一种光伏电池板的异常检测方法

技术领域

本发明涉及故障监测技术领域，具体涉及一种光伏电池板的异常检测方法。

背景技术

能源是经济发展的基础，现能源消耗以传统能源为主，随着传统能源存储量逐渐消耗，造成了环境污染与生态平衡的破坏。太阳能凭借自身的可再生性，分布范围广泛、储备丰富，以及对环境零污染的特性成为理想的替代能源；其中太阳能转化为电能是一种直接且高效的形式，这种形式就是光伏发电技术。

由于光伏电池板暴露在户外恶劣的环境条件下可能导致不同类型的故障持续发生，例如，光伏电池板自身故障、积雪遮挡、光照阴影等原因，导致光伏电池板工作异常。光伏电池板一旦出现了故障未能及时维修，因此，会降低组件使用寿命，加快老化，降低输出效率，严重时引发安全问题。

为确保光伏发电系统高效、安全地运行，必须引入故障检测以保护光伏电池板，通过对光伏电池板的工况进行实时监测，以便知晓光伏电池板是否出现故障。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种光伏电池板的异常检测方法，检测各光伏电池板是否存在故障以及故障类型，可起到提醒现场工作人员及时排除故障，避免发电损耗，保证光伏电池板高效稳定的运行。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种光伏电池板的异常检测方法，光伏电池板由多个太阳能电池构成，包括：

