太陽能(也稱光伏)電站大多是由數以百計、千計的光伏電池板組成的。光伏電站工作的穩定性和輸出功率與光伏陣列是相關的，甚至與每一塊光伏電池板的工作狀態相關。如何對龐大的光伏陣列進行監測和故障診斷是維持光伏電站正常工作的首要問題。目前，光伏陣列的主要問題是熱斑現象。所謂的熱斑現象就是光伏電池板中部分光伏電池單體由于長時間被遮擋，導致其產生的電流小于其他沒被遮擋的光伏電池單體產生的電流，根據基爾霍夫電壓定律，這些被遮擋的光伏電池單體會帶負電壓，成為電路中的負載，并以熱量形式消耗其他正常工作的光伏電池單體產生的功率，這種熱量的長時間積累會損壞光伏電池板的封裝材料，甚至破壞光伏電池板的物理結構，并將造成永久損壞。
目前，光伏陣列的監測方法主要有直接法和間接法。直接法是直接測量每塊電池板的電壓和電流，用總線技術將數據送入計算機判斷。該方法存在規劃布線、預設接口、線路檢測、線路擴容等一系列與傳輸路徑有關的問題。間接法是通過測量電池的溫差來判斷電池的工作狀態。然而此種方法存在一些缺陷，如不能區分溫度相差不明顯的狀態，實時性差，故障檢測的精度和效率取決于檢測設備(紅外熱像儀)的等級，不易實現在線故障分析和報警等等。
對比上述兩種監測方法，利用無線傳感器網絡對光伏陣列進行監測具有無可比擬的優越性。無線傳感器網絡向三維空間傳送數據，中間無需導體介質，節省人力和維護費。網絡自組織性和容錯性高，易于重新布網。監測數據無人為干擾，所獲數據資料原始準確，有利于科學研究及系統后續改進與優化。
該方案基于ZigBee技術的光伏陣列監測系統，采用四信ZigBee設備組網。
1 項目架構實施方案
該項目有５０個分區，每分區有１４個監測點，每個監測點之間的距離在１００米左右，根據ZigBee的組網優勢最適合于此網絡的數據組網方式，ZigBee最大傳輸距離可達２０００米，其中還支持路由中繼功能增強通信距離，達到短距離與遠距離的網絡數據傳輸。
1. 1 系統組成
整個系統架構劃分為三層：采集終端層、數據傳輸層和應用管理層。采集終端層起執行者的作用，包含監測節點和中心節點。監測節點將采集到的數據以多跳的形式傳輸給中心節點。中心節點負責將ZigBee監測區域子網內的數據傳遞給數據傳輸層。數據傳輸層起通信橋梁的作用，負責整合采集層上傳的數據并發送至應用管理層。應用管理層主要是監控中心，起決策者的作用，負責數據的分析判斷和系統的管理維護，實現遠程實時監控查詢和預警。
1.1.1采集終端層設備
整個系統的正常運行需要實時監控多個參數的運行狀況，采集終端層設備就是用于實現各個監控節點的參數采集，例如，光伏組件電壓、電流采樣模塊負責采樣光伏組件的電壓電流數值，判斷光伏組件是否發生故障，溫度、濕度、光照等傳感器負責采樣環境數據，為系統優化和光伏組件調整提供數據支持，采集終端層設備采集到的數據通過RS232/RS485串口發送給四信ZigBee傳輸設備，或者也可以通過四信ZigBee設備直接采集系統的模擬量數據。
1.1.2 ZigBee數據傳輸設備
ZigBee數據傳輸層主要由F8914和F8125設備組成，F8914是純ZigBee終端產品，負責子節點及路由的網絡組建，而F8125是ZigBee網關產品，一般作為協調器來負責整個ZigBee網絡的管理及ZigBee數據轉發，支持轉發到局域網或者蜂窩網絡中的監控平臺。當ZigBee設備從采集終端層接收到數據后，通過自組建的無線網絡傳輸發送到應用管理層，同時，應用管理層也可以通過ZigBee網絡對各個監控節點發出控制指令，從而實現數據的雙向通信以達到遙測、遙控的目的。
1.1.3 應用管理層
應用管理層主要為中心監控系統，中心監控系統主要由服務器機組和平臺軟件主組成，當中心監控系統接收到傳輸層發送來的數據后，會對數據進行各種分析，并根據分析結果進行各種控制操作，如發出告警信息、向終端監控設備發出控制指令等。
1.2 網絡架構
如下圖：
A、一個小網絡由14個匯流箱與1個逆變器組成，之間的距離一般在200米范圍內，14個匯流箱通過RS232/RS485串口連接14個F8914-E作為終端模式，在逆變器中裝配1個F8914-E作為路由器模式；
B、再通過逆變器中的F8914與監控中心的F8125建立連接，逆變器與監控中心的距離如果超出1公里以上，建議在每一公里處加1個F8914作為中繼器，由中繼器與協調器連接；
