CN116883406A - 一种基于清扫机器人的光伏电站热斑检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于清扫机器人的光伏电站热斑检测装置及方法，涉及清扫机器人领域，包括：清扫机器人以及设置在所述清扫机器人的顶面上的阵列图像传感器、数据传输模块和控制模块；本发明通过控制模块获取阵列图像传感器上传的信息包，并对信息包中的检测图像进行数据分析，得到数据分析结果，并当数据分析结果表示检测图像存在热斑时，确定热斑在检测图像上的位置以及热斑所在的检测图像对应的外部光伏太阳能板的编号；然后通过数据传输模块将检测图像、热斑在检测图像上的位置和热斑所在的检测图像对应的外部光伏太阳能板的编号传输到云平台，提高了光伏热斑检测的效率和精细度，降低了检测成本。

Description

一种基于清扫机器人的光伏电站热斑检测装置及方法

技术领域

本发明涉及清扫机器人领域，特别是涉及一种基于清扫机器人的光伏电站热斑检测装置及方法。

背景技术

随着科技日新月异的发展，光伏发电技术均得到了广泛的应用，光伏组件的核心组成部分是太阳能电池，一般来说，每个组件所用太阳电池的特性基本一致，否则就容易产生热斑效应。热斑效应可导致电池局部烧毁形成暗斑、焊点熔化、封装材料老化等永久性损坏，是影响光伏组件输出功率和使用寿命的重要因素。

当前的热斑识别一般有两种方法，一种为物理法，即通过监控相关元器件的电器和电路特性来预测是否有热斑；另一种为机器学习法，即利用摄像头识别相关的图像，并结合图像识别算法来判断热斑。

当前的热斑监测的方法多为人工检测、或者在无人机上搭载热成像仪。红外热成像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反应到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，热像图与物体表面的热分布场相对应。检测方法为在一定辐照度下，用热成像仪对运行中的光伏组件进行热斑检测，检测前保证光伏组件表面无脏污及异物遮挡，同时还要注意勿使身体及检测仪器遮挡光伏组件，检测仪器距离光伏组件不能太近，避免热红外捕捉到组件发射的太阳光点而造成误判段，而无人机搭载和人工检测都需要人工参与，增加了运维成本，并且有些区域并不适合无人机飞行。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于清扫机器人的光伏电站热斑检测装置及方法，可通过阵列图像传感器拍摄检测图像，确定检测图像对应的外部光伏太阳能板的编号，进而通过控制模块确定热斑位置以及热斑对应的外部光伏太阳能板的编号，并通过数据传输模块上传。本发明可提高光伏热斑检测的效率和精细度，降低检测成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

第一方面，本发明提供了一种基于清扫机器人的光伏电站热斑检测装置，包括：清扫机器人以及设置在所述清扫机器人的顶面上的阵列图像传感器、数据传输模块和控制模块；

所述清扫机器人用于安装在外部光伏太阳能板上，且工作时记录行程数据；

所述阵列图像传感器用于拍摄外部光伏太阳能板以获取外部光伏太阳能板的检测图像，并基于所述清扫机器人上传的行程数据确定检测图像对应的外部光伏太阳能板的编号；

所述控制模块，用于：

获取所述阵列图像传感器上传的信息包；所述信息包包括检测图像以及对应的外部光伏太阳能板的编号；

对检测图像进行数据分析，得到数据分析结果，并当所述数据分析结果表示检测图像存在热斑时，确定热斑在检测图像上的位置以及热斑所在的检测图像对应的外部光伏太阳能板的编号；

