CN103605369A - 一种基于无人机的太阳电池组件热斑监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于无人机的太阳电池组件热斑监测系统，包括飞行控制单元、图像采集单元、主控单元以及温度采集单元，图像采集单元采集太阳能板图像信息判断污损面积是否超过一定比例范围值，温度采集单元采集太阳能板温度信息判断太阳能板是否出现局部高温，当污损面积超过预设的比例阈值且温度信息超过预设的温度阈值则判断产生热斑效应，主控单元通过飞行控制单元控制无人机悬停在该太阳能板上空，不仅提高了热斑效应监测的准确性，防止误报，也可以及时发现产生热斑效应的太阳能板的位置，可以快速定位险情，也大大延长太阳能板的使用寿命。另外，本发明还提供了一种基于无人机的太阳电池组件热斑监测方法。

Description

一种基于无人机的太阳电池组件热斑监测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种基于无人机的太阳电池组件热斑监测系统及方法。

背景技术

光伏电站太阳电池组件通常安装在地域开阔、阳光充足的地带。在长期使用中难免落上鸟禽排泄物、浮土、落叶等遮挡物，这些遮挡物在太阳电池组件上形成了阴影。由于局部阴影的存在，太阳电池组件中某些电池单片的电流、电压发生了变化。会导致太阳电池组件局部电流与电压之积增大，从而使电池组件上产生了局部温升。太阳电池组件中某些电池单片本身缺陷也可能使组件在工作时局部发热，这种现象叫“热斑效应”。 

现有大规模电站一般建设在西部偏远地区，且多为无人值守，不能及时发现太阳能电池组件上产生的热斑，实际使用太阳电池中，若热斑效应产生的温度超过了一定极限将会使电池组件上的焊点熔化并毁坏栅线，从而导致整个太阳电池组件的报废。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术无人值守不能及时发现热斑效应的不足，提供一种利用无人机的太阳电池组件热斑监测系统。

