الميدانية بعقد LoRaWAN أو وحدات DTU اللاسلكية. تقوم هذه العقد بنقل البيانات إلى بوابة LoRaWAN واحدة أو أكثر.

ثم تقوم البوابة بإعادة توجيه البيانات إلى خادم الشبكة أو منصة الحوسبة السحابية عبر شبكة الجيل الرابع أو الإيثرنت أو الواي فاي أو أي اتصال إنترنت آخر.

تتمثل البنية المعمارية النموذجية فيما يلي:

مستشعر RS485 ← عقدة LoRaWAN ← بوابة LoRaWAN ← 4G أو إيثرنت ← منصة سحابية

هذا تمييز مهم: عادةً ما تتولى تقنية LoRaWAN الاتصال عبر موقع الطاقة الشمسية، بينما تتولى تقنية 4G في كثير من الأحيان الاتصال من الموقع إلى السحابة.

مزايا تقنية LoRaWAN

تقليل كابلات المجال

يمكن لعقد المراقبة الموزعة نقل البيانات لاسلكيًا، مما يقلل الحاجة إلى مسارات كابلات الاتصال الطويلة.

استهلاك منخفض للطاقة

تُعد تقنية LoRaWAN مناسبة لأجهزة المراقبة التي تعمل بالطاقة الشمسية أو التي تعمل بالبطاريات والتي تنقل كميات صغيرة من البيانات على فترات زمنية محددة.

يمكن لبوابة واحدة استقبال عدة عقد

يمكن لشبكة LoRaWAN المخططة بشكل صحيح جمع البيانات من العديد من نقاط المراقبة الموزعة.

مناسب للمساحات الخارجية الكبيرة

يمكن أن تكون تقنية LoRaWAN مفيدة لمزارع الطاقة الشمسية واسعة النطاق، ومواقع الطاقة الشمسية الكهروضوئية العائمة، والمشاريع الجبلية، وشبكات المراقبة الموزعة.

توسع مرن

يمكن في كثير من الأحيان إضافة عقد إضافية دون الحاجة إلى تمديد ناقل اتصال سلكي إلى الخزانة الرئيسية.

يوفر JW-IoT وحدة DTU تعمل بالبطارية بتقنية LoRaWAN مزودة بواجهات RS485 و RS232 لتوصيل أجهزة الاستشعار التسلسلية بشبكة LoRaWAN.

أن بوابة LoRaWAN خارجية ثم يمكنه جمع البيانات الميدانية وإرسالها عبر شبكة الجيل الرابع أو الإيثرنت أو الواي فاي أو غيرها من اتصالات النقل الخلفية المتاحة.

قيود تقنية LoRaWAN

تم تصميم LoRaWAN في المقام الأول لحزم بيانات الاستشعار الصغيرة بدلاً من التطبيقات ذات النطاق الترددي العالي.

لا يُعد هذا الخيار مناسبًا عادةً لما يلي:

• فيديو مباشر
• ملفات كبيرة
• بيانات شكل الموجة عالية التردد
• بث متواصل من الكاميرا
• تنزيلات البرامج الثابتة كبيرة الحجم للغاية
• التطبيقات التي تتطلب تحكمًا مستمرًا في الوقت الفعلي

وتعتمد التغطية أيضاً على ارتفاع الهوائي، والتضاريس، وتصميم مصفوفة الخلايا الكهروضوئية، والهياكل القريبة، والتداخل اللاسلكي، وموقع البوابة، ولوائح الترددات الإقليمية.

لذلك يوصى بإجراء تقييم لتغطية المجال قبل تحديد عدد ومواقع البوابات بشكل نهائي.

