無人機在光伏電廠巡檢中的應用

文/張國祥

無人機以其自身所具備的諸多技術特點在電力巡檢領域中得到越來越廣泛的應用，光伏電廠是利用太電能進行發電的場所，由于此類電廠的規模較大，加之光伏發電系統中的設備較多，如果采用傳統的巡檢方式不但耗費時間和人力物力，而且巡檢效率也不是很高。而在光伏電廠巡檢中應用無人機則可有效解決這一問題，借此，下面就無人機在光伏電廠巡檢中的應用展開研究。

1 無人機在光伏電廠巡檢中的應用優勢分析

無人機在光伏電廠巡檢中的應用優勢主要體現在如下幾個方面：

1.1 能大幅度提升巡檢效率

巡檢是光伏電廠較為重要的一項工作，若是采用傳統的人力方式開展此項工作，則需要投入大量的人力資源和物質資源，并且巡檢效率不是很高，同時人員在巡檢操作時，還存在安全風險，容易引起安全事故。而無人機通過航拍，能夠在較短的時間內完成高分辨率的影像采集，然后將這些影像實時傳送給接收平臺，工作人員可在相應的系統上收看到現場的影像，由此能夠大幅度提升巡檢效率。在具體應用時，光伏電廠只需要按照巡檢要求，建立無人機巡視檢查系統即可，這樣便可使無人機自行完成巡檢及勘測等任務。

1.2 能使巡檢安全性得到提高

圖1：無人機巡檢系統作業流程示意圖

由于光伏電廠是利用太陽能進行發電，所以需要將晶硅板等設備安裝在廠房的屋面上，在傳統的人力巡檢中，工作人員需要攀爬到較高的屋頂上，開展相關的巡視檢查工作，存在墜落、雷擊等安全隱患，并且工作強度也相對較高。而無人機在光伏電廠巡檢工作中的應用，使得工作人員從高強度的勞動中解放出來，只需要操控無人機系統便可完成相關的巡檢任務，作業安全性得到大幅度提升，基本上杜絕了安全事故的發生。

1.3 能快速準確找到故障點位

光伏電廠在使用無人機開展巡檢工作時，可將先進的紅外成像設備搭載到無人機上，這樣便可對光伏組件進行紅外檢測，從而及時發現設備中存在的發熱損壞問題。通過定期進行無人機巡檢，能夠有效降低光伏組件損壞的可能性，這樣可以避免電能損耗。由于光伏電廠容易受到環境等外界因素的影響，致使光伏發電系統常常會出現各種故障問題，借助無人機巡檢，可以快速準確地找到故障點位，給維修工作提供了可靠依據。

2 光伏電廠巡檢中無人機的具體應用

2.1 無人機的功能要求

光伏電廠在應用無人機開展巡檢工作時，為確保無人機能夠順利完成相關的巡檢任務，要求無人機具備完善的功能和優良的性能。光伏電廠與一般的電廠相比，具有一定的特殊性，不同規模的光伏電廠對無人機的功能有著不同的要求。用于光伏電廠巡檢工作中的無人機應當具備如下基本功能：自檢、自主飛行、自動躲避障礙物、自行返航、斷點續航、定點懸停、航跡規劃、遙控與通信等。

2.1.1 航跡規劃

該功能與無人機的定位精確度、飛行穩定性以及通信能力等幾個方面密切相關，在驗證無人機的飛行模式時，需要充分考慮增穩和全自主兩種模式，當無人機以自主飛行模式對光伏電廠進行巡檢時，發現異常狀況后，應能夠切換至增穩飛行模式，并在異常位置處啟動定點懸停，作進一步觀察或采集圖像，為隱患及故障問題的排除提供依據。

2.1.2 斷點續航

對于裝機規模超過1MW 或是修建在山地上的光伏電廠而言，由于電廠本身的規模較大，加之地形的特殊性，給無人機巡檢帶來一定的難度。目前，以鋰電池作為動力源的無人機，可持續飛行的時間大約在30min 左右，從而使其很難一次性完成相關的巡檢任務，因續航能力不足，所以巡檢任務會多次中斷，故此，要求無人機在恢復飛行后，能夠按照之前的點位繼續執行任務，點位的坐標偏差應當小于1.5m，這樣能夠避免巡檢遺漏的情況發生。