一种基于无人机的太阳电池组件热斑监测系统，包括：

飞行控制单元，用于实现无人机飞行操作；

图像采集单元，用于采集太阳电池组件表面图像信息并传输至主控单元；

主控单元，用于处理图像信息，根据图像信息计算太阳能板的污损面积占太阳能板总面积的比例并与预设有比例阈值比较； 

当太阳能板的污损面积占太阳能板总面积的比例超过预设的比例阈值时，主控单元通过飞行控制单元控制无人机悬停。

进一步地，所述系统还包括用于采集太阳电池组件表面温度信息的温度采集单元，所述温度采集单元将温度信息发送至主控单元。

进一步地，所述主控单元还预设有温度阈值，当温度信息超过温度阈值时且太阳能板的污损面积占太阳能板总面积的比例超过比例阈值时，主控单元控制无人机悬停。

进一步地，所述图像采集单元为CCD相机 ，所述CCD相机与主控单元电连接，所述温度采集单元为红外热成像仪，所述红外热成像仪与主控单元电连接。

进一步地，所述系统还包括用于在无人机悬停时标记无人机所处地理位置信息的GPS定位单元，所述GPS定位单元与主控单元电连接。

进一步地，所述系统还包括用于显示监测结果和悬停时地理位置信息的远程监控中心和用于远程监控中心与主控单元之间通信的通信单元，所述通信单元与主控单元电连接。

进一步地，所述系统还包括巡航单元，用于设定巡航路线，巡航单元与主控单元电连接。

一种基于无人机的太阳电池组件热斑监测方法，包括以下步骤：

采集太阳电池组件图像信息；

将图像信息处理后得到太阳能板的污损面积占太阳能板总面积的比例与预设的比例阈值比较；

若太阳能板的污损面积占太阳能板总面积的比例超过预设的比例阈值，控制无人机悬停。

进一步地,所述方法还包括以下步骤：

采集太阳电池组件表面的温度信息；

将温度信息处理后得到电池组件表面的最高温度信息并与预设的温度阈值比较；

当温度信息超过温度阈值且图像信息超过比例阈值时，控制无人机悬停。

进一步地,所述方法还包括以下步骤：

在无人机悬停时，记录当前无人机所处的地理位置信息，并将地理位置信息传输至远程监控中心。

本发明提供了一种基于无人机的太阳电池组件热斑监测系统，包括飞行控制单元、图像采集单元、主控单元以及温度采集单元，图像采集单元采集太阳能板图像信息判断污损面积是否超过一定比例范围值，温度采集单元采集太阳能板温度信息判断太阳能板是否出现局部高温，当污损面积超过预设的比例阈值且温度信息超过预设的温度阈值则判断产生热斑效应，主控单元通过飞行控制单元控制无人机悬停在该太阳能板上空，不仅提高了热斑效应监测的准确性，防止误报，也可以及时发现产生热斑效应的太阳能板的位置，可以快速定位险情，节省人力，提高无人机巡线监测的智能化和高效性，也大大延长太阳能板的使用寿命。另外，本发明还提供了一种基于无人机的太阳电池组件热斑监测方法，利用无人机采集太阳能板的图像信息和温度信息，与预先设定的比例阈值和温度阈值进行比较，当污损面积超过比例阈值判断且温度信息超过温度阈值判断为产生热斑效应，控制无人机悬停在该太阳能板的上空，不仅提高了热斑效应监测的准确性，防止误报，也可以及时发现产生热斑效应的太阳能板的位置，可以快速定位险情，节省人力，提高无人机巡线监测的智能化和高效性，也大大延长太阳能板的使用寿命。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中。

图1是本发明一种实施的一种视角的结构示意图。

图2是本发明一种实施例的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1，本发明提供的一种基于无人机的太阳电池组件热斑监测系统， 包括： 

飞行控制单元100，用于实现无人机飞行操作，位于无人机上；

图像采集单元200，用于采集太阳电池组件表面图像信息并传输至主控单元，位于无人机上；

主控单元300，用于处理图像信息并与预设有比例阈值比较，根据比较结果控制无人机，位于无人机上；

当处理后的图像信息超过预设的比例阈值时，主控单元300通过飞行控制单元100控制无人机悬停。

需要说明的是，比例阈值一般是指在污损面积在允许的比例范围内不会造成热斑效应的比例值。

太阳能热斑会严重的破坏太阳电池组件或系统，需要对太阳电池组件进行热斑检测，使相对发热均匀的电池片进行组合或维护，以避免组件所产生的能量被热斑的组件所消耗，同时避免由于热斑可能给太阳能组件或系统的寿命带来的威胁。

在无人机上加装图像采集单元200，无人机巡检的时候，飞过太阳电池组件上空时，图像采集单元200对太阳电池组件进行拍照采集图像信息，图像信息传输到主控单元300，主控单元300通过对图像信息进行解析，太阳能板表面有污损和表面清洁时候的图像信息有明显不同，通过图像信息进行处理可以得出太阳能板的污损区域或者污损面积，当判断太阳能电池板的污损面积超过太阳能板总面积的预定比例，可以认为太阳能板产生热斑效应，所以本申请中在主控单元300中预先设定比例阈值，处理图像信息并与比例阈值进行比较，当太阳能板的污损面积占太阳能板总面积的比例超过比例阈值时，主控单元300判断产生热斑效应，主控单元300通知飞行操作单元将飞机悬停在出现热斑的太阳能板的上空，在无人机巡检的过程中发现某一太阳能板出现热斑效应时则悬停在其上空，可以快速定位险情，节省人力，提高无人机巡线监测的智能化。

为了更好地提高热斑效应判断的准确性，本方案中提到的系统还包括温度采集单元400，在对太阳能板表面进行图像采集的同时进行表面温度采集，当检测到太阳能板局部出现高温，该温度信息超过主控单元300预设的温度阈值再结合污损面积超过比例阈值则可以判断为太阳能板出现热斑效应，通过利用温度采集单元400采集太阳能板表面的温度信息，特别是出现局部高温时，再配合图像采集单元200判断污损面积，同时满足两种条件确定出现热斑效应，主控单元300通过飞行控制单元100控制无人机悬停在该太阳能板的上空，通过监测局部高温和污损面积结合判断，提高了无人机监测热斑效应的准确性。

图像采集单元200可以广泛的采用现有技术中的工业用相机或者CCD相机，在本实施例中，图像采集单元200采用CCD相机，CCD相机稳固的安装在无人机下方，安装时采用减震措施，保证CCD相机可以获取稳定清晰的图像信息。

本实施例中，温度采集单元400采用红外热成像仪，红外热成像仪可以直观的监测出太阳能板表面的温度分布情况，主控单元300通过对温度信息的处理判断出局部出现的高温，再结合污损面积是否超过比例阈值可以判断热斑效应的产生。

所述图像采集单元200为CCD相机 ，CCD全称电荷耦合器件（CCD,Charge Coupled Device），所述CCD相机与主控单元300电连接，所述温度采集单元400为红外热成像仪，所述红外热成像仪与主控单元300电连接。

为了更好的定位产生热斑效应的太阳能板的地理位置，本方案中还增加了GPS定位单元500，GPS全称全球定位系统（Global Position System），GPS定位单元500与主控单元300电连接，当出现热斑效应无人机悬停时，GPS定位单元500标记当前的地理位置信息并传输至主控单元300。

