无人机在光伏组件巡视检查中的应用分析

王栓虎，温向炜

(内蒙古京能乌兰伊力更风力发电有限责任公司，巴彦淖尔 015300)

0 引言

近几年，随着光伏产业的不断发展，光伏发电并网给光伏电站的运营维护带来了巨大压力。由于光伏发电设备属于分散式发电设备，具有设备数量多、占地面积大的特点，且大部分光伏电站地处荒漠、山地、水上及采矿沉降区等复杂环境中，因此光伏电站的运营维护较为复杂和困难。而光伏组件作为光伏电站中重要的发电设备[1]，占地面积广，所以其日常巡视检查及定期的红外热成像检测工作占据了光伏电站大部分的运营维护时间，给维护人员造成了较大的工作负担。因此，亟需寻找可提高光伏电站维护人员工作效率、减轻其工作压力的光伏组件维护方式。

利用无人机对光伏组件进行日常巡视检查及定期的红外热成像检测成为减轻光伏电站维护人员工作负担的有效方式之一。本文以内蒙古自治区的乌兰伊力更光伏电站为例，对无人机在光伏组件巡视检查中的应用进行了详细介绍，对比了该方式与传统巡视检查方式的效果，并分析了利用无人机进行巡视检查这一方式的技术优势。

1 光伏组件的分布情况

乌兰伊力更光伏电站地处荒漠化草原，总装机容量为80 MWp，光伏发电区域(包括3个光伏站区)的总占地面积为3200亩(1亩约为666.67 m2)，其中，1#光伏站区的光伏发电装机容量为30 MWp，占地面积为1200亩；2#光伏站区的光伏发电装机容量为10 MWp，占地面积为400亩；3#光伏站区的光伏发电装机容量为40 MWp，占地面积为1600亩。光伏发电区域的3个光伏站区的分布图如图1所示。

图1 3个光伏站区的分布图Fig. 1 Distribution of three PV power generation areas

2 利用传统方式进行光伏组件巡视检查

由于乌兰伊力更光伏电站的光伏发电区域总占地面积较大，因此巡视检查周期长、任务重已成为光伏组件巡视检查工作中的难题。该光伏电站的光伏组件巡视工作主要分为日常巡视检查和专项巡视检查2部分。

2.1 日常巡视检查

日常巡视检查的工作重点主要是巡视光伏组件表面的脏污情况，以及光伏站区内部杂草对光伏组件的遮挡情况。日常巡视检查可以防止因光伏组件表面脏污及杂草遮挡等情况造成光伏电站发电量降低。

日常巡视检查的工作一般由2人驾驶车辆，以目测的方式对光伏组件进行巡视检查，每日可巡视检查5个光伏方阵，巡视面积可达200亩，将全部光伏发电区域巡视完成需要16天时间。

2.2 专项巡视检查

专项巡视检查是指针对光伏组件的红外热成像检测工作，通过红外热成像检测发现存在明显热斑的故障光伏组件，并及时对故障组件进行更换，从而可提升光伏电站的整体发电量。

在光伏组件红外热成像检测工作中，由于红外热成像设备为地面手持式设备，因此通常需要由2人使用手持式红外热成像仪，以徒步的方式进行巡视检查，每日可完成1个光伏方阵光伏组件的红外热成像检测工作，巡视检查面积约为40亩；若遇上雷雨、多云等天气变化，会造成此项工作无法进行，因此一般情况下，完成整个光伏发电区域所有光伏组件的红外热成像检测工作需要花费2.5～3个月的时间。

3 利用无人机进行光伏组件巡视检查

为了有效提高光伏组件巡视检查的工作效率，减轻光伏电站维护人员的工作负担，及时发现设备隐患，提升光伏电站的整体发电量，乌兰伊力更光伏电站采用无人机对光伏组件进行巡视检查工作。

3.1 利用无人机进行光伏组件巡视检查的实施方案

乌兰伊力更光伏电站利用无人机进行光伏组件日常及专项巡视检查的具体实施方案为：

1)对3个光伏站区的共8136组光伏支架按照由南到北、从东到西的原则进行编号，并将编号牌(尺寸为21 cm×30 cm)固定在光伏支架上。

2)在无人机云台上装设1个红外摄像头和1个运动摄像头，在检测过程中使用红外摄像头对光伏组件进行热成像，生成红外热成像图片，然后使用运动摄像头对存在热斑组件的光伏支架进行拍照记录。