متى ينبغي استخدام تقنية LoRaWAN في مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟

تُعد مراقبة أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية باستخدام تقنية LoRaWAN مناسبة في الحالات التالية:

• تتوزع نقاط المراقبة عبر موقع واسع.
• ترسل كل عقدة حزم بيانات صغيرة نسبياً.
• ستكون كابلات الاتصالات الطويلة مكلفة.
• تحتاج الأجهزة إلى تشغيل منخفض الطاقة.
• يجب أن تشترك عدة مناطق مراقبة في بوابة واحدة.
• قد تتم إضافة نقاط مراقبة إضافية لاحقاً.
• يحتاج المشروع إلى شبكة لاسلكية خاصة بدون شريحة SIM واحدة لكل عقدة.

كيفية الاختيار بناءً على حجم المشروع

يعتمد التصميم الأمثل على أكثر من مجرد سعة الألواح الكهروضوئية المركبة. يجب أيضاً مراعاة تخطيط الموقع، وكثافة المراقبة، والطاقة المتاحة، والبنية التحتية للاتصالات، والتضاريس، ومتطلبات المنصة.

نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية صغير على السطح

قد يحتوي سطح مبنى تجاري صغير على نقطة مراقبة بيئية واحدة تقع بالقرب من العاكس أو خزانة الاتصالات.

التكوين العملي هو:

أجهزة استشعار الطقس والطاقة الشمسية ← RS485 ← مسجل بيانات ← إيثرنت أو 4G ← سحابة

يحافظ RS485 على سهولة التكامل المحلي، بينما يوفر Ethernet أو 4G وصلة الإرسال البعيدة.

قد لا تكون تقنية LoRaWAN ضرورية إلا إذا تم تركيب أجهزة الاستشعار على أسطح أو مبانٍ منفصلة.

مشروع الطاقة الشمسية الكهروضوئية التجارية الموزعة

قد يشمل المشروع الموزع عدة أسطح مبانٍ أو مبانٍ صناعية أو منشآت منفصلة جغرافياً.

قد يستخدم التصميم المناسب ما يلي:

أجهزة الاستشعار ← RS485 ← مسجل بيانات محلي ← 4G ← منصة سحابية مركزية

يمكن لكل موقع استخدام مسجل بيانات 4G مستقل، مما يسمح للمشغل بمراقبة جميع المواقع من خلال منصة واحدة.

محطة طاقة شمسية متوسطة أو كبيرة

قد تحتوي مزرعة الطاقة الشمسية الأرضية الكبيرة على عدة مناطق لمراقبة الأحوال الجوية.

أحد التصاميم المعمارية الموصى بها هو:

أجهزة الاستشعار المحلية → RS485 → عقدة LoRaWAN → بوابة LoRaWAN → 4G أو Ethernet → السحابة

يستخدم هذا النهج RS485 لجمع البيانات المحلية الموثوقة من أجهزة الاستشعار و LoRaWAN للاتصال عبر الموقع.

محطة طاقة شمسية على نطاق المرافق العامة

قد تتطلب محطة الطاقة واسعة النطاق محطات أرصاد جوية متعددة، ونقاط قياس الإشعاع الشمسي، وأجهزة استشعار درجة حرارة الوحدات، ومحطات قياس التلوث، وغرف العاكسات، والمحطات الفرعية.

قد تشمل شبكة الاتصالات ما يلي:

• RS485 داخل كل منطقة مراقبة محلية
• بوابات LoRaWAN متعددة لتغطية الموقع
• الألياف الضوئية أو إيثرنت الصناعية حيثما تتوفر البنية التحتية
• اتصال 4G كشبكة اتصال واسعة النطاق أساسية أو احتياطية
• تخزين البيانات على الحافة في كل مسجل بيانات
• تكامل واجهة برمجة التطبيقات أو نظام التحكم الإشرافي وجمع البيانات (SCADA) على مستوى النظام الأساسي

قد تكون مسارات الاتصال الاحتياطية مناسبة لبيانات المراقبة الهامة.

مزرعة الطاقة الشمسية العائمة أو الصحراوية

غالباً ما تواجه مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية العائمة والصحراوية مسارات كابلات صعبة وظروف صيانة معقدة.

