如何利用Wi-Fi Halow技術構建智能、可持續的能源基礎設施

干凈、綠色、可再生、可持續。無論創新型能源公司如何標榜自己，這些公司都有一個最終目標，即減少對碳氫化合物來源的依賴，在創造、分配和消耗能源的過程中，減少所產生的有害排放和污染物。在每個階段，我們都有機會通過使用先進的通信系統來提高效率。Wi-Fi HaLow就是其中一種先進的通信系統。

Wi-Fi HaLow技術由W-Fi聯盟命名，由IEEE 802.11ah任務組將其進行標準化。與傳統Wi-Fi相比，Wi-Fi HaLow使用較低的頻率和較窄的頻帶信道，這樣的綜合效應是連接距離更遠，而總能耗更低。設備可以與最遠1公里外的接入點（AP）進行通信，具體取決于該國對無線通信系統的規定。對于一些跨越數平方公里的清潔能源系統，Wi-Fi HaLow可將8,000多臺設備連接到一個接入點。

雖然傳統Wi-Fi是目前使用的最普遍的無線通信協議，但物聯網的快速發展，迫使人們重新思考Wi-Fi，揭示出技術上的差距，以及在一個無所不包的互聯和綠色世界中，Wi-Fi需要扮演什么角色。許多的物聯網和機對機（M2M）應用，對遠程連接和低功耗的更高要求，正以越來越快的速度，迎來Wi-Fi HaLow在現在以及未來的發展。

Wi-Fi HaLow的影響無處不在，從家居樓宇自動化系統，到清潔能源系統，包括太陽能、風能、能量儲存和地熱系統。

提高現有系統的效率

能源的創造、傳輸、儲存、分配和消費等現有的基礎設施，都可以從效率的即時改善中受益。在大量的消費設備上進行小規模的改進，可能會對需求產生重大影響。研究消費模式可以更好地預測如何控制電網和發電站。Wi-Fi HaLow簡化了跨更遠距離連接更多設備的過程，從而使智能系統能夠利用更細粒度的信息和控制。

家居自動化

采暖、通風和空調（HVAC）系統，是家居中最大的能耗設備之一。當無線連接添加到可編程恒溫器時，房主可以通過互聯網的云應用程序，遠程調整設置。然而，并非所有的房主都以有效的方式規劃其系統。根據系統的實際使用模式，智能恒溫器會調整設置來提高效率，并考慮到住宅的占用情況。這些系統還可以通過在一個可能知道房主位置和日程安排的生態系統中，整合更高層次的信息而進行改進。

傳統的Wi-Fi可能需要購買中繼器或數據流量來連接智能恒溫器和路由器，這增加了成本和能耗。低功耗的Wi-Fi HaLow溫控器，可以更容易地連接到家用Wi-Fi路由器，簡化了安裝成本，并有可能使用電池運行的溫控器，無需電源線。暖通空調系統中的各個組件，如空氣處理機、熔爐、熱泵、空調壓縮機和位于家中不同位置的傳感器設備，可以通過Wi-Fi HaLow互連，而非通過有線電纜。每個組件都可以成為暖通空調系統中不受約束的模塊化部件，每個組件都可以整合到使用分析中，而且隨著更高效技術的出現，每個組件都可以獨立升級。

此外，新型的Wi-Fi HaLow傳感器，如監測房間占用率、日照角度、濕度和空氣污染等，可以為暖通空調系統提供更全面的信息，以進行智能響應。Wi-Fi HaLow傳感器的位置，可根據其提供的最佳信息進行選擇，而非因為Wi-Fi的覆蓋范圍有限，而被限制在非最優位置。這些被動式系統只需要很低的能量，如果能通過Wi-Fi HaLow網絡可靠地連接到與接入點（AP）較遠的位置，則可以大大降低對暖通空調系統的需求。

樓宇自動化系統（BAS）

Wi-Fi HaLow還可以提高商業建筑暖通空調系統的效率和擁有成本。以一個大型辦公大樓的空調系統為例。這個由壓縮機、傳感器、恒溫器和阻尼器組成的整個網絡可以聯網，為現場或云端的樓宇管理系統（BMS）監視器，提供建筑物性能的高階視圖。構建這種網絡的傳統方法，依賴于將有線電源和信號連接到大多數組件上。一些系統集成了短程無線網狀網絡，包括802.15.4 Zigbee或用于傳感器設備的專有無線電。專有集線器或網關的幾個階段，在從這些設備到互聯網上的樓宇管理系統（BMS）的路徑上，增加了延遲而且數據吞吐量也有限制。

Wi-Fi HaLow集成電路與這些有線技術和專有無線技術相比，具有獨特的優勢。由于Wi-Fi HaLow在低于1 GHz的頻率范圍內運行，使用較窄的信道帶寬，比有線技術或使用2.4 GHz的無線技術更容易穿透墻壁、天花板、地板和其他物體，因此設備可以放置在需要的地方，限制更少。這就省去了多階段的網狀連接和中繼器，降低了基礎設施成本和能耗設備數量。