C、作為中繼器的F8914-E，只要現場安裝在合理的距離位置，做好供電及防水防塵即可工作；
D、協調器采用F8125與現場的F8914通信，F8125通過RJ45與控制中心電腦連接。
E、天線采用1米-3米的7DB高增益天線，通過吸盤安裝于機箱外，同時為避免大風吹掉在吸盤位置加以螺絲固定。
F、以14個終端為一個子網，50個子網，加上中繼器，共700多個F8914終端，網關產品F8125需要數個。
單個片區的組網如下圖所示：
監控中心與采集片區距離較遠時，可采用ZigBee+GPRS的方式組網，通過ZigBee設備F8914傳輸到帶GPRS的中心節點F8114上，然后中心節點F8114將ZigBee數據轉化為TCP/IP網絡數據，然后通過GPRS運營商網傳輸到應用管理層的監控中心。
組網如下圖：
1.3 其他組網方式
四信ZigBee設備不僅可以使用數據透明傳輸，同時支持IO采集，在該方案中，我們也可以使用ZigBee設備當作終端IO采集和數據傳輸。四信ZigBee設備提供5路IO，3路模擬量輸入、2路數字量、脈沖輸入輸出。模擬量輸入為電壓量和電流量，電壓的輸入量程為0-5V，電流的輸入量程為0-20mA，數字量輸入輸出的量程為0-3.3V，采集精度為12位。
四信ZigBee設備IO口采集數據時，需要將設備應用模式設置為AT或者API模式才可以，這種應用模式與數據傳輸的透傳模式區別在于，透傳模式，主要用于數據的透傳，中心發送的數據以廣播的方式發送，不能指定終端，除非每次修改透傳地址；AT模式，用于數據采集端和接收端監控模式，IO采集上報數據以AT指令形式上報，同時AT模式下中心節點可使用AT+TXA=網絡地址，數值來指定發送給哪個ZigBee終端；API模式，與AT模式功能是一樣的，API模式是采用16進制數發送的，而且發送的值都有校驗碼，異或和檢驗。
使用ZigBee設備IO口采集數據時，將設備應用模式設置為AT模式下，當IO口采集到數據時，有兩種上報數據模式，當上報時間設置為非0數值時，則為主動上報，IO口采集的數據根據設置的每幾秒上報一次；當上報時間設置為0時，則為被動上報，需要上位機軟件發送指令AT+NVn=<網絡地址> 來查看采集到的數據，模擬量采集需要根據公式換算之后才得到真正的值，換算公式如下：
電壓 =（采集值）*3.3*20.16/(2047*12.1) (V)
3.3：電壓
20.16：電阻值 //內部用了兩個電阻 12.1（電阻1）+8.06（電阻2）
2047：ADC量程 2的11次方
12.1：電阻1
電流 =（采集值）*3.3*1000/(2047*150) （mA）
3.3：電壓
1000: mA單位轉換
2047：ADC量程 2的11次方
150：電阻值
同時，使用ZigBee設備IO采集時，上位機軟件需要根據四信的協議開發，也就是要根據說明書上的AT指令格式開發才可以。
2 方案特點
ZigBee以其靈活、可靠、易于布置等特點在許多領域得到了廣泛的應用。將其應用于光伏陣列監測系統的優點在于：
1、無線化，減少光伏陣列監測系統的連線的復雜度。
2、成本低，ZigBee協議簡單且免收專利費。
3、智能化，各ZigBee節點自動搜索建立連接。
4、支持星型，樹型，網型網絡等多種網絡拓撲結構，最大網絡連接能力強，可支持65000個節點。
5、傳輸模塊采用工業級設計，金屬外殼，外接電源DC 12V/500mA；通信電流：<250mA (12V)；工作環境溫度 -25~+65ºC；儲存溫度 -40~+85ºC；相對濕度 95%(無凝結)；多重軟硬件看門狗設計，適用于油井野外工作。
6、ZigBee終端空曠視距離良好環境無線通信距離2000米。
7、ZigBee通訊不需要任何費，為整個項目節省大量的費用支出。
8、設備配置操作簡單，易懂 ，集成化程度高，技術成熟，安裝方便。
隨著需求的增長和技術的進一步成熟，ZigBee在各種遠程監測應用中會有更為廣闊的應用前景。
3 方案總結
ZigBee無線數據采集傳輸系統采集穩定、可靠、方便、實用。安裝費用低廉，維護簡單，無優升級，不需要租用公網，也無須巨額運行費用。這是現代數據采集遠傳系統的最優解決方案。