中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：企業(yè)紛紛用小型無人機(jī)來檢測(cè)百萬光伏電站太陽能電池板故障。A-Style公司(埼玉縣川口市)就是其中之一(圖1)。
圖1：A-Style想客戶演示利用無人機(jī)拍攝太陽能電池板
7月召集客戶實(shí)施的演示(攝影：日經(jīng)BP社)
A-Style的主要業(yè)務(wù)是住宅的屋頂和外裝施工。參與過很多設(shè)置光伏發(fā)電系統(tǒng)的住宅屋頂?shù)男蘅?，?006年涉足了光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置業(yè)務(wù)。
屋頂?shù)男蘅樞枨笤黾?，正是住宅用光伏發(fā)電系統(tǒng)開始在日本普及的時(shí)期。
當(dāng)時(shí)的背景是，設(shè)置光伏發(fā)電系統(tǒng)的企業(yè)中，有一些是在缺乏屋頂相關(guān)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的情況下施工的，發(fā)生了不少“因在屋頂打孔安裝而導(dǎo)致漏水”之類的事例。
可再生能源固定價(jià)格收購制度(FIT)實(shí)行后，在地面上設(shè)置光伏發(fā)電設(shè)備的需求增加，A-Style開始以茨城、栃木、埼玉和千葉為中心，從事售電用光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)置業(yè)務(wù)。
現(xiàn)在，除包括購買土地進(jìn)行開發(fā)、提供EPC(設(shè)計(jì)、采購及施工)服務(wù)和O&M(運(yùn)營及維護(hù))外，還開始了自主售電業(yè)務(wù)(圖2)。
圖2：演示在A-Style建設(shè)中的百萬光伏電站實(shí)施
無人機(jī)在設(shè)置好的太陽能電池板上方飛行(攝影：日經(jīng)BP社)
該公司還開展著遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等O&M所需設(shè)備和系統(tǒng)的銷售及服務(wù)業(yè)務(wù)。其中之一就是利用無人機(jī)來掌握太陽能電池板的故障。
連送電線纜的連接不良都能發(fā)現(xiàn)利用無人機(jī)拍攝太陽能電池板的服務(wù)，可提供與太陽能電池板目視檢查水平相當(dāng)?shù)膱?bào)告，對(duì)有可能發(fā)生故障的電池板，可根據(jù)需要會(huì)幫助發(fā)電運(yùn)營商與電池板廠商等協(xié)商解決問題。
使用無人機(jī)的好處，在電池板設(shè)置量多的百萬光伏電站叫明顯。而小規(guī)模發(fā)電站，人可在發(fā)電站內(nèi)巡視，目視檢查太陽能電池板的外觀是否有異常，同時(shí)利用紅外相機(jī)，確認(rèn)與周圍的電池板相比是否有溫度過高的部分等方式更現(xiàn)實(shí)一些。
例如，在一座由4000張250W功率的電池板以3～4級(jí)的陣列(太陽能電池板的行列)鋪設(shè)的1MW光伏電站，利用該方法一般5天～1周的時(shí)間能完成所有電池板的目視檢查和溫度分布確認(rèn)。在這種水平上，從成本和時(shí)間來看，據(jù)稱人工巡視檢查的方式要比使用無人機(jī)的性價(jià)比更高。不過，如果是更大規(guī)模的發(fā)電站，這種方法所花的時(shí)間就要增加，O&M的成本效率會(huì)降低。
利用紅外相機(jī)拍攝的圖像，熱點(diǎn)等與周圍的電池板相比溫度相對(duì)較高的位置就可能會(huì)發(fā)生某種故障。
A-Style表示，原因有很多種。電池板上的污漬和鳥糞有時(shí)也會(huì)導(dǎo)致溫度升高。在這種情況下，擦掉污漬和鳥糞后，溫度立即就會(huì)降下來。
因電池板故障和連接故障導(dǎo)致溫度升高時(shí)，可以推測(cè)原因等，如可能是施工的原因，也可能是送電線纜連接不良的原因，等等。A-Style從2014年底起在受托O&M的光伏電站，開始試驗(yàn)性地利用無人機(jī)拍攝太陽能電池板(圖3)。
圖3：A-Style采用的無人機(jī)
電站內(nèi)所有電池板的溫度信息顯示在一張圖像上
為A-Style提供無人機(jī)等的，是信息科學(xué)技術(shù)系統(tǒng)公司(ISTS，茨城縣筑波市)。
ISTS由原日本宇宙開發(fā)事業(yè)集團(tuán)(NASDA，現(xiàn)為日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)：JAXA)的員工創(chuàng)立，擅長人造衛(wèi)星的軌道控制及拍攝圖像的合成和分析等。
此外，該公司還致力于軟件的開發(fā)，用于航拍圖像的合成和分析。最近，因?qū)φ莆諙|日本大地震的受災(zāi)情況等提供支援而聞名(圖4)。