所述数据传输模块用于将检测图像、热斑在检测图像上的位置和热斑所在的检测图像对应的外部光伏太阳能板的编号传输到云平台。

可选的，在基于所述清扫机器人上传的行程数据确定检测图像对应的外部光伏太阳能板的编号方面，所述阵列图像传感器，用于：

根据公式确定阵列图像传感器对应的外部光伏太阳能板的编号；

其中，x_i为阵列图像传感器所在第i块光伏太阳能板的编号，s为清扫机器人轮子的周长，n为清扫机器人轮子所转的圈数，W为单个外部光伏太阳能板的长度；

将阵列图像传感器对应的外部光伏太阳能板的编号，确定为阵列图像传感器拍摄外部光伏太阳能板时检测图像所对应的外部光伏太阳能板的编号。

可选的，在对检测图像进行数据分析，得到数据分析结果方面，所述控制模块，用于：

基于热斑识别算法对检测图像进行热斑识别，得到数据分析结果。

可选的，所述装置还包括：机器人自供电太阳能板；

所述机器人自供电太阳能板分别与所述清扫机器人、所述阵列图像传感器、所述数据传输模块和所述控制模块电连接。

可选的，所述阵列图像传感器包括多个红外传感器。

可选的，所述阵列图像传感器包括多个红外传感器和多个激光传感器，且所述红外传感器和所述激光传感器间隔设置。

可选的，所述阵列图像传感器与所述清扫机器人的顶面的夹角的范围为45°至90°。

第二方面，本发明提供了一种基于清扫机器人的光伏电站热斑检测方法，所述光伏电站热斑检测方法应用于第一方面所述的基于清扫机器人的光伏电站热斑检测装置，所述光伏电站热斑检测方法包括：

将清扫机器人安装在外部光伏太阳能板上并启动清扫机器人，同时记录清扫机器人的行程数据；

阵列图像传感器拍摄外部光伏太阳能板以获取外部光伏太阳能板的检测图像，同时基于所述清扫机器人上传的行程数据确定检测图像对应的外部光伏太阳能板的编号；

控制模块获取所述阵列图像传感器上传的信息包；所述信息包包括检测图像以及对应的外部光伏太阳能板的编号；

控制模块对检测图像进行数据分析，得到数据分析结果，并当所述数据分析结果表示检测图像存在热斑时，确定热斑在检测图像上的位置以及热斑所在的检测图像对应的外部光伏太阳能板的编号；

数据传输模块将检测图像、热斑在检测图像上的位置和热斑所在的检测图像对应的外部光伏太阳能板的编号传输到云平台。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明通过控制模块获取阵列图像传感器上传的信息包，对检测图像进行数据分析，得到数据分析结果，并当数据分析结果表示检测图像存在热斑时，确定热斑在检测图像上的位置以及热斑所在的检测图像对应的外部光伏太阳能板的编号；并通过数据传输模块将检测图像、热斑在检测图像上的位置和热斑所在的检测图像对应的外部光伏太阳能板的编号传输到云平台，提高了光伏热斑检测的效率和精细度，降低了检测成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于清扫机器人的光伏电站热斑检测装置的主体结构图；

图2为本发明实施例提供的基于清扫机器人的光伏电站热斑检测装置和外部光伏太阳能板的俯视图；

图3为本发明实施例提供的阵列图像传感器夹角示意图；

图4为本发明实施例提供的清扫机器人和热斑检测装置夹角示意图；

图5为本发明实施例提供的阵列图像传感器辐射范围示意图；

图6为本发明实施例提供的控制电路连接图；

图7为本发明实施例提供的热斑检测装置的工作控制逻辑图。

符号说明：

清扫机器人-1，阵列图像传感器-2，控制模块-3，数据传输模块-4，行走滚轮-5，机器人自供电太阳能板-6，外部光伏太阳能板-7，导线管-8，单个图像传感器的辐射范围-A。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于清扫机器人的光伏电站热斑检测装置和方法，通过数据传输模块将检测图像、热斑在检测图像上的位置和热斑所在的检测图像对应的外部光伏太阳能板的编号传输到云平台，提高了光伏热斑检测的效率和精细度，降低了检测成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图1-图3所示，本实施例提供的一种基于清扫机器人1的光伏电站热斑检测装置，包括：清扫机器人1以及设置在清扫机器人1的顶面上的阵列图像传感器2、数据传输模块4和控制模块3；其中，阵列图像传感器2通过支架安装固定。如图4所示，阵列图像传感器2安装到清扫机器人1时，需要与清扫机器人1保证一定角度的倾斜，即阵列图像传感器2与清扫机器人1的顶面需要保持一定的夹角β，并在高度上高于清扫机器人1，其中，角度β应在45°与90°之间。阵列图像传感器2可以加轴承，使得角度可以控制，当遇到大风的时候，控制模块3可以控制角度β为0，将阵列传感器组件折叠起来。