3)光伏电站运行人员将红外热成像图片进行统一汇总分析，根据经验及热斑情况确定需要更换的热斑组件；光伏电站维护人员根据运行人员提供的与热斑组件相关的数据，找到记录中存在热斑组件的光伏支架，并使用手持式测温设备对该光伏支架上的所有光伏组件进行复测，找出具体的热斑组件，然后对热斑组件进行更换。

采用无人机巡视检查方式时，日常巡视检查和专项巡视检查均可由1人完成；每日可完成40个光伏方阵(巡视面积达1600亩)的日常巡视检查，全部光伏发电区域巡视完成需要2天；专项巡视检查每日可检测10个光伏方阵(巡视面积达400亩)，全部光伏发电区域检测完成需要8～12天的时间。

3.2 传统巡视检查与无人机巡视检查的效果对比

为有效对比传统巡视检查方式及无人机巡视检查方式的效率差距，选择乌兰伊力更光伏电站中同样的200块光伏组件，分别进行2种方式的红外热成像检测工作。

采用传统巡视检查方式时，光伏电站维护人员使用手持式红外热成像仪对200块光伏组件进行红外热成像检测，共耗时10 min，发现有2块光伏组件存在明显热斑。采用无人机巡视检查方式时，光伏电站维护人员使用无人机对200块光伏组件进行红外热成像检测，共耗时1 min，发现有2块光伏组件存在明显热斑。由此可见，2种巡视检查方式的结果一致。

采用无人机巡视检查方式时和采用传统巡视检查方式时光伏组件的红外热成像图如图2所示。

2种巡视检查方式的效果对比分析如表1所示。从表1可知，较传统巡视检查方式而言，无人机巡视检查方式在提高光伏组件的巡视效率、巡视经济性及应用范围方面均具有明显的优势[3]。

图2 2种巡视检查方式时光伏组件的红外热成像图Fig. 2 Infrared thermal images of PV modules by two kinds of inspection methods

表1 无人机巡视检查方式与传统巡视检查方式的效果对比分析Table 1 Comparative analysis of effects of UAV inspection method and traditional inspection method

4 无人机巡视检查方式存在的问题及改进措施

当前无人机在电力行业主要是用于电力线路的巡视，国内外光伏发电设备采用无人机进行巡视检查尚处于初步探索阶段，还未能形成成熟有效的大规模批量性应用。虽然无人机巡视检查方式较传统巡视检查方式的优势明显，但通过在乌兰伊力更光伏电站中的长期使用，发现无人机巡视检查方式仍存在一些问题。

当前无人机巡视检查方式存在的问题及相应的改进措施具体为：

1)无人机多使用蓄电池提供动力，而1组蓄电池最久可支持无人机飞行30 min，飞行续航时间较短，因此通常使用无人机进行光伏组件巡视检查时，单次飞行需准备8组蓄电池，以提供飞行动能；而且蓄电池的性能受环境温度的影响较大。

但随着蓄电池技术的不断发展，预计3～5年后，无人机的续航时间较目前会有很大提高。

2)目前采用无人机进行巡视检查时，巡视路线及巡视速度还需要进行人为设定，整体不够智能化。

随着遥感技术的发展，以后进行光伏组件巡视检查时，可将光伏站区坐标分布图传输至无人机图像识别系统中[4]，通过对巡视路径进行智能规划，可根据光伏组件的安装角度自动设定无人机的飞行高度、巡视速度等技术参数，实现光伏组件巡视检查效率的最大化。

3)使用无人机进行光伏组件巡视检查时，其拍摄的红外热成像图片需要由光伏电站运行人员集中整理，然后通过工作经验进一步分析和判断需要更换的故障光伏组件。

未来伴随大数据、机器学习等前端技术的发展，无人机可实时将红外热成像图片发送至光伏组件数据分析系统中，通过系统分析将需要更换的故障光伏组件信息通知光伏电站的维护人员，从而进一步提高维护人员的工作效率[5]。

5 结论

本文以内蒙古自治区的乌兰伊力更光伏电站为例，对在光伏组件巡视检查中采用传统巡视检查方式和无人机巡视检查方式分别进行了介绍，并通过对比分析了无人机巡视检查方式的技术优势。较此前采用传统巡视检查方式，乌兰伊力更光伏电站自采用无人机开展光伏组件巡视检查工作以来，在设备经济性、工作高效性及降低维护人员工作负担方面均有了很大的提高。通过创新光伏组件巡视检查手段，不仅提高了企业的经营效益，拓展了光伏电站维护人员的无人机操作技能，还可以为光伏发电行业的光伏组件巡视检查提供可借鉴的经验。