分布式光伏電站無人機應(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)勢特點，隨著裝機容量不斷增加，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，嚴重影響投資回報；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等先進技術(shù)，解決電站投運面臨的運維難題，成為每個發(fā)電企業(yè)的共識。

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，運維管理也相對滯后，主要有2個問題，一是造成遮擋，影響發(fā)電量，二是造成質(zhì)量安全風險。另外，由于運維點分散，還存在運維成本高、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，特別是對戶用系統(tǒng)的后期運維重視程度不夠。

（2）目前地面光伏項目，裝機容量5萬kW的光伏電站占地面積一般超過2000畝，裝機容量2萬kW的分布式項目，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)，嚴重影響項目投資收益。為解決面臨的問題，定期開展巡檢維護就成了確保投資收益的重要手段。

2 無人機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大量的時間和精力，費時費力，效率低下，難度大，成本高，風險突出。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步，無人機技術(shù)快速發(fā)展，應(yīng)用越來越廣泛。無人機在航拍、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)認識到無人機的優(yōu)勢，并編制了《光伏電站用無人機系統(tǒng)檢測技術(shù)規(guī)范》，對無人機巡檢系統(tǒng)及光電吊艙進行規(guī)范指引。

（3）光伏電站是無人機在電力系統(tǒng)應(yīng)用的典型案例，無人機可以利用自身優(yōu)勢，快速對分布式光伏電站屋頂進行巡檢，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險。

（4）由于分布式光伏，集電線路沿墻壁外延引出，巡查難度相對較大，房屋用戶基本為工業(yè)企業(yè)，生產(chǎn)活動難免會對線路及組件產(chǎn)生影響。搭載高清攝像頭的無人機對集電線路、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，能夠及時解決隱患，即降低項目損失。

（5）除了實現(xiàn)日常巡檢外，無人機搭配具有紅外成像的光電吊艙還能實現(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，且遮擋問題較為嚴重。

（6）利用無人機巡檢光伏電站（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，將成為分布式光伏電站運維難點解決的關(guān)鍵助手。目前行業(yè)內(nèi)已經(jīng)開始逐步推廣應(yīng)用，無人機具備設(shè)置巡航路線，自動拍攝的功能，極大的方便了巡視數(shù)據(jù)的獲取和后期數(shù)據(jù)分析。同時無人機的GPS導(dǎo)航功能也可以快速的定位巡視中存在缺陷的組件，便于維護人員及時趕赴現(xiàn)場處理。

圖1 紅外成像

圖2 無人機巡檢

3 無人機巡檢系統(tǒng)介紹

利用智能化的無人機巡檢系統(tǒng)，可以自動開展巡檢工作，巡檢系統(tǒng)一般包括無人機系統(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 無人機系統(tǒng)

無人機系統(tǒng)一般配置較長時間續(xù)航能力，同時具備一定的防護能力，多為工業(yè)級多旋翼無人機，并配置最新的飛行控制器，采用多傳感器融合算法，以便控制能夠精準可靠；能實時查看相機畫面，傳輸距離遠達5 km；內(nèi)部控制能夠?qū)崟r監(jiān)控剩余電池電量，系統(tǒng)會自動分析計算出返航和降落所需的電量和時間，避免因電量不足引發(fā)的危險。同時可實現(xiàn)20 min快速充電功能，能在短時間內(nèi)將電池充滿。市場某品牌無人機參數(shù)見表1。

表1 某品牌無人機參數(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)，能夠識別組件遮擋物、灰塵遮蓋狀況，同時擁有紅外成像系統(tǒng)，可采集熱斑情況。圖像數(shù)據(jù)一般實時傳輸?shù)降孛婵刂迫藛T，圖像分析系統(tǒng)可標識所拍圖像位置，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)劃自動控制無人機飛行軌跡，遠程控制，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，便于用戶識別損壞組件及時更換。

4 應(yīng)用案例

某企業(yè)攜帶自主研發(fā)的無人機巡檢系統(tǒng)，為分布式電站進行熱斑檢測。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)采集時間30 min，大體流程如下。

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

（2）軟件分析處理。將無人機采集的紅外數(shù)據(jù)上傳軟件進行處理分析，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，同時定位出光伏組件熱斑的具體位置。

（3）通過無人機智能航線飛行，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

通過運用無人機等先進技術(shù)手段，成為解決分布式光伏電站運維難題的最有效手段，可極大的提高運維質(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。