CN105811880A - 基于无人机搭载的光伏组件实时监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光伏发电监测领域，具体是一种基于无人机搭载的光伏组件实时监测系统，包括数据采集终端和监控主站，所述的数据采集终端由传感器单元、影像单元、定位模块、计算机智能终端及无线信号发射模块构成；所述的监控主站包括无线信号接收模块、数字信号处理器和监控模块。本发明监测系统将数据采集终端搭载在无人机上，通过红外成像相机和可见光成像相机两者结合，能精确的实现对光伏组件灰尘、裂纹破损、遮挡等在内的各种检测，无人机还搭载计算机智能终端，可通过热信号的生成来确定光伏组件的受损情况，在高空实现对光伏组件热斑效应等问题的查看并能精确定位。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电监测领域，具体是一种基于无人机搭载的光伏组件实时监测系统。
背景技术
能源是人类社会和经济发展的物质基础，是提高人们生活水平的先决条件，而今居于世界能源结构主导地位的化石能源越发紧缺，能源危机愈发凸显，不可回避。据《世界能源统计年鉴(2014版)》的世界能源市场年度统计数据，全球一次能源消费的增为2.3％，在全球能源消耗中，石油所占比例为32.9％，煤炭所占比例为30.1％，天然气费则占23.7％，创历史跌幅新高的是核能发电下跌4.4％，令人遗憾的是可再生能源仅2.7％。截止到2013年底，全球石油探明储量约1.6879万亿桶，仅能满足53.3年全球生需要；全球天然气探明储量为185.7万亿立方米，仅能保证54.8年的生产需要。由此可见不可再生资源已经不能长久满足人类的能源需要，能源危机已经展现在人类面前。
针对以上问题，世界各国纷纷开发太阳能、风能、水能、潮汐能等新型能源，以此提高能源效率，改善能源结构，通过可再生能源代替不可再生能源，实现可持续发展。其中光伏发电独树一帜，备受瞩目，尤其是在德国、美国以及日本发展迅速。我国近几年所颁的多项提倡开发太阳能的法律、政策，也足见太阳能已在我国得到重视。
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。在过去的几年里，因为光伏材料价格的下降以及各国政府的政策支持，光伏产业得到了快速的发展。目前光伏组件的寿命大约为25年，这就要求大型光伏电站在这25年时间里可以稳定、持续、高效的发电。但是，大型光伏电站往往安装在比较恶劣的环境中，导致各种故障频发，比如太阳能电池板出现分层、腐蚀、气泡、破裂、发黄或热斑等。因此，大型光伏电站的维护和故障诊断尤为重要。光伏系统的故障诊断一直被许多学者所关注，并进行了相关的研究，根据故障诊断侧重点，故障诊断方法可分为：基于电路结构法、基于数学模型法、基于电气测量法、基于智能检测法、基于红外图像分析法和基于监控系统法。上诉诊断方法虽然都能在一定程度上检测到光伏系统的故障，但仍然存在某些缺点，比如：基于数学模型法模型建立困难，局限大；基于智能检测法依赖于先验知识；基于红外图像分析法受环境的干扰大；基于监控系统法只适用于大型光伏系统，成本高，不能检测系统内部故障。
综上所述，实现对大型光伏电站的故障检测，不仅需要满足成本低，覆盖范围广，精确度高，可无人操作等条件，还需要适应不同的环境，特别是比较恶劣的环境，同时既能检测到系统外部故障，还能检测到内部故障。因此，发明一个能满足上述条件的大型光伏电站检测装置尤为重要。
在过去的几年里，民用无人机系统，也可称为遥控飞机，有了快速的发展。它被应用于配合监测设备或者自然环境，如输电线路检查，灾难援救，精密农业，天然气和石油管道监测，北极冰监测，污染和环境监测，港口和海岸线安全，地雷和森林火灾监测等，而最初，无人机是被应用于军事方面的。
用无人机来监测光伏阵列有许多优点，比如成本低，覆盖范围广，图像精确，探测速度快，灵敏度高，无人操作且操作简单，能够在恶劣环境下工作，可以合理减少工作时间，这意味着一个大型的大型光伏电站可以在短时间内被检测到故障并且提出初步的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作灵活、简便、高效的，并基于无人机搭载的光伏组件实时监测系统。
为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：
