CN113060299B - 一种氢燃料无人机运维的调峰光伏电站及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种氢燃料无人机运维的调峰光伏电站及其工作方法，属于光伏发电技术领域。包括太阳能电池组、汇流装置、电解装置、氢气提纯装置、氢气压缩装置、加氢站、调峰燃料电池组和氢燃料无人机；太阳能电池组与汇流装置连接，汇流装置分别与电解装置和逆变器连接，电解装置的氢气出口与氢气提纯装置连接，氢气提纯装置与氢气压缩装置连接，氢气压缩装置与加氢站连接，加氢站与调峰燃料电池组连接，同时还能为氢燃料无人机加氢。本发明的自动化程度高，节能环保，在对光伏电站进行高效运维的同时，提升了电站的经济效益，同时使光伏电站具有调峰能力。

Description

一种氢燃料无人机运维的调峰光伏电站及其工作方法
技术领域
本发明属于光伏发电技术领域，具体涉及一种氢燃料无人机运维的调峰光伏电站及其工作方法。
背景技术
随着化石能源对环境污染的日益加剧，太阳能、风能等可再生的清洁能源备受瞩目。光伏是太阳能有效利用的一个重要领域，全球光伏使用量增长迅猛。大面积光伏装置的故障检测、识别及清洗是光伏装置后期维护的重要一环。
传统的检测方法有定期人工运维、锂电池无人机运维等方式。人工定期运维存在效率低的问题，锂电池无人机运维以锂电池为运维动力，然而锂电池存在电流密度低、单位放电量电池质量重体积大的问题，目前，锂电池运维无人机最长的飞行时间为半小时，导致运维效率一直不尽人意。
与此同时，光伏电站输出电力不稳定，无法随意调峰，经济效益不高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种氢燃料无人机运维的调峰光伏电站及其工作方法，自动化程度高，节能环保，在对光伏电站进行高效运维的同时，提升了电站的经济效益，同时使光伏电站具有调峰能力。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种氢燃料无人机运维的调峰光伏电站，包括太阳能电池组、汇流装置、电解装置、氢气提纯装置、氢气压缩装置、加氢站、调峰燃料电池组和氢燃料无人机；
太阳能电池组与汇流装置连接，汇流装置分别与电解装置和逆变器连接，电解装置的氢气出口与氢气提纯装置连接，氢气提纯装置与氢气压缩装置连接，氢气压缩装置与加氢站连接，加氢站与调峰燃料电池组连接，同时还能为氢燃料无人机加氢；氢燃料无人机上设有清洗系统；调峰燃料电池组的水出口连接有供水储罐，供水储罐能够为氢燃料无人机的清洗系统加水。
优选地，电解装置的氧气出口连接有氧气提纯装置，氧气提纯装置连接有氧气压缩液化装置，氧气压缩液化装置连接有氧气储罐。
优选地，加氢站包括氢气储罐和调压设备，氢气储罐与调压设备连接，调压设备上设有若干扩展加氢接头。
优选地，氢燃料无人机包括氢气储存装置、燃料电池动力系统、水箱、加压系统、清洗喷头、检测系统和通信模块；氢气储存装置上设有加氢接口，加氢接口能够与加氢站的加氢接头连接，氢气储存装置与燃料电池动力系统连接，燃料电池动力系统的出水口与水箱连接，水箱通过加压系统与清洗喷头连接，水箱能够连接至供水储罐；检测系统与通信模块连接，通信模块与无人机控制系统通信互联。
进一步优选地，检测系统包括红外热成像传感器、可见成像传感器、数据模块和处理器；红外热成像传感器、可见成像传感器和数据模块分别与处理器连接，处理器与通信模块连接。
进一步优选地，清洗喷头包括定点射流喷头和扇形喷头。
进一步优选地，氢燃料无人机还包括定位装置，定位装置与通信模块连接。
进一步优选地，通信模块为WIFI通讯模块或Zigbee通讯模块。
本发明公开的上述氢燃料无人机运维的调峰光伏电站的工作方法，包括：
光伏电站接收电网的信号，用电低谷时太阳能电池组产生的电能经汇流装置进入电解装置，产生的氢气经氢气提纯装置提纯后进入氢气压缩装置压缩液化并存储在加氢站内；当加氢站储量达到预设储量后，电解装置关闭，太阳能电池组产生的电能经汇流装置去逆变器；
用电高峰时电解装置关闭，太阳能电池组产生的电能经汇流装置去逆变器，同时调峰燃料电池组开启，加氢站为调峰燃料电池组提供氢气，调峰燃料电池组产生的电能进入电网进行调峰；
氢燃料无人机进行光伏电站的日常运维，加氢站为氢燃料无人机提供氢气，氢燃料无人机产生的水进行太阳能电池组的清洗。