圖4：由人造衛(wèi)星圖像分析到掌握受災(zāi)情況用無人機(jī)拍攝巖手縣的災(zāi)區(qū)
制作合成圖像和3D圖像 出處：信息科學(xué)技術(shù)系統(tǒng)
通過人造衛(wèi)星等相關(guān)的業(yè)務(wù)，有與行業(yè)頂級(jí)水平的攝影和圖像分析技術(shù)相聯(lián)系的優(yōu)勢(shì)。此次對(duì)A-Style，ISTS公司的措施之一是由人造衛(wèi)星圖像分析等而聞名的遠(yuǎn)程傳感技術(shù)中心提供了紅外相機(jī)和圖像分析等。
ISTS從2006年開始致力于無人機(jī)(UAV)的應(yīng)用，2009年開始銷售無人機(jī)并提供相關(guān)服務(wù)。除了合成多張圖像制成可俯瞰大范圍的圖像，以及連高低差都一眼便知的圖像等之外，還提供利用圖像測(cè)量的服務(wù)。
面向A-Style，ISTS不但提供可以飛行約25分鐘，配備有拍攝普通圖像的數(shù)碼相機(jī)和紅外兩種相機(jī)的無人機(jī)，還受托運(yùn)用。用來拍攝太陽能電池板的兩臺(tái)相機(jī)和固定用部件加在一起重約2kg。
據(jù)稱，在飛行穩(wěn)定等同時(shí)，還可在拍攝的圖像上添加位置信息也是一大特點(diǎn)。拍攝數(shù)十MW規(guī)模的百萬光伏電站時(shí)，優(yōu)點(diǎn)非常明顯。
如果是數(shù)MW的規(guī)模，無人機(jī)可以在檢查人員在場(chǎng)時(shí)飛行，當(dāng)從個(gè)人電腦畫面上顯示的紅外相機(jī)圖像中發(fā)現(xiàn)可能有故障的電池板時(shí)，檢查人員可立刻前往該電池板的位置查看，從而可提高檢查效率。
數(shù)十MW的規(guī)模，因占地面積比較大，據(jù)稱采用這種方法的效率不高?？梢园褵o人機(jī)拍攝的整座發(fā)電站的圖像合成為一張，掌握有熱點(diǎn)的電池板位置后，再步行前去檢查，效率會(huì)比較高。合成圖像后，要掌握故障電池板的位置，需要拍攝的圖像帶GPS(全球定位系統(tǒng))位置信息。
百萬光伏電站內(nèi)電池板一排排設(shè)置，看上去都差不多，如果沒有位置信息，就無法鎖定故障電池板的位置。
還能確認(rèn)接線盒的發(fā)熱相應(yīng)于要掌握的內(nèi)容，使所選相機(jī)的分辨率與無人機(jī)飛行高度相平衡也至關(guān)重要，如，是只要能掌握熱點(diǎn)就行，還是連雜草的情況與電池板的高度關(guān)系也一同掌握?等等。
使用分辨率越高的相機(jī)，越低空飛行拍攝，就越能詳細(xì)觀察電池板及其周圍的情況。不過，要提高相機(jī)分辨率，成本會(huì)相應(yīng)升高，因此要兼顧預(yù)算。ISTS稱，以距離地面40m左右的高度飛行時(shí)，使用640×480像素的紅外相機(jī)，基本能夠掌握預(yù)計(jì)是因?yàn)樘柲茈姵匕宓墓收显斐傻臏囟壬仙?。不過，640×480像素的紅外相機(jī)價(jià)格一般比較高，而且很重。
不但成本高，還會(huì)影響無人機(jī)的飛行穩(wěn)定性和飛行時(shí)間。如果將飛行高度降至20m，則利用320×240像素的紅外相機(jī)也能拍攝相同的圖像。不過，一張圖像上只能拍進(jìn)約三排陣列，合成作業(yè)比較麻煩。因此，如果是數(shù)MW規(guī)模的百萬光伏電站，檢查人員能當(dāng)場(chǎng)確認(rèn)圖像，可當(dāng)場(chǎng)檢查可能出現(xiàn)故障的電池板，這種水平足夠了，但如果檢查對(duì)象是數(shù)十MW的規(guī)模，需要合成整體電池板的圖像時(shí)，則不太適用。
因此，ISTS通過遠(yuǎn)程傳感技術(shù)中心，在提供給A-Style的無人機(jī)上采用了640×480像素，但小型輕量化的紅外相機(jī)。這種相機(jī)市場(chǎng)上沒有，而是由日本廠商制造的專用品。雖然不是故障，但連電池板背面安裝的接線盒在發(fā)電過程中發(fā)熱的情況也能確認(rèn)(圖5)。
圖5：連接線盒正常發(fā)熱的情況也能確認(rèn)采用日本企業(yè)制造的高分辨率輕量紅外相機(jī)
(出處：信息科學(xué)技術(shù)系統(tǒng)，遠(yuǎn)程傳感技術(shù)中心)
如何把這種無人機(jī)拍攝圖像順利導(dǎo)入當(dāng)前O&M使用的ICT(信息通信技術(shù))遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等，將是今后的課題。最理想的情況是，從飛行路徑的設(shè)定，到飛行、拍攝，乃至在一張圖像上顯示百萬光伏電站內(nèi)所有的電池板全部自動(dòng)化，并能夠在O&M系統(tǒng)中，確認(rèn)有熱點(diǎn)的電池板。
原標(biāo)題:日本采用無人機(jī)檢測(cè)光伏電站太陽能電池板故障