S101、确定当前状态下的光伏电池板的发电功率P1和初始状态下的光伏电池板的发电功率P0；

S102、判断发电功率P1和发电功率P0的比值，是否大于发电功率阈值；若是，执行步骤S103；若否，执行步骤S104；

S103、当前状态下的光伏电池板工作正常；

S104、当前状态下的光伏电池板工作异常；执行步骤S105；

S105、根据光伏电池板的当前图像和光伏电池板的初始图像，确定当前图像和初始图像的图像相似度；

S106、判断图像相似度是否大于相似度阈值；若否，执行步骤S107；若是，执行步骤S108；

S107、当前状态下的光伏电池板故障类型为异物遮挡；

S108、根据光伏电池板的当前图像的平均灰度值和各个太阳能电池的子灰度值，确定光伏电池板的故障类型为太阳能电池故障或光照阴影遮挡。

可选地，在本发明中，步骤S108具体包括：

对光伏电池板的当前图像进行灰度化处理，得到第一灰度图像；

确定第一灰度图像的第一平均灰度值；

对第一灰度图像进行分割处理，得到若干个第一子灰度图像；

确定各个第一子灰度图像的第一子灰度值；

依次比较各个第一子灰度图像的第一子灰度值和第一灰度图像的第一平均灰度值；

筛选出第一子灰度值不大于第一平均灰度值的各个第一子灰度图像。

可选地，在本发明中，第一子灰度图像的第一子灰度值大于第一灰度图像的第一平均灰度值时，该第一子灰度图像称为正常图像，与该正常图像对应的太阳能电池称为正常电池：

第一子灰度图像的第一子灰度值不大于第一灰度图像的第一平均灰度值时，该第一子灰度图像称为阴影图像，与该阴影图像对应的太阳能电池称为阴影电池；

太阳能电池类型包括阴影电池和正常电池。

可选地，在本发明中，在筛选出第一子灰度值不大于第一平均灰度值的各个第一子灰度图像后，还包括：形成太阳能电池编号和太阳能电池类型的第一对应关系；

其中，光伏电池板内的多个太阳能电池均对应一编号。

可选地，在本发明中，在形成太阳能电池编号和太阳能电池类型的第一对应关系后，还包括：

在预设时间后，再次获取光伏电池板的最新图像；

对光伏电池板的最新图像进行灰度化处理，得到第二灰度图像；

确定第二灰度图像的第二平均灰度值；

对第二灰度图像进行分割处理，得到若干个第二子灰度图像；

确定各个第二子灰度图像的第二子灰度值；

依次比较各个第二子灰度图像的第二子灰度值和第二灰度图像的第二平均灰度值；

筛选出第二子灰度值不大于第二平均灰度值的各个第二子灰度图像；

形成太阳能电池编号和太阳能电池类型的第二对应关系；

其中，第二子灰度图像的第二子灰度值大于第二灰度图像的第二平均灰度值时，该第二子灰度图像称为正常图像，与该正常图像对应的太阳能电池称为正常电池：

第二子灰度图像的第二子灰度值不大于第二灰度图像的第二平均灰度值时，该第二子灰度图像称为阴影图像，与该阴影图像对应的太阳能电池称为阴影电池。

可选地，在本发明中，还包括：

判断第一对应关系和第二对应关系是否相同；

若是，当前状态下的光伏电池板故障类型为太阳能电池故障；

若否，当前状态下的光伏电池板故障类型为光照阴影遮挡。

可选地，在本发明中，步骤S101具体包括：

当前状态下的光伏电池板的一端通过第一电源连接第一负载灯泡，另一端依次通过第一电压传感器、第一电流传感器连接通讯设备，通过通讯设备发送至终端；

初始状态下的光伏电池板的一端通过第二电源连接第二负载灯泡，另一端依次通过第二电压传感器、第二电流传感器连接通讯设备，通过通讯设备发送至终端；

第一电流传感器、第一电压传感器分别测量当前状态下的光伏电池板的电流I1和电压U1；第二电流传感器、第二电压传感器分别测量初始状态下的光伏电池板的电流I2和电压U2；

根据P＝UI，确定当前状态下的光伏电池板的发电功率P1和初始状态下的光伏电池板的发电功率P0。

本发明具有的优点和积极效果是：

如此，在本发明中，实现了检测各光伏电池板是否存在故障以及故障类型，可起到提醒现场工作人员及时排除故障，避免发电损耗，保证光伏电池板高效稳定的运行。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的一种光伏电池板的异常检测方法的流程图。

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。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一种光伏电池板的异常检测方法，如图1所示，光伏电池板由多个太阳能电池构成，包括：

S101、确定当前状态下的光伏电池板的发电功率P1和初始状态下的光伏电池板的发电功率P0；

步骤S101具体包括：

当前状态下的光伏电池板的一端通过第一电源连接第一负载灯泡，另一端依次通过第一电压传感器、第一电流传感器连接通讯设备，通过通讯设备发送至终端；

初始状态下的光伏电池板的一端通过第二电源连接第二负载灯泡，另一端依次通过第二电压传感器、第二电流传感器连接通讯设备，通过通讯设备发送至终端；

第一电流传感器、第一电压传感器分别测量当前状态下的光伏电池板的电流I1和电压U1；第二电流传感器、第二电压传感器分别测量初始状态下的光伏电池板的电流I2和电压U2；

