無人機在光伏組件巡視檢查中的應用分析

王栓虎，溫向煒

(內蒙古京能烏蘭伊力更風力發電有限責任公司，巴彥淖爾 015300)

0 引言

近幾年，隨著光伏產業的不斷發展，光伏發電并網給光伏電站的運營維護帶來了巨大壓力。由于光伏發電設備屬于分散式發電設備，具有設備數量多、占地面積大的特點，且大部分光伏電站地處荒漠、山地、水上及采礦沉降區等復雜環境中，因此光伏電站的運營維護較為復雜和困難。而光伏組件作為光伏電站中重要的發電設備[1]，占地面積廣，所以其日常巡視檢查及定期的紅外熱成像檢測工作占據了光伏電站大部分的運營維護時間，給維護人員造成了較大的工作負擔。因此，亟需尋找可提高光伏電站維護人員工作效率、減輕其工作壓力的光伏組件維護方式。

利用無人機對光伏組件進行日常巡視檢查及定期的紅外熱成像檢測成為減輕光伏電站維護人員工作負擔的有效方式之一。本文以內蒙古自治區的烏蘭伊力更光伏電站為例，對無人機在光伏組件巡視檢查中的應用進行了詳細介紹，對比了該方式與傳統巡視檢查方式的效果，并分析了利用無人機進行巡視檢查這一方式的技術優勢。

1 光伏組件的分布情況

烏蘭伊力更光伏電站地處荒漠化草原，總裝機容量為80 MWp，光伏發電區域(包括3個光伏站區)的總占地面積為3200畝(1畝約為666.67 m2)，其中，1#光伏站區的光伏發電裝機容量為30 MWp，占地面積為1200畝；2#光伏站區的光伏發電裝機容量為10 MWp，占地面積為400畝；3#光伏站區的光伏發電裝機容量為40 MWp，占地面積為1600畝。光伏發電區域的3個光伏站區的分布圖如圖1所示。

圖1 3個光伏站區的分布圖Fig. 1 Distribution of three PV power generation areas

2 利用傳統方式進行光伏組件巡視檢查

由于烏蘭伊力更光伏電站的光伏發電區域總占地面積較大，因此巡視檢查周期長、任務重已成為光伏組件巡視檢查工作中的難題。該光伏電站的光伏組件巡視工作主要分為日常巡視檢查和專項巡視檢查2部分。

2.1 日常巡視檢查

日常巡視檢查的工作重點主要是巡視光伏組件表面的臟污情況，以及光伏站區內部雜草對光伏組件的遮擋情況。日常巡視檢查可以防止因光伏組件表面臟污及雜草遮擋等情況造成光伏電站發電量降低。

日常巡視檢查的工作一般由2人駕駛車輛，以目測的方式對光伏組件進行巡視檢查，每日可巡視檢查5個光伏方陣，巡視面積可達200畝，將全部光伏發電區域巡視完成需要16天時間。

2.2 專項巡視檢查

專項巡視檢查是指針對光伏組件的紅外熱成像檢測工作，通過紅外熱成像檢測發現存在明顯熱斑的故障光伏組件，并及時對故障組件進行更換，從而可提升光伏電站的整體發電量。

在光伏組件紅外熱成像檢測工作中，由于紅外熱成像設備為地面手持式設備，因此通常需要由2人使用手持式紅外熱成像儀，以徒步的方式進行巡視檢查，每日可完成1個光伏方陣光伏組件的紅外熱成像檢測工作，巡視檢查面積約為40畝；若遇上雷雨、多云等天氣變化，會造成此項工作無法進行，因此一般情況下，完成整個光伏發電區域所有光伏組件的紅外熱成像檢測工作需要花費2.5～3個月的時間。

3 利用無人機進行光伏組件巡視檢查

為了有效提高光伏組件巡視檢查的工作效率，減輕光伏電站維護人員的工作負擔，及時發現設備隱患，提升光伏電站的整體發電量，烏蘭伊力更光伏電站采用無人機對光伏組件進行巡視檢查工作。

3.1 利用無人機進行光伏組件巡視檢查的實施方案

烏蘭伊力更光伏電站利用無人機進行光伏組件日常及專項巡視檢查的具體實施方案為：

1)對3個光伏站區的共8136組光伏支架按照由南到北、從東到西的原則進行編號，并將編號牌(尺寸為21 cm×30 cm)固定在光伏支架上。

2)在無人機云臺上裝設1個紅外攝像頭和1個運動攝像頭，在檢測過程中使用紅外攝像頭對光伏組件進行熱成像，生成紅外熱成像圖片，然后使用運動攝像頭對存在熱斑組件的光伏支架進行拍照記錄。

