分布式光伏电站无人机应用

高山岭

（华润电力（江苏）有限公司，江苏南京 210000）

0 引言

分布式光伏拥有负荷就近消纳、余电上网、并网难度低、政策支持力度大等众多优势特点，随着装机容量不断增加，电站管理难度大、巡检管理缺失、清洗困难、系统效率低等问题不断暴露出来，严重影响投资回报；尤其是分布式光伏电站人员配置较少或无人值守，如何能够高效利用无人机等先进技术，解决电站投运面临的运维难题，成为每个发电企业的共识。

1 分布式光伏发展现状

（1）分布式光伏发电特指在用户场地附近建设，运行方式以用户侧自发自用、多余电量上网，且在配电系统平衡调节为特征的光伏发电设施。由于分布式光伏电站的规模普遍较小，运维管理也相对滞后，主要有2个问题，一是造成遮挡，影响发电量，二是造成质量安全风险。另外，由于运维点分散，还存在运维成本高、理赔难度大等种种问题。一些企业往往只注重安装而不注重维护，特别是对户用系统的后期运维重视程度不够。

（2）目前地面光伏项目，装机容量5万kW的光伏电站占地面积一般超过2000亩，装机容量2万kW的分布式项目，屋顶面积一般跃20万m2，且分布在几十栋屋顶上，巡检难度极大，而且光伏组件在运行中经常因灰尘覆盖、树木遮挡、组件损坏、线路接地等原因导致组件发电效能降低，设备损坏频发，严重影响项目投资收益。为解决面临的问题，定期开展巡检维护就成了确保投资收益的重要手段。

2 无人机在分布式光伏电站的应用分析

（1）分布式光伏电站采用人工巡检需要花费大量的时间和精力，费时费力，效率低下，难度大，成本高，风险突出。随着经济的发展和科技的进步，无人机技术快速发展，应用越来越广泛。无人机在航拍、农林植保、地质勘探、电力巡检等行业都有大量应用。

（2）在电力行业，无人机主要应用于架空输电线路巡检，为此国家电网发布了《架空输电线路无人机巡检系统配置导则》、中电联发布了《架空输电线路无人机巡检作业技术导则》。随着发展，行业内已经认识到无人机的优势，并编制了《光伏电站用无人机系统检测技术规范》，对无人机巡检系统及光电吊舱进行规范指引。

（3）光伏电站是无人机在电力系统应用的典型案例，无人机可以利用自身优势，快速对分布式光伏电站屋顶进行巡检，有效解决人员攀爬屋顶等困难，大大提高巡检效率，同时也规避了因人员攀爬工业钢构架屋顶产生的人员坠落及雷击等安全风险。

（4）由于分布式光伏，集电线路沿墙壁外延引出，巡查难度相对较大，房屋用户基本为工业企业，生产活动难免会对线路及组件产生影响。搭载高清摄像头的无人机对集电线路、光伏组件、屋顶状况等方面开展巡检，可以有效发现存在问题，能够及时解决隐患，即降低项目损失。

（5）除了实现日常巡检外，无人机搭配具有红外成像的光电吊舱还能实现光伏组件红外巡检，有效发现组串中损坏的发热组件（图1）。组件损坏或局部遮挡后将会产生热斑效应，由发电单元变为损耗单元，不但损坏组件寿命，并且影响整体组串的发电量。定期开展红外检测工作，将大大提高因组件损坏造成组串出力不高而损失的电量，尤其是分布式光伏位于工业园区，人为或其他原因造成的组件损坏率高，且遮挡问题较为严重。

（6）利用无人机巡检光伏电站（图2），不仅降低了组件损坏的发现难度，在节省人工提升效率方面更具有先天的技术优势，将成为分布式光伏电站运维难点解决的关键助手。目前行业内已经开始逐步推广应用，无人机具备设置巡航路线，自动拍摄的功能，极大的方便了巡视数据的获取和后期数据分析。同时无人机的GPS导航功能也可以快速的定位巡视中存在缺陷的组件，便于维护人员及时赶赴现场处理。

图1 红外成像

图2 无人机巡检

3 无人机巡检系统介绍

利用智能化的无人机巡检系统，可以自动开展巡检工作，巡检系统一般包括无人机系统、数据采集系统、地面智能控制系统和数据分析处理系统等4部分。

3.1 无人机系统

无人机系统一般配置较长时间续航能力，同时具备一定的防护能力，多为工业级多旋翼无人机，并配置最新的飞行控制器，采用多传感器融合算法，以便控制能够精准可靠；能实时查看相机画面，传输距离远达5 km；内部控制能够实时监控剩余电池电量，系统会自动分析计算出返航和降落所需的电量和时间，避免因电量不足引发的危险。同时可实现20 min快速充电功能，能在短时间内将电池充满。市场某品牌无人机参数见表1。

表1 某品牌无人机参数

3.2 数据采集系统

数据采集系统一般包含成像系统，能够识别组件遮挡物、灰尘遮盖状况，同时拥有红外成像系统，可采集热斑情况。图像数据一般实时传输到地面控制人员，图像分析系统可标识所拍图像位置，并记录测试环境数据，帮助使用人员发现异常情况。

3.3 地面智能控制系统

地面智能控制系统主要是规划自动控制无人机飞行轨迹，远程控制，并能够实现自主航线规划飞行，并能够多任务航线保存，让复杂的巡检工作变得更简易。

3.4 数据处理器

数据分析处理是整套系统的关键。无人机采集的数据通过分析，可以发现屋顶组件遮挡情况，以及有无局部污染，组件积灰是否严重，判断屋顶状况是否需人为干预，是否需开展清扫等工作。同时红外成像测试，可有效发现组件热板及温度信息，便于用户识别损坏组件及时更换。

4 应用案例

某企业携带自主研发的无人机巡检系统，为分布式电站进行热斑检测。光伏组件分布于工厂厂房的房顶，整体概况如图3所示，此房顶电站容量400 kW，数据采集时间30 min，大体流程如下。

（1）自动航线巡检。无人机搭载热红外相机，地面站自动规划飞行航线，采集红外数据。

（2）软件分析处理。将无人机采集的红外数据上传软件进行处理分析，生成热红外温度信息概况图，直观的呈现出测区热斑分布情况，同时定位出光伏组件热斑的具体位置。

（3）通过无人机智能航线飞行，采集可见光、红外热成像温度数据，软件智能分析处理后得到的热斑位置图，以及标注出热斑温度的位置（图 4），其中，位置图呈现的方向和地图一致（上北下南左西右东）。

图3 分布式电站概况

图4 热斑温度效果

5 前景展望

通过运用无人机等先进技术手段，成为解决分布式光伏电站运维难题的最有效手段，可极大的提高运维质量，提升人员效率。随着中国分布式光伏不断井喷式的发展，分布式光伏电站的运维市场将不断增加，如何有效管理分布式电站，并逐步规范化管理，将成为行业新趋势。