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什么是Wi-Fi Halow技术?如何用来构建智能、可持续的能源基础设施-EDN 电子技术设计
[发布时间]:2021年4月14日 [来源]:电子技术设计网 [点击率]:4673
【导读】: Wi-Fi HaLow技术由W-Fi联盟命名,由IEEE 802.11ah任务组将其进行标准化。与传统Wi-Fi相比,Wi-Fi HaLow使用较低的频率和较窄的频带信道,这样的综合效应是连接距离...

  智能电表和智能电网
  采用Wi-Fi HaLow的公用事业电表,可以连接远达到1公里以上(根据美国联邦通信委员会的规定)。由于可以使用星型结构,这简化了电力公司的网络。一个社区的单个接入点(AP),就能监控成千上万家庭的用电情况。Wi-Fi HaLow还通过采用Wi-Fi的WPA3级加密技术,提高了家庭之间数据传输的安全性。采用Wi-Fi HaLow的电表,能与接入点(AP)协商睡眠时间,在无需通信时节省电力。基于Zigbee无线技术(无论是2.4GHz还是sub-1GHz的IEEE 802.15.4g Wi-SUN)的竞品解决方案,都是依靠设备的网格网络,将信息回传到小区的公用事业网关,以访问IP网络。如前所述,这样的网格网络会导致延迟,并降低网格网络中所有其他节点的网络总吞吐量。
  为家庭和企业供电的配电基础设施,也可以从Wi-Fi HaLow的连接中受益。监控和数据采集(SCADA)系统,依靠传感器来了解整个网络的运行情况,从而决定如何管理电网。在变电站监测到的情况,通常用来推断是什么原因导致了下游线路的故障,这些线路为附近的变压器供电。通过安装更多的传感器、获得更多的数据、更细粒度地了解次级网络的状况,包括附近每个变压器的情况,监控和数据采集(SCADA)系统可以就如何响应做出更好的决策。Wi-Fi HaLow的远于一公里的覆盖范围和高吞吐量,可以用于收集变电站及其周边地区的传感器数据。

改善清洁能源系统

  太阳能
  在过去的几十年里,将太阳光转化为电能的光伏(PV)系统每千瓦的成本,已经大幅下降。成本下降的很大一部分原因,是光伏面板效率的提高,目前最好的太阳能面板的效率在25%上下。成本下降的另一部分原因,是由于科技创新,如微型光伏逆变器和优化器,让每块面板的能量得到最佳利用。要产生一户常规家庭所需的平均电力,与过去相比,现在所需的面板数量更少。监控系统可以跟踪建筑物屋顶上每一块面板的状态,为装置达到峰值功率提供反馈。其中一些组件可能通过电源线进行通信。一个单一的互联网连接,通常是通过以太网、Wi-Fi、或蜂窝调制解调器,结合太阳能系统与家庭的电网进行连接。
  通过在每块面板、微型逆变器、电源优化器和并网交换机中使用无线通信,可以对整个光伏系统进行最精细的监控,而无需依赖通过电力电缆的数据流。这些集成电路(IC)可以在很低的电压下运行,并且可以通过在空闲时休眠来节省能源。通过本机IP无线通信网络,每个组件都可以连接到云端的管理系统。在未来,过时组件可以单独升级为更高效的组件,而不必向后兼容有线通信协议。不同组件供应商之间的互操作性,可以鼓励创新和竞争,从而加速消费者市场的增长。

  能量储存
  电池为小型设备和车辆储存电能提供了最佳选择。通过延长无线传感器的电池寿命,Wi-Fi HaLow减少了一次性电池的浪费,为地球带来了直接的益处。
  锂聚合物(LiPo)电池技术的进步,彻底改变了从智能手机到电动汽车等多个行业。整个房屋的能量,可能储存在一个挂在墙上的大型锂电池中。智能电池充电器可以将“免费”的太阳能储存在电池中,也可以在非高峰时段通过电网充电。在用电高峰时,家用电池可以将需要的电能返还给房屋或电器,而高峰时段本来会以更高的费率计费。所有这些系统的协调,都可以通过Wi-Fi HaLow在每个组件中进行辅助。
  电化学电池并不是储存能量的唯一方式。将电能转化为动能,可以提供一种保持可再生清洁能源的方法。过剩的电能可以用来旋转大型飞轮,大型飞轮通常在低摩擦的轴承上旋转。当需要时,飞轮的惯性可以通过发电机,重新转化为电能。这一概念类似于水力发电或风力发电,只是形式更为紧凑。飞轮存储设备的各个部分可以与Wi-Fi HaLow联网,而不依赖于电线。

  风能
  每座风塔内都有一个变速箱和发电机,将旋转的风力转化为电力,通过电缆输送到地面。所以需要对轴承和齿轮进行监测,以防止其过早磨损或发生振动。同时也要对叶片的方向和节距进行监控,以确保向电网输送稳定的电力。风塔内还包括多种传感器,用于测量各种环境条件,如风速、风向和是否结冰。一个采用Wi-Fi HaLow的网络可以连接所有这些功能,新型小型传感器还可以放置在以前可能无法触及的地方。

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