无人机在光伏组件热斑智能检测的研究

殷安林 祁东 刘彦攀 杨延俊 邓诚

摘 要：随着我国经济的发展和技术水平的提升，我国的新能源产业取得了新的发展，这就导致我国的光伏装机量连续地攀升，其质量保证得到了相关部门的重视。热斑是光伏组件在运行的时候比较常见的故障，需要对其进行检测，从而可以保证系统的正常运行。基于此，本文就无人机在光伏组件热斑智能检测进行深入的研究，从而可以为相关部门进行相关工作提供有效的建议。

关键词：无人机;光伏组件;热斑智能效应

引言：热斑效应是光伏机在运行的时候比较常见的故障之一，会导致整个系统的运行情况受到威胁。因此，相关部门需要对热斑效应进行检测，但是传统的人工检测方式具有风险大、成本高、耗时长、效率低等问题，因此需要利用无人机进行光伏组件热斑智能检测，从而可以实现检测工作的电子化、信息化以及智能化，保证系统的平稳运行，推进整个产业的发展。

一、热斑效应产生的原因

随着我国经济的发展和技术水平的提升，我国的太阳能产业取得了全新的发展，在各个领域中得到了比较广泛的应用。但是，在太阳能系统在运行的过程中时常会出现热斑效应、具体而言，热斑效应往往指的是在在一定条件下，一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量。被遮蔽的太阳电池组件此时会发热，这就是热斑效应[1]。这种效应在太阳能系统运行的过程中会导致电池片裂片、烧毁等严重后果，为新能源企业的发展带来不良的后果。

通过对近几年的实际情况进行分析可以发现，由于在太阳能电池中出现热斑效应会导致出现电站起火等安全事故，危害人类财产和人身安全。因此，光伏电站需要将热斑检测成为电站运维中的关键指标。无人机是由动力驱动、机上无人驾驶的航空飞行器的简称，以携带任务载荷，能够完成自主飞行为特征。一般的组成部分是机体、动力系统、航电设备、任务载荷设备等。飞行机检测指的是以无人机为平台，挂载任务设备，配合软件进行任务规划与执行，数据存储与处理，同时具备综合保障设备，能够完成检测作业任务的系统可以得到有效的发挥，进而可以保证系统的安全运行。

二、光伏无人机热斑智能检测系统组成

通过对电池的实际运行情况进行深入的分析，可以发现目前传统的热斑检测方法存在许多的问题，具有风险大、成本高、耗时长、效率差等问题，因此在进行研究的时候需要利用无人机系统构建一种自动化检测热斑效应的系统，其主要的组成部分是无人机、机载红外热像仪以及相应的控制系统构成，具有准确、高效、安全、成本低等优点[2]。因此下文对整个光伏无人机智能巡检系统的组成进行深入的分析，从而可以优化具体应用的效果。

（一）光伏无人机检测系统的构成

通过对整个系统的实际情况进行分析，可以研究出如果按照系统结构划分，本系统分为天空端数据采集系统和地面端数据后处理分析系统这两种子系统。两个子系统的枢纽点是地面站。在进行运行的时候可以通过地面站存储采集的图像与位置姿态数据，并在地面站上上传检测数据，供云端后台诊断管理系统进行数据处理及分析，进而可以优化具体应用的效果。

1.天空端数据采集系统

天空端数据采集系统是光伏无人机检测系统中最为关键的技术，也是实现整个系统的关键。天空端数据采集系统主要有五个模块分别是数据传输模块，飞行控制模块，姿态位置记录模块、传感器增稳模块、传感器模块。

2.地面端数据后处理分析系统

地面端数据后处理分析系统也是保证整个系统实际应用的关键。需要同天空端数据采集系统进行设计。这部分系统的主要是由六种模块进行组成，即数据导入模块、图像匹配模块、光伏板提取模块、温度异常检测模块、异常点位置反演模块、报告生成模块。

（二）光伏无人机智能检测系统的功能划分

通过对具体系统的实际情况进行分析可以发现，光伏无人机智能检测系统的功能主要集中在以下几个方面，即为无人机平台、智能监控系统、数据采集模块、智能巡检诊断管理系统。其中，无人机平台及数据采集模块属于天空端数据采集系统，智能巡檢诊断管理系统属于地面端数据后处理分析系统，智能监控系统为任务操作及管理的枢纽。下文对各个模块的实际情况进行深入的分析。

