无人机技术在光伏巡检中的应用

范月圆

摘 要：文章通过对光伏电站的无人机能够自动开展巡检系统的自动识别功能和其工作原理进行了详细的介绍，并与其他系统做了整体的比较，进而分析其异同。无人机全自动巡检系统不仅做到了更经济、更高效、更快速地完成任务，还可以通过与GPS的结合进而对其产生定位功能，更高效地提高了其运行的效率。

关键词：无人机;自动巡检;方法

1 无人机在光伏电站上的应用

1.1 无人机承担光伏电站运维的大趋势

无人控制飞行器，又被人们称作无人机。无人机在未来，它是可以担任维护大型光伏电站的重要任务，而且使用无人机进行工作的成本比直升机或者开车的成本低很多。随着我国光伏的应用逐渐成熟，我国的光伏产业将会随即出现“存量”的现象，这一现象的出现就在另一个程度上意味着会需要更多的时间在运行和维护上。这样看来，无人机在光伏领域已经达到了爆发性的作用。

以光伏电站为例，光伏电站传统的维护方式主要以人力为主，辅以监控系统。虽然可以在后台监控系统中实现对主要发电参数和气象数据的监控，但主要的现场巡查还是以人力为主。并且由于光伏电站设备多，分布广，为防范环境因素和设备故障导致的事故，日常性巡检是光伏电站运维管理中重要的环节，也是运维管理活动中最耗时耗力的工作。因此，当前应用在光伏电站的无人机多集中在电站运维方面。无人机立体化、高程作业的方式有效地适应了光伏电站分布广、应用类型多样的特点，在一定程度上节省了人力，提高了运维效率。

想像一下，公用事业级规模的集中式光伏电站，占地上百亩，组件成千上万块。一群个头小巧的飞行机器人不停地上下飞舞，就像花丛中的小蜜蜂。它们并不是采蜜，而是采集数据。它们检查某块电池板上有多少灰尘，或是发现那些由于草木茂盛而可能产生阴影遮挡的区域，或是控制室发现了一些难以解释的异常，于是它们倾巢而出，四处调查原因。

1.2 使用无人机的优势

无人机的使用成本相对低廉，在目前的情况下，在数据驱动的光伏电站上无人机的应用是最好的选择，更是能够快速寻找到问题的最理想工具。由于无人机具有这些优势，早几年Solar City 和First City等企业就准备着手测试无人机的技术系统[2]，并将其成为潜在的工具之一。但是倘若想将无人机大规模地在商业中投入使用，则还需要去解决航空的监管系统。例如在公共区域或者私人区域，被许可的飞行时间、飞行高度等规则都要得到相对系统的许可，才可以正常飞行。无人机由于成本低，将会取代燃油车辆，据部分统计数据，租用无人机的年费用为3万～10万美元。但是据GTM Research 的估计，车辆的一次使用成本将会达到300～600美元，这也是根据燃油的成本以及出行距离不同的情况进行的估算。

无人机在飞行中的成本比车辆相对固定一些，它只需要电池来维持能量，而车辆也需要通过燃油以及人员等变动成本来进行调整。运维的供应商只需要承担电池的费用，成本约束小。需要花费一定时间对无人机采用传统手段进行维护，以防止事故及问题的出现，因此这不仅费时费力，对钱财的要求也较高。但是在这个问题上，对于大型的电站而言，这种高频率的大型综合类检查成本较大，在这种压力下，运维商不得在成本问题和风险问题上左右平衡。但是，在无人机出现后，这种运维成本将会出现大幅度的降低。

无人机还存在一项过人之处，就是其可以在一瞬间采取多个种类不同的数据，并且可以精准地锁定出现问题的具体坐标。这种能采取多个种类不同数据的采集功能还支持GPS的标注、激光测距、视觉成像等，甚至还可以做到对可见光波中的光信号进行探测。

2 光伏行业巡检与维护现状

太阳能光伏发电系统主要分集中式和分布式，集中式电站一般占地面积广，大多建在我国西北部和一些偏远地区，自然环境较为恶劣;太阳能板的转换率和使用寿命是决定光伏系统价值的重要因素。随着使用时间的增长，光伏组件会不可避免地出现热斑，不仅影响发电量，还会加速组件失效。然而，对于这些使用光伏电站被并网后带来的有关于运营方面的压力时，如光伏板的巡检等，在传统的运维方面都是采用人工的方式，这样不仅没有效率，而且多数故障都是由人为判断出来的，十分容易出现偏差。并且这样的情况出现在较为偏远地区时，光伏电站巡检的工作将会进行得十分困难，也十分危险。

