無人機在光伏組件熱斑智能檢測的研究

殷安林 祁東 劉彥攀 楊延俊 鄧誠

摘 要：隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和技術水平的提升，我國的新能源產(chǎn)業(yè)取得了新的發(fā)展，這就導致我國的光伏裝機量連續(xù)地攀升，其質(zhì)量保證得到了相關部門的重視。熱斑是光伏組件在運行的時候比較常見的故障，需要對其進行檢測，從而可以保證系統(tǒng)的正常運行?；诖?，本文就無人機在光伏組件熱斑智能檢測進行深入的研究，從而可以為相關部門進行相關工作提供有效的建議。

關鍵詞：無人機;光伏組件;熱斑智能效應

引言：熱斑效應是光伏機在運行的時候比較常見的故障之一，會導致整個系統(tǒng)的運行情況受到威脅。因此，相關部門需要對熱斑效應進行檢測，但是傳統(tǒng)的人工檢測方式具有風險大、成本高、耗時長、效率低等問題，因此需要利用無人機進行光伏組件熱斑智能檢測，從而可以實現(xiàn)檢測工作的電子化、信息化以及智能化，保證系統(tǒng)的平穩(wěn)運行，推進整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

一、熱斑效應產(chǎn)生的原因

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和技術水平的提升，我國的太陽能產(chǎn)業(yè)取得了全新的發(fā)展，在各個領域中得到了比較廣泛的應用。但是，在太陽能系統(tǒng)在運行的過程中時常會出現(xiàn)熱斑效應、具體而言，熱斑效應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電池組件，將被當作負載消耗其他有光照的太陽電池組件所產(chǎn)生的能量。被遮蔽的太陽電池組件此時會發(fā)熱，這就是熱斑效應[1]。這種效應在太陽能系統(tǒng)運行的過程中會導致電池片裂片、燒毀等嚴重后果，為新能源企業(yè)的發(fā)展帶來不良的后果。

通過對近幾年的實際情況進行分析可以發(fā)現(xiàn)，由于在太陽能電池中出現(xiàn)熱斑效應會導致出現(xiàn)電站起火等安全事故，危害人類財產(chǎn)和人身安全。因此，光伏電站需要將熱斑檢測成為電站運維中的關鍵指標。無人機是由動力驅(qū)動、機上無人駕駛的航空飛行器的簡稱，以攜帶任務載荷，能夠完成自主飛行為特征。一般的組成部分是機體、動力系統(tǒng)、航電設備、任務載荷設備等。飛行機檢測指的是以無人機為平臺，掛載任務設備，配合軟件進行任務規(guī)劃與執(zhí)行，數(shù)據(jù)存儲與處理，同時具備綜合保障設備，能夠完成檢測作業(yè)任務的系統(tǒng)可以得到有效的發(fā)揮，進而可以保證系統(tǒng)的安全運行。

二、光伏無人機熱斑智能檢測系統(tǒng)組成

通過對電池的實際運行情況進行深入的分析，可以發(fā)現(xiàn)目前傳統(tǒng)的熱斑檢測方法存在許多的問題，具有風險大、成本高、耗時長、效率差等問題，因此在進行研究的時候需要利用無人機系統(tǒng)構建一種自動化檢測熱斑效應的系統(tǒng)，其主要的組成部分是無人機、機載紅外熱像儀以及相應的控制系統(tǒng)構成，具有準確、高效、安全、成本低等優(yōu)點[2]。因此下文對整個光伏無人機智能巡檢系統(tǒng)的組成進行深入的分析，從而可以優(yōu)化具體應用的效果。

（一）光伏無人機檢測系統(tǒng)的構成

通過對整個系統(tǒng)的實際情況進行分析，可以研究出如果按照系統(tǒng)結構劃分，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)。兩個子系統(tǒng)的樞紐點是地面站。在進行運行的時候可以通過地面站存儲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數(shù)據(jù)，供云端后臺診斷管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理及分析，進而可以優(yōu)化具體應用的效果。

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)是光伏無人機檢測系統(tǒng)中最為關鍵的技術，也是實現(xiàn)整個系統(tǒng)的關鍵。天空端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有五個模塊分別是數(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)也是保證整個系統(tǒng)實際應用的關鍵。需要同天空端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行設計。這部分系統(tǒng)的主要是由六種模塊進行組成，即數(shù)據(jù)導入模塊、圖像匹配模塊、光伏板提取模塊、溫度異常檢測模塊、異常點位置反演模塊、報告生成模塊。

