CN110190812A - 面向绿色资产评估的高空光伏阵列缺陷检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种面向绿色资产评估的高空光伏阵列缺陷检测方法，包含以下步骤：红外成像系统安装、智能轨道机器人安装、被测样品串电流加载与微弱红外光激发、红外数字图像自动获取与识别等。本发明还提供一种面向绿色资产评估的高空光伏阵列缺陷检测系统，包含智能轨道机器人、红外成像系统、智能控制终端等。本发明为安装在水面、山地和屋顶的高空光伏阵列提供了快速、高效的缺陷检测方法和系统，弥补了现有技术无法开展的瓶颈，能提升检测效率和公正性。

Description

面向绿色资产评估的高空光伏阵列缺陷检测方法及系统

技术领域

本发明属于绿色资产评估和新能源光伏检测领域，涉及一种面向绿色资产评估的高空光伏阵列缺陷检测方法及系统。

背景技术

新能源光伏并网系统是资产密集型绿色资产，其核心发电部件——光伏组件占资产总价值的50%左右，光伏组件的安全、质量状况的检测和评估是该类绿色资产在交易并购期间技术和经济效益评估的重要环节。

光伏组件在生产、运输、安装和运行过程中，由于硅片材料本身的缺陷、辅助材料的不合格、以及热应力、机械应力、碰撞等外力作用，会产生多类隐性缺陷，不仅降低系统的发电能力和经济收益，而且存在火灾隐患，造成重大绿色资产损失。

目前，针对上述隐性缺陷的主流检测方法是基于半导体电致发光原理的红外检测技术，简称EL检测技术。中国发明专利CN106301211A提供了一种无线遥控式自动对焦光伏组件红外缺陷检测方法，将红外成像系统固定于三脚架上面，使用电脑中的软件通过无线网络控制便携式储能电源和成像系统，实现光伏组件红外缺陷在电站现场的检测。中国实用新型专利CN205754218U提供了一种便携式EL检测仪，包括可伸缩三脚架、滤光红外相机、控制盒、直流稳压移动电源和智能手持设备，实现光伏组件红外缺陷在电站现场的检测。

上述方法和仪器存在的瓶颈有：

（1）采用三脚架作为成像系统的载体，高度有限，不适用高空光伏阵列，如安装高度大于3米的水上光伏电站、山地光伏电站和屋顶光伏电站；

（2）每次只能检测一个光伏组件，检测效率较低，无法实现光伏组件现场全检；

（3）检测时频繁插拔光伏组件的通电接口，易造成接口接触不良，引发异常发热和火灾。

目前，应对高空光伏阵列的解决方案是将组件拆卸后，放在地面进行检测，拆装过程中会对组件造成二次损坏，使检测结果缺乏公正性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种面向绿色资产评估的高空光伏阵列缺陷检测方法及系统，可对高空光伏阵列开展快速、高效的红外缺陷检测；检测过程自动进行，无需拆卸光伏组件，对样品不造成二次损伤，保障检测过程公正；检测过程无需频繁插拔光伏组件通电接口，保障核心部件的安全与可靠。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种面向绿色资产评估的高空光伏阵列缺陷检测方法，其特征在于，它包括以下步骤：

S1、依据被测光伏阵列尺寸和安装方式，选择合适的智能轨道机器人，选择的原则：智能轨道机器人能够将光伏阵列上下边缘作为轨道，沿着阵列表面移动；且能够作为安装红外成像系统的载体和上位控制机构；

S2、将红外成像系统安装在所述智能轨道机器人上，将所述轨道机器人安装在光伏阵列上，保证所述红外成像系统位于被测光伏阵列正上方，且成像范围覆盖正下方一列光伏组件；

S3、依据被测光伏阵列的电学参数，选择电压、电流范围合适的直流电源，选择的原则：在夜晚光伏阵列停止工作时，可为被测光伏阵列的一个组串加载的最大直流电流值＞所述被测光伏组串短路电流值，短路电流可在所述被测光伏组串背面的铭牌上获得；