当前应用在光伏电站的无人机多集中在电站运维方面。无人机立体化、高程作业的方式有效地适应了光伏电站分布广、应用类型多样的特点，在一定程度上节省了人力，提高了运维效率。

3 无人机在光伏电站的应用现状与前景

近年来，随着无人机技术的迅猛发展，无人机在全球消费领域掀起了应用热潮。一些体积精小、操控简单的消费级无人机产品在我们的生活中随处可见，似乎是给无人机贴上了生活“必备品”的标签，让很多消费者认为无人机更多的是休闲把玩的“玩具”，而忽略了其强大的工业属性。

实际上，随着无人机工业化的推进，无人机已经广泛地应用在安防、农业、影视、电力、能源等領域，但是由于行业间信息和技术的不对称，一方面造成需求端对无人机作用的过度要求，超出现有行业技术能力;另一方面无人机没有精准切入应用领域，导致供应产品与需求出现严重偏差，甚至产生出“无用论”的声音，本该是行业间协同互助发展，却出现了“水土不服”的怪象。

以光伏电站为例，光伏电站传统的维护方式主要以人力为主，辅以监控系统[3]。虽然可以在后台监控系统中实现对主要发电参数和气象数据的监控，但主要的现场巡查还是以人力为主。并且由于光伏电站设备多、分布广，为防范环境因素和设备故障导致的事故，日常性巡检是光伏电站运维管理中重要的环节，也是运维管理活动中最耗时耗力的工作。

因此，当前应用在光伏电站的无人机多集中在电站运维方面。无人机立体化、高程作业的方式有效适应了光伏电站分布广、应用类型多样的特点，在一定程度上节省了人力，提高了运维效率。但也应看到，目前光伏电站无人机还存在着解决方案单一、功能针对性不强、数据处理能力有限等问题，仅能解决问题表象，没有系统性的方案输出，没有真正解决光伏行业的“痛点”。

为获取光伏行业无人机运用受阻的第一手资料，  2017年中检集团南方电子产品测试（深圳）股份有限公司对国内13个主要光伏电站开发企业进行了问卷调查。调查发现65%的受访企业认为性价比太低是造成无人机应用障碍的主要原因，70%受访企业认为无人机功能达不到要求。在调查中也发现，很多光伏电站企业对无人机提出了超现实的技术要求，说明无人机行业与光伏行业间的技術不对称非常明显。

其实，根据光伏行业的背景和技术特点，无人机完全可以凭借自身技术特点，深度融入光伏行业，贴合光伏发展路线，解决光伏电站面临的行业性难题，实现光伏行业与无人机行业的协同发展。据国家能源局统计，截至2017年年底，中国光伏发电装机总量为130 GW，同比增长68.7%，新增装机和累计装机规模均位居于世界第一。根据“十三五规划”，预计在2020年我国装机总量有望达到250 GW。从光伏电站体量来看，在可预见的未来，光伏市场将继续释放巨大的机遇，催发行业的外生动力[4]。

结合光伏电站的生命阶段，无人机还可以发挥出更多的效应。一般认为光伏电站的生命期至少为25年，按照其主要的历程可以分为设计阶段、建设阶段和运维阶段。以一个20 MW规模的地面电站为例，一般其设计阶段和建设阶段需要6个月左右，运维阶段基本覆盖整个生命周期。

4 结语

与传统成熟能源行业相比，光伏还是个年轻的行业，在发展中有许多问题亟待解决。光伏持续爆发式增长的背后蕴藏着巨大的商业机遇。如何撬开这个行业的大门，需要无人机行业人员改变思路，深度了解光伏行业，把握光伏行业发展路线，切合实际需求，提供针对光伏电站的无人机解决方案，这样才能实现光伏行业与无人机行业的协调健康发展。

[参考文献]

[1]王栓虎，温向炜.无人机在光伏组件巡视检查中的应用分析[J].太阳能，2021（1）：51-54.

[2]李宇程，王业柱，黄禹铭.基于电极转换的无人机巡航作业能量补给停机舱[J].电气开关，2020（6）：68-70，101.

[3]曹阳，孟茁.基于无人机光伏巡检的视频图像传输系统设计[J].计算机与网络，2020（15）：62-65.

[4]李香凡，唐志伟，胡家龙，等.无人机光伏巡检的图像目标检测算法[J].电子世界，2020（11）：7-8.

（编辑 王雪芬）