在本方案中，所述系统还包括远程监控中心700和通信单元600，通信单元600与主控单元300电连接，通信单元600安装在无人机上，主控单元300通过通信单元600与远程监控中心700实现通信，远程监控中心700用于接收主控单元300发送的监测结果，监测结果可以包括发生热斑效应的太阳能板地理位置信息、图像信息及温度信息。

另外，无人机可以采用人工遥控操作飞机可以采用自动巡航，本方案中，无人机采用预先设定巡航路线对太阳能板进行巡检，所以所述系统还包括用于控制无人机自行巡检的巡航单元800，巡航单元800与主控单元300电连接。

结合图2所示，本发明还提供了一种基于无人机的太阳电池组件热斑监测方法，包括以下步骤：

采集太阳电池组件图像信息；

将图像信息处理后与预设的比例阈值比较；

若处理后的图像信息超过预设的比例阈值，控制无人机悬停。

利用无人机采集太阳能板的图像信息，再经过处理，与预先设定的比例阈值进行比较，当污损面积占太阳能板总面积的比例超过比例阈值判断为产生热斑效应，通过采用无人机监测热斑效应不仅可以节省人力，还可以及时发现问题，提高巡检的有效性，也大大延长太阳能板的使用寿命。

为了更准确的识别太阳能板产生热斑效应，提高检测的准确性,还包括以下步骤：

采集太阳电池组件表面的温度信息；

将温度信息处理后与预设的温度阈值比较；

当温度信息超过温度阈值且图像信息超过比例阈值时，控制无人机悬停。

通过两个判断条件同时满足确定产生热斑效应，在控制无人机在出现热斑效应的太阳能板上空悬停，可以提高检测的准确性。

为了更好地提高定位产生热斑效应的太阳能板的地理位置，本方案中还设有GPS定位单元500，在监测到太阳能板产生热斑效应时，无人机悬停在该太阳能板的上空，GPS定位单元500标记当前地理信息，GPS定位单元500将地理信息传输至主控单元300，主控单元300再通过通信单元600将地理信息发送给远程监控中心700。

结合图2所示，本方案提供的一种基于无人机的太阳电池组件热斑监测方法的一种实施例是这样的：

S01，初始化；

S02，利用CCD相机采集太阳能板表面的图像信息，并发送至主控单元300；

S03，利用红外热成像仪采集太阳能板表面的温度信息，并发送至主控单元300；

S04，主控单元300处理图像信息和温度信息，并将图像信息和温度信息与预设的比例阈值和温度阈值比较；

S05，当图像信息超过比例阈值且温度信息超过温度阈值时，执行步骤S06；

S06，主控单元300通过飞行控制单元100控制无人机悬停；

S07，无人机悬停时，GPS定位单元500标记当前的地理信息，并将该地理信息发送至主控单元300,；

S08，主控单元300将图像信息、温度信息及地理信息通过通信单元600发送至远程监控中心700。

在S02步骤中，采用CCD相机采集太阳能板的图像信息，主控单元300对图像信息进行处理得出太阳能板的污损面积占太阳能板总面积的比例，通过一定的算法可以将图片信息处理得出污损区域，再通过计算可以得出污损面积，本领域技术人员应当知道，不再赘述。

在S03步骤中采用红外热成像仪采集太阳能板表面的温度信息，可以直观的检测出表面温度的分布情况，当出现局部高温的时候，主控单元300可以通过处理温度信息得到局部高温，进而判断是否产生热斑效应。

在S04步骤中主控单元300预先设有比例阈值和温度阈值，将温度信息处理后与温度阈值比较，图像信息处理后得到污损面积占太阳能板总面积的比例与比例阈值比较，当温度信息超过温度阈值且污损面积占太阳能板总面积的比例超过比例阈值时，判断产生热斑效应，当出现局部高温的时候再结合污损面积的比例判断是否产生热斑效应可以提高监测的准确性，防止误判。

在S05和S06步骤中当出现当图像信息超过主控单元300预设的比例阈值并且温度信息超过主控单元300预设的温度阈值，即出现污损面积超过预设的比例范围，温度信息与预设的温度阈值进行比较，记录太阳能板局部出现高温，当两者条件均满足时候，则判定太阳能板产生热斑效应，监测到某一太阳能板产生热斑效应时，主控单元300及时控制飞行控制单元100悬停。

在S07和S08步骤中，无人机悬停在出现热斑效应的太阳能板的上空，为了更好地标识所处区域，利用无人机上加载GPS定位单元500对所处位置进行定位，获得当前所处的地理信息，GPS定位单元500将地理信息发送给主控单元300，主控单元300再通过通信单元600传回远程监控中心700，远程监控中心700可以及时了解到产生热斑效应的太阳能板的所在位置，及时维修，提高太阳能板维护的效率，也大大延长太阳能板的使用寿命。