根据P＝UI，确定当前状态下的光伏电池板的发电功率P1和初始状态下的光伏电池板的发电功率P0。

其中，P1＝U1*I1，P0＝U0*I0。

S102、判断发电功率P1和发电功率P0的比值，是否大于发电功率阈值；若是，执行步骤S103；若否，执行步骤S104；

例如，以发电功率阈值0.85为例进行说明。

计算初始状态下的光伏电池板的发电功率P0为200W；

计算当前状态下的光伏电池板的发电功率P1为160W；

确定发电功率P1和发电功率P0的比值为0.8；

发电功率P1和发电功率P0的比值0.8小于发电功率阈值0.85，因此，表明当前状态下的光伏电池板工作异常。

在实际应用中，发电功率阈值可以根据实际情况进行设定，在此并不做具体限定，提高设计的灵活性，以满足不同场景的需求。

S103、当前状态下的光伏电池板工作正常；

S104、当前状态下的光伏电池板工作异常；执行步骤S105；

具体地，当前状态下的光伏电池板工作异常，可包括三种故障类型，分别为异物遮挡、太阳能电池故障和光照阴影遮挡，如下将具体说明如何确定出光伏电池板的故障类型。

S105、根据光伏电池板的当前图像和光伏电池板的初始图像，确定当前图像和初始图像的图像相似度；

S106、判断图像相似度是否大于相似度阈值；若否，执行步骤S107；若是，执行步骤S108；

S107、当前状态下的光伏电池板故障类型为异物遮挡；

异物遮挡可以为灰尘遮挡或积雪遮挡。

S108、根据光伏电池板的当前图像的平均灰度值和各个太阳能电池的子灰度值，确定光伏电池板的故障类型为太阳能电池故障或光照阴影遮挡。

如此，由于光伏电池板在运行一段时间后，可能因光伏电池板自身故障等内部条件影响和光伏电池板表面沉积的尘土、积雪等外部条件影响，导致光伏电池板的发电功率降低，因此，在本发明中，通过计算当前状态下的光伏电池板的发电功率P1和初始状态下的光伏电池板的发电功率P0，并判断发电功率P1和发电功率P0的比值，确定出当前状态下的光伏电池板是否处于正常工作；

其中，初始状态下的光伏电池板即为刚安装后的光伏电池板，初始状态下的光伏电池板和当前状态下的光伏电池板可形成对照组；

若当前状态下的光伏电池板处于工作异常，首先，获取光伏电池板的当前图像和光伏电池板的初始图像，并计算光伏电池板的当前图像和光伏电池板的初始图像的图像相似度，若图像相似度不大于相似度阈值，表明当前状态下的光伏电池板故障类型为异物遮挡；

由于光伏电池板的初始图像的表面是洁净的，表面无污染的，因此，通过对比光伏电池板的当前图像和光伏电池板的初始图像，可以确定出当前状态下的光伏电池板的表面是否存在污染物。

若图像相似度大于相似度阈值时，此时，可以排除光伏电池板故障类型为异物遮挡这种情况，再确定光伏电池板的故障类型为太阳能电池故障或光照阴影遮挡；

具体地，通过对比第一对应关系和第二对应关系，确定光伏电池板的故障类型，如下将具体说明，如何确定光伏电池板的故障类型为太阳能电池故障或光照阴影遮挡。

可选地，在本发明中，步骤S108具体包括：

对光伏电池板的当前图像进行灰度化处理，得到第一灰度图像；

确定第一灰度图像的第一平均灰度值；

对第一灰度图像进行分割处理，得到若干个第一子灰度图像；

确定各个第一子灰度图像的第一子灰度值；

依次比较各个第一子灰度图像的第一子灰度值和第一灰度图像的第一平均灰度值；

筛选出第一子灰度值不大于第一平均灰度值的各个第一子灰度图像。

其中，多个第一子灰度图像进行拼接，可形成一个完整的第一灰度图像。

需要说明的是，第一子灰度图像的个数与光伏电池板所包括的太阳能电池的个数相匹配。

例如，以光伏电池板由五个太阳能电池构成为例进行说明。

对光伏电池板的当前图像进行灰度化处理，得到第一灰度图像；

确定第一灰度图像的第一平均灰度值，可以为100；

对第一灰度图像进行分割处理，得到五个第一子灰度图像，分别标记为第一子灰度图像1、第一子灰度图像2、第一子灰度图像3、第一子灰度图像4和第一子灰度图像5；

确定各个第一子灰度图像的第一子灰度值，其中，第一子灰度图像1、第一子灰度图像2、第一子灰度图像3、第一子灰度图像4和第一子灰度图像5所对应的第一子灰度值可以分别为60、90、110、180、200；