基于无人机搭载的光伏组件实时监测系统，包括数据采集终端和监控主站，所述的数据采集终端由传感器单元、影像单元、定位模块、计算机智能终端及无线信号发射模块构成，所述的数据采集终端用于搭载在无人机上对光伏组件进行信息和位置的采集并将采集的图像及位置信息通过无线信号发射模块发射到所述的监控主站，所述的计算机智能终端用于处理和分析所述的传感器单元、影像单元和定位模块收集的信息；所述的监控主站包括无线信号接收模块、数字信号处理器和监控模块，所述的无线信号接收模块用于接收搭载在无人机上的数据采集终端采集的信息，所述的数字信号处理器对所述的无线信号接收模块接收的信息进行处理并在所述的监控模块进行实时显示。
优选地，所述的传感器单元为温度传感器或微气象传感器。
优选地，所述的影像单元为红外成像相机和可见光成像相机。
优选地，所述的监控模块为电视墙或显示器。
优选地，所述的定位模块为北斗模块或GPS模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明监测系统将数据采集终端搭载在无人机上，通过红外成像相机和可见光成像相机两者结合，能精确全面的采集太阳能电池板的丰富信息。除此之外，无人机还搭载计算机智能终端，可通过热信号的生成来确定太阳能电池板受损情况，在高空实现对光伏组件热斑效应等问题的查看。在光伏电站的日常巡检中，本发明监测系统可以提供包括光伏组件红外检测、表面灰尘检测、裂纹破损检测、遮挡检测等在内的检测，还能实现实时监测、定位、分析和智能诊断，以达到对光伏板灰尘覆盖，表面破损，发热等故障的诊断和隐患的精确定位。
附图说明
图1为本发明基于无人机搭载的光伏组件实时监测系统架构示意图。
具体实施方式
参见附图1所示，基于无人机搭载的光伏组件实时监测系统，包括数据采集终端和监控主站，所述的数据采集终端由传感器单元、影像单元、定位模块、计算机智能终端及无线信号发射模块构成，其中传感器单元为温度传感器或微气象传感器，影像单元为红外成像相机和可见光成像相机，监控模块为电视墙或显示器，定位模块为北斗模块或GPS模块。所述的数据采集终端搭载到无人机上，通过无人机的搭载，实现在高空中对光伏组件的实时监测；其中传感器单元用于监测光伏组件的温度和气象信息；可见光成像相机用于对光伏组件表面进行拍照，通过可见光成像相机拍摄的照片可实现对光伏组件遮挡、表面灰尘、表面裂纹等方面的检测；通过红外成像相机拍摄的热成像照片，可以发现光伏组件的热斑现象；定位模块用于标识光伏组件不良位置的精确位置；传感器单元、影像单元和定位模块获取的信息通过计算机智能终端进行数据的处理，处理后的数据通过无线信号发射模块发送给监控主站。所述的计算机智能终端为带有CPU和存储器的集成电路。所述的监控主站包括无线信号接收模块、数字信号处理器和监控模块,无线信号接收模块用于接收搭载在无人机上的数据采集终端采集的信息，数字信号处理器对无线信号接收模块接收的信息进行处理并在监控模块进行实时显示。工作人员通过在电视墙或显示器上显示的信息，可以一目了然的判断光伏组件表面灰尘、热斑、遮挡、污垢、裂痕等不良现象并能精确定位到不良现场的具体位置。
采用本发明系统，使得在光伏电站运维过程中“无人值班、少人值守”成为现实，大大节省了人力资源。本发明能够轻松解决长期以来存在的光伏电站巡检难题，提高巡检效率，降低人工巡检成本，同时还能提升电站的发电效率。既实用又高效，还十分经济实惠。
Claims (5)
1.基于无人机搭载的光伏组件实时监测系统，包括数据采集终端和监控主站，其特征在于：所述的数据采集终端由传感器单元、影像单元、定位模块、计算机智能终端及无线信号发射模块构成，所述的数据采集终端用于搭载在无人机上对光伏组件进行信息和位置的采集并将采集的图像及位置信息通过无线信号发射模块发射到所述的监控主站，所述的计算机智能终端用于处理和分析所述的传感器单元、影像单元和定位模块收集的信息；所述的监控主站包括无线信号接收模块、数字信号处理器和监控模块，所述的无线信号接收模块用于接收搭载在无人机上的数据采集终端采集的信息，所述的数字信号处理器对所述的无线信号接收模块接收的信息进行处理并在所述的监控模块进行实时显示。
2.根据权利要求1所述的基于无人机搭载的光伏组件实时监测系统，其特征在于：所述的传感器单元为温度传感器或微气象传感器。
3.根据权利要求1所述的基于无人机搭载的光伏组件实时监测系统，其特征在于：所述的影像单元为红外成像相机和可见光成像相机。
4.根据权利要求1所述的基于无人机搭载的光伏组件实时监测系统，其特征在于：所述的监控模块为电视墙或显示器。
5.根据权利要求1所述的基于无人机搭载的光伏组件实时监测系统，其特征在于：所述的定位模块为北斗模块或GPS模块。
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |