無(wú)人機(jī)在光伏組件熱斑智能檢測(cè)的研究

殷安林 祁東 劉彥攀 楊延俊 鄧誠(chéng)

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)水平的提升，我國(guó)的新能源產(chǎn)業(yè)取得了新的發(fā)展，這就導(dǎo)致我國(guó)的光伏裝機(jī)量連續(xù)地攀升，其質(zhì)量保證得到了相關(guān)部門(mén)的重視。熱斑是光伏組件在運(yùn)行的時(shí)候比較常見(jiàn)的故障，需要對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，從而可以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。基于此，本文就無(wú)人機(jī)在光伏組件熱斑智能檢測(cè)進(jìn)行深入的研究，從而可以為相關(guān)部門(mén)進(jìn)行相關(guān)工作提供有效的建議。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī);光伏組件;熱斑智能效應(yīng)

引言：熱斑效應(yīng)是光伏機(jī)在運(yùn)行的時(shí)候比較常見(jiàn)的故障之一，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況受到威脅。因此，相關(guān)部門(mén)需要對(duì)熱斑效應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)，但是傳統(tǒng)的人工檢測(cè)方式具有風(fēng)險(xiǎn)大、成本高、耗時(shí)長(zhǎng)、效率低等問(wèn)題，因此需要利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行光伏組件熱斑智能檢測(cè)，從而可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)工作的電子化、信息化以及智能化，保證系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，推進(jìn)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

一、熱斑效應(yīng)產(chǎn)生的原因

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)水平的提升，我國(guó)的太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)取得了全新的發(fā)展，在各個(gè)領(lǐng)域中得到了比較廣泛的應(yīng)用。但是，在太陽(yáng)能系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中時(shí)常會(huì)出現(xiàn)熱斑效應(yīng)、具體而言，熱斑效應(yīng)往往指的是在在一定條件下，一串聯(lián)支路中被遮蔽的太陽(yáng)電池組件，將被當(dāng)作負(fù)載消耗其他有光照的太陽(yáng)電池組件所產(chǎn)生的能量。被遮蔽的太陽(yáng)電池組件此時(shí)會(huì)發(fā)熱，這就是熱斑效應(yīng)[1]。這種效應(yīng)在太陽(yáng)能系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致電池片裂片、燒毀等嚴(yán)重后果，為新能源企業(yè)的發(fā)展帶來(lái)不良的后果。

通過(guò)對(duì)近幾年的實(shí)際情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，由于在太陽(yáng)能電池中出現(xiàn)熱斑效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)電站起火等安全事故，危害人類(lèi)財(cái)產(chǎn)和人身安全。因此，光伏電站需要將熱斑檢測(cè)成為電站運(yùn)維中的關(guān)鍵指標(biāo)。無(wú)人機(jī)是由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、機(jī)上無(wú)人駕駛的航空飛行器的簡(jiǎn)稱(chēng)，以攜帶任務(wù)載荷，能夠完成自主飛行為特征。一般的組成部分是機(jī)體、動(dòng)力系統(tǒng)、航電設(shè)備、任務(wù)載荷設(shè)備等。飛行機(jī)檢測(cè)指的是以無(wú)人機(jī)為平臺(tái)，掛載任務(wù)設(shè)備，配合軟件進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃與執(zhí)行，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理，同時(shí)具備綜合保障設(shè)備，能夠完成檢測(cè)作業(yè)任務(wù)的系統(tǒng)可以得到有效的發(fā)揮，進(jìn)而可以保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

二、光伏無(wú)人機(jī)熱斑智能檢測(cè)系統(tǒng)組成

通過(guò)對(duì)電池的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行深入的分析，可以發(fā)現(xiàn)目前傳統(tǒng)的熱斑檢測(cè)方法存在許多的問(wèn)題，具有風(fēng)險(xiǎn)大、成本高、耗時(shí)長(zhǎng)、效率差等問(wèn)題，因此在進(jìn)行研究的時(shí)候需要利用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)構(gòu)建一種自動(dòng)化檢測(cè)熱斑效應(yīng)的系統(tǒng)，其主要的組成部分是無(wú)人機(jī)、機(jī)載紅外熱像儀以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)構(gòu)成，具有準(zhǔn)確、高效、安全、成本低等優(yōu)點(diǎn)[2]。因此下文對(duì)整個(gè)光伏無(wú)人機(jī)智能巡檢系統(tǒng)的組成進(jìn)行深入的分析，從而可以?xún)?yōu)化具體應(yīng)用的效果。

