中國儲能網(wǎng)訊：企業(yè)紛紛用小型無人機來檢測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拍攝太陽能電池板
7月召集客戶實施的演示(攝影：日經(jīng)BP社)
A-Style的主要業(yè)務是住宅的屋頂和外裝施工。參與過很多設置光伏發(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)設置業(yè)務。
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期。
當時的背景是，設置光伏發(fā)電系統(tǒng)的企業(yè)中，有一些是在缺乏屋頂相關知識經(jīng)驗的情況下施工的，發(fā)生了不少“因在屋頂打孔安裝而導致漏水”之類的事例。
可再生能源固定價格收購制度(FIT)實行后，在地面上設置光伏發(fā)電設備的需求增加，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)的設置業(yè)務。
現(xiàn)在，除包括購買土地進行開發(fā)、提供EPC(設計、采購及施工)服務和O&M(運營及維護)外，還開始了自主售電業(yè)務(圖2)。
圖2：演示在A-Style建設中的百萬光伏電站實施
無人機在設置好的太陽能電池板上方飛行(攝影：日經(jīng)BP社)
該公司還開展著遠程監(jiān)控系統(tǒng)等O&M所需設備和系統(tǒng)的銷售及服務業(yè)務。其中之一就是利用無人機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)利用無人機拍攝太陽能電池板的服務，可提供與太陽能電池板目視檢查水平相當?shù)膱蟾?，對有可能發(fā)生故障的電池板，可根據(jù)需要會幫助發(fā)電運營商與電池板廠商等協(xié)商解決問題。
使用無人機的好處，在電池板設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，同時利用紅外相機，確認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)實一些。
例如，在一座由4000張250W功率的電池板以3～4級的陣列(太陽能電池板的行列)鋪設的1MW光伏電站，利用該方法一般5天～1周的時間能完成所有電池板的目視檢查和溫度分布確認。在這種水平上，從成本和時間來看，據(jù)稱人工巡視檢查的方式要比使用無人機的性價比更高。不過，如果是更大規(guī)模的發(fā)電站，這種方法所花的時間就要增加，O&M的成本效率會降低。
利用紅外相機拍攝的圖像，熱點等與周圍的電池板相比溫度相對較高的位置就可能會發(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也會導致溫度升高。在這種情況下，擦掉污漬和鳥糞后，溫度立即就會降下來。
因電池板故障和連接故障導致溫度升高時，可以推測原因等，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，開始試驗性地利用無人機拍攝太陽能電池板(圖3)。
圖3：A-Style采用的無人機
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提供無人機等的，是信息科學技術系統(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(NASDA，現(xiàn)為日本宇宙航空研究開發(fā)機構：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情況用無人機拍攝巖手縣的災區(qū)
制作合成圖像和3D圖像 出處：信息科學技術系統(tǒng)
通過人造衛(wèi)星等相關的業(yè)務，有與行業(yè)頂級水平的攝影和圖像分析技術相聯(lián)系的優(yōu)勢。此次對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程傳感技術中心提供了紅外相機和圖像分析等。
ISTS從2006年開始致力于無人機(UAV)的應用，2009年開始銷售無人機并提供相關服務。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，還提供利用圖像測量的服務。
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)碼相機和紅外兩種相機的無人機，還受托運用。用來拍攝太陽能電池板的兩臺相機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，還可在拍攝的圖像上添加位置信息也是一大特點。拍攝數(shù)十MW規(guī)模的百萬光伏電站時，優(yōu)點非常明顯。
如果是數(shù)MW的規(guī)模，無人機可以在檢查人員在場時飛行，當從個人電腦畫面上顯示的紅外相機圖像中發(fā)現(xiàn)可能有故障的電池板時，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。可以把無人機拍攝的整座發(fā)電站的圖像合成為一張，掌握有熱點的電池板位置后，再步行前去檢查，效率會比較高。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。
還能確認接線盒的發(fā)熱相應于要掌握的內(nèi)容，使所選相機的分辨率與無人機飛行高度相平衡也至關重要，如，是只要能掌握熱點就行，還是連雜草的情況與電池板的高度關系也一同掌握?等等。
使用分辨率越高的相機，越低空飛行拍攝，就越能詳細觀察電池板及其周圍的情況。不過，要提高相機分辨率，成本會相應升高，因此要兼顧預算。ISTS稱，以距離地面40m左右的高度飛行時，使用640×480像素的紅外相機，基本能夠掌握預計是因為太陽能電池板的故障造成的溫度上升。不過，640×480像素的紅外相機價格一般比較高，而且很重。
不但成本高，還會影響無人機的飛行穩(wěn)定性和飛行時間。如果將飛行高度降至20m，則利用320×240像素的紅外相機也能拍攝相同的圖像。不過，一張圖像上只能拍進約三排陣列，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，檢查人員能當場確認圖像，可當場檢查可能出現(xiàn)故障的電池板，這種水平足夠了，但如果檢查對象是數(shù)十MW的規(guī)模，需要合成整體電池板的圖像時，則不太適用。
因此，ISTS通過遠程傳感技術中心，在提供給A-Style的無人機上采用了640×480像素，但小型輕量化的紅外相機。這種相機市場上沒有，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(圖5)。
圖5：連接線盒正常發(fā)熱的情況也能確認采用日本企業(yè)制造的高分辨率輕量紅外相機
(出處：信息科學技術系統(tǒng)，遠程傳感技術中心)
如何把這種無人機拍攝圖像順利導入當前O&M使用的ICT(信息通信技術)遠程監(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化，并能夠在O&M系統(tǒng)中，確認有熱點的電池板。
原標題:日本采用無人機檢測光伏電站太陽能電池板故障
