無人機技術在光伏巡檢中的應用

范月圓

摘 要：文章通過對光伏電站的無人機能夠自動開展巡檢系統的自動識別功能和其工作原理進行了詳細的介紹，并與其他系統做了整體的比較，進而分析其異同。無人機全自動巡檢系統不僅做到了更經濟、更高效、更快速地完成任務，還可以通過與GPS的結合進而對其產生定位功能，更高效地提高了其運行的效率。

關鍵詞：無人機;自動巡檢;方法

1 無人機在光伏電站上的應用

1.1 無人機承擔光伏電站運維的大趨勢

無人控制飛行器，又被人們稱作無人機。無人機在未來，它是可以擔任維護大型光伏電站的重要任務，而且使用無人機進行工作的成本比直升機或者開車的成本低很多。隨著我國光伏的應用逐漸成熟，我國的光伏產業將會隨即出現“存量”的現象，這一現象的出現就在另一個程度上意味著會需要更多的時間在運行和維護上。這樣看來，無人機在光伏領域已經達到了爆發性的作用。

以光伏電站為例，光伏電站傳統的維護方式主要以人力為主，輔以監控系統。雖然可以在后臺監控系統中實現對主要發電參數和氣象數據的監控，但主要的現場巡查還是以人力為主。并且由于光伏電站設備多，分布廣，為防范環境因素和設備故障導致的事故，日常性巡檢是光伏電站運維管理中重要的環節，也是運維管理活動中最耗時耗力的工作。因此，當前應用在光伏電站的無人機多集中在電站運維方面。無人機立體化、高程作業的方式有效地適應了光伏電站分布廣、應用類型多樣的特點，在一定程度上節省了人力，提高了運維效率。

想像一下，公用事業級規模的集中式光伏電站，占地上百畝，組件成千上萬塊。一群個頭小巧的飛行機器人不停地上下飛舞，就像花叢中的小蜜蜂。它們并不是采蜜，而是采集數據。它們檢查某塊電池板上有多少灰塵，或是發現那些由于草木茂盛而可能產生陰影遮擋的區域，或是控制室發現了一些難以解釋的異常，于是它們傾巢而出，四處調查原因。

1.2 使用無人機的優勢

無人機的使用成本相對低廉，在目前的情況下，在數據驅動的光伏電站上無人機的應用是最好的選擇，更是能夠快速尋找到問題的最理想工具。由于無人機具有這些優勢，早幾年Solar City 和First City等企業就準備著手測試無人機的技術系統[2]，并將其成為潛在的工具之一。但是倘若想將無人機大規模地在商業中投入使用，則還需要去解決航空的監管系統。例如在公共區域或者私人區域，被許可的飛行時間、飛行高度等規則都要得到相對系統的許可，才可以正常飛行。無人機由于成本低，將會取代燃油車輛，據部分統計數據，租用無人機的年費用為3萬～10萬美元。但是據GTM Research 的估計，車輛的一次使用成本將會達到300～600美元，這也是根據燃油的成本以及出行距離不同的情況進行的估算。

無人機在飛行中的成本比車輛相對固定一些，它只需要電池來維持能量，而車輛也需要通過燃油以及人員等變動成本來進行調整。運維的供應商只需要承擔電池的費用，成本約束小。需要花費一定時間對無人機采用傳統手段進行維護，以防止事故及問題的出現，因此這不僅費時費力，對錢財的要求也較高。但是在這個問題上，對于大型的電站而言，這種高頻率的大型綜合類檢查成本較大，在這種壓力下，運維商不得在成本問題和風險問題上左右平衡。但是，在無人機出現后，這種運維成本將會出現大幅度的降低。

無人機還存在一項過人之處，就是其可以在一瞬間采取多個種類不同的數據，并且可以精準地鎖定出現問題的具體坐標。這種能采取多個種類不同數據的采集功能還支持GPS的標注、激光測距、視覺成像等，甚至還可以做到對可見光波中的光信號進行探測。

2 光伏行業巡檢與維護現狀

太陽能光伏發電系統主要分集中式和分布式，集中式電站一般占地面積廣，大多建在我國西北部和一些偏遠地區，自然環境較為惡劣;太陽能板的轉換率和使用壽命是決定光伏系統價值的重要因素。隨著使用時間的增長，光伏組件會不可避免地出現熱斑，不僅影響發電量，還會加速組件失效。然而，對于這些使用光伏電站被并網后帶來的有關于運營方面的壓力時，如光伏板的巡檢等，在傳統的運維方面都是采用人工的方式，這樣不僅沒有效率，而且多數故障都是由人為判斷出來的，十分容易出現偏差。并且這樣的情況出現在較為偏遠地區時，光伏電站巡檢的工作將會進行得十分困難，也十分危險。