1.无人机平台

无人机平台系统的作用在于于完成飞行巡检任务，实现不受地面障碍物遮挡自动飞行，从而可以使得无人机平台满足在平原、山地、高海拔等不同地区可以得到有效的应用。另外，该系统在使用的时候主要包括飞行控制模块、航摄任务规划与航线精细设计模块、遥测数据监测与回放软件模块，飞行记录仪分析软件模块等。这种技术在应用的时候主要有人性化飞行设计、自动化监控、智能路径规划、数据同步获取、自主返航、数据批量导出的特点，可以取得比较优秀的应用效果。

2.数据采集模块

本次系统的数据采集模块具有双光检测、高速采集、稳定防抖、自重较低等特点，可以取得比较优秀的应用效果。数据采集模块的主要设备是集成化的云台双光相机，在进行检测的过程中这种设备可以同步进行可见光及红外光的图像采集，两者图像应高度重合，一一对应，这时候后台智能诊断管理平台立刻发挥作用，对数据进行具体的分析并且进行故障定位，及时发现出现热斑现象的情况，避免由太阳能电池在应用的时候出现安全事故，进而可以保证整个系统的稳定运行。

3.智能监控系统

本系统的智能监控系统的主要组成部分是移动式飞行控制器和地面控制站。其中移动式飞行控制器器采用工业及军工级电子系统设计规范，保证飞行的稳定性以及和抗干扰能力，避免在具体进行应用的时候出现系统的故障。另外，本系统要求飞行控制器及地面控制站的控制系统能应用于复杂的作业环境，在进行设计的时候可以通过高精度实时姿态解算等飞控算法，给用户实时准确的操控反馈，以及稳定细腻的飞行体验。使得其作用可以得到有效的发挥[3]。

本次智能系统在应用的时候具备全自主智能飞行、起降功能、多重安全保护功能、隔绝电磁干扰功能、飞行姿态智能控制功能、飞行速度反馈功能，一键返航功能、实时PID功能，并且系统内部配备使用双 3 轴 MEMS 加速度计、数字气压高度计、轴数字磁通量磁罗盘等设备从而可以提升整个系统的易用性，从而可以保证其实际应用的效果，进行实时智能监控，保证检测工作的实际效果。

4.智能巡检诊断管理系统

智能巡检诊断管理系统的主要组成部分是光伏电站巡检数据库以及巡检数据智能化处理软件。在系统运行的过程中，该系统可以对无人机检测系统获取的数据进行分类、存储、挖掘、计算、分析，并利用红外深度学习、图像识别、姿态定位等技术实现光伏设备的故障的智能化检测，通过热斑分析，实现故障自动识别、自动定位，并自动导出巡检报告，从而可以在最大程度上减轻热斑对于智能巡检诊断管理系统的影响，保证太阳能电池可以稳定的运行。

该系统在具体应用的时候具备批量自动导入、定制化参数、图像智能分析、故障识别、图像拼接红外、可见光同步查看等功能，并且具备智能化、高效处理、人性化设计等优点，在具体应用的时候可以取得比较优秀的效果。

总结：综上所述，新能源是最近几年被重点关注的主要课题之一，其中太阳能更是被社会关注的重点，但是在太阳能电池应用的时候会出现热斑效应，提升出现安全事故的可能性。因此，需要利用无人机巡检系统对热斑效应进行检测，降低出现安全故障的可能性，推进新能源产业的发展。

参考文献：

[1]梁鑫钰，王辰羽，王文月.基于机械臂的35kV交流输电线路直线塔无人机检修作业系统设计[J].组合机床与自动化加工技术，2021（04）：158-162.

[2]宁振伟.背包、车载激光扫描结合无人机倾斜航测实践于社区全息数据采集[J].测绘通报，2021（03）：159-163.

[3]王永强.基于无人机及机器视觉的光伏电站“热斑效应”检测系统研究[J].科技视界，2019（15）：53+15.