浅析无人机在光伏电站运维中的应用

熊友毅

三峡珠江发电有限公司 ， 510500

摘要： 随着社会的发展和科技的日益壮大，对作为新能源产业的电力行业提出了更高端的运维技术水准和管理要求。近年来，跟随无人机技术的迅速发展，无人机在国内市场的拓展运用越来越广泛。在大规模安装的光伏发电站，如何科学高效地应用无人机对集中成片化的光伏设备开展巡视检查，并对其巡检相关工作开展有序性、高效率和可持续性地进行更高层次的安全保障，具有极其重要的探索意义。本文简要分析了无人机在光伏发电站运维中的具体应用技术和实践优势。

关键词: 光伏电站；无人机巡检；应用分析

引言: 光伏电站设备运维巡检，无人机的科学应用具有极其高效率的价值，通过操纵无人机开展对光伏设备、输电线路的巡视检查，能够对电站设备运行情况进行科学有效的巡检统计和分析判断，确保电站运维人员可以及时、准确地分析和掌握设备运行缺陷，进而能够更为高效地对设备进行及早维护和消缺，提高运维人员对设备的巡视效率，进一步确保设备可利用率和发电量指标的顺利完成。如果将无人机普及应用于光伏发电日常巡视检查，更进一步利于推进我国光伏发电行业运维的安全性、科学性和高效性，充分发挥出无人机的价值和作用，更好地保障发电侧电源供给，为我国社会经济发展做出一定的贡献。

一．无人机在光伏电站的具体应用

1. 应用于光伏区设备巡检，提升工作效率

光伏电站传统的运维和巡检方式主要以人工为主，加以后台自动化数据监控和视频成像监视进行远程巡视为辅助，实现对光伏发电设备和主要参数及气象数据的监控和报表统计。而现场设备的巡视检查，需要人到现场步巡、观察、检测和记录。由于光伏组件设备安装数量多、分布面积广，现场环境复杂，运维人员对设备的管理和维护工作量较大，为防范环境因素和设备故障导致的安全事故，加强对现场设备的人工巡视检查和检修维护是光伏电站运维管理中的重要环节，也是运维管理过程中最耗时耗力的工作，人工巡检的效率相对比较低下，同时还存在一定的安全风险。无人机立体化、高程作业的方式有效适应了光伏电站设备分布广、应用类型多样的这一特点，在一定程度上节省了人力，提高了运维巡检效率^[1]。

无人机设备具有机身轻巧、安装简单、携带方便、操作调试简便易学等优点，可以实现多角度航拍、地质勘测、温度监测、声像记录等多功能优势，运维人员通过操作无人机，可以优越地实现对光伏电站设备的日常巡视检查和参数记录，大大地提高了整个电站巡检的安全性和工作效率。在我国电力行业通过无人机设备的应用，主要基于电网输电线路的设备及铁塔巡视检查，2015年，国家电网公司正式发布了《架空输电线路无人机巡检作业安全工作规程》。

应对复杂的巡检环境，无人机可以轻松实现设备全方位巡视检查、温度检测、组件表面脏污情况和热斑检测、组件障碍物拍摄、植被生长情况、道路边坡及自然灾害现状勘察、组件支架及设备基础观察等工作。

2. 应用于组件热斑检测，具有科学性和高效性

组件热斑检测，电站通常采用的方式是使用手持红外成像仪扫描组件表面再结合I-V测试仪检测功率衰减情况进行比对分析，检测时间较长，再加上光伏区组件安装面积较广，人工检测需要耗费大量的时间，而借助于无人机技术，运维人员可以在其云台上安载可见光成像吊舱及红外双光成像吊舱，并使用热斑成像进行定位，从多个角度对光伏板进行拍摄和巡检，借助于无人机红外技术，可以确保组件热班检测的完善性和便捷性，不会对设备运行工况产生干扰，操作灵活性较强，数据和图片保存方便，大大地降低运维人员工作量，减少误差，降低资源成本。

2.1 无人机红外热斑检测光伏组件的应用原理^[2]

不可见红外能量由被测组件发出，当红外热像仪对其完成接收值周，可以构建出与之相对应的热图像，在热图像之上，被测组件能够显示出不同温度，这些温度用不同颜色表示出来。一般情况下，各个组件电池片具备温度均匀部分的特点，实际热像图也具备均匀色彩分布效果，如果组件矩阵之中存在少数电池片温度过高情况，热像图即呈现出一定的色彩差距，这也表明电池片之中存在问题。当电池组件相应负载对电能进行消耗时，整体上对电池组件实际转化率会造成很大影响，从而降低组件电池片输出功率，降低设备发电效率。