S4、断开光伏阵列直流汇流侧与并网侧的开关，选择一个光伏组串作为被测光伏组串，断开所述被测光伏组串与直流汇流侧的连接，使用所述直流电源为所述被测光伏组串加载直流电；

S5、启动检测流程：将所述智能轨道机器人移动到被测光伏组串边缘，所述智能轨道机器人控制所述红外成像系统启动缺陷检测，获得所述红外成像系统下方一列光伏组件的红外数字图像结果；检测成功后，轨道机器人自动移到下一列组件，继续检测，直到轨道机器人移动到被测组串末端。

S6、整个组串检测完成后，手动为下一串加电，并将所述智能轨道机器人移动到下一串被测组串；全部检测结束后，关闭电源，移除所有检测配件，将被测组串的连接复原。

优选地，上述方法涉及的硬件包括智能轨道机器人、红外成像系统、智能终端、被测光伏组串和直流电源。

优选地，所述步骤S1中选择的智能轨道机器人包括位置传感器、图像处理模块、移动模块、储能模块、无线传输模块和微型控制器；所述红外成像系统包括红外传感模块、微型控制器、无线传输模块、供电模块、自动对焦模块和存储模块。

按上述方法，其特征在于，所述红外成像系统，在被测样品被激发的微弱红外光谱范围内，量子效率＞50%

按上述方法，其特征在于，所述红外成像系统安装在所述智能轨道机器人上，所述智能轨道机器人安装在被测光伏组串上，所述直流电源的正极接到所述被测组串正极上，所述直流电源的负极连接到所述被测组串负极上，均通过直流电缆连接。

按上述方法，所述步骤S4，加载的直流电流值是所述被测光伏组串短路的电流的0.5~0.8倍，可在现场查询所述被测光伏组串背面的铭牌获得。

按上述方法，所述步骤S5具体为：

在所述智能轨道机器人1控制下，开启所述红外成像系统，检测所述红外成像系统正下方的一列组件；所述红外成像系统将数字红外图像结果通过无线信号传送至智能轨道机器人；所述智能轨道机器人对所述红外数字图像进行识别和优化，如果成像结果无效，则开启所述红外成像系统2重新获得红外数字图像结果；如果成像结果有效，所述智能轨道机器人自动移动到下一个样品，继续重复步骤S5。

按上述方法，所述步骤S5，其特征在于，同一个光伏组串的检测过程无需人工参与，检测完一个完整组串后，需要人工将直流电加载到下一串，并由人工使用所述智能终端将所述智能轨道机器人移动至下一串；检测全程可在智能终端上实时监控和回看，如遇异常情况，可切换成手动遥控模式。

一种面向绿色资产评估的高空光伏阵列缺陷检测系统，其特征在于，它包括智能轨道机器人、红外成像系统、智能终端、无线传输信号、无线传输信号、被测光伏组串、直流电源、直流电缆和直流电缆，其中，

红外成像系统安装在智能轨道机器人上，智能轨道机器人架设在被测光伏组串上方；智能终端通过无线传输信号与智能轨道机器人连接；智能轨道机器人通过无线传输信号与红外成像系统连接；直流电源通过直流电缆与被测组串的正、负极连接。

所述智能轨道机器人用于承载和控制所述红外成像系统；所述红外成像系统用于检测所述被测光伏组串，获得、存储及发送红外数字图像结果；所述智能终端用于：监控、查看检测结果，手动控制所述智能轨道机器人，手动控制所述红外成像系统；所述直流电源用于为所述被测光伏组串加载直流电；

按上述系统，所述智能轨道机器人包括位置传感器、图像处理模块、移动模块、储能模块、无线传输模块和微型控制器，其中，

所述位置传感器用于探测所述智能轨道机器人是否位于被测光伏组串的边缘；所述图像处理模块用于识别红外数字图像结果是否有效，并对有效的红外数字图像进行亮度优化和几何校正；所述移动模块用于控制所述智能轨道机器人的移动；所述储能模块为所述智能轨道机器人供电；无线模块用于与所述红外成像系统、所述智能终端通信；所述微型控制器负责控制智能轨道机器人的所有功能。