清扫机器人1用于安装在外部光伏太阳能板7上，且工作时记录行程数据。在本实施例中，清扫机器人1由供电组件、滑杆、清洁排刷、传动件组成，传动件包括行走滚轮5和转盘，清扫机器人1主要作用为：带动阵列图像传感器2检测热斑，同时沿着外部光伏太阳能板7行走并进行清扫。优选地，清扫机器人1为干挂式全自动清扫机器人，具有自供电、智能控制、无人值守、无水清洁、运行频次自由设定、可夜间工作等功能，清扫机器人1可进行定期自动清扫，无需人工值守，彻底清除组件表面的灰尘及污垢，以提升外部光伏太阳能板7的发电效率，此外，清扫机器人1还可以为履带式清扫机器人。

阵列图像传感器2用于拍摄外部光伏太阳能板7以获取外部光伏太阳能板7的检测图像，并基于清扫机器人1上传的行程数据确定检测图像对应的外部光伏太阳能板7的编号；阵列图像传感器2通过导线管8与控制模块电连接。阵列图像传感器2中的单个图像传感器的辐射范围为图2中的A。

控制模块3，用于：

获取阵列图像传感器2上传的信息包；信息包包括检测图像以及对应的外部光伏太阳能板7的编号。

对检测图像进行数据分析，得到数据分析结果，并当数据分析结果表示检测图像存在热斑时，确定热斑在检测图像上的位置以及热斑所在的检测图像对应的外部光伏太阳能板7的编号。

数据传输模块4用于将检测图像、热斑在检测图像上的位置和热斑所在的检测图像对应的外部光伏太阳能板7的编号传输到云平台。

在本实施例中，数据传输模块4的传输模式为第四代移动通信技术（4G）或者第五代移动通信技术（5G）传输。

作为一种可选的实施方式，装置还包括：机器人自供电太阳能板6；机器人自供电太阳能板6分别与清扫机器人1、阵列图像传感器2、数据传输模块4和控制模块3电连接。

作为一种可选的实施方式，在基于清扫机器人1上传的行程数据确定检测图像对应的外部光伏太阳能板7的编号方面，阵列图像传感器2，用于：

根据公式确定阵列图像传感器2对应的外部光伏太阳能板7的编号；其中，x_i为阵列图像传感器2所在第i块光伏太阳能板，s为清扫机器人1行走滚轮5的周长，n为清扫机器人1行走滚轮5所转的圈数，W为单个外部光伏太阳能板7的长度。

将阵列图像传感器2对应的外部光伏太阳能板7的编号，确定为阵列图像传感器2拍摄外部光伏太阳能板7时检测图像所对应的外部光伏太阳能板7的编号。

阵列图像传感器2还可以通过卫星进行定位，确定检测所对应的外部光伏太阳能板7的位置。

作为一种可选的实施方式，在对检测图像进行数据分析，得到数据分析结果方面，控制模块3，用于：

基于热斑识别算法对检测图像进行热斑识别，得到数据分析结果。具体当热斑发生时，光伏电池因损坏不能发电，其转换为电能的能量转换为热能，通过公式计算得到热斑温度，热斑温度的计算公式为：

。

其中，T热斑为热斑温度，α为有效的太阳光吸收率，η为光伏太阳能板的实际发电效率，T正常为正常情况下的光伏太阳能板的温度，L为热斑区域的光照强度，为其他区域的光照强度。