优选地，氢燃料无人机包括氢燃料巡检无人机和氢燃料清洗无人机；氢燃料巡检无人机达到巡检水量报警值时返航加水，氢燃料清洗无人机达到清洗水量报警值时返航加水，巡检水量报警值＜清洗水量报警值；氢燃料巡检无人机负责检测电池组故障、污迹及遮挡，以及清洗常规污迹及遮挡，在检测范围超过常规清洗范围时反馈信息给氢燃料清洗无人机，氢燃料清洗无人机负责清洗顽固及大面积污迹及遮挡。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的一种氢燃料无人机运维的调峰光伏电站，电解产生的氢气一方面可以作为氢燃料无人机的燃料，另一方面可以作为调峰燃料电池组的燃料，在加氢站氢气储量富余时还可另行商用。氢燃料动力系统具有质量轻、电流密度大，发电效率高的优点，减少了无人机的载荷，氢气具有能量密度高，单位质量发电量高的优点，增加无人机运行时间，使氢燃料无人机能够24小时不间断工作，节省了人力物力；氢燃料无人机燃烧的水可以直接作为清洗水使用，整个过程形成了从水到氢再到水的流程，并且副产氧气，节能环保，在对光伏电站进行高效运维的同时，提升了电站的经济效益。同时，调峰燃料电池组产生的水能够作为氢燃料无人机的清洗用水，充分利用了水资源。电解装置在用电低谷时开启产氢储能，调峰燃料电池组在用电高峰时开启发电调峰，使光伏电站具有良好的调峰能力。
进一步地，加氢站的扩展加氢接头能够满足不同对象的加氢需要，在氢气储罐储满时对外加氢，提升经济效益。
更进一步地，氢燃料无人机的定点射流喷头和扇形喷头能进行大面积的范围清洗和小面积的集中清洗，两者结合提高清洗效率，节约水量。
更进一步地，定位装置能够实时传输所处的位置，进行故障报修，提高巡检效率。
本发明公开的上述氢燃料无人机运维的调峰光伏电站的工作方法，自动化程度高，节能环保，在对光伏电站进行高效运维的同时，提升了电站的经济效益，同时使光伏电站具有调峰能力。
进一步地，氢燃料无人机分别设置氢燃料巡检无人机和氢燃料清洗无人机，使两者的任务明确，提高巡检和清洗的效率。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图中：1-太阳能电池组，2-汇流装置，3-电解装置，4-氧气提纯装置，5-氢气提纯装置，6-氧气压缩液化装置，7-氢气压缩装置，8-加氢站，9-调峰燃料电池组，10-氢燃料巡检无人机，11-氢燃料清洗无人机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：
如图1，为本发明的氢燃料无人机运维的调峰光伏电站，包括太阳能电池组1、汇流装置2、电解装置3、氢气提纯装置5、氢气压缩装置7、加氢站8、调峰燃料电池组9和氢燃料无人机。
太阳能电池组1与汇流装置2连接，汇流装置2分别与电解装置3和逆变器连接，电解装置3的氢气出口与氢气提纯装置5连接，氢气提纯装置5与氢气压缩装置7连接，氢气压缩装置7与加氢站8连接，加氢站8与调峰燃料电池组9连接，同时还能为氢燃料无人机加氢。
电解装置3的氧气出口连接有氧气提纯装置4，氧气提纯装置4连接有氧气压缩液化装置6，氧气压缩液化装置6连接有氧气储罐。加氢站8包括氢气储罐和调压设备，氢气储罐与调压设备连接，调压设备上设有若干扩展加氢接头。
具体地，氢燃料无人机包括氢气储存装置、燃料电池动力系统、水箱、加压系统、清洗喷头、检测系统和通信模块；氢气储存装置上设有加氢接口，加氢接口能够与加氢站8的加氢接头连接，氢气储存装置与燃料电池动力系统连接，燃料电池动力系统的出水口与水箱连接，水箱通过加压系统与清洗喷头连接；检测系统与通信模块连接，通信模块与无人机控制系统通信互联。检测系统包括红外热成像传感器、可见成像传感器、数据模块和处理器；红外热成像传感器、可见成像传感器和数据模块分别与处理器连接，处理器与通信模块连接。数据模块里包括无人机巡检管理系统管理电站电子数据、设备数据以及无人机巡检数据，利用图像识别技术进行缺陷检测，判断缺陷类别，准确率不低于91％，并自动生成报告。系统可以对缺陷位置提供定位，配备相应客户端软件，具备导航至缺陷位置的功能。缺陷自主识别服务器，高性能计算平台，用于深度学习推理，对无人机采集到的数据进行图像识别，快速生成查缺报告。此外，用户数据可以自主上传服务器，自动生成报告。