2.1.3 自行返航

對于規模較小的光伏電廠而言，在應用無人機進行巡檢時，因受到建筑物的遮擋，可能會導致無人機飛出視距范圍，故此，要求無人機具備自動返航的能力，返航實際落點與預設返航點之間的偏差半徑應當小于±1.5m。

2.1.4 躲避障礙物

在光伏電廠中應用無人機進行巡檢時，難免會遇到各種障礙物，如體量高大的樹木、建筑物、電線桿等等，要求無人機能夠對巡檢路線上的障礙物進行自動識別，并發出報警提示，主動躲避或繞開障礙物，完成巡檢任務。

2.2 無人機在光伏電廠巡檢中的應用

光伏組件是光伏電廠的重要組成部分，它的發電性能及使用壽命會受到熱斑效應的影響。熱斑主要是光伏組件局部出現過熱而引起的一種現象，由于這種現象對光伏電廠的正常生產具有一定的影響，從而使其成為巡檢的關鍵環節。為提高巡檢效率，可對無人機進行應用。

2.2.1 無人機巡檢系統

本文提出的無人機巡檢系統主要是針對光伏電廠中光伏組件的熱斑問題進行檢測，整個系統由以下幾個部分組成：

（1）無人機。這是整個系統的核心部分，選用的無人機在功能方面應當滿足上文的要求，同時，為順利完成光伏組件熱斑檢測任務，可在無人機上搭載如下設備：高分辨率的攝像機、熱像儀、成像儀等，并使這些設備以組合的方式集成到一起，從而完成航拍、巡視、檢查等工作。

（2）成像子系統。該子系統由紅外傳感器和可見光攝像頭組成，利用紅外探測及光學成像的原理，對被測目標的紅外輻射能進行接收，并將相關的圖形反映到光敏元件上，進而得到紅外熱像圖。

（3）通信模塊。該模塊的主要作用是將無人機采集到的圖像信息，以實時的方式發送給終端服務器。

（4）軟件程序。本系統的軟件程序主要負責對無人機的飛行路線進行規劃，并使無人機對電廠內的光伏組件的熱斑現象進行監測，對檢測到的異常區域進行標記，確定故障點位，生成相關報告。

2.2.2 無人機系統的巡檢流程

應用無人機系統對光伏電廠中的光伏組件進行巡視檢查時，應當對相關的作業流程進行合理設計，具體如圖1所示。

2.2.3 應用要點

在使用該系統進行巡檢時，操作人員可先在無人機上搭載相關的設備，然后將無人機設置為增穩飛行模式，利用定航軌跡對光伏板進行全方位、多角度拍攝，快速對光伏板的表面情況進行檢查，看是否存在污漬或是破損等情況；無人機上搭載的智能終端模塊，可借助熱信號對光伏板的受損情況進行確定，由此可使無人機在高空對光伏組件的熱斑問題進行查看。光伏組件的熱斑效應與太陽輻射強度有關，在不同的時間段，出現熱斑效應的電池片溫度差異較大。如果無人機檢測到的電池片溫度超過正常值，則說明電池片出現熱斑問題，應進行及時維修或是更換。

2.2.4 注意事項

光伏電廠在應用無人機巡檢系統開展相關作業時，應當對如下事項加以注意：

（1）利用無人機進行航拍時，應當避免強光或是太陽光反射，拍攝過程中應確保光伏組件在正常的太陽光下工作，防止無法檢測到熱斑的情況發生。

（2）在對紅外裝置進行選擇時，應當以熱敏度高的設備作為首選，并確保紅外裝置的鏡頭面軸線與與所拍目標相垂直，同時要保證焦距對準，這樣能夠使拍攝到的圖像更加清晰。

（3）在對溫感進行設置時，應當先用自動模式對溫度范圍進行測量，隨后轉為手動設置水平和跨度，從而確保設置的溫度范圍符合規定要求。

（4）由于無人機上搭載的設備較多，從而使無人機的整體重量增大，續航時間會隨之縮短，所以必須保證無人機的斷點續航能力，這樣才能使無人機順利完成巡視檢查任務。

3 結論

綜上所述，光伏電廠本身所具備的特殊性，對巡檢工作提出較高的要求。采用傳統的人工巡檢方式，不但效率不高，而且危險性較大，容易引起安全事故。為有效解決這一問題，光伏電廠可對先進的無人機技術進行合理運用，構建無人機巡檢系統，借助該系統對光伏組件的熱斑問題進行檢測，由此能夠及時發現故障，有助于延長設備的使用壽命。