按上述系统，所述红外成像系统包括红外传感模块、微型控制器、无线传输模块、供电模块、自动对焦模块和存储模块，其中，

所述红外传感用于感知被测光伏组串发出的微弱红外信号；所述微型控制器用于控制所述红外成像系统的所有功能；所述无线传输模块用于与上端所述智能轨道机器人通信；所述供电模块用于为所述红外成像系统提供电能；所述自动对焦模块保证红外数字图像清晰度；所述存储模块用于将红外数字图像结果保存在本地。

按上述系统，所述智能终端包括无线传输模块、微型控制器、输入模块、显示模块、供电模块，其中，

所述无线传输模块用于与所述智能轨道机器人无线通信，通信内容包括红外数字图像和控制信号；所述微型控制器用于控制所述智能终端所有功能；所述输入模块用于输入所述智能轨道机器人和红外成像系统的控制信息；所述输入模块显示模块用于监测和查看红外数字图像结果；所述供电模块用于为所述智能终端供电。

按上述系统，其特征在于，所述红外成像系统安装在所述智能轨道机器人上，所述智能轨道机器人安装在被测光伏组串上，所述直流电源的正极通过直流电缆连接到所述被测组串正极上，所述直流电源的负极通过直流电缆连接到所述被测组串负极上。

按上述系统，所述智能轨道机器人，其特征在于：

能够依托光伏阵列为轨道，沿着阵列表面移动，并自动判定是否达到光伏这列边缘，防止掉落；能够作为所述红外成像系统的安装载体和上位控制器；检测过程中，智能判定红外数字图像检测结果是否有效，当检测结果无效时，自动控制所述红外成像系统重新检测；当检测结果有效时，自动对结果进行优化和校正，并移动下一个检测位；检测过程中，可随时切换到手动模式，由所述智能终端远程操控。

按上述系统，所述红外成像系统，在被测样品被激发的微弱红外光谱范围内，量子效率＞50%。

按上述系统，所述直流电源在夜晚光伏阵列停止工作时，可为被测光伏阵列的一个组串加载的最大直流电流值＞所述被测光伏组串短路电流值，短路电流可在所述被测光伏组串背面的铭牌上获得。

按上述系统，为防止无线信号的传输干扰，连接智能轨道机器人和红外成像系统的无线传输网络信号采用2.4GHz频率，有效传输距离≤10m；连接智能终端和智能轨道机器人的无线传输网络信号采用5.8GHz频率，有效传输距离≤3km。

本发明的有益效果在于：

（1）面向绿色资产评估，为安装在水面、山地和屋顶的高空光伏阵列提供了高效的缺陷检测方法和系统，弥补了现有技术的瓶颈，提高了检测效率。

（2）检测过程无需对组件进行拆卸，提高测试结果公正性；检测过程无需频繁插拔光伏组件通电接口，保障了核心部件的安全。

（3）本发明涉及的系统可与光伏阵列清扫清洗人融合，为以光伏系统为主要构成的绿色资产提供多功能智能化终端，具备较广的应用前景。

附图说明

图1为本发明涉及系统装置的示意图。

图2为本发明涉及系统的功能模块图。

图3为本发明所述实施例的智能轨道机器人外观图。

图4 为本发明所述实施例的红外数字成像结果图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于本实施例。

参见图1所示，一种面向绿色资产评估的高空光伏阵列缺陷检测系统。它包括智能轨道机器人1、红外成像系统2、智能终端3、无线传输信号4、无线传输信号5、被测光伏组串6、直流电源7、直流电缆8和直流电缆9，其中

红外成像系统2安装在智能轨道机器人1上，智能轨道机器人1架设在被测光伏组串6上方；智能终端3通过无线传输信号5与智能轨道机器人1连接；智能轨道机器人1通过无线传输信号4与红外成像系统2连接；直流电源7通过直流电缆8和直流电缆9与被测组串连接。