第一子灰度图像1的第一子灰度值60小于第一灰度图像的第一平均灰度值100；

第一子灰度图像2的第一子灰度值90小于第一灰度图像的第一平均灰度值100；

第一子灰度图像3的第一子灰度值110大于第一灰度图像的第一平均灰度值100；

第一子灰度图像4的第一子灰度值180大于第一灰度图像的第一平均灰度值100；

第一子灰度图像5的第一子灰度值200大于第一灰度图像的第一平均灰度值100；

筛选出第一子灰度值不大于第一平均灰度值的各个第一子灰度图像；

因此，筛选出第一子灰度图像1和第一子灰度图像2。

可选地，在本发明中，第一子灰度图像的第一子灰度值大于第一灰度图像的第一平均灰度值时，该第一子灰度图像称为正常图像，与该正常图像对应的太阳能电池称为正常电池：

第一子灰度图像的第一子灰度值不大于第一灰度图像的第一平均灰度值时，该第一子灰度图像称为阴影图像，与该阴影图像对应的太阳能电池称为阴影电池；

太阳能电池类型包括阴影电池和正常电池。

可选地，在本发明中，在筛选出第一子灰度值不大于第一平均灰度值的各个第一子灰度图像后，还包括：形成太阳能电池编号和太阳能电池类型的第一对应关系；

其中，光伏电池板内的多个太阳能电池均对应一编号。

例如，光伏电池板包括三个太阳能电池，三个太阳能电池分别对应的编号为编号1、编号2、编号3。

第一对应关系可以表示为：编号1对应正常电池。

可选地，在本发明中，在形成太阳能电池编号和太阳能电池类型的第一对应关系后，还包括：

在预设时间后，再次获取光伏电池板的最新图像；

对光伏电池板的最新图像进行灰度化处理，得到第二灰度图像；

确定第二灰度图像的第二平均灰度值；

对第二灰度图像进行分割处理，得到若干个第二子灰度图像；

确定各个第二子灰度图像的第二子灰度值；

依次比较各个第二子灰度图像的第二子灰度值和第二灰度图像的第二平均灰度值；

筛选出第二子灰度值不大于第二平均灰度值的各个第二子灰度图像；

形成太阳能电池编号和太阳能电池类型的第二对应关系；

其中，第二子灰度图像的第二子灰度值大于第二灰度图像的第二平均灰度值时，该第二子灰度图像称为正常图像，与该正常图像对应的太阳能电池称为正常电池：

第二子灰度图像的第二子灰度值不大于第二灰度图像的第二平均灰度值时，该第二子灰度图像称为阴影图像，与该阴影图像对应的太阳能电池称为阴影电池。

其中，预设时间可以设为30分钟，当然，还可以设置为其他时间，在此并不做具体限定，提高设计的灵活性，以满足不同场景的需求。

并且，第二对应关系可以表示为：编号1对应阴影电池。

可选地，在本发明中，还包括：

判断第一对应关系和第二对应关系是否相同；

若是，当前状态下的光伏电池板故障类型为太阳能电池故障；

若否，当前状态下的光伏电池板故障类型为光照阴影遮挡。

例如，当第一对应关系为编号1对应正常电池、第二对应关系为编号1对应阴影电池时，表明第一对应关系和第二对应关系不相同，那么，当前状态下的光伏电池板故障类型为光照阴影遮挡，也就是说，光伏电池板受到光照影响，太阳能电池的类型从正常电池变化到阴影电池。

可选地，在发明中，还包括：

光伏电池板发生故障后，提示现场工作人员执行不同的操作。

例如，当确定出光伏电池板的故障类型为异物遮挡时，可提示现场工作人员进行清理光伏电池板的表面；

当确定出光伏电池板的故障类型为太阳能电池故障时，可提示现场工作人员对太阳能电池进行维修或更换；

当确定出光伏电池板的故障类型为光照阴影遮挡时，无需提示现场工作人员。

如此，在本发明中，实现了检测各光伏电池板是否存在故障以及故障类型，可起到提醒现场工作人员及时排除故障，避免发电损耗，保证光伏电池板高效稳定的运行。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。