分布式光伏電站無人機(jī)應(yīng)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(fù)荷就近消納、余電上網(wǎng)、并網(wǎng)難度低、政策支持力度大等眾多優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，隨著裝機(jī)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(tǒng)效率低等問題不斷暴露出來，嚴(yán)重影響投資回報(bào)；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(jī)等先進(jìn)技術(shù)，解決電站投運(yùn)面臨的運(yùn)維難題，成為每個(gè)發(fā)電企業(yè)的共識(shí)。

1 分布式光伏發(fā)展現(xiàn)狀

（1）分布式光伏發(fā)電特指在用戶場地附近建設(shè)，運(yùn)行方式以用戶側(cè)自發(fā)自用、多余電量上網(wǎng)，且在配電系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)為特征的光伏發(fā)電設(shè)施。由于分布式光伏電站的規(guī)模普遍較小，運(yùn)維管理也相對(duì)滯后，主要有2個(gè)問題，一是造成遮擋，影響發(fā)電量，二是造成質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)。另外，由于運(yùn)維點(diǎn)分散，還存在運(yùn)維成本高、理賠難度大等種種問題。一些企業(yè)往往只注重安裝而不注重維護(hù)，特別是對(duì)戶用系統(tǒng)的后期運(yùn)維重視程度不夠。

（2）目前地面光伏項(xiàng)目，裝機(jī)容量5萬kW的光伏電站占地面積一般超過2000畝，裝機(jī)容量2萬kW的分布式項(xiàng)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(yùn)行中經(jīng)常因灰塵覆蓋、樹木遮擋、組件損壞、線路接地等原因?qū)е陆M件發(fā)電效能降低，設(shè)備損壞頻發(fā)，嚴(yán)重影響項(xiàng)目投資收益。為解決面臨的問題，定期開展巡檢維護(hù)就成了確保投資收益的重要手段。

2 無人機(jī)在分布式光伏電站的應(yīng)用分析

（1）分布式光伏電站采用人工巡檢需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低下，難度大，成本高，風(fēng)險(xiǎn)突出。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，無人機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，應(yīng)用越來越廣泛。無人機(jī)在航拍、農(nóng)林植保、地質(zhì)勘探、電力巡檢等行業(yè)都有大量應(yīng)用。

（2）在電力行業(yè)，無人機(jī)主要應(yīng)用于架空輸電線路巡檢，為此國家電網(wǎng)發(fā)布了《架空輸電線路無人機(jī)巡檢系統(tǒng)配置導(dǎo)則》、中電聯(lián)發(fā)布了《架空輸電線路無人機(jī)巡檢作業(yè)技術(shù)導(dǎo)則》。隨著發(fā)展，行業(yè)內(nèi)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到無人機(jī)的優(yōu)勢(shì)，并編制了《光伏電站用無人機(jī)系統(tǒng)檢測技術(shù)規(guī)范》，對(duì)無人機(jī)巡檢系統(tǒng)及光電吊艙進(jìn)行規(guī)范指引。

（3）光伏電站是無人機(jī)在電力系統(tǒng)應(yīng)用的典型案例，無人機(jī)可以利用自身優(yōu)勢(shì)，快速對(duì)分布式光伏電站屋頂進(jìn)行巡檢，有效解決人員攀爬屋頂?shù)壤щy，大大提高巡檢效率，同時(shí)也規(guī)避了因人員攀爬工業(yè)鋼構(gòu)架屋頂產(chǎn)生的人員墜落及雷擊等安全風(fēng)險(xiǎn)。

（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(duì)較大，房屋用戶基本為工業(yè)企業(yè)，生產(chǎn)活動(dòng)難免會(huì)對(duì)線路及組件產(chǎn)生影響。搭載高清攝像頭的無人機(jī)對(duì)集電線路、光伏組件、屋頂狀況等方面開展巡檢，可以有效發(fā)現(xiàn)存在問題，能夠及時(shí)解決隱患，即降低項(xiàng)目損失。

（5）除了實(shí)現(xiàn)日常巡檢外，無人機(jī)搭配具有紅外成像的光電吊艙還能實(shí)現(xiàn)光伏組件紅外巡檢，有效發(fā)現(xiàn)組串中損壞的發(fā)熱組件（圖1）。組件損壞或局部遮擋后將會(huì)產(chǎn)生熱斑效應(yīng)，由發(fā)電單元變?yōu)閾p耗單元，不但損壞組件壽命，并且影響整體組串的發(fā)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(yè)園區(qū)，人為或其他原因造成的組件損壞率高，且遮擋問題較為嚴(yán)重。