如图1所示，所述被测光伏组串6安装在高桩10上的，开路电压720V，短路电流9A，所述红外成像系统2安装在所述智能轨道机器人1上，使用Si基CCD，其感光波段范围覆盖1000~1100nm；所述智能轨道机器人安装在被测光伏组串6上，所述直流电源7的正极通过直流电缆8连接到所述被测组串正极上，所述直流电源7的负极通过直流电缆9连接到所述被测组串负极上，所述直流电源的电压范围0~1000V，电流范围0~10A。

如图3所示，所述智能轨道机器人3的机械结构包括：智能轨道机器人外壳301、太阳能电池充电板302、限位轮303、控制箱304、位置传感器支架305、悬挂装置306、防护罩307、隔热防晒板308、上端行走轮309、下端行走轮310、支撑板311。

所述无线信号4采用2.4GHz频率，有效传输距离≤10m；所述无线信号5采用5.8GHz频率，有效传输距离≤3 km。

一种面向绿色资产评估的高空光伏阵列缺陷检测方法，包括以下步骤：

S1、依据被测光伏阵列尺寸和安装方式，选择合适的智能轨道机器人，智能轨道机器人选择的原则：能够依托光伏阵列为轨道，沿着阵列表面移动；能够作为安装红外成像系统的载体和上位控制机构。

S2、将红外成像系统安装在所述智能轨道机器人上，将所述轨道机器人安装在光伏阵列上，保证所述红外成像系统位于被测光伏阵列正上方，且成像范围覆盖正下方一列光伏组件；

S3、依据被测光伏阵列的电学参数，选择电压、电流范围合适的直流电源，选择的原则：在夜晚光伏阵列停止工作时，可为被测光伏阵列的一个组串加载5~10A的直流电流；

S4、断开光伏阵列直流汇流侧与并网侧的开关，选择一个光伏组串作为被测光伏组串，断开所述被测光伏组串与直流汇流侧的连接，使用所述直流电源为所述被测光伏组串加载直流电流；

S5、启动检测流程：将所述智能轨道机器人移动到被测光伏组串边缘，所述智能轨道机器人控制所述红外成像系统启动缺陷检测，获得所述红外成像系统下方一列光伏组件的红外数字图像结果；检测成功后，轨道机器人自动移到下一列组件，继续检测，直到轨道机器人移动到被测组串末端；

S6、整个组串检测完成后，手动为下一串加电；全部检测结束后，关闭电源，移除所有检测配件，将被测组串的连接复原。

基于上述方案和系统结构，构建了一种面向绿色资产评估的高空光伏阵列缺陷检测系统，其外观见附图3，红外数字图像结果见附图4。

通过采用本发明的方法和系统，为安装在水命、山地和屋顶等场景的高空光伏阵列提供了高效的缺陷检测方法和系统，弥补了现有技术的瓶颈，提高了检测效率；检测过程无需对组件进行拆卸，提高测试结果公正性；检测过程无需频繁插拔光伏组件通电接口，保障了核心部件的安全；本发明涉及的系统可与光伏阵列清扫清洗人融合，为以光伏系统为主要构成的绿色资产提供多功能智能化终端，具备较广的应用前景。

本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

Claims (9)

1.一种面向绿色资产评估的高空光伏阵列缺陷检测方法，其特征在于，它包括以下步骤：

S1、依据被测光伏阵列尺寸和安装方式，选择合适的智能轨道机器人，选择的原则：智能轨道机器人能够将光伏阵列上下边缘作为轨道，沿着阵列表面移动；且能够作为安装红外成像系统的载体和上位控制机构；