无人机可以通过遥控飞行或者按照预定路线自动巡航监测太阳能板，完成一个太阳能板的监测之后，没有出现热斑效应则可以进去下一个太阳能板的监测。

本发明提供了一种基于无人机的太阳电池组件热斑监测系统，包括飞行控制单元100、图像采集单元200、主控单元300、GPS定位单元500以及温度采集单元400，图像采集单元200采集太阳能板图像信息判断污损面积是否超过一定比例范围值，温度采集单元400采集太阳能板温度信息判断太阳能板是否出现局部高温，当污损面积超过预设的比例阈值且温度信息超过预设的温度阈值则判断产生热斑效应，主控单元300通过飞行控制单元100控制无人机悬停在该太阳能板上空，再通过GPS定位单元500定位当前位置的地理信息，通过通信单元600将位置信息和图像信息、温度信息回传至远程监控中心700，不仅提高了热斑效应监测的准确性，防止误报，也可以及时发现产生热斑效应的太阳能板的位置，可以快速定位险情，节省人力，提高无人机巡线监测的智能化和高效性，也大大延长太阳能板的使用寿命。另外，本发明还提供了一种基于无人机的太阳电池组件热斑监测方法，利用无人机采集太阳能板的图像信息和温度信息，与预先设定的比例阈值和温度阈值进行比较，当图像信息超过比例阈值判断且温度信息超过温度阈值判断为产生热斑效应，控制无人机悬停在该太阳能板的上空，利用GPS定位单元500标记当前地理信息，GPS定位单元500将地理信息传输至主控单元300，主控单元300再通过通信单元600将地理信息发送给远程监控中心700，不仅提高了热斑效应监测的准确性，防止误报，也可以及时发现产生热斑效应的太阳能板的位置，可以快速定位险情，节省人力，提高无人机巡线监测的智能化和高效性，也大大延长太阳能板的使用寿命。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种基于无人机的太阳电池组件热斑监测系统，其特征在于，包括：

飞行控制单元，用于实现无人机飞行操作；

图像采集单元，用于采集太阳电池组件表面图像信息并传输至主控单元；

主控单元，用于处理图像信息，根据图像信息计算太阳能板的污损面积占太阳能板总面积的比例并与预设有比例阈值比较； 

当太阳能板的污损面积占太阳能板总面积的比例超过预设的比例阈值时，主控单元通过飞行控制单元控制无人机悬停。

2.根据权利要求1所述的基于无人机的太阳电池组件热斑监测系统，其特征在于，所述系统还包括用于采集太阳电池组件表面温度信息的温度采集单元，所述温度采集单元将温度信息发送至主控单元。

3.根据权利要求2所述的基于无人机的太阳电池组件热斑监测系统，其特征在于，所述主控单元还预设有温度阈值，当温度信息超过温度阈值时且太阳能板的污损面积占太阳能板总面积的比例超过比例阈值时，主控单元控制无人机悬停。

4.根据权利要求2所述的基于无人机的太阳电池组件热斑监测系统，其特征在于，所述图像采集单元为CCD相机 ，所述CCD相机与主控单元电连接，所述温度采集单元为红外热成像仪，所述红外热成像仪与主控单元电连接。

5.根据权利要求1所述的基于无人机的太阳电池组件热斑监测系统，其特征在于，所述系统还包括用于在无人机悬停时标记无人机所处地理位置信息的GPS定位单元，所述GPS定位单元与主控单元电连接。

6.根据权利要求1所述的基于无人机的太阳电池组件热斑监测系统，其特征在于，所述系统还包括用于显示监测结果和悬停时地理位置信息的远程监控中心和用于远程监控中心与主控单元之间通信的通信单元，所述通信单元与主控单元电连接。

7.根据权利要求1所述的基于无人机的太阳电池组件热斑监测系统，其特征在于，所述系统还包括巡航单元，用于设定巡航路线，巡航单元与主控单元电连接。

8.一种基于无人机的太阳电池组件热斑监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集太阳电池组件图像信息；

将图像信息处理后得到太阳能板的污损面积占太阳能板总面积的比例与预设的比例阈值比较；

若太阳能板的污损面积占太阳能板总面积的比例超过预设的比例阈值，控制无人机悬停。

9.根据权利要求8所述的基于无人机的太阳电池组件热斑监测方法，其特征在于,还包括以下步骤：

采集太阳电池组件表面的温度信息；

将温度信息处理后得到电池组件表面的最高温度信息并与预设的温度阈值比较；

当温度信息超过温度阈值且图像信息超过比例阈值时，控制无人机悬停。

10.根据权利要求8或9所述的基于无人机的太阳电池组件热斑监测方法，其特征在于,还包括以下步骤：

在无人机悬停时，记录当前无人机所处的地理位置信息，并将地理位置信息传输至远程监控中心。