在本发明的一个较优的实施例中，清洗喷头包括定点射流喷头和扇形喷头。
在本发明的一个较优的实施例中，氢燃料无人机还包括定位装置，定位装置与通信模块连接。
优选地，通信模块为WIFI通讯模块或Zigbee通讯模块。
上述氢燃料无人机运维的调峰光伏电站的工作方法，包括：
光伏电站接收电网的信号，用电低谷时太阳能电池组1产生的电能经汇流装置2进入电解装置3，产生的氢气经氢气提纯装置5提纯后进入氢气压缩装置7压缩液化并存储在加氢站8内；当加氢站8储量达到预设储量后，电解装置3关闭，太阳能电池组1产生的电能经汇流装置2去逆变器；
用电高峰时电解装置3关闭，太阳能电池组1产生的电能经汇流装置2去逆变器，同时调峰燃料电池组9开启，加氢站8为调峰燃料电池组9提供氢气，调峰燃料电池组9产生的电能进入电网进行调峰；
氢燃料无人机进行光伏电站的日常运维，加氢站8为氢燃料无人机提供氢气，氢燃料无人机产生的水进行太阳能电池组1的清洗。
在本发明的一个较优的实施例中，氢燃料无人机包括氢燃料巡检无人机10和氢燃料清洗无人机11；氢燃料巡检无人机10达到巡检水量报警值时返航加水，氢燃料清洗无人机11达到清洗水量报警值时返航加水，巡检水量报警值＜清洗水量报警值；氢燃料巡检无人机10负责清洗常规污迹及遮挡，氢燃料清洗无人机11负责清洗顽固及大面积污迹及遮挡。
下面以一个具体实施例对本发明进行进一步地解释说明：
光伏电站接收调峰信号，自动调峰，用电高峰时打开调峰燃料电池组9进行调峰，低谷时启动电解装置3储氢储能。加氢站8氢气储量与汇流装置2关联，氢气储量100％时，反馈信号给汇流装置2，光伏板汇流电量去逆变器，关闭电解装置3，停止制氢制氧；加氢站8氢气储量到10％，且处于用电低谷的时候，反馈信号给汇流装置2，汇流装置2自动接通电解装置3，开启电解水程序，制氢制氧。电解装置3设置总控器，根据汇流装置2反馈信号一键启停。
氢燃料巡检无人机10和氢燃料清洗无人机11的氢气量到10％的时候自动返航自助加氢。氢燃料巡检无人机10和氢燃料清洗无人机11配有加氢口红外探测仪，返航时自动连接在加氢口上，反馈信息给加氢站8，加氢站8开启加氢程序为无人机加氢。加氢站8设置接收信号自加氢系统。氢燃料巡检无人机10产生的水直接进入无人机巡检水箱，作为光伏板巡检用水。氢燃料清洗无人机11产生的水直接进入无人机清洗水箱，作为光伏板清洗水。氢燃料巡检无人机10和氢燃料清洗无人机11主要由燃料电池动力系统、氢气储罐、水箱、运维水加压系统、红外监控系统组成。氢燃料巡检无人机10水箱水量小于1％时自动返航，自动加水。氢燃料清洗无人机11水箱水量小于10％时自动返航，自动加水。氢燃料巡检无人机10的红外功能具有组件表面污迹、遮挡等故障识别与验证功能；电池片、二极管故障识别与验证功能；整串故障识别与验证功能；组件表面清洁度识别与验证功能；组件定位功能。氢燃料巡检无人机10在检测到组件表面污迹及遮挡时，通过给水箱的水增压即时清理污迹及遮挡。在清理3分钟无效后给控制室报警，发送故障坐标。氢燃料巡检无人机10在检测到电池片、二极管故障及整串故障时，给控制室报警，发送故障坐标。氢燃料巡检无人机10检测到大面积污迹时，发送坐标给氢燃料清洗无人机11，氢燃料清洗无人机11前往清洗。氢燃料巡检无人机10进行24小时不间断巡检，氢燃料清洗无人机11主要依据光伏的发电效率在晚上工作，白天待机，接受氢燃料巡检无人机10信号后工作。
15MW的电站由100000块0.8m*1.6m的光伏面板集成。配备1MW的电解装置3，氢气产量为17.8kg/h，氧气产量为142.4kg/h，设置500kg的加氢站8，汇流装置2汇流1MW光伏板发电量去电解装置3。配备12KW的氢燃料巡检无人机10，氢燃料巡检无人机10进行24小时不间断工作，两台交替巡检，水箱承载20kg水，水箱体积50L，为氢气发电产水留体积余量，安装5kg氢气70MPa的气瓶，在检测到污迹时即时增压水箱里的水，清洗污渍，检测到障碍时及时报警并发送坐标；配备24KW的氢燃料清洗无人机11，水箱承载100kg水，水箱体积110L，为氢气发电产水留体积余量，安装5kg氢气70MPa的瓶。氢燃料清洗无人机11于夜间对装置进行清洗，白天待机，在接收氢燃料巡检无人机10的除污信号后工作。氢燃料电池巡检无人机10每7小时左右充氢气一次，氢燃料清洗无人机11每3.5小时左右充氢气一次。氢燃料电池巡检无人机及氢燃料清洗无人机相互配合运维光伏电站。
