北京科诺伟业科技股份有限公司 ■ 王哲杨静 王胜利 付勋波 许兰刚

轨道式光伏方阵红外、视频在线监测探讨

北京科诺伟业科技股份有限公司 ■ 王哲*杨静 王胜利 付勋波 许兰刚

探讨一种轨道式光伏方阵红外、视频在线监测装置，该装置由移动平台控制器红外成像仪、视频摄像机、无线数传模块、位置感应模块、电机驱动器、直流电机组成。利用光伏组件支架安装钢缆式轨道，该钢缆同时兼顾轨道式光伏方阵红外和视频在线监测装置的系统供电电源，并通过滚动轮与DC/DC稳压电源模块摩擦连接为系统供电。采用轨道钢缆上的位置传感器精确定位，将红外成像及视频信息无线传送到电站监控中心，实现轨道式光伏方阵红外和视频在线监测，达到故障快速发现及排除的目的。

光伏阵列；轨道；红外；视频；定位

0　引言

目前光伏电站建设飞速发展，其规模越来越大，而光伏电站发生故障的几率也在同步增加，包括电缆接触不良、局部放电、组件热斑、汇流箱连接件发热等隐形故障，很难被及时发现和定位，并且故障持续时间越长，光伏发电损失越大，同时面临火灾发生的危险，若不及时处理将导致不堪设想的后果。目前国内外很多电站都有电站数据监控系统，但由于监控点分布数量及测试精度的限制，很难对光伏方阵系统每个点进行精细化检测及定位(光伏方阵系统包含除储能、功率转换设备和负载之外的所有部分)，只能依据后台监控数据分析对设备故障告警，或利用手持式红外成像仪不定时地检测发现问题。然而大型电站劳动强度大，采用人工检查不能做到每天相对实时的精细化巡检。目前有人提出利用无人机监测光伏组件故障，但实际操作上还存在着一定问题。

本文提出一种轨道式红外成像、视频监测移动平台(如图1所示)，利用大型电站组件安放结构相同的特点，组件支架固定安装钢缆轨道，使红外成像、视频监测移动平台在上移动，不但对组件前后板、连接电缆进行红外成像、视频自动循环移动监测，而且对故障能够快速定位，并通过无线传输图像及数据，终端进行分析故障告警及未来趋势的预警评估。为提高分析精准度，在终端采用同一组件的前面与背板的数据进行对比分析验证；对于电池片隐裂等可视故障，可通过远程视频遥控进一步分析；实现故障隐患早发现并及时处理，避免电量损失及火灾发生。

图1　轨道式红外成像、视频监测移动平台

1　工作原理

光伏组件多发生背板粘附失效、接线盒破损、支架断裂、EVA材料褪色、电池片破碎、玻璃板损坏、热斑、旁路二极管故障、连接器内微电弧、电气连接电缆接触不良等故障。故障特征分为局部过热和可视图像特征改变(颜色、结构、外观等)。局部过热特征通过红外成像仪实时监测光伏组件性能特征的二维分布及所捕捉到电气红外特征图，并结合电器参数分析判断；而可视图像特征改变，利用视频摄像、识别图像软件的对比分析技术、自学习方法将原始图像典型特征记忆功能与实时视频对比分析鉴别。

依据上述特征及光伏电站每排组串/阵列相互平行安装的特点，在光伏组串/阵列的支架后面，通过绝缘材料固定安装两根平行钢缆作为轨道钢缆，将所有光伏组串/阵列的支架串接一起，在轨道上等间距安装磁性感应器。两根轨道钢缆一方面作为红外成像在线监测装置的移动轨道，另一方面兼作对红外成像在线监测装置供电的导体，详见图2。

图2　轨道式光伏方阵红外、视频在线监测模块连接关系图

红外成像在线监测装置分别由移动平台、控制器、红外成像仪、视频摄像机、位置感应模块、无线数传模块、直流电机及直流电机驱动器组成，置于密封防尘透明罩中，详见图3。

图3　轨道式光伏方阵红外、视频在线监测系统组成

监控终端在有光照时，通过无线数传模块向移动平台控制器对电机控制模块发送命令，控制直流电机驱动金属滚轮使移动平台沿轨道钢缆往复移动，红外成像仪监测每块光伏组件、电缆及汇流箱的发热情况，一旦发现高热点，该红外成像在线监测装置将停止移动，并通过位置感应模块和位置磁感应器精确定位，定位精确到每块光伏组件，电缆定位到两传感器位置之间。红外成像仪聚焦高温点，视频摄像头对该高温点处进行视频监测，同时定位；红外成像及视频图像数据通过无线数传模块上传到监控终端，监控终端报警提示，现场技术人员或互联网上终端专家通过红外高温点或视频图像进行成因数据分析。当移动平台利用光伏方阵之间架设的导轨移动到光伏阵列终点时，如图4所示，红外成像仪、视频摄像机旋转轴自动翻转，对光伏组串/阵列的另一面进行监测。

图4　阵列之间轨道连接关系示意图

由于光伏组串/阵列的组件安装分为正面(即接受阳光的一面)和反面(即背板)，电缆及接线盒都置于反面，而两面都有可能发生故障，所以需要对光伏组串/阵列进行正反两面监测。以上操作实现组串/阵列正反两面监测，及时发现由于光伏组件、电缆、连接件、汇流箱等发热特征故障，可避免故障蔓延及次生灾害发生，组光伏电站提供快速直观监测的手段。

系统供电电源由光伏电站内电源提供，经直流DC-48 V低压供电，利用钢缆做导体(详见图2)，并通过滚动轮与轨道钢缆摩擦为移动平台上的DC/DC电源模块提供直流电源；再由DC/DC稳压电源模块输出稳压电源，为移动平台上的所有模块供电。在供电系统中可实时监测轨道之间的绝缘参数，当由于雨后等绝缘降低时该系统停止供电。冬季轨道结冰时，在轨道末端将两条轨道短路，供电系统启动手动融冰电源。

为保证每组光伏阵列之间的通道功能，在每组光伏阵列之间安装光伏阵列活动连接器，当人或物体通过时上推连杆即可(见图4)。

2　结论

轨道式光伏方阵红外、视频在线监测实现无人值守，利用轨道式的红外成像、视频监测移动平台，定时或实时对光伏组件前后板和连接电缆进行红外成像、视频自动循环移动监测，对故障快速定位，并通过无线传输图像及数据，终端进行分析故障告警。

未来光伏电站的全生命周期，将面对材料老化、设备性能下降、故障率增加、发电量降低等问题。然而随着光伏组件制造工艺的变化，对光伏组件在电站生命周期中的故障和缺陷认知也在改变，如何识别光伏方阵中的故障及缺陷缺乏判定依据和标准，为保证光伏电站有效、可靠的工作，光伏电站的趋势分析、预防性检修显得格外重要。如何利用轨道式光伏方阵红外、视频在线监测的大量历史数据抽丝剥茧甄别、分析问题，并结合光伏电站基础数据等，为光伏电站安全运维、保障光伏电站高效发电提出新的挑战。

2016-03-10

国家国际科技合作专项(2014DFG62130)

王哲(1957—)，男，高级工程师，主要从事光伏系统测控技术方面的研究。wangzhe@bjcorona.com