（二）光伏無人機智能檢測系統(tǒng)的功能劃分

通過對具體系統(tǒng)的實際情況進行分析可以發(fā)現(xiàn)，光伏無人機智能檢測系統(tǒng)的功能主要集中在以下幾個方面，即為無人機平臺、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，無人機平臺及數(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)為任務操作及管理的樞紐。下文對各個模塊的實際情況進行深入的分析。

1.無人機平臺

無人機平臺系統(tǒng)的作用在于于完成飛行巡檢任務，實現(xiàn)不受地面障礙物遮擋自動飛行，從而可以使得無人機平臺滿足在平原、山地、高海拔等不同地區(qū)可以得到有效的應用。另外，該系統(tǒng)在使用的時候主要包括飛行控制模塊、航攝任務規(guī)劃與航線精細設計模塊、遙測數(shù)據(jù)監(jiān)測與回放軟件模塊，飛行記錄儀分析軟件模塊等。這種技術在應用的時候主要有人性化飛行設計、自動化監(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)批量導出的特點，可以取得比較優(yōu)秀的應用效果。

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、高速采集、穩(wěn)定防抖、自重較低等特點，可以取得比較優(yōu)秀的應用效果。數(shù)據(jù)采集模塊的主要設備是集成化的云臺雙光相機，在進行檢測的過程中這種設備可以同步進行可見光及紅外光的圖像采集，兩者圖像應高度重合，一一對應，這時候后臺智能診斷管理平臺立刻發(fā)揮作用，對數(shù)據(jù)進行具體的分析并且進行故障定位，及時發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)熱斑現(xiàn)象的情況，避免由太陽能電池在應用的時候出現(xiàn)安全事故，進而可以保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

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式飛行控制器和地面控制站。其中移動式飛行控制器器采用工業(yè)及軍工級電子系統(tǒng)設計規(guī)范，保證飛行的穩(wěn)定性以及和抗干擾能力，避免在具體進行應用的時候出現(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)能應用于復雜的作業(yè)環(huán)境，在進行設計的時候可以通過高精度實時姿態(tài)解算等飛控算法，給用戶實時準確的操控反饋，以及穩(wěn)定細膩的飛行體驗。使得其作用可以得到有效的發(fā)揮[3]。

本次智能系統(tǒng)在應用的時候具備全自主智能飛行、起降功能、多重安全保護功能、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、實時PID功能，并且系統(tǒng)內(nèi)部配備使用雙 3 軸 MEMS 加速度計、數(shù)字氣壓高度計、軸數(shù)字磁通量磁羅盤等設備從而可以提升整個系統(tǒng)的易用性，從而可以保證其實際應用的效果，進行實時智能監(jiān)控，保證檢測工作的實際效果。

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)庫以及巡檢數(shù)據(jù)智能化處理軟件。在系統(tǒng)運行的過程中，該系統(tǒng)可以對無人機檢測系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)進行分類、存儲、挖掘、計算、分析，并利用紅外深度學習、圖像識別、姿態(tài)定位等技術實現(xiàn)光伏設備的故障的智能化檢測，通過熱斑分析，實現(xiàn)故障自動識別、自動定位，并自動導出巡檢報告，從而可以在最大程度上減輕熱斑對于智能巡檢診斷管理系統(tǒng)的影響，保證太陽能電池可以穩(wěn)定的運行。

該系統(tǒng)在具體應用的時候具備批量自動導入、定制化參數(shù)、圖像智能分析、故障識別、圖像拼接紅外、可見光同步查看等功能，并且具備智能化、高效處理、人性化設計等優(yōu)點，在具體應用的時候可以取得比較優(yōu)秀的效果。

總結：綜上所述，新能源是最近幾年被重點關注的主要課題之一，其中太陽能更是被社會關注的重點，但是在太陽能電池應用的時候會出現(xiàn)熱斑效應，提升出現(xiàn)安全事故的可能性。因此，需要利用無人機巡檢系統(tǒng)對熱斑效應進行檢測，降低出現(xiàn)安全故障的可能性，推進新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

[1]梁鑫鈺，王辰羽，王文月.基于機械臂的35kV交流輸電線路直線塔無人機檢修作業(yè)系統(tǒng)設計[J].組合機床與自動化加工技術，2021（04）：158-162.

[2]寧振偉.背包、車載激光掃描結合無人機傾斜航測實踐于社區(qū)全息數(shù)據(jù)采集[J].測繪通報，2021（03）：159-163.

[3]王永強.基于無人機及機器視覺的光伏電站“熱斑效應”檢測系統(tǒng)研究[J].科技視界，2019（15）：53+15.