2.2 无人机热斑检测应用在光伏组件的检测效果

通过搭建无人机云台的红外热成像仪，并对平稳飞行状态进行调试，设置定航飞行轨迹，运维人员可以远程操作，从多个角度对光伏组件进行拍摄。智能无人机还能对智能终端进行搭载操作，传输热信号，判断实际电池的温度和受损情况，确定光伏组件中热斑故障的具体来源，方便运维人员可以高效准确地找到产生热斑的组件，以便及时进行更换和维护。

此外，运维人员还可以参考环境温度情况，实施准确的温度测量。随着阳光辐射强度的不断递增，热班效应也越来越明显，光伏组件温度也会呈现出明显的上升趋势。倘若组件电池片中存在明显的热斑效应，在一段时间内，就会出现较为明显的温度差异。根据以往测量结果显示，在上午10时左右，如果电池片存在热斑效应，组件表面温度大约为40℃，如果是正常状态下，温度仅为18℃，在中午和下午时段，如果电池存在热斑效应，温度将会升高到80℃到90℃，此时周围正常的电池片温度仅为42℃

^[3]。由此可见，热斑效应对光伏组件温度及寿命影响较大。当组件局部遮挡或损坏之后，产生的热斑效应会使组件发电单元转变成为内部损耗单元，损害组件自身寿命，减少发电量，严重情况，局部温度过高的电池片因过热产生自燃，烧毁的电池组件引起事故扩大还会造成光伏区火灾事故的发生。

定期进行组件红外检测工作，能够确保在很大程度内控制由于组件损坏导致的处理不及时造成的损失电量。尤其在分布式光伏处于工业园区屋顶，受到人为因素的影响，相关组件具有较高的损坏性和严重的遮挡问题。科学应用无人机进行光伏电站巡检能够确保运维人员更为及时地发现组件损坏，有效降低工作难度，同时节省人工，实现工作效率的有效提升，更为高效地开展电站运维工作，有效解决工作难点问题，在我国现阶段已经得到了很大程度的推广应用^[4]。

常规电站使用无人机热斑检测和手持式检测两种方式的测试时间进行对比，通过下表中的对比结果可发现，电站测试的组件装机容量越大，使用无人机进行检测的节省时间越多。

2. 保障运维人员的安全性，节省运维成本

光伏电站现场环境复杂，在我国戈壁滩、荒漠或者坡度较大的荒山、林地以及水面、屋顶等地区都存在一定量的光伏电站，部分地区人工现场巡检难度较大，特别是在草地、林地安装的光伏电站，光伏区还经常有老鼠、蛇类等动物出没，运维人员日常巡检需佩戴厚重的防护物品，增加了现场运维的不便捷性。

应对复杂的现场环境，无人机设备在使用过程当中可以充分地发挥出自身所独有的优势，无论是在林地光伏、渔光、农光还是屋顶分布式光伏，无人机巡视都不会受现场环境和地理位置的较大影响，可以远程飞行、多角度拍摄和巡视设备，云台搭建双摄像头可以360度无死角快速扫描光伏区设备情况，监视现场环境、温度、地质情况等，有效降低了人力检测所带来的安全风险以及较大的工作强度，提高了整个巡检工作的质量和效率，减少人力巡检频次，避免了丛林区人工现场巡检的难度和危险性，也可避免分布式光伏电站因运维人员攀爬屋顶光伏区造成的高处坠落等安全风险，降低人力物资的投入成本。

另一方面，光伏电站日常巡检，运维人员驾驶车辆到达生产现场，需要耗费较多的时间和资源，受光伏场区道路状况的不确定性，光伏电站生产用车大部分时间是消耗在光伏区至升压站巡检的路途中，用车油耗量较高。使用无人机可以大大减少经常性驾车现场巡检的频次，减少生产用车出勤率和车辆交通安全事故发生，降低车辆油耗，节省一定量的运维成本。

2. 应用于输电线路设备巡检，提升优质高效能力

成规模安装的大型地面光伏电站，距离升压站位置较远的光伏区，35KV集电线路则采用架空线路接入升压站，输出电压等级一般为110KV或220KV，升压站架空送出线路需跨越林区、河流、公路等区域，输电线路日常巡检，运维人员通常是驾车沿线路铁塔巡视。在巡检输电线路项目中引用无人机巡检技术，不仅能有效地解决常规巡检中发生的问题，也能对不同的巡检过程进行有效的数据处理：第一，从巡检的运行方式分析，利用无人机巡检技术能减少工作人员的实际工作量，大大减少了其工作负担，并且在运行效果上也更加优化，效率和质量都能得到提升，且技术在实际操作过程中，运维人员能确保对线路的运行情况建立最优化的处理机制，确保数据完整和健全；第二，从巡检的制度层面进行分析，利用无人机巡检能确保智能化运行结构和人工运行结构的优化融合，提升项目数据的准确率，并且在科学技术的创新发展带动下，升级巡视效果以及降低巡视成本，真正将无人机全线路日常巡视建立成为常规化项目处理机制，提升输电线路的运行安全^[6]。