（6）利用無人機(jī)巡檢光伏電站（圖2），不僅降低了組件損壞的發(fā)現(xiàn)難度，在節(jié)省人工提升效率方面更具有先天的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將成為分布式光伏電站運(yùn)維難點(diǎn)解決的關(guān)鍵助手。目前行業(yè)內(nèi)已經(jīng)開始逐步推廣應(yīng)用，無人機(jī)具備設(shè)置巡航路線，自動(dòng)拍攝的功能，極大的方便了巡視數(shù)據(jù)的獲取和后期數(shù)據(jù)分析。同時(shí)無人機(jī)的GPS導(dǎo)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(hù)人員及時(shí)趕赴現(xiàn)場處理。

圖1 紅外成像

圖2 無人機(jī)巡檢

3 無人機(jī)巡檢系統(tǒng)介紹

利用智能化的無人機(jī)巡檢系統(tǒng)，可以自動(dòng)開展巡檢工作，巡檢系統(tǒng)一般包括無人機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、地面智能控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)等4部分。

3.1 無人機(jī)系統(tǒng)

無人機(jī)系統(tǒng)一般配置較長時(shí)間續(xù)航能力，同時(shí)具備一定的防護(hù)能力，多為工業(yè)級(jí)多旋翼無人機(jī)，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(zhǔn)可靠；能實(shí)時(shí)查看相機(jī)畫面，傳輸距離遠(yuǎn)達(dá)5 km；內(nèi)部控制能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控剩余電池電量，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)分析計(jì)算出返航和降落所需的電量和時(shí)間，避免因電量不足引發(fā)的危險(xiǎn)。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)20 min快速充電功能，能在短時(shí)間內(nèi)將電池充滿。市場某品牌無人機(jī)參數(shù)見表1。

表1 某品牌無人機(jī)參數(shù)

3.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般包含成像系統(tǒng)，能夠識(shí)別組件遮擋物、灰塵遮蓋狀況，同時(shí)擁有紅外成像系統(tǒng)，可采集熱斑情況。圖像數(shù)據(jù)一般實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛婵刂迫藛T，圖像分析系統(tǒng)可標(biāo)識(shí)所拍圖像位置，并記錄測試環(huán)境數(shù)據(jù)，幫助使用人員發(fā)現(xiàn)異常情況。

3.3 地面智能控制系統(tǒng)

地面智能控制系統(tǒng)主要是規(guī)劃自動(dòng)控制無人機(jī)飛行軌跡，遠(yuǎn)程控制，并能夠?qū)崿F(xiàn)自主航線規(guī)劃飛行，并能夠多任務(wù)航線保存，讓復(fù)雜的巡檢工作變得更簡易。

3.4 數(shù)據(jù)處理器

數(shù)據(jù)分析處理是整套系統(tǒng)的關(guān)鍵。無人機(jī)采集的數(shù)據(jù)通過分析，可以發(fā)現(xiàn)屋頂組件遮擋情況，以及有無局部污染，組件積灰是否嚴(yán)重，判斷屋頂狀況是否需人為干預(yù)，是否需開展清掃等工作。同時(shí)紅外成像測試，可有效發(fā)現(xiàn)組件熱板及溫度信息，便于用戶識(shí)別損壞組件及時(shí)更換。

4 應(yīng)用案例

某企業(yè)攜帶自主研發(fā)的無人機(jī)巡檢系統(tǒng)，為分布式電站進(jìn)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(shù)據(jù)采集時(shí)間30 min，大體流程如下。

（1）自動(dòng)航線巡檢。無人機(jī)搭載熱紅外相機(jī)，地面站自動(dòng)規(guī)劃飛行航線，采集紅外數(shù)據(jù)。

（2）軟件分析處理。將無人機(jī)采集的紅外數(shù)據(jù)上傳軟件進(jìn)行處理分析，生成熱紅外溫度信息概況圖，直觀的呈現(xiàn)出測區(qū)熱斑分布情況，同時(shí)定位出光伏組件熱斑的具體位置。

（3）通過無人機(jī)智能航線飛行，采集可見光、紅外熱成像溫度數(shù)據(jù)，軟件智能分析處理后得到的熱斑位置圖，以及標(biāo)注出熱斑溫度的位置（圖 4），其中，位置圖呈現(xiàn)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(yùn)用無人機(jī)等先進(jìn)技術(shù)手段，成為解決分布式光伏電站運(yùn)維難題的最有效手段，可極大的提高運(yùn)維質(zhì)量，提升人員效率。隨著中國分布式光伏不斷井噴式的發(fā)展，分布式光伏電站的運(yùn)維市場將不斷增加，如何有效管理分布式電站，并逐步規(guī)范化管理，將成為行業(yè)新趨勢(shì)。