S2、将红外成像系统安装在所述智能轨道机器人上，将所述轨道机器人安装在光伏阵列上，保证所述红外成像系统位于被测光伏阵列正上方，且成像范围覆盖正下方一列光伏组件；

S3、依据被测光伏阵列的电学参数，选择电压、电流范围合适的直流电源，选择的原则：在夜晚光伏阵列停止工作时，可为被测光伏阵列的一个组串加载的最大直流电流值＞所述被测光伏组串短路电流值，短路电流可在所述被测光伏组串背面的铭牌上获得；

S4、断开光伏阵列直流汇流侧与并网侧的开关，选择一个光伏组串作为被测光伏组串，断开所述被测光伏组串与直流汇流侧的连接，使用所述直流电源为所述被测光伏组串加载直流电；

S5、启动检测流程：将所述智能轨道机器人移动到被测光伏组串边缘，所述智能轨道机器人控制所述红外成像系统启动缺陷检测，获得所述红外成像系统下方一列光伏组件的红外数字图像结果；检测成功后，轨道机器人自动移到下一列组件，继续检测，直到轨道机器人移动到被测组串末端；

S6、整个组串检测完成后，手动为下一串加电，并将所述智能轨道机器人移动到下一串被测组串；全部检测结束后，关闭电源，移除所有检测配件，将被测组串的连接复原。

2.根据权利要求书1要求的一种面向绿色资产评估的高空光伏阵列缺陷检测方法，其特征在于，所述红外成像系统，在被测样品被激发的微弱红外光谱范围内，量子效率＞50%。

3.根据权利要求书1要求的面向绿色资产评估的高空光伏阵列缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤S4的加电方式为：所述直流电源的正极接所述被测光伏组串的正极，所述直流电源的负极接所述被测光伏组串的负极，均使用直流电缆连接。

4.根据权利要求书1要求的面向绿色资产评估的高空光伏阵列缺陷检测方法，所述步骤S4，其特征在于，加载的直流电流值是所述被测光伏组串短路电流的0.5~0.8倍，短路电流可在所述被测光伏组串背面的铭牌上获得。

5.一种面向绿色资产评估的高空光伏阵列缺陷检测系统，其特征在于，它包括智能轨道机器人、红外成像系统、智能终端、无线传输信号、无线传输信、被测光伏组串、直流电源、直流电缆和直流电缆；其中，

红外成像系统安装在智能轨道机器人上，智能轨道机器人架设在被测光伏组串上方；智能终端通过无线传输信号与智能轨道机器人连接；智能轨道机器人通过无线传输信号与红外成像系统连接；直流电源通过直流电缆与被测组串的正、负极连接。

6.根据权利要求书5要求的面向绿色资产评估的高空光伏阵列缺陷检测系统，其特征在于，所述智能轨道机器人能够依托光伏阵列为轨道，沿着阵列表面移动，并自动判定是否达到光伏这列边缘，防止掉落；能够作为所述红外成像系统的安装载体和上位控制机构；检测过程中，智能判定红外数字图像检测结果是否有效，当检测结果无效时，自动控制所述红外成像系统重新检测；当检测结果有效时，自动对结果进行优化和校正，并移动下一个检测位；检测过程中，可随时切换到手动模式，由所述智能终端远程操控。

7.根据权利要求书5要求的面向绿色资产评估的高空光伏阵列缺陷检测系统，其特征在于，所述红外成像系统，在被测样品被激发的微弱红外光谱范围内，量子效率＞50%。

8.根据权利要求书5要求的面向绿色资产评估的高空光伏阵列缺陷检测系统，其特征在于，所述直流电源在夜晚光伏阵列停止工作时，可为被测光伏阵列的一个组串加载的最大直流电流值＞所述被测光伏组串短路电流值，短路电流可在所述被测光伏组串背面的铭牌上获得。

9.根据权利要求书5要求的面向绿色资产评估的高空光伏阵列缺陷检测系统，其特征在于，为防止无线信号的传输干扰，连接智能轨道机器人和红外成像系统的无线传输网络信号采用2.4GHz频率，有效传输距离≤10m；连接智能终端和智能轨道机器人的无线传输网络信号采用5.8GHz频率，有效传输距离≤3km。