你了解無(wú)人機(jī)巡檢光伏組件熱斑效應(yīng)嗎？

在現(xiàn)在的生活中，太陽(yáng)能產(chǎn)品處處可見(jiàn)，人們用太陽(yáng)能煮飯，還有太陽(yáng)能熱水器等等，無(wú)處不見(jiàn)太陽(yáng)能產(chǎn)品，當(dāng)然，最重要的還是太陽(yáng)能發(fā)電，但是目前的技術(shù)并不能讓人們很好利用太陽(yáng)能發(fā)電。1.經(jīng)過(guò)蘇州萊科斯公司檢測(cè)光伏電站的經(jīng)驗(yàn)得出 采用無(wú)人機(jī)巡檢+EL熱像儀設(shè)備檢測(cè)光伏組件熱斑效應(yīng)，不僅可探測(cè)出光伏組件表面的溫度異常點(diǎn)，還可清晰分辨出光伏陣列的異常現(xiàn)象。按此次巡檢速度，預(yù)計(jì)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(tái)手持式紅外熱像儀巡檢預(yù)計(jì)需要1～2 周時(shí)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(wèn)題)，并且無(wú)人機(jī)能到達(dá)人工不易進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巡檢的地方。

2.使用可見(jiàn)光相機(jī)，可清晰展現(xiàn)光伏電站的整體狀態(tài)，快速確定樹(shù)木遮擋、組件脫落等故障。

3. 本次巡檢僅針對(duì)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(cè)試儀進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證與排查。

4. 從被巡檢區(qū)域整體表現(xiàn)來(lái)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(wú)人機(jī)巡檢設(shè)備檢測(cè)。

5.建議電站運(yùn)行一段時(shí)間后，進(jìn)行全面的質(zhì)量檢查，涵蓋土建施工、現(xiàn)場(chǎng)安全性能、 現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電性能、關(guān)鍵器件現(xiàn)場(chǎng)性能、光伏系統(tǒng)綜合效率等方面的測(cè)試，以確保該電站長(zhǎng)期、高效、安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

太陽(yáng)電池的等效電路圖如圖所示。太陽(yáng)電池主要是由p-n 結(jié)構(gòu)成的，p-n 結(jié)具有單向?qū)ㄐ?，?lèi)似于一個(gè)二極管，光照在太陽(yáng)電池表面p-n 結(jié)產(chǎn)生電流，此時(shí)接上負(fù)載RL 就形成一個(gè)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(dāng)于給電路中串聯(lián)了一個(gè)電阻，故將這部分電阻簡(jiǎn)化為串聯(lián)電阻Rs;而硅片不清潔或缺陷時(shí)，流過(guò)電池的電流就相對(duì)變小，這相當(dāng)于給電路中并連了一個(gè)分流電阻，稱(chēng)為并聯(lián)電阻Rsh;由于光生電流Iph 流過(guò)負(fù)載RL 時(shí)相當(dāng)于在電池端加了一個(gè)正向電壓，這樣就形成了暗電流ID。與熱斑關(guān)系最大的就是暗電流ID 及串聯(lián)電阻Rs[4]。太陽(yáng)電池等效電路圖中，Ish 為流過(guò)串聯(lián)電阻Rs 的電流，I 為太陽(yáng)電池實(shí)際的輸出電流。

當(dāng)電池片被落葉、鳥(niǎo)糞等異物遮擋時(shí)，被遮擋部分不再發(fā)電且相當(dāng)于給一個(gè)負(fù)載加上了反偏電壓，會(huì)產(chǎn)生更大的暗電流，此時(shí)被遮擋部分由于消耗功率而產(chǎn)生熱斑，如果暗電流過(guò)大則導(dǎo)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(guò)大或溫度過(guò)高，從而引起熱斑效應(yīng)，這樣也會(huì)產(chǎn)生電池片裂片、燒毀等嚴(yán)重后果[6]。