当T热斑-T正常＞6.5℃时，即为热斑。

一般情况下，光伏组件在正常工作时的温度为30℃时，局部温度高于周边温度6.5℃，但并不绝对，热斑检测会受到辐照度、组件输出功率、环境温度及组件工作温度、热斑形成原因等因素的影响，判断热斑在热成像图像上的数据分析为准。

作为一种可选的实施方式，如图5所示，阵列图像传感器2包括多个红外传感器。阵列图像传感器2编号器为s1,s2,s3…s11，阵列图像传感器2的成像长度为L，阵列图像传感器2的成像长度为d，L*d为阵列图像传感器2成像区域，L1*d1为编号为s1的红外传感器的第一次成像区域，L1*d2编号为s1的红外传感器的第二次成像区域，L1*d2编号为s1的红外传感器的第三次成像区域。以此类推，s1,s2…s11在外部光伏太阳能板7上的全部成像区域。

由于热斑的温度与周边温度不同，因此，通常s1,s2…s11为红外图像传感器；但是考虑到清扫时产生大量的灰尘，可以选择激光传感器进行补充检测。

作为另一种可选的实施方式，阵列图像传感器2包括多个红外传感器和多个激光传感器，且红外传感器和激光传感器间隔设置。即：s1为红外传感器，s2为激光传感器，s3为红外传感器……以此类推。

具体采用何种排列方式，可根据实际情况如成本需求进行选择。

实施例2

本发明实施例还提供了一种基于清扫机器人1的光伏电站热斑检测方法，光伏电站热斑检测方法应用于实施例一所述的基于清扫机器人1的光伏电站热斑检测装置，光伏电站热斑检测方法包括：

将清扫机器人1安装在外部光伏太阳能板7上并启动清扫机器人1，同时记录清扫机器人1的行程数据。

阵列图像传感器2拍摄外部光伏太阳能板7以获取外部光伏太阳能板7的检测图像，同时基于清扫机器人1上传的行程数据确定检测图像对应的外部光伏太阳能板7的编号。

控制模块3获取阵列图像传感器2上传的信息包；信息包包括检测图像以及对应的外部光伏太阳能板7的编号。

控制模块3对检测图像进行数据分析，得到数据分析结果，并当数据分析结果表示检测图像存在热斑时，确定热斑在检测图像上的位置以及热斑所在的检测图像对应的外部光伏太阳能板7的编号。

数据传输模块4将检测图像、热斑在检测图像上的位置和热斑所在的检测图像对应的外部光伏太阳能板7的编号传输到云平台。

可选的，如图6所示，热斑检测装置还包括环境传感器和微处理器MCU，阵列图像传感器2和环境传感器获得的参数进入微处理器MCU，进行图像处理，并根据定位信息获得故障点的位置信息；本发明在进行热斑识别的同时，还可对外部光伏太阳能板7进行清扫，下面将清扫作为第一功能，将热斑检测作为第二功能。控制模块3可与清扫机器人1共用同一控制模块3，通过控制模块3控制第一功能和第二功能的启动时间；环境传感器是用来测量清扫机器人1周边环境的湿度，当湿度较大的时候，则不适用于启动第一功能和第二功能；单独启动第二功能时，可增加机器的移动速度，快速完成热斑检测，减少对外部光伏太阳能板7的遮盖时长。

如图7所示，本发明实施例还提供了热斑检测装置的工作模式如下：

机器上电后，环境传感器先根据环境湿度判断是否下雨，如果下雨则结束运行，如果未下雨，则进入模式选择，此处可分为模式一和模式二。

模式一是设定一个固定的时间单独启动机器的第二功能；此时可通过清扫机器人1内的执行器来加快电机转速从而加快机器移动速度，并可选择在外部光伏太阳能板7不发电的场景下进行清扫。

模式二是设定一个固定的时间同时启动设备的第一功能和第二功能，此时不启动清扫机器人1内的执行器来加快机器移动速度。模式二一般是在春末、夏季、秋初的上午11点-下午4点之间的时间进行，由于区域原因而导致辐照度、环境温度等的不同，热斑检测的最佳时间段也会有响应的不同。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于清扫机器人的光伏电站热斑检测装置，其特征在于，所述装置包括：清扫机器人以及设置在所述清扫机器人的顶面上的阵列图像传感器、数据传输模块和控制模块；