يمكن لتقنية LoRaWAN تقليل الحاجة إلى كابلات الاتصال الطويلة، بينما توفر تقنية الجيل الرابع (4G) اتصالاً سحابياً عن بُعد. ويظل منفذ RS485 المحلي مفيداً لتوصيل أجهزة الاستشعار داخل كل منصة عائمة أو محطة ساحلية أو نقطة مراقبة بيئية.

بنية الاتصالات الهجينة الموصى بها

بالنسبة للعديد من مشاريع الطاقة الشمسية، فإن الحل الأمثل ليس اختيار طريقة اتصال واحدة فقط.

توفر البنية متعددة الطبقات موثوقية أفضل وتسهل التوسع المستقبلي.

الطبقة 1: اتصال المستشعرات

استخدم بروتوكول RS485 Modbus لتوصيل الأجهزة القريبة مثل:

• مقياس الإشعاع الشمسي
• مستشعرات درجة حرارة وحدات الخلايا الكهروضوئية
• أجهزة استشعار الطقس صغيرة الحجم
• أجهزة استشعار الرياح
• مقاييس المطر
• أجهزة مراقبة التلوث
• عدادات الطاقة

الطبقة الثانية: جمع البيانات

يجب أن يقوم مسجل البيانات المحلي أو وحدة التحكم عن بعد (RTU) أو وحدة التحكم عن بعد لشبكة LoRaWAN بما يلي:

• أجهزة استشعار الاستطلاع
• قم بتعيين الطوابع الزمنية
• التحقق من صحة القراءات
• قم بتخزين البيانات محليًا
• إدارة عناوين المستشعرات
• اكتشاف أعطال الاتصال
• تخزين البيانات مؤقتًا أثناء انقطاع الشبكة

الطبقة الثالثة: التواصل على مستوى الموقع

استخدم تقنية LoRaWAN عندما تكون عقد المراقبة منتشرة في جميع أنحاء محطة الطاقة الشمسية وتكون كابلات الاتصال الطويلة غير عملية.

استخدم شبكة إيثرنت الصناعية أو الألياف الضوئية حيث توفر البنية التحتية الحالية للمصنع تغطية موثوقة.

الطبقة الرابعة: وصلة خلفية واسعة النطاق

استخدم تقنية الجيل الرابع (4G) أو الإيثرنت أو الألياف الضوئية لتوصيل بوابة الموقع بمنصة السحابة البعيدة أو نظام SCADA أو مركز التحكم.

يمكن أيضًا استخدام اتصال 4G احتياطي عند انقطاع شبكة الإيثرنت أو الألياف الضوئية الأساسية.

الطبقة الخامسة: منصة المراقبة

ينبغي أن توفر المنصة ما يلي:

• لوحات بيانات في الوقت الفعلي
• تحليل الاتجاهات التاريخية
• إشعار إنذار
• مراقبة حالة الجهاز
• إدارة مواقع متعددة
• تصدير البيانات
• الوصول إلى واجهة برمجة التطبيقات (API)
• تكامل نظام SCADA أو إدارة الطاقة

تتمثل البنية النموذجية الموصى بها فيما يلي:

مستشعرات الخلايا الكهروضوئية ← جمع البيانات عبر RS485 ← شبكة LoRaWAN الميدانية ← بوابة LoRaWAN ← 4G أو إيثرنت ← منصة سحابية أو SCADA

JW-IoT حلول محطات الأرصاد الجوية لمحطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية يمكن تهيئتها باستخدام RS485 و LoRaWAN و 4G واتصال البوابة ولوحات المعلومات السحابية والإنذارات وتكامل واجهة برمجة التطبيقات وفقًا لمتطلبات المشروع.