以上所述，仅为本发明实施方式中的部分，本发明中虽然使用了部分术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了方便的描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的内容，以便于更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。

Claims (8)

1.一种氢燃料无人机运维的调峰光伏电站的工作方法，其特征在于，包括太阳能电池组(1)、汇流装置(2)、电解装置(3)、氢气提纯装置(5)、氢气压缩装置(7)、加氢站(8)、调峰燃料电池组(9)和氢燃料无人机；
太阳能电池组(1)与汇流装置(2)连接，汇流装置(2)分别与电解装置(3)和逆变器连接，电解装置(3)的氢气出口与氢气提纯装置(5)连接，氢气提纯装置(5)与氢气压缩装置(7)连接，氢气压缩装置(7)与加氢站(8)连接，加氢站(8)与调峰燃料电池组(9)连接，同时还能为氢燃料无人机加氢；氢燃料无人机上设有清洗系统；调峰燃料电池组(9)的水出口连接有供水储罐，供水储罐能够为氢燃料无人机的清洗系统加水；
光伏电站接收电网的信号，用电低谷时太阳能电池组(1)产生的电能经汇流装置(2)进入电解装置(3)，产生的氢气经氢气提纯装置(5)提纯后进入氢气压缩装置(7)压缩液化并存储在加氢站(8)内；当加氢站(8)储量达到预设储量后，电解装置(3)关闭，太阳能电池组(1)产生的电能经汇流装置(2)去逆变器；
用电高峰时电解装置(3)关闭，太阳能电池组(1)产生的电能经汇流装置(2)去逆变器，同时调峰燃料电池组(9)开启，加氢站(8)为调峰燃料电池组(9)提供氢气，调峰燃料电池组(9)产生的电能进入电网进行调峰；
氢燃料无人机进行光伏电站的日常运维，加氢站(8)为氢燃料无人机提供氢气，氢燃料无人机产生的水进行太阳能电池组(1)的清洗；
氢燃料无人机包括氢燃料巡检无人机(10)和氢燃料清洗无人机(11)；氢燃料巡检无人机(10)达到巡检水量报警值时返航加水，氢燃料清洗无人机(11)达到清洗水量报警值时返航加水，巡检水量报警值＜清洗水量报警值；氢燃料巡检无人机(10)负责检测电池组故障、污迹及遮挡，以及清洗常规污迹及遮挡，在检测范围超过常规清洗范围时反馈信息给氢燃料清洗无人机(11)，氢燃料清洗无人机(11)负责清洗顽固及大面积污迹及遮挡。
2.根据权利要求1所述的氢燃料无人机运维的调峰光伏电站的工作方法，其特征在于，电解装置(3)的氧气出口连接有氧气提纯装置(4)，氧气提纯装置(4)连接有氧气压缩液化装置(6)，氧气压缩液化装置(6)连接有氧气储罐。
3.根据权利要求1所述的氢燃料无人机运维的调峰光伏电站的工作方法，其特征在于，加氢站(8)包括氢气储罐和调压设备，氢气储罐与调压设备连接，调压设备上设有若干扩展加氢接头。
4.根据权利要求1所述的氢燃料无人机运维的调峰光伏电站的工作方法，其特征在于，氢燃料无人机包括氢气储存装置、燃料电池动力系统、水箱、加压系统、清洗喷头、检测系统和通信模块；氢气储存装置上设有加氢接口，加氢接口能够与加氢站(8)的加氢接头连接，氢气储存装置与燃料电池动力系统连接，燃料电池动力系统的出水口与水箱连接，水箱通过加压系统与清洗喷头连接，水箱能够连接至供水储罐；检测系统与通信模块连接，通信模块与无人机控制系统通信互联。
5.根据权利要求4所述的氢燃料无人机运维的调峰光伏电站的工作方法，其特征在于，检测系统包括红外热成像传感器、可见成像传感器、数据模块和处理器；红外热成像传感器、可见成像传感器和数据模块分别与处理器连接，处理器与通信模块连接。
6.根据权利要求4所述的氢燃料无人机运维的调峰光伏电站的工作方法，其特征在于，清洗喷头包括定点射流喷头和扇形喷头。
7.根据权利要求4所述的氢燃料无人机运维的调峰光伏电站的工作方法，其特征在于，氢燃料无人机还包括定位装置，定位装置与通信模块连接。
8.根据权利要求4所述的氢燃料无人机运维的调峰光伏电站的工作方法，其特征在于，通信模块为WIFI通讯模块或Zigbee通讯模块。
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