所述清扫机器人用于安装在外部光伏太阳能板上，且工作时记录行程数据；

所述阵列图像传感器用于拍摄外部光伏太阳能板以获取外部光伏太阳能板的检测图像，并基于所述清扫机器人上传的行程数据确定检测图像对应的外部光伏太阳能板的编号；

所述控制模块，用于：

获取所述阵列图像传感器上传的信息包；所述信息包包括检测图像以及对应的外部光伏太阳能板的编号；

对检测图像进行数据分析，得到数据分析结果，并当所述数据分析结果表示检测图像存在热斑时，确定热斑在检测图像上的位置以及热斑所在的检测图像对应的外部光伏太阳能板的编号；

所述数据传输模块用于将检测图像、热斑在检测图像上的位置和热斑所在的检测图像对应的外部光伏太阳能板的编号传输到云平台。

2.根据权利要求1所述的一种基于清扫机器人的光伏电站热斑检测装置，其特征在于，在基于所述清扫机器人上传的行程数据确定检测图像对应的外部光伏太阳能板的编号方面，所述阵列图像传感器，用于：

根据公式确定阵列图像传感器对应的外部光伏太阳能板的编号；

其中，x_i为阵列图像传感器所在第i块光伏太阳能板的编号，s为清扫机器人轮子的周长，n为清扫机器人轮子所转的圈数，W为单个外部光伏太阳能板的长度；

将阵列图像传感器对应的外部光伏太阳能板的编号，确定为阵列图像传感器拍摄外部光伏太阳能板时检测图像所对应的外部光伏太阳能板的编号。

3.根据权利要求1所述的一种基于清扫机器人的光伏电站热斑检测装置，其特征在于，在对检测图像进行数据分析，得到数据分析结果方面，所述控制模块，用于：

基于热斑识别算法对检测图像进行热斑识别，得到数据分析结果。

4.根据权利要求1所述的一种基于清扫机器人的光伏电站热斑检测装置，其特征在于，所述装置还包括：机器人自供电太阳能板；

所述机器人自供电太阳能板分别与所述清扫机器人、所述阵列图像传感器、所述数据传输模块和所述控制模块电连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于清扫机器人的光伏电站热斑检测装置，其特征在于，所述阵列图像传感器包括多个红外传感器。

6.根据权利要求1所述的一种基于清扫机器人的光伏电站热斑检测装置，其特征在于，所述阵列图像传感器包括多个红外传感器和多个激光传感器，且所述红外传感器和所述激光传感器间隔设置。

7.根据权利要求1所述的一种基于清扫机器人的光伏电站热斑检测装置，其特征在于，所述阵列图像传感器与所述清扫机器人的顶面的夹角的范围为45°至90°。

8.一种基于清扫机器人的光伏电站热斑检测方法，其特征在于，所述光伏电站热斑检测方法应用于权利要求1-7任一项所述的基于清扫机器人的光伏电站热斑检测装置，所述光伏电站热斑检测方法包括：

将清扫机器人安装在外部光伏太阳能板上并启动清扫机器人，同时记录清扫机器人的行程数据；

阵列图像传感器拍摄外部光伏太阳能板以获取外部光伏太阳能板的检测图像，同时基于所述清扫机器人上传的行程数据确定检测图像对应的外部光伏太阳能板的编号；

控制模块获取所述阵列图像传感器上传的信息包；所述信息包包括检测图像以及对应的外部光伏太阳能板的编号；

控制模块对检测图像进行数据分析，得到数据分析结果，并当所述数据分析结果表示检测图像存在热斑时，确定热斑在检测图像上的位置以及热斑所在的检测图像对应的外部光伏太阳能板的编号；

数据传输模块将检测图像、热斑在检测图像上的位置和热斑所在的检测图像对应的外部光伏太阳能板的编号传输到云平台。