3)光伏電站運行人員將紅外熱成像圖片進行統一匯總分析，根據經驗及熱斑情況確定需要更換的熱斑組件；光伏電站維護人員根據運行人員提供的與熱斑組件相關的數據，找到記錄中存在熱斑組件的光伏支架，并使用手持式測溫設備對該光伏支架上的所有光伏組件進行復測，找出具體的熱斑組件，然后對熱斑組件進行更換。

采用無人機巡視檢查方式時，日常巡視檢查和專項巡視檢查均可由1人完成；每日可完成40個光伏方陣(巡視面積達1600畝)的日常巡視檢查，全部光伏發電區域巡視完成需要2天；專項巡視檢查每日可檢測10個光伏方陣(巡視面積達400畝)，全部光伏發電區域檢測完成需要8～12天的時間。

3.2 傳統巡視檢查與無人機巡視檢查的效果對比

為有效對比傳統巡視檢查方式及無人機巡視檢查方式的效率差距，選擇烏蘭伊力更光伏電站中同樣的200塊光伏組件，分別進行2種方式的紅外熱成像檢測工作。

采用傳統巡視檢查方式時，光伏電站維護人員使用手持式紅外熱成像儀對200塊光伏組件進行紅外熱成像檢測，共耗時10 min，發現有2塊光伏組件存在明顯熱斑。采用無人機巡視檢查方式時，光伏電站維護人員使用無人機對200塊光伏組件進行紅外熱成像檢測，共耗時1 min，發現有2塊光伏組件存在明顯熱斑。由此可見，2種巡視檢查方式的結果一致。

采用無人機巡視檢查方式時和采用傳統巡視檢查方式時光伏組件的紅外熱成像圖如圖2所示。

2種巡視檢查方式的效果對比分析如表1所示。從表1可知，較傳統巡視檢查方式而言，無人機巡視檢查方式在提高光伏組件的巡視效率、巡視經濟性及應用范圍方面均具有明顯的優勢[3]。

圖2 2種巡視檢查方式時光伏組件的紅外熱成像圖Fig. 2 Infrared thermal images of PV modules by two kinds of inspection methods

表1 無人機巡視檢查方式與傳統巡視檢查方式的效果對比分析Table 1 Comparative analysis of effects of UAV inspection method and traditional inspection method

4 無人機巡視檢查方式存在的問題及改進措施

當前無人機在電力行業主要是用于電力線路的巡視，國內外光伏發電設備采用無人機進行巡視檢查尚處于初步探索階段，還未能形成成熟有效的大規模批量性應用。雖然無人機巡視檢查方式較傳統巡視檢查方式的優勢明顯，但通過在烏蘭伊力更光伏電站中的長期使用，發現無人機巡視檢查方式仍存在一些問題。

當前無人機巡視檢查方式存在的問題及相應的改進措施具體為：

1)無人機多使用蓄電池提供動力，而1組蓄電池最久可支持無人機飛行30 min，飛行續航時間較短，因此通常使用無人機進行光伏組件巡視檢查時，單次飛行需準備8組蓄電池，以提供飛行動能；而且蓄電池的性能受環境溫度的影響較大。

但隨著蓄電池技術的不斷發展，預計3～5年后，無人機的續航時間較目前會有很大提高。

2)目前采用無人機進行巡視檢查時，巡視路線及巡視速度還需要進行人為設定，整體不夠智能化。

隨著遙感技術的發展，以后進行光伏組件巡視檢查時，可將光伏站區坐標分布圖傳輸至無人機圖像識別系統中[4]，通過對巡視路徑進行智能規劃，可根據光伏組件的安裝角度自動設定無人機的飛行高度、巡視速度等技術參數，實現光伏組件巡視檢查效率的最大化。

3)使用無人機進行光伏組件巡視檢查時，其拍攝的紅外熱成像圖片需要由光伏電站運行人員集中整理，然后通過工作經驗進一步分析和判斷需要更換的故障光伏組件。

未來伴隨大數據、機器學習等前端技術的發展，無人機可實時將紅外熱成像圖片發送至光伏組件數據分析系統中，通過系統分析將需要更換的故障光伏組件信息通知光伏電站的維護人員，從而進一步提高維護人員的工作效率[5]。

5 結論

本文以內蒙古自治區的烏蘭伊力更光伏電站為例，對在光伏組件巡視檢查中采用傳統巡視檢查方式和無人機巡視檢查方式分別進行了介紹，并通過對比分析了無人機巡視檢查方式的技術優勢。較此前采用傳統巡視檢查方式，烏蘭伊力更光伏電站自采用無人機開展光伏組件巡視檢查工作以來，在設備經濟性、工作高效性及降低維護人員工作負擔方面均有了很大的提高。通過創新光伏組件巡視檢查手段，不僅提高了企業的經營效益，拓展了光伏電站維護人員的無人機操作技能，還可以為光伏發電行業的光伏組件巡視檢查提供可借鑒的經驗。