（一）光伏無(wú)人機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成

通過(guò)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行分析，可以研究出如果按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分，本系統(tǒng)分為天空端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和地面端數(shù)據(jù)后處理分析系統(tǒng)這兩種子系統(tǒng)。兩個(gè)子系統(tǒng)的樞紐點(diǎn)是地面站。在進(jìn)行運(yùn)行的時(shí)候可以通過(guò)地面站存儲(chǔ)采集的圖像與位置姿態(tài)數(shù)據(jù)，并在地面站上上傳檢測(cè)數(shù)據(jù)，供云端后臺(tái)診斷管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析，進(jìn)而可以?xún)?yōu)化具體應(yīng)用的效果。

1.天空端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

天空端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是光伏無(wú)人機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵。天空端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有五個(gè)模塊分別是數(shù)據(jù)傳輸模塊，飛行控制模塊，姿態(tài)位置記錄模塊、傳感器增穩(wěn)模塊、傳感器模塊。

2.地面端數(shù)據(jù)后處理分析系統(tǒng)

地面端數(shù)據(jù)后處理分析系統(tǒng)也是保證整個(gè)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。需要同天空端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。這部分系統(tǒng)的主要是由六種模塊進(jìn)行組成，即數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊、圖像匹配模塊、光伏板提取模塊、溫度異常檢測(cè)模塊、異常點(diǎn)位置反演模塊、報(bào)告生成模塊。

（二）光伏無(wú)人機(jī)智能檢測(cè)系統(tǒng)的功能劃分

通過(guò)對(duì)具體系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，光伏無(wú)人機(jī)智能檢測(cè)系統(tǒng)的功能主要集中在以下幾個(gè)方面，即為無(wú)人機(jī)平臺(tái)、智能監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集模塊、智能巡檢診斷管理系統(tǒng)。其中，無(wú)人機(jī)平臺(tái)及數(shù)據(jù)采集模塊屬于天空端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，智能巡檢診斷管理系統(tǒng)屬于地面端數(shù)據(jù)后處理分析系統(tǒng)，智能監(jiān)控系統(tǒng)為任務(wù)操作及管理的樞紐。下文對(duì)各個(gè)模塊的實(shí)際情況進(jìn)行深入的分析。

1.無(wú)人機(jī)平臺(tái)

無(wú)人機(jī)平臺(tái)系統(tǒng)的作用在于于完成飛行巡檢任務(wù)，實(shí)現(xiàn)不受地面障礙物遮擋自動(dòng)飛行，從而可以使得無(wú)人機(jī)平臺(tái)滿(mǎn)足在平原、山地、高海拔等不同地區(qū)可以得到有效的應(yīng)用。另外，該系統(tǒng)在使用的時(shí)候主要包括飛行控制模塊、航攝任務(wù)規(guī)劃與航線精細(xì)設(shè)計(jì)模塊、遙測(cè)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與回放軟件模塊，飛行記錄儀分析軟件模塊等。這種技術(shù)在應(yīng)用的時(shí)候主要有人性化飛行設(shè)計(jì)、自動(dòng)化監(jiān)控、智能路徑規(guī)劃、數(shù)據(jù)同步獲取、自主返航、數(shù)據(jù)批量導(dǎo)出的特點(diǎn)，可以取得比較優(yōu)秀的應(yīng)用效果。

