智能化技术在光伏电站运维中的应用与研究

一、引言

光伏能源作为一种清洁、可再生的能源，在全球能源结构中的地位日益重要。截止 2024 年，全国太阳能光伏装机容量达 8.87 亿千瓦，已成为中国装机量第二的发电来源。近年来，各国也纷纷加大对光伏产业的投资和支持力度，光伏电站建设呈蓬勃发展之势，规模持续扩张，数量也在不断攀升。但规模与数量的增长，也给光伏电站运维管理带来了一系列棘手难题。过去依靠人工巡检和运维的模式，在面对如今海量的光伏电站时，弊端尽显，已难以支撑电站实现高效、稳定的运行目标。幸运的是，智能化技术领域的迅猛发展为光伏电站运维开辟了新的方向。智能化技术可以增强光伏电站的故障预测与诊断能力，也可以提升光伏电站的运维效率和管理水平，从而保障光伏电站的稳定运行和高效发电。

二、光伏电站运维现状

（一）传统运维方式的问题

人工巡检效率低：集中式光伏电站覆盖面积广，分布式光伏电站布置在彩钢或水泥屋顶上，两类光伏电站均设备数量众多，传统的人工巡检方式需要运维人员逐个方阵或逐个屋顶进行设备进行检查，耗费大量的时间和人力。而且人工巡检的频率有限，难以实时发现设备的潜在问题。

故障诊断不及时：当光伏电站设备出现故障时，依靠人工经验进行故障诊断往往需要较长时间，导致故障原因判断及修复延迟，影响电站的发电效率。同时，对于一些复杂的故障，人工诊断的准确性也难以保证。

运维成本高：人工巡检、定期维护以及故障维修等传统运维方式，需要投入较大的人力、物力和财力资源，遇到特殊天气时人工也难以及时对应，使得光伏电站的运维成本居高不下。

（二）智能化运维的需求

为了克服传统运维方式的不足，提高光伏电站的运维效率和管理水平，智能化运维成为必然趋势。通过引入智能化运维技术，可以实现对光伏电站的实时监测、数据分析、故障预测与诊断等功能，能够及时发现电站运行中的问题，并及时采取相应措施，降低运维成本，提高发电效益。

三、智能化技术在光伏电站运维中的应用

（一）物联网技术

设备实时监测：利用物联网技术，在光伏电站的光伏板、逆变器、汇流箱、并网柜、电缆头等设备上安装传感器，实现对设备运行状态以及运行环境的实时监测。传感器可以采集设备及周边环境的温度、湿度、等参数，经过无线通信技术把数据传输至监控中心。运维人员可以通过监控系统实时查看设备的运行数据，及时发现设备异常。行业通常对发电相关数据较为关注，但容易忽视微观环境对设备运行的影响。如江浙地区的项目每到梅雨季，相关柜体内容易产生水汽影响设备安全运行。通过加装的温湿度传感器，可以对潮湿度实时监测及预警，便于运维人员提前采取措施防护。

远程控制：物联网技术还支持对光伏电站设备的远程控制。因涉及电网安全，这部分技术仍在探索当中。

（二）大数据技术

数据分析与处理：光伏电站运行过程中会产生海量的数据，包括设备运行数据、气象数据、发电数据等。在光伏电站运维领域，数据量正呈爆炸式增长。而大数据技术的出现，宛如一场及时雨，为海量数据的处理带来了转机。它具备强大的能力，可以对这些数据进行存储、处理、分析和挖掘；还能实现数据的有效可视化，让运维人员对数据的浏览和调用有条不紊。

（三）人工智能技术

故障诊断与预测：当设备运行数据出现异常时，人工智能模型能够快速准确地判断故障类型和故障位置，同时依据数据库中设备运行参数、维护记录、同类故障、等数据，自动生成故障诊断报告，为运维决策提供依据。模式还可以对实时运行的参数进行分析判断，提前发现故障前典型特征值，通知运维人员采取预防性维护措施，减少故障发生。

发电量预测及诊断：人工智能算法可以根据光伏电站的历史发电量、近期天气及发电量情况，预测未来一段时间内的发电情况。当预测值与实际值产生较大偏差的时，人工智能算法可以自动识别出差异原因，并给出运维建议。

智能运维决策：人工智能技术还可以根据各类光伏电站的运行数据、气象数据、设备状态、清洗历史、故障情况等多维信息，自动生成智能运维建议，供运维人员比选和决策。

（四）智能机器人技术

光伏板清洁机器人：在光伏电站中，光伏板表面的积灰和污垢会影响发电效率。智能光伏板清洁机器人可以自动在光伏板表面行走，利用毛刷或其他清洁工具对光伏板进行清洁。这些机器人通常配备有传感器，能够提高清洁效果，同时降低人工清洁成本和风险。

巡检机器人：巡检机器人可以在光伏电站内按照预设的路线进行自主巡检，通过摄像头、红外传感器等设备对设备进行图像采集和温度监测。巡检机器人能够实时将采集到的数据传输至监控中心，并对设备异常情况进行报警。与人工巡检相比，巡检机器人具有更高的巡检频率和更准确的检测能力，能够及时发现设备的细微问题。

无人机：无人机可搭载高清摄像头和红外探测仪采集光伏板数据，通过智能算法识别出光伏板故障和潜在隐患，也可以对送出线路进行巡检。对于覆盖面积较大的光伏电站，无人机巡检效率更高，成本更低。但无人机的限制也很多，首先是无法用于处在禁飞区的分布式电站巡检，其次无人机无法在恶劣天气（大风、雷暴、雨雪等）情况下使用，而此时恰恰可能是最需要巡检的时候。此外受限于所搭载电池的容量，无人机无法工作太长时间。

四、智能化技术应用的优势

（一）提高运维效率

智能化技术通过数据的快速传输、快速分析判断及快速生成决策建议，大大缩短了光伏电站的故障响应时间、决策效率和处理速度，提高了运维效率。

（二）降低运维成本

通过智能化技术的应用，实现了故障的提前预测和诊断，减少了设备故障带来的停机损失。同时，智能化技术可以自动生成工作单，优化了运维计划和资源配置，提高了工作效率，也避免了不必要的维护工作，降低了人力、物力和财力资源的浪费，从而有效降低了光伏电站的运维成本。

（三）提升发电效益

智能化技术能够对光伏电站的运行数据进行分析、对比和优化，根据不同的天气条件和设备状态调整运行参数，提高发电效率。

（四）增强安全性

智能机器人等自动化设备在光伏电站运维中的应用，减少了运维人员在恶劣环境下工作的风险。对设备的实时监测与报警机制，也可以协助运维人员及时发现、排除光伏电站的安全隐患，保障光伏电站的安全运行。

六、结论

智能化技术在光伏电站运维中的应用，为解决传统运维方式存在的问题提供了有效的途径，能够显著提高运维效率、降低运维成本、提升发电效益和增强安全性。尽管目前在技术集成、数据安全、人才短缺和初期投资成本等方面面临挑战，但随着技术的不断创新与发展、标准的制定、人才的培养以及市场的完善，智能化技术在光伏电站运维中的应用前景广阔。未来，光伏电站运维将朝着更加智能化、高效化、安全化的方向发展，为推动光伏产业的可持续发展提供有力支持。

参考文献：

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