【科技】日本用无人机来检测电站太阳能电池板故障

企业纷纷用小型无人机来检测百万光伏电站太阳能电池板故障。A-Style公司(埼玉县川口市)就是其中之一(图1)。

图1：A-Style想客户演示利用无人机拍摄太阳能电池板

7月召集客户实施的演示

A-Style的主要业务是住宅的屋顶和外装施工。参与过很多设置光伏发电系统的住宅屋顶的修缮，于2006年涉足了光伏发电系统设置业务。

屋顶的修缮需求增加，正是住宅用光伏发电系统开始在日本普及的时期。

当时的背景是，设置光伏发电系统的企业中，有一些是在缺乏屋顶相关知识经验的情况下施工的，发生了不少“因在屋顶打孔安装而导致漏水”之类的事例。

可再生能源固定价格收购制度(FIT)实行后，在地面上设置光伏发电设备的需求增加，A-Style开始以茨城、栃木、埼玉和千叶为中心，从事售电用光伏发电系统的设置业务。

现在，除包括购买土地进行开发、提供EPC(设计、采购及施工)服务和O&M(运营及维护)外，还开始了自主售电业务(图2)。

图2：演示在A-Style建设中的百万光伏电站实施

无人机在设置好的太阳能电池板上方飞行

该公司还开展着远程监控系统等O&M所需设备和系统的销售及服务业务。其中之一就是利用无人机来掌握太阳能电池板的故障。

连送电线缆的连接不良都能发现利用无人机拍摄太阳能电池板的服务，可提供与太阳能电池板目视检查水平相当的报告，对有可能发生故障的电池板，可根据需要会帮助发电运营商与电池板厂商等协商解决问题。

使用无人机的好处，在电池板设置量多的百万光伏电站叫明显。而小规模发电站，人可在发电站内巡视，目视检查太阳能电池板的外观是否有异常，同时利用红外相机，确认与周围的电池板相比是否有温度过高的部分等方式更现实一些。

例如，在一座由4000张250W功率的电池板以3～4级的阵列(太阳能电池板的行列)铺设的1MW光伏电站，利用该方法一般5天～1周的时间能完成所有电池板的目视检查和温度分布确认。在这种水平上，从成本和时间来看，据称人工巡视检查的方式要比使用无人机的性价比更高。不过，如果是更大规模的发电站，这种方法所花的时间就要增加，O&M的成本效率会降低。

利用红外相机拍摄的图像，热点等与周围的电池板相比温度相对较高的位置就可能会发生某种故障。

A-Style表示，原因有很多种。电池板上的污渍和鸟粪有时也会导致温度升高。在这种情况下，擦掉污渍和鸟粪后，温度立即就会降下来。

因电池板故障和连接故障导致温度升高时，可以推测原因等，如可能是施工的原因，也可能是送电线缆连接不良的原因，等等。A-Style从2014年底起在受托O&M的光伏电站，开始试验性地利用无人机拍摄太阳能电池板(图3)。

图3：A-Style采用的无人机

电站内所有电池板的温度信息显示在一张图像上

为A-Style提供无人机等的，是信息科学技术系统公司(ISTS，茨城县筑波市)。

ISTS由原日本宇宙开发事业集团(NASDA，现为日本宇宙航空研究开发机构：JAXA)的员工创立，擅长人造卫星的轨道控制及拍摄图像的合成和分析等。

此外，该公司还致力于软件的开发，用于航拍图像的合成和分析。最近，因对掌握东日本大地震的受灾情况等提供支援而闻名(图4)。

图4：由人造卫星图像分析到掌握受灾情况用无人机拍摄岩手县的灾区

通过人造卫星等相关的业务，有与行业顶级水平的摄影和图像分析技术相联系的优势。此次对A-Style，ISTS公司的措施之一是由人造卫星图像分析等而闻名的远程传感技术中心提供了红外相机和图像分析等。

ISTS从2006年开始致力于无人机(UAV)的应用，2009年开始销售无人机并提供相关服务。除了合成多张图像制成可俯瞰大范围的图像，以及连高低差都一眼便知的图像等之外，还提供利用图像测量的服务。

面向A-Style，ISTS不但提供可以飞行约25分钟，配备有拍摄普通图像的数码相机和红外两种相机的无人机，还受托运用。用来拍摄太阳能电池板的两台相机和固定用部件加在一起重约2kg。

据称，在飞行稳定等同时，还可在拍摄的图像上添加位置信息也是一大特点。拍摄数十MW规模的百万光伏电站时，优点非常明显。

如果是数MW的规模，无人机可以在检查人员在场时飞行，当从个人电脑画面上显示的红外相机图像中发现可能有故障的电池板时，检查人员可立刻前往该电池板的位置查看，从而可提高检查效率。

数十MW的规模，因占地面积比较大，据称采用这种方法的效率不高。可以把无人机拍摄的整座发电站的图像合成为一张，掌握有热点的电池板位置后，再步行前去检查，效率会比较高。合成图像后，要掌握故障电池板的位置，需要拍摄的图像带GPS(全球定位系统)位置信息。

百万光伏电站内电池板一排排设置，看上去都差不多，如果没有位置信息，就无法锁定故障电池板的位置。

还能确认接线盒的发热相应于要掌握的内容，使所选相机的分辨率与无人机飞行高度相平衡也至关重要，如，是只要能掌握热点就行，还是连杂草的情况与电池板的高度关系也一同掌握?等等。

使用分辨率越高的相机，越低空飞行拍摄，就越能详细观察电池板及其周围的情况。不过，要提高相机分辨率，成本会相应升高，因此要兼顾预算。ISTS称，以距离地面40m左右的高度飞行时，使用640×480像素的红外相机，基本能够掌握预计是因为太阳能电池板的故障造成的温度上升。不过，640×480像素的红外相机价格一般比较高，而且很重。

不但成本高，还会影响无人机的飞行稳定性和飞行时间。如果将飞行高度降至20m，则利用320×240像素的红外相机也能拍摄相同的图像。不过，一张图像上只能拍进约三排阵列，合成作业比较麻烦。因此，如果是数MW规模的百万光伏电站，检查人员能当场确认图像，可当场检查可能出现故障的电池板，这种水平足够了，但如果检查对象是数十MW的规模，需要合成整体电池板的图像时，则不太适用。

因此，ISTS通过远程传感技术中心，在提供给A-Style的无人机上采用了640×480像素，但小型轻量化的红外相机。这种相机市场上没有，而是由日本厂商制造的专用品。虽然不是故障，但连电池板背面安装的接线盒在发电过程中发热的情况也能确认(图5)。

图5：连接线盒正常发热的情况也能确认采用日本企业制造的高分辨率轻量红外相机

如何把这种无人机拍摄图像顺利导入当前O&M使用的ICT(信息通信技术)远程监控系统等，将是今后的课题。最理想的情况是，从飞行路径的设定，到飞行、拍摄，乃至在一张图像上显示百万光伏电站内所有的电池板全部自动化，并能够在O&M系统中，确认有热点的电池板。