قائمة مراجعة تصميم الاتصالات

قبل اختيار إعدادات الاتصال، يرجى التأكد من معلومات المشروع التالية:

1. كم عدد نقاط المراقبة التي سيتم تركيبها؟
2. ما هي المسافة بين نقاط المراقبة؟
3. ما هي أجهزة الاستشعار التي تدعم بروتوكول RS485 Modbus؟
4. هل تتوفر الطاقة في كل نقطة مراقبة؟
5. هل تتوفر تغطية موثوقة لشبكة الجيل الرابع (4G) في الموقع؟
6. هل تتوفر خدمة الإيثرنت أو الألياف الضوئية بالفعل؟
7. هل يتطلب الموقع شبكة LoRaWAN خاصة؟
8. ما هو معدل تكرار جمع البيانات وتحميلها؟
9. هل يتطلب المشروع تخزين البيانات محلياً؟
10. هل ستتصل البيانات بمنصة سحابية، أو نظام SCADA، أو خادم العميل؟
11. هل يلزم إجراء عمليات التكوين عن بُعد وتحديثات البرامج الثابتة؟
12. هل يتطلب المشروع وجود نظام اتصال احتياطي؟
13. ما هي نطاقات تردد LoRaWAN ونطاقات الاتصالات الخلوية المطلوبة في البلد المستهدف؟
14. ما هي متطلبات الأمن السيبراني أو متطلبات النشر الخاص التي تنطبق؟

ينبغي الإجابة عن هذه الأسئلة قبل اختيار الأجهزة. فغالباً ما يؤدي اختيار جهاز الاتصال أولاً ثم تصميم الشبكة لاحقاً إلى تكاليف غير ضرورية أو مشاكل في التكامل.

LoRaWAN مقابل 4G مقابل RS485: أيهما الأفضل؟

لا توجد تقنية اتصالات واحدة هي الأفضل لكل مشروع من مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية.

اختر RS485 لضمان اتصال سلكي مستقر بين أجهزة الاستشعار القريبة وأجهزة جمع البيانات.

اختر LoRaWAN لعقد مراقبة بيئية موزعة ومنخفضة الطاقة عبر موقع كبير للطاقة الشمسية الكهروضوئية.

اختر شبكة الجيل الرابع عندما تحتاج محطة طاقة شمسية بعيدة إلى إرسال البيانات مباشرة إلى منصة سحابية أو نظام مراقبة مركزي.

بالنسبة للعديد من مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتوسطة والكبيرة، فإن التصميم الأكثر عملية هو:

RS485 على مستوى المستشعر + LoRaWAN عبر موقع الطاقة الشمسية + 4G لنقل البيانات إلى السحابة.

يوازن هذا النهج متعدد الطبقات بين الموثوقية المحلية، ومرونة التركيب، والتغطية اللاسلكية منخفضة الطاقة، والاتصال عن بعد.

التعليمات

1. ما هي أفضل طريقة اتصال لمراقبة أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟

تعتمد أفضل طريقة على وظيفة الاتصال. يُعدّ RS485 مناسبًا بشكل عام لشبكات الاستشعار المحلية، وLoRaWAN لعُقد المراقبة الموزعة، و4G لنقل البيانات من محطة بعيدة إلى السحابة. وتستخدم العديد من المشاريع مزيجًا من هذه التقنيات.

2. هل يمكن لتقنية LoRaWAN أن تحل محل RS485 في محطة الأرصاد الجوية الكهروضوئية؟

ليس دائمًا. تستخدم العديد من أجهزة استشعار الطقس والطاقة الشمسية بروتوكول RS485 Modbus كمخرج فعلي. يمكن لوحدة LoRaWAN DTU جمع بيانات RS485 ونقلها لاسلكيًا، مما يعني أن التقنيتين تعملان معًا بدلًا من أن تحل إحداهما محل الأخرى بشكل مباشر.

3. هل يمكن لجهاز تسجيل بيانات 4G واحد الاتصال بعدة أجهزة استشعار RS485؟

نعم. يمكن لجهاز تسجيل بيانات 4G أو وحدة DTU مناسبة استطلاع بيانات العديد من مستشعرات RS485 Modbus، وتخزينها، وتحميلها إلى خادم بعيد. يعتمد التكوين الدقيق على عناوين الأجهزة، وفترات الاستطلاع، وتوافق البروتوكول، وتوافر الطاقة.

