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太陽能光伏電站無人機巡檢設備檢測光伏組件熱斑效應方案
1.經(jīng)過蘇州萊科斯公司檢測光伏電站的經(jīng)驗得出 采用無人機巡檢設備檢測光伏組件熱斑效應，不僅可探測出光伏組件表面的溫度異常點，還可清晰分辨出光伏陣列的異?，F(xiàn)象。按此次巡檢速度，預計2 天即可完成20 MW 電站陣列巡檢，比人工巡檢效率高出數(shù)十倍( 人工使用1 臺手持式紅外熱像儀巡檢預計需要1～2 周時間，不僅工作量巨大繁瑣，且容易存在漏檢、上排組件成像效果差等問題)，并且無人機能到達人工不易進行現(xiàn)場巡檢的地方。
2.使用可見光相機，可清晰展現(xiàn)光伏電站的整體狀態(tài)，快速確定樹木遮擋、組件脫落等故障。
3. 本次巡檢僅針對電站的小部分區(qū)域，發(fā)現(xiàn)了典型發(fā)熱異常區(qū)域，溫差接近20 ℃，存在潛在的熱斑隱患，建議使用EL 測試儀進行進一步驗證與排查。
4. 從被巡檢區(qū)域整體表現(xiàn)來看，該電站施工質(zhì)量良好，光伏陣列故障比率較低，光伏組件整體熱斑比率較低，優(yōu)于行業(yè)整體電站表現(xiàn)，建議后期定期用無人機巡檢設備檢測。
5.建議電站運行一段時間后，進行全面的質(zhì)量檢查，涵蓋土建施工、現(xiàn)場安全性能、 現(xiàn)場發(fā)電性能、關鍵器件現(xiàn)場性能、光伏系統(tǒng)綜合效率等方面的測試，以確保該電站長期、高效、安全穩(wěn)定的運行。
熱斑效應產(chǎn)生的原因1
太陽電池的等效電路圖如圖1 所示。太陽電池主要是由p-n 結構成的，p-n 結具有單向導通性，類似于一個二極管，光照在太陽電池表面p-n 結產(chǎn)生電流，此時接上負載RL 就形成一個回路。
由于電池和背板都具有電阻，這些電阻的存在消耗了電壓，相當于給電路中串聯(lián)了一個電阻，故將這部分電阻簡化為串聯(lián)電阻Rs;而硅片不清潔或缺陷時，流過電池的電流就相對變小，這相當于給電路中并連了一個分流電阻，稱為并聯(lián)電阻Rsh;由于光生電流Iph 流過負載RL 時相當于在電池端加了一個正向電壓，這樣就形成了暗電流ID。與熱斑關系大的就是暗電流ID 及串聯(lián)電阻Rs[4]。太陽電池等效電路圖中，Ish 為流過串聯(lián)電阻Rs 的電流，I 為太陽電池實際的輸出電流。
當電池片被落葉、鳥糞等異物遮擋時，被遮擋部分不再發(fā)電且相當于給一個負載加上了反偏電壓，會產(chǎn)生更大的暗電流，此時被遮擋部分由于消耗功率而產(chǎn)生熱斑，如果暗電流過大則導致電池片擊穿[5]。如果電池片本身有缺陷，部分位置內(nèi)阻過大或溫度過高，從而引起熱斑效應，這樣也會產(chǎn)生電池片裂片、燒毀等嚴重后果[6]。
近年來，由于熱斑效應引起電站起火的事件時有發(fā)生，這給人類財產(chǎn)和人身安全造成了很大的危害。因此，在實際的光伏電站中，熱斑檢測成為電站運維*的一個指標。
自動化檢測熱斑效應方案2
針對傳統(tǒng)熱斑效應檢測方法的諸多不便，本文提出一種自動化檢測熱斑效應的方案。自動化檢測熱斑效應的系統(tǒng)主要由無人機、機載紅外熱像儀也就是無人機巡檢設備熱成像檢測及相應的控制系統(tǒng)組成。具體的檢測流程圖如圖2 所示。
2.1 無人機的選擇
目前市面上無人機主要分為3 種：固定翼無人機、無人直升機及多旋翼無人機。3 種無人機的比較如表1 所示，固定翼無人機續(xù)航時間長，但是無法懸停;無人直升機各項性能適中，但是成本很高，操作難度也大;對比之后終選擇成本低、操作難度小、可懸停的多旋翼無人機。
多旋翼無人機已應用在森林消防、高壓線路巡檢、測繪、風電葉片檢測等多個領域[7-11]，在這些領域其發(fā)揮了機動性強、速度快等優(yōu)點，大幅縮減了人力及測試周期，因此，本設計也采用多旋翼無人機。
目前市面上的多旋翼無人機種類繁多，其中，大疆無人機是國內(nèi)市場較為成熟的產(chǎn)品之一，具有性能穩(wěn)定、產(chǎn)品集成度高、便于操作和后期開發(fā)等優(yōu)點。本設計選用大疆inspire 1 無人機，如圖3 所示。
2.2 紅外熱成像系統(tǒng)的設計
紅外熱成像系統(tǒng)是無人機檢測熱斑效應設計的核心部分，主要由兩大塊組成：機載紅外熱像儀及嵌入式控制端。
機載紅外熱像儀用于實現(xiàn)對光伏組件熱斑的數(shù)據(jù)采集，由于手持紅外熱像儀較大且笨重，不適合搭載在無人機上面進行紅外熱斑檢測，本設計采用的FLIR Vue 機載紅外熱像儀機( 如圖4 所示) 僅重100 g 左右，不會影響無人機重心或縮短飛行時間。FLIR Vue 分辨率可達640PPI×512PPI，大幅增強了圖像的可視性;工作溫度在-20 ℃～+50 ℃之間，可適應室外比較惡劣的環(huán)境;通過簡單的電源輸入和視頻輸出連接，即可輕松與任何平臺實現(xiàn)集成，并在飛行平臺上使用。
嵌入式控制端采用三星的S3C6410 處理器( 如圖5 所示) 來實現(xiàn)對機載熱像儀的控制及實時圖傳、數(shù)據(jù)處理功能。S3C6410 處理器長寬尺寸僅為5 cm×6 cm，可方便地與FLIR Vue 機芯對接。S3C6410 處理器擁有眾多的數(shù)據(jù)接口，其中GPS 接口可接入GPS 模塊，通過將GPS 信息疊加在紅外熱斑圖像上，方便后期定位故障的光伏組件;通過無線網(wǎng)卡接口可實現(xiàn)圖像實時傳輸，方便在無人機巡檢設備檢測的過程中懸停拍攝故障組件以得到詳細數(shù)據(jù);SD 卡座接口可插入SD 卡，以實現(xiàn)對檢測數(shù)據(jù)的存儲，方便后期處理。
目前，在無人機光伏巡檢設備領域，蘇州萊科斯新能源科技有限公司的無人機巡檢系統(tǒng)已經(jīng)運用的相對成熟。除了續(xù)航時間長，還能通過人工智能圖像識別系統(tǒng)快速發(fā)現(xiàn)故障點，并且對故障點的實時監(jiān)控和定位。