2.數(shù)據(jù)采集模塊

本次系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊具有雙光檢測(cè)、高速采集、穩(wěn)定防抖、自重較低等特點(diǎn)，可以取得比較優(yōu)秀的應(yīng)用效果。數(shù)據(jù)采集模塊的主要設(shè)備是集成化的云臺(tái)雙光相機(jī)，在進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中這種設(shè)備可以同步進(jìn)行可見(jiàn)光及紅外光的圖像采集，兩者圖像應(yīng)高度重合，一一對(duì)應(yīng)，這時(shí)候后臺(tái)智能診斷管理平臺(tái)立刻發(fā)揮作用，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行具體的分析并且進(jìn)行故障定位，及時(shí)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)熱斑現(xiàn)象的情況，避免由太陽(yáng)能電池在應(yīng)用的時(shí)候出現(xiàn)安全事故，進(jìn)而可以保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.智能監(jiān)控系統(tǒng)

本系統(tǒng)的智能監(jiān)控系統(tǒng)的主要組成部分是移動(dòng)式飛行控制器和地面控制站。其中移動(dòng)式飛行控制器器采用工業(yè)及軍工級(jí)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范，保證飛行的穩(wěn)定性以及和抗干擾能力，避免在具體進(jìn)行應(yīng)用的時(shí)候出現(xiàn)系統(tǒng)的故障。另外，本系統(tǒng)要求飛行控制器及地面控制站的控制系統(tǒng)能應(yīng)用于復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候可以通過(guò)高精度實(shí)時(shí)姿態(tài)解算等飛控算法，給用戶(hù)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的操控反饋，以及穩(wěn)定細(xì)膩的飛行體驗(yàn)。使得其作用可以得到有效的發(fā)揮[3]。

本次智能系統(tǒng)在應(yīng)用的時(shí)候具備全自主智能飛行、起降功能、多重安全保護(hù)功能、隔絕電磁干擾功能、飛行姿態(tài)智能控制功能、飛行速度反饋功能，一鍵返航功能、實(shí)時(shí)PID功能，并且系統(tǒng)內(nèi)部配備使用雙 3 軸 MEMS 加速度計(jì)、數(shù)字氣壓高度計(jì)、軸數(shù)字磁通量磁羅盤(pán)等設(shè)備從而可以提升整個(gè)系統(tǒng)的易用性，從而可以保證其實(shí)際應(yīng)用的效果，進(jìn)行實(shí)時(shí)智能監(jiān)控，保證檢測(cè)工作的實(shí)際效果。

4.智能巡檢診斷管理系統(tǒng)

智能巡檢診斷管理系統(tǒng)的主要組成部分是光伏電站巡檢數(shù)據(jù)庫(kù)以及巡檢數(shù)據(jù)智能化處理軟件。在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，該系統(tǒng)可以對(duì)無(wú)人機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)、存儲(chǔ)、挖掘、計(jì)算、分析，并利用紅外深度學(xué)習(xí)、圖像識(shí)別、姿態(tài)定位等技術(shù)實(shí)現(xiàn)光伏設(shè)備的故障的智能化檢測(cè)，通過(guò)熱斑分析，實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)定位，并自動(dòng)導(dǎo)出巡檢報(bào)告，從而可以在最大程度上減輕熱斑對(duì)于智能巡檢診斷管理系統(tǒng)的影響，保證太陽(yáng)能電池可以穩(wěn)定的運(yùn)行。

該系統(tǒng)在具體應(yīng)用的時(shí)候具備批量自動(dòng)導(dǎo)入、定制化參數(shù)、圖像智能分析、故障識(shí)別、圖像拼接紅外、可見(jiàn)光同步查看等功能，并且具備智能化、高效處理、人性化設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，在具體應(yīng)用的時(shí)候可以取得比較優(yōu)秀的效果。

總結(jié)：綜上所述，新能源是最近幾年被重點(diǎn)關(guān)注的主要課題之一，其中太陽(yáng)能更是被社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)，但是在太陽(yáng)能電池應(yīng)用的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)熱斑效應(yīng)，提升出現(xiàn)安全事故的可能性。因此，需要利用無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)對(duì)熱斑效應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)，降低出現(xiàn)安全故障的可能性，推進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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