4. هل تحتاج كل عقدة مراقبة LoRaWAN إلى بطاقة SIM؟

لا. تتصل العقد الميدانية ببوابة LoRaWAN ولا تحتاج عادةً إلى شرائح SIM منفصلة. قد تستخدم البوابة اتصال 4G واحدًا لإعادة توجيه البيانات من عدة عقد إلى السحابة.

5. كم عدد بوابات LoRaWAN التي تحتاجها مزرعة الطاقة الشمسية؟

يعتمد العدد على مساحة الموقع، والتضاريس، وارتفاع الهوائي، وتصميم المعدات، ومستوى التكرار المطلوب، وموقع العقدة، وظروف الراديو المحلية. يجب إجراء مسح للتغطية أو اختبار ميداني قبل تأكيد العدد النهائي للبوابات.

6. هل شبكة الجيل الرابع موثوقة بما يكفي لمحطة طاقة شمسية تعمل بدون رقابة؟

يمكن ذلك، شريطة أن يتمتع الموقع بتغطية خلوية مستقرة وأن يشتمل النظام على هوائي مناسب، ووحدة تخزين بيانات محلية، وإعادة اتصال تلقائية، وتخزين مؤقت للبيانات في وضع عدم الاتصال، وإعادة إرسال البيانات. كما يمكن للمشاريع الحيوية استخدام شبكة ثانوية أو اتصال احتياطي سلكي.

7. هل يمكن لـ JW-IoT دمج بيانات مراقبة الخلايا الكهروضوئية مع منصة SCADA الحالية؟

نعم. بإمكان JW-IoT توفير أجهزة استشعار، ومسجلات بيانات، وأجهزة LoRaWAN، ومعدات اتصالات الجيل الرابع، ومنصات سحابية، ودعم تكاملي. قد تستخدم الواجهة النهائية بروتوكولات Modbus أو MQTT أو TCP/IP أو API أو غيرها، وذلك بناءً على متطلبات نظام SCADA أو المنصة الخاصة بالعميل.

8. ما المعلومات المطلوبة لتصميم نظام اتصالات الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟

يحتاج JW-IoT عادةً إلى تخطيط الموقع، وعدد نقاط المراقبة، وقائمة أجهزة الاستشعار، والمسافة بين النقاط، والطاقة المتاحة، وتغطية شبكة الهاتف المحمول المحلية، وفترة البيانات المطلوبة، والمنصة المستهدفة، وبروتوكولات الاتصال، وبلد النشر، وأي متطلبات للتكرار أو الأمن السيبراني.

اطلب تكوين اتصال الطاقة الشمسية الكهروضوئية

يبدأ تصميم الاتصالات الأكثر فعالية بتخطيط الموقع وهدف المراقبة - وليس ببوابة واحدة أو مسجل بيانات.

يمكن لـ JW-IoT المساعدة في تكوين نظام إنترنت الأشياء الكامل لمزرعة الطاقة الشمسية الذي يجمع بين:

• مستشعرات الطاقة الشمسية الكهروضوئية RS485 Modbus
• عقد مراقبة LoRaWAN
• بوابات LoRaWAN خارجية
• مسجلات بيانات الجيل الرابع وأجهزة التوجيه الصناعية
• تخزين البيانات محليًا
• لوحات معلومات مراقبة السحابة
• إدارة الإنذارات
• تكامل MQTT وواجهة برمجة التطبيقات
• اتصال نظام التحكم الإشرافي وجمع البيانات (SCADA) ومنصة العميل

تواصل مع JW-IoT مع مراعاة تصميم محطة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، وعدد أجهزة الاستشعار، ومسافة الاتصال، والبلد، ومتطلبات المنصة، للحصول على بنية اتصال موصى بها.