分布式光伏電站無人機應用

高山嶺

（華潤電力（江蘇）有限公司，江蘇南京 210000）

0 引言

分布式光伏擁有負荷就近消納、余電上網、并網難度低、政策支持力度大等眾多優勢特點，隨著裝機容量不斷增加，電站管理難度大、巡檢管理缺失、清洗困難、系統效率低等問題不斷暴露出來，嚴重影響投資回報；尤其是分布式光伏電站人員配置較少或無人值守，如何能夠高效利用無人機等先進技術，解決電站投運面臨的運維難題，成為每個發電企業的共識。

1 分布式光伏發展現狀

（1）分布式光伏發電特指在用戶場地附近建設，運行方式以用戶側自發自用、多余電量上網，且在配電系統平衡調節為特征的光伏發電設施。由于分布式光伏電站的規模普遍較小，運維管理也相對滯后，主要有2個問題，一是造成遮擋，影響發電量，二是造成質量安全風險。另外，由于運維點分散，還存在運維成本高、理賠難度大等種種問題。一些企業往往只注重安裝而不注重維護，特別是對戶用系統的后期運維重視程度不夠。

（2）目前地面光伏項目，裝機容量5萬kW的光伏電站占地面積一般超過2000畝，裝機容量2萬kW的分布式項目，屋頂面積一般躍20萬m2，且分布在幾十棟屋頂上，巡檢難度極大，而且光伏組件在運行中經常因灰塵覆蓋、樹木遮擋、組件損壞、線路接地等原因導致組件發電效能降低，設備損壞頻發，嚴重影響項目投資收益。為解決面臨的問題，定期開展巡檢維護就成了確保投資收益的重要手段。

2 無人機在分布式光伏電站的應用分析

（1）分布式光伏電站采用人工巡檢需要花費大量的時間和精力，費時費力，效率低下，難度大，成本高，風險突出。隨著經濟的發展和科技的進步，無人機技術快速發展，應用越來越廣泛。無人機在航拍、農林植保、地質勘探、電力巡檢等行業都有大量應用。

（2）在電力行業，無人機主要應用于架空輸電線路巡檢，為此國家電網發布了《架空輸電線路無人機巡檢系統配置導則》、中電聯發布了《架空輸電線路無人機巡檢作業技術導則》。隨著發展，行業內已經認識到無人機的優勢，并編制了《光伏電站用無人機系統檢測技術規范》，對無人機巡檢系統及光電吊艙進行規范指引。

（3）光伏電站是無人機在電力系統應用的典型案例，無人機可以利用自身優勢，快速對分布式光伏電站屋頂進行巡檢，有效解決人員攀爬屋頂等困難，大大提高巡檢效率，同時也規避了因人員攀爬工業鋼構架屋頂產生的人員墜落及雷擊等安全風險。

（4）由于分布式光伏，集電線路沿墻壁外延引出，巡查難度相對較大，房屋用戶基本為工業企業，生產活動難免會對線路及組件產生影響。搭載高清攝像頭的無人機對集電線路、光伏組件、屋頂狀況等方面開展巡檢，可以有效發現存在問題，能夠及時解決隱患，即降低項目損失。

（5）除了實現日常巡檢外，無人機搭配具有紅外成像的光電吊艙還能實現光伏組件紅外巡檢，有效發現組串中損壞的發熱組件（圖1）。組件損壞或局部遮擋后將會產生熱斑效應，由發電單元變為損耗單元，不但損壞組件壽命，并且影響整體組串的發電量。定期開展紅外檢測工作，將大大提高因組件損壞造成組串出力不高而損失的電量，尤其是分布式光伏位于工業園區，人為或其他原因造成的組件損壞率高，且遮擋問題較為嚴重。

（6）利用無人機巡檢光伏電站（圖2），不僅降低了組件損壞的發現難度，在節省人工提升效率方面更具有先天的技術優勢，將成為分布式光伏電站運維難點解決的關鍵助手。目前行業內已經開始逐步推廣應用，無人機具備設置巡航路線，自動拍攝的功能，極大的方便了巡視數據的獲取和后期數據分析。同時無人機的GPS導航功能也可以快速的定位巡視中存在缺陷的組件，便于維護人員及時趕赴現場處理。

圖1 紅外成像

圖2 無人機巡檢

3 無人機巡檢系統介紹

利用智能化的無人機巡檢系統，可以自動開展巡檢工作，巡檢系統一般包括無人機系統、數據采集系統、地面智能控制系統和數據分析處理系統等4部分。

3.1 無人機系統

無人機系統一般配置較長時間續航能力，同時具備一定的防護能力，多為工業級多旋翼無人機，并配置最新的飛行控制器，采用多傳感器融合算法，以便控制能夠精準可靠；能實時查看相機畫面，傳輸距離遠達5 km；內部控制能夠實時監控剩余電池電量，系統會自動分析計算出返航和降落所需的電量和時間，避免因電量不足引發的危險。同時可實現20 min快速充電功能，能在短時間內將電池充滿。市場某品牌無人機參數見表1。

表1 某品牌無人機參數

3.2 數據采集系統

數據采集系統一般包含成像系統，能夠識別組件遮擋物、灰塵遮蓋狀況，同時擁有紅外成像系統，可采集熱斑情況。圖像數據一般實時傳輸到地面控制人員，圖像分析系統可標識所拍圖像位置，并記錄測試環境數據，幫助使用人員發現異常情況。

3.3 地面智能控制系統

地面智能控制系統主要是規劃自動控制無人機飛行軌跡，遠程控制，并能夠實現自主航線規劃飛行，并能夠多任務航線保存，讓復雜的巡檢工作變得更簡易。

3.4 數據處理器

數據分析處理是整套系統的關鍵。無人機采集的數據通過分析，可以發現屋頂組件遮擋情況，以及有無局部污染，組件積灰是否嚴重，判斷屋頂狀況是否需人為干預，是否需開展清掃等工作。同時紅外成像測試，可有效發現組件熱板及溫度信息，便于用戶識別損壞組件及時更換。

4 應用案例

某企業攜帶自主研發的無人機巡檢系統，為分布式電站進行熱斑檢測。光伏組件分布于工廠廠房的房頂，整體概況如圖3所示，此房頂電站容量400 kW，數據采集時間30 min，大體流程如下。

（1）自動航線巡檢。無人機搭載熱紅外相機，地面站自動規劃飛行航線，采集紅外數據。

（2）軟件分析處理。將無人機采集的紅外數據上傳軟件進行處理分析，生成熱紅外溫度信息概況圖，直觀的呈現出測區熱斑分布情況，同時定位出光伏組件熱斑的具體位置。

（3）通過無人機智能航線飛行，采集可見光、紅外熱成像溫度數據，軟件智能分析處理后得到的熱斑位置圖，以及標注出熱斑溫度的位置（圖 4），其中，位置圖呈現的方向和地圖一致（上北下南左西右東）。

圖3 分布式電站概況

圖4 熱斑溫度效果

5 前景展望

通過運用無人機等先進技術手段，成為解決分布式光伏電站運維難題的最有效手段，可極大的提高運維質量，提升人員效率。隨著中國分布式光伏不斷井噴式的發展，分布式光伏電站的運維市場將不斷增加，如何有效管理分布式電站，并逐步規范化管理，將成為行業新趨勢。