近年來(lái)，由于熱斑效應(yīng)引起電站起火的事件時(shí)有發(fā)生，這給人類(lèi)財(cái)產(chǎn)和人身安全造成了很大的危害。因此，在實(shí)際的光伏電站中，熱斑檢測(cè)成為電站運(yùn)維必不可少的一個(gè)指標(biāo)。針對(duì)傳統(tǒng)熱斑效應(yīng)檢測(cè)方法的諸多不便，本文提出一種自動(dòng)化檢測(cè)熱斑效應(yīng)的方案。自動(dòng)化檢測(cè)熱斑效應(yīng)的系統(tǒng)主要由無(wú)人機(jī)、機(jī)載紅外熱像儀也就是無(wú)人機(jī)巡檢設(shè)備熱成像檢測(cè)及相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成。

目前市面上無(wú)人機(jī)主要分為3 種：固定翼無(wú)人機(jī)、無(wú)人直升機(jī)及多旋翼無(wú)人機(jī)。固定翼無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，但是無(wú)法懸停;無(wú)人直升機(jī)各項(xiàng)性能適中，但是成本很高，操作難度也大;對(duì)比之后最終選擇成本低、操作難度小、可懸停的多旋翼無(wú)人機(jī)。

多旋翼無(wú)人機(jī)已應(yīng)用在森林消防、警用、高壓線路巡檢、測(cè)繪、風(fēng)電葉片檢測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域[7-11]，在這些領(lǐng)域其發(fā)揮了機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、速度快等優(yōu)點(diǎn)，大幅縮減了人力及測(cè)試周期，因此，本設(shè)計(jì)也采用多旋翼無(wú)人機(jī)。目前市面上的多旋翼無(wú)人機(jī)種類(lèi)繁多，其中，大疆無(wú)人機(jī)是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)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(kāi)發(fā)等優(yōu)點(diǎn)。

紅外熱成像系統(tǒng)是無(wú)人機(jī)檢測(cè)熱斑效應(yīng)設(shè)計(jì)的核心部分，主要由兩大塊組成：機(jī)載紅外熱像儀及嵌入式控制端。

機(jī)載紅外熱像儀用于實(shí)現(xiàn)對(duì)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(wú)人機(jī)上面進(jìn)行紅外熱斑檢測(cè)，本設(shè)計(jì)采用的FLIR Vue 機(jī)載紅外熱像儀機(jī)( 如圖4 所示) 僅重100 g 左右，不會(huì)影響無(wú)人機(jī)重心或縮短飛行時(shí)間。FLIR Vue 分辨率可達(dá)640PPI×512PPI，大幅增強(qiáng)了圖像的可視性;工作溫度在-20 ℃～+50 ℃之間，可適應(yīng)室外比較惡劣的環(huán)境;通過(guò)簡(jiǎn)單的電源輸入和視頻輸出連接，即可輕松與任何平臺(tái)實(shí)現(xiàn)集成，并在飛行平臺(tái)上使用。

嵌入式控制端采用三星的S3C6410 處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)載熱像儀的控制及實(shí)時(shí)圖傳、數(shù)據(jù)處理功能。S3C6410 處理器長(zhǎng)寬尺寸僅為5 cm×6 cm，可方便地與FLIR Vue 機(jī)芯對(duì)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(guò)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(guò)無(wú)線網(wǎng)卡接口可實(shí)現(xiàn)圖像實(shí)時(shí)傳輸，方便在無(wú)人機(jī)巡檢設(shè)備檢測(cè)的過(guò)程中懸停拍攝故障組件以得到詳細(xì)數(shù)據(jù);SD 卡座接口可插入SD 卡，以實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，方便后期處理。

目前，在無(wú)人機(jī)光伏巡檢設(shè)備領(lǐng)域，蘇州萊科斯新能源科技有限公司的無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)用的相對(duì)成熟。除了續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，還能通過(guò)人工智能圖像識(shí)別系統(tǒng)快速發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，并且對(duì)故障點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和定位。太陽(yáng)能雖然可以產(chǎn)生很大能量，但是現(xiàn)在的技術(shù)還不足以保證人類(lèi)所有的運(yùn)轉(zhuǎn)，這就需要我們保護(hù)能源，從自己做起，從身邊的點(diǎn)滴做起，節(jié)約能源，是我們?nèi)祟?lèi)每一個(gè)人應(yīng)盡的責(zé)任。