无人机巡检输电线路技术应用的过程中主要包括三方面：第一，常规应用。主要是线路的实际巡检，按照的是周期性巡检制度，不仅对线路的走廊进行实时监控，也要对现场地形进行优化的勘察和数据收集；第二，故障应用。主要是利用技术参数对线路中产生的故障进行及时性的巡检，确保全方位多角度的参数结构，实施故障定位和最优化的处理效果；^[7]第三，信息收集。通过无人机实拍、录像、截图等方式，提供更加完整准确的设备运行状态信息，收集有关设备及附件外观表面情况，帮助运维人员分析判断设备隐患及缺陷，提早发现和预防及处理，更加利于提高输电线路设备运行的可靠性。

二．无人机巡检系统的组成^[8]

1. 飞行器。针对固定翼无人机飞行器，主要由飞控系统、通讯系统、动力系统、视觉系统、电池几大主要部件构成。支持普通、运动、平稳模式三种档位选择，通常将涡轮发动机或者螺旋桨作为动力系统，续航时间相对较长，飞行器具有自动返航、智能低电量返航、失控返航三种智能模式，常应用于大面积成片安装的设备如光伏板巡检或者架空线路高航程的巡查作业，使用安全高效。

2. 数据获取系统。飞行器平台的主要作用是为了搭载传感器、POS、稳定平台、避障系统等机械设备。具体如下:第一，传感器，如红外成像、激光扫描、光学相机等；第二，POS，可帮助地面人员对无人机设备的具体位置进行测定，同时可对多次巡检作业所获取的数据信息在同一空间坐标时间线上进行历史对比；第三，稳定平台，主要用于将无人机设备处于正常飞行状态时外界的扰动因素进行隔离，提高设备飞行稳定性，从而保障最终的成像质量 ；第四，避障系统，通过雷达传感器对飞行路线中的障碍物位置进行准确的定位探测，以规避飞行过程中潜在的风险因素。

3. 数据通信链。通常包括机载的信号接收和信号发射设备、地面测控站中的信号接收和信号发射设备、通信中继设备等。主要作用为保障无人机设备与地面测控站之间的
   数据通信的可靠性。

4. 数据处理系统。该系统通常是利用遥感数据处理或者摄影测量的方式来完成对无人机设备所采集的影响。视频、数据、点云、坐标等信息进行高效处理，从而对输电线路的运行情况进行准确掌握。

三．结束语

光伏发电作为新能源产业，已成为目前乃至未来的常规电力能源替代产业之一。在大规模开发建设的光伏电站中应用高效、科学的运维技术，使用无人机技术替代部分人工运维，可有效节省运维成本，提高光伏电站巡视质量。随平价时代的到来，趋于无人值守的光伏电站运用无人机技术运维将会逐渐普及化，这对无人机电池续航能力的开发带来关键件的发展步伐。相信随着无人机巡检技术的不断优化和设计提升，开发科学可靠的巡检航线系统，配置超长时间的电池续航能力、优化精准的导航和定位功能、提高设备故障查找精确率等技术，这样，更加智能化的无人机技术应用将会作为光伏电站和输电线路设备巡检的首选。也更加明确未来光伏电站的运维将趋于智能化和精细化发展，这为我国新能源电力领域的长期发展助添动力。

参考文献

行业资讯：[1] 作者：ltting. 深圳市无人机行业协会《浅谈无人机在光伏电站的应用现状与前景》. 2018-03-12.引用文章第3自然段部分内容.

百度文库：[2]作者：刘瑞敏.孙义君.李永刚.《无人机红外热斑检测在光伏电站中的应用》. 2020-3-16. 来源：《电力设备》2019年第21期.引用正文第5自然段内容.

百度文库：[3]作者：刘瑞敏.孙义君.李永刚. 《无人机红外热斑检测在光伏电站中的应用》.2020-3-16. 来源:《电力设备》2019年第21期. 引用正文第6自然段内容.

百度文库：[4]无作者.《无人机在光伏电站建设的应用》. 2020年12月25日上传.引用正文第2自然段内容.

知乎：[5] 无作者.TUV北德可再生能源. 《无人机在并网光伏电站红外测试中的应用》. 2019年12月2日编辑. 引用表格1内容.

百度文库：[6]无作者.《无人机在电力线路巡检中的应用及前景》. 2020年12月24日上传.引用正文第6自然段内容.

百度文库：[7]无作者.《无人机在电力线路巡检中的应用及前景》. 2020年12月24日上传. 引用正文第7自然段部分内容.

科技风期刊：[8]王焕.陈杰.国网鄂州供电公司.《无人机巡检技术在架空输电线路巡检中的实践应用》. 2020年12月. D01：10.19392/j. cnki. 1671-7341.202035001.引用第1页部分内容.

作者简介：熊友毅（1984年9月），男，三峡珠江发电有限公司，新能源运维，广东省广州市越秀区广州大道中307号 。

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