當前應用在光伏電站的無人機多集中在電站運維方面。無人機立體化、高程作業的方式有效地適應了光伏電站分布廣、應用類型多樣的特點，在一定程度上節省了人力，提高了運維效率。

3 無人機在光伏電站的應用現狀與前景

近年來，隨著無人機技術的迅猛發展，無人機在全球消費領域掀起了應用熱潮。一些體積精小、操控簡單的消費級無人機產品在我們的生活中隨處可見，似乎是給無人機貼上了生活“必備品”的標簽，讓很多消費者認為無人機更多的是休閑把玩的“玩具”，而忽略了其強大的工業屬性。

實際上，隨著無人機工業化的推進，無人機已經廣泛地應用在安防、農業、影視、電力、能源等領域，但是由于行業間信息和技術的不對稱，一方面造成需求端對無人機作用的過度要求，超出現有行業技術能力;另一方面無人機沒有精準切入應用領域，導致供應產品與需求出現嚴重偏差，甚至產生出“無用論”的聲音，本該是行業間協同互助發展，卻出現了“水土不服”的怪象。

以光伏電站為例，光伏電站傳統的維護方式主要以人力為主，輔以監控系統[3]。雖然可以在后臺監控系統中實現對主要發電參數和氣象數據的監控，但主要的現場巡查還是以人力為主。并且由于光伏電站設備多、分布廣，為防范環境因素和設備故障導致的事故，日常性巡檢是光伏電站運維管理中重要的環節，也是運維管理活動中最耗時耗力的工作。

因此，當前應用在光伏電站的無人機多集中在電站運維方面。無人機立體化、高程作業的方式有效適應了光伏電站分布廣、應用類型多樣的特點，在一定程度上節省了人力，提高了運維效率。但也應看到，目前光伏電站無人機還存在著解決方案單一、功能針對性不強、數據處理能力有限等問題，僅能解決問題表象，沒有系統性的方案輸出，沒有真正解決光伏行業的“痛點”。

為獲取光伏行業無人機運用受阻的第一手資料，? 2017年中檢集團南方電子產品測試（深圳）股份有限公司對國內13個主要光伏電站開發企業進行了問卷調查。調查發現65%的受訪企業認為性價比太低是造成無人機應用障礙的主要原因，70%受訪企業認為無人機功能達不到要求。在調查中也發現，很多光伏電站企業對無人機提出了超現實的技術要求，說明無人機行業與光伏行業間的技術不對稱非常明顯。

其實，根據光伏行業的背景和技術特點，無人機完全可以憑借自身技術特點，深度融入光伏行業，貼合光伏發展路線，解決光伏電站面臨的行業性難題，實現光伏行業與無人機行業的協同發展。據國家能源局統計，截至2017年年底，中國光伏發電裝機總量為130 GW，同比增長68.7%，新增裝機和累計裝機規模均位居于世界第一。根據“十三五規劃”，預計在2020年我國裝機總量有望達到250 GW。從光伏電站體量來看，在可預見的未來，光伏市場將繼續釋放巨大的機遇，催發行業的外生動力[4]。

結合光伏電站的生命階段，無人機還可以發揮出更多的效應。一般認為光伏電站的生命期至少為25年，按照其主要的歷程可以分為設計階段、建設階段和運維階段。以一個20 MW規模的地面電站為例，一般其設計階段和建設階段需要6個月左右，運維階段基本覆蓋整個生命周期。

4 結語

與傳統成熟能源行業相比，光伏還是個年輕的行業，在發展中有許多問題亟待解決。光伏持續爆發式增長的背后蘊藏著巨大的商業機遇。如何撬開這個行業的大門，需要無人機行業人員改變思路，深度了解光伏行業，把握光伏行業發展路線，切合實際需求，提供針對光伏電站的無人機解決方案，這樣才能實現光伏行業與無人機行業的協調健康發展。

[參考文獻]

[1]王栓虎，溫向煒.無人機在光伏組件巡視檢查中的應用分析[J].太陽能，2021（1）：51-54.

[2]李宇程，王業柱，黃禹銘.基于電極轉換的無人機巡航作業能量補給停機艙[J].電氣開關，2020（6）：68-70，101.

[3]曹陽，孟茁.基于無人機光伏巡檢的視頻圖像傳輸系統設計[J].計算機與網絡，2020（15）：62-65.

[4]李香凡，唐志偉，胡家龍，等.無人機光伏巡檢的圖像目標檢測算法[J].電子世界，2020（11）：7-8.

（編輯 王雪芬）