智能電表和智能電網

采用Wi-Fi HaLow的公用事業電表，可以連接遠達到1公里以上（根據美國聯邦通信委員會的規定）。由于可以使用星型結構，這簡化了電力公司的網絡。一個社區的單個接入點（AP），就能監控成千上萬家庭的用電情況。Wi-Fi HaLow還通過采用Wi-Fi的WPA3級加密技術，提高了家庭之間數據傳輸的安全性。采用Wi-Fi HaLow的電表，能與接入點（AP）協商睡眠時間，在無需通信時節省電力?；赯igbee無線技術（無論是2.4GHz還是sub-1GHz的IEEE 802.15.4g Wi-SUN）的競品解決方案，都是依靠設備的網格網絡，將信息回傳到小區的公用事業網關，以訪問IP網絡。如前所述，這樣的網格網絡會導致延遲，并降低網格網絡中所有其他節點的網絡總吞吐量。

為家庭和企業供電的配電基礎設施，也可以從Wi-Fi HaLow的連接中受益。監控和數據采集（SCADA）系統，依靠傳感器來了解整個網絡的運行情況，從而決定如何管理電網。在變電站監測到的情況，通常用來推斷是什么原因導致了下游線路的故障，這些線路為附近的變壓器供電。通過安裝更多的傳感器、獲得更多的數據、更細粒度地了解次級網絡的狀況，包括附近每個變壓器的情況，監控和數據采集（SCADA）系統可以就如何響應做出更好的決策。Wi-Fi HaLow的遠于一公里的覆蓋范圍和高吞吐量，可以用于收集變電站及其周邊地區的傳感器數據。

改善清潔能源系統

太陽能

在過去的幾十年里，將太陽光轉化為電能的光伏（PV）系統每千瓦的成本，已經大幅下降。成本下降的很大一部分原因，是光伏面板效率的提高，目前最好的太陽能面板的效率在25%上下。成本下降的另一部分原因，是由于科技創新，如微型光伏逆變器和優化器，讓每塊面板的能量得到最佳利用。要產生一戶常規家庭所需的平均電力，與過去相比，現在所需的面板數量更少。監控系統可以跟蹤建筑物屋頂上每一塊面板的狀態，為裝置達到峰值功率提供反饋。其中一些組件可能通過電源線進行通信。一個單一的互聯網連接，通常是通過以太網、Wi-Fi、或蜂窩調制解調器，結合太陽能系統與家庭的電網進行連接。

通過在每塊面板、微型逆變器、電源優化器和并網交換機中使用無線通信，可以對整個光伏系統進行最精細的監控，而無需依賴通過電力電纜的數據流。這些集成電路（IC）可以在很低的電壓下運行，并且可以通過在空閑時休眠來節省能源。通過本機IP無線通信網絡，每個組件都可以連接到云端的管理系統。在未來，過時組件可以單獨升級為更高效的組件，而不必向后兼容有線通信協議。不同組件供應商之間的互操作性，可以鼓勵創新和競爭，從而加速消費者市場的增長。

能量儲存

電池為小型設備和車輛儲存電能提供了最佳選擇。通過延長無線傳感器的電池壽命，Wi-Fi HaLow減少了一次性電池的浪費，為地球帶來了直接的益處。

鋰聚合物（LiPo）電池技術的進步，徹底改變了從智能手機到電動汽車等多個行業。整個房屋的能量，可能儲存在一個掛在墻上的大型鋰電池中。智能電池充電器可以將“免費”的太陽能儲存在電池中，也可以在非高峰時段通過電網充電。在用電高峰時，家用電池可以將需要的電能返還給房屋或電器，而高峰時段本來會以更高的費率計費。所有這些系統的協調，都可以通過Wi-Fi HaLow在每個組件中進行輔助。

電化學電池并不是儲存能量的唯一方式。將電能轉化為動能，可以提供一種保持可再生清潔能源的方法。過剩的電能可以用來旋轉大型飛輪，大型飛輪通常在低摩擦的軸承上旋轉。當需要時，飛輪的慣性可以通過發電機，重新轉化為電能。這一概念類似于水力發電或風力發電，只是形式更為緊湊。飛輪存儲設備的各個部分可以與Wi-Fi HaLow聯網，而不依賴于電線。

風能

每座風塔內都有一個變速箱和發電機，將旋轉的風力轉化為電力，通過電纜輸送到地面。所以需要對軸承和齒輪進行監測，以防止其過早磨損或發生振動。同時也要對葉片的方向和節距進行監控，以確保向電網輸送穩定的電力。風塔內還包括多種傳感器，用于測量各種環境條件，如風速、風向和是否結冰。一個采用Wi-Fi HaLow的網絡可以連接所有這些功能，新型小型傳感器還可以放置在以前可能無法觸及的地方。

地熱、水電、天然氣、生物能源

Wi-Fi HaLow對于這些清潔能源領域，是一種極具吸引力的無線通信解決方案，因為該技術能夠連接大量的傳感器和執行器。這些清潔能源領域與工業自動化領域的應用類似。Wi-Fi HaLow傳感器可以放置在數據電纜無法到達的地方?？梢钥缭胶恿?，并且可以聚集一個油田中的多個井口。工藝工程師具有更大的靈活性來設計最佳系統，而不受運行以太網電纜或專有有線控制器解決方案的限制。

Wi-Fi HaLow旨在為可再生能源領域的創新者提供新的選擇，Wi-Fi HaLow也代表了一個精彩的未來，即通過物聯網將人與設備進行無線連接。對于能源市場來說，這意味著更遠的距離、更低的功率、更好的穿透性、更多的本機IP連接以及更強大的安全性。