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(shù)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(dǎo)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(guān)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。基于此，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(guān)部門進行相關(guān)工作提供有效的建議。

關(guān)鍵詞：無人機;光伏組件;熱斑智能效應(yīng)

引言：熱斑效應(yīng)是光伏機在運行的時候比較常見的故障之一，會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的運行情況受到威脅。因此，相關(guān)部門需要對熱斑效應(yīng)進行檢測，但是傳統(tǒng)的人工檢測方式具有風(fēng)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(yīng)產(chǎn)生的原因

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和技術(shù)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(lǐng)域中得到了比較廣泛的應(yīng)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(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電池組件，將被當(dāng)作負(fù)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(yīng)[1]。這種效應(yīng)在太陽能系統(tǒng)運行的過程中會導(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(yīng)會導(dǎo)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(guān)鍵指標(biāo)。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(wù)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(shè)備、任務(wù)載荷設(shè)備等。飛行機檢測指的是以無人機為平臺，掛載任務(wù)設(shè)備，配合軟件進行任務(wù)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(shè)備，能夠完成檢測作業(yè)任務(wù)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(fēng)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(gòu)建一種自動化檢測熱斑效應(yīng)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(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[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(yīng)用的效果。

（一）光伏無人機檢測系統(tǒng)的構(gòu)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(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(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)是光伏無人機檢測系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的技術(shù)，也是實現(xiàn)整個系統(tǒng)的關(guān)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(yīng)用的關(guān)鍵。需要同天空端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行設(shè)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(dǎo)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(wù)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(wù)，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(yīng)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(wù)規(guī)劃與航線精細(xì)設(shè)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(shù)在應(yīng)用的時候主要有人性化飛行設(shè)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(dǎo)出的特點，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、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(yīng)用效果。數(shù)據(jù)采集模塊的主要設(shè)備是集成化的云臺雙光相機，在進行檢測的過程中這種設(shè)備可以同步進行可見光及紅外光的圖像采集，兩者圖像應(yīng)高度重合，一一對應(yīng)，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(yīng)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(shè)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(yīng)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(yīng)用于復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，在進行設(shè)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(zhǔn)確的操控反饋，以及穩(wěn)定細(xì)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(yīng)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(shè)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(yīng)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(xué)習(xí)、圖像識別、姿態(tài)定位等技術(shù)實現(xiàn)光伏設(shè)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(dǎo)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(yīng)用的時候具備批量自動導(dǎo)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(shè)計等優(yōu)點，在具體應(yīng)用的時候可以取得比較優(yōu)秀的效果。

總結(jié)：綜上所述，新能源是最近幾年被重點關(guān)注的主要課題之一，其中太陽能更是被社會關(guān)注的重點，但是在太陽能電池應(yīng)用的時候會出現(xiàn)熱斑效應(yīng)，提升出現(xiàn)安全事故的可能性。因此，需要利用無人機巡檢系統(tǒng)對熱斑效應(yīng)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：

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