阅读说明：本技术 用于维护太阳能收集器系统的诊断车辆 (Diagnostic vehicle for maintaining a solar collector system ) 是由 詹森·奥尔德曼 路易吉·佩特里吉-达夫 布雷特·韦斯特 克格雷·维尔德曼 于 2018-11-27 设计创作，主要内容包括：本文提出了用于表征太阳能收集器系统的诊断车辆、系统和方法。该诊断车辆包括框架、沿着该框架定位的一个或多个传感器以及控制系统。该一个或多个传感器测量并表征该太阳能收集器系统和/或其环境的属性,例如该太阳能收集器系统周围的地面区域的反射率、该太阳能收集器系统的驱动系统的角度偏移量,和/或支撑该太阳能收集器系统中的光伏面板的结构部件的老化度。该控制系统被编程为将该框架移动到该太阳能收集器系统中的一个或多个位置以及控制该一个或多个传感器以获取该一个或多个位置处的测量值。(Diagnostic vehicles, systems, and methods for characterizing solar collector systems are presented herein. The diagnostic vehicle includes a frame, one or more sensors positioned along the frame, and a control system. The one or more sensors measure and characterize properties of the solar collector system and/or its environment, such as reflectivity of a ground area surrounding the solar collector system, angular offset of a drive system of the solar collector system, and/or age of structural components supporting photovoltaic panels in the solar collector system. The control system is programmed to move the frame to one or more locations in the solar collector system and control the one or more sensors to obtain measurements at the one or more locations.)

用于维护太阳能收集器系统的诊断车辆

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年11月28日提交的美国临时专利申请号62/591,644的优先权，该美国临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及太阳能光伏(PV)发电厂。

背景技术

光伏面板具有正面和背面，并且在过去通常仅从正面收集光。设计为与此类单面光伏面板一起使用的设备已设计为容纳仅从正面接收光的面板。同样，为仅从正面收集光的面板设计了操作和维护过程。

一些称为双面面板的光伏面板可以从正面和背面这两面收集光。本文描述的实施方案适用于单面和双面面板的太阳能收集器。

发明概述

本文提出了一种用于表征太阳能收集器系统的诊断车辆。该诊断车辆包括框架、沿着该框架定位的一个或多个传感器以及控制系统。该一个或多个传感器测量并表征该太阳能收集器系统和/或其环境的属性，例如该太阳能收集器系统周围的地面区域的反射率、该太阳能收集器系统的驱动系统的角度偏移量，和/或支撑该太阳能收集器系统中的光伏面板的结构部件的老化度。该控制系统被编程为将该框架移动到该太阳能收集器系统中的一个或多个位置以及控制该一个或多个传感器以获取所述一个或多个位置处的测量值。

本文提出了一种表征太阳能收集器系统的方法。在该方法中，沿着框架定位的一个或多个传感器测量以下至少一项：该太阳能收集器系统周围的地面区域的反射率、该太阳能收集器系统的驱动系统的角度偏移量，或支撑该太阳能收集器系统中的光伏面板的结构部件的老化度。该控制系统将该框架移动到该太阳能收集器系统中的一个或多个位置。该控制系统控制该一个或多个传感器以获取所述一个或多个位置处的测量值。

本文提出了一种系统，该系统包括太阳能收集器系统和横穿该太阳能收集器系统的诊断车辆。该诊断车辆包括：车辆框架；一个或多个传感器，其沿着该框架定位成测量并表征该太阳能收集器系统周围的地面区域的反射率；以及施加器，其被配置为基于该反射率将反射材料分布在该太阳能收集器系统周围的地面区域上。该诊断车辆进一步包括控制系统，该控制系统被编程为将该框架移动到该太阳能收集器系统中的一个或多个位置以及控制该一个或多个传感器以获取所述一个或多个位置处的测量值。

附图说明

图1示意性地示出了太阳能收集器上的诊断车辆的实施方案的透视图。

图2示出了太阳能收集器上的诊断车辆的侧视图。

图3描绘了一种带有摄像机的诊断车辆，该摄像机被定位成观察太阳能面板的背面，例如观察该面板上的条形码。

图4示出了在太阳能收集器上的诊断车辆的侧视图，该诊断车辆被定位成观察太阳能收集器结构、太阳能收集器地基、附近的地面以及植被生长情况。

图5描绘了可以用于测量太阳能追踪器的驱动系统中的老化度的诊断车辆。

图6描绘了定位在太阳能收集器下方的诊断车辆。

图7描绘了定位在太阳能收集器下方的诊断车辆的另一视图。

图8描绘了用于表征太阳能收集器系统的流程图。

使用单面面板或双面面板的太阳能收集器面临以下问题：安装质量、磨损和老化、电气问题、结构周围的植物生长以及各式各样的其他难题。可以执行诊断以改进发电厂管理者的决策，例如通过帮助决定何时进行维护活动来进行所述改进。不幸的是，对太阳能面板进行测量或观察可能非常昂贵，而且还可能提供比所需的小得多的观察样本量。专业人员花时间大老远开车进农村到太阳能发电厂，然后才有时间对典型的公用事业规模的太阳能发电厂的数千个面板中的仅少数的面板或其他设备进行检查。发电厂管理者被迫支付大量费用，而没有获得他们要做出正确决策所需的信息。

测量和诊断可以以各种方式帮助太阳能发电厂的管理者，例如通过识别和表征问题，通过优化发电厂的性能，通过观察部件的磨损或老化状态，或者通过简单地观察哪些部件在太阳能发电厂中的哪些位置来提供所述帮助。测量和诊断对于同时具有单面面板和双面面板的太阳能发电厂非常重要，并且以下系统和方法适用于这两种类型。

图1示意性地描绘了在太阳能收集器120上的诊断车辆100的实施方案的透视图。诊断车辆100包含在四组轮子106(太阳能收集器的每一侧上有两组)上的结构104。四组轮子106中的每一个均由承重轮还有导向轮组成，该承重轮骑设在太阳能收集器的混凝土道砟110或其他轨道的顶部，该导向轮沿着混凝土轨道的侧面滚动。承重轮106中的一个或多个可以是直接或经由传动装置由电动马达或内燃机(combustion engine)供电的驱动轮。诊断车辆100也可以通过工人、通过另一车辆、通过电缆或通过其他方式拉动或推动。诊断车辆100可以由一个或多个太阳能面板102供电，该一个或多个太阳能面板102可以对车载电池充电以存储能量。诊断车辆100可以替代地由电池供电，该电池偶尔电连接到充电器以对电池充电或换成新电池。替代地，诊断车辆100可以由具有燃料箱的内燃机供电，可以手动地、通过其他方式或通过上述方法的组合供电。

诊断车辆100还可以包含控制系统、存储器和无线通信系统。诊断车辆100可以经远程编程和引导以行驶到一个或多个特定位置，以获取图像并将其作为数据存储，以及将该数据传输至其他计算机系统。诊断车辆100还可以配备有装置，该装置经由GPS、通过使用放置在其路径中的RFID读取器和RFID标签、通过利用对其周围环境的光学观察、通过与对应目标交互的接近度传感器(proximity sensor)或通过其他方式来确定其位置。诊断车辆100也可以具有各种其他部件，例如用于维护过程的工具；易损件的储存工具；在放置易损件之前处理易损件的车载预处理系统；或其他部件或系统。

继续图1，诊断车辆100可以承载一个或多个摄像机或其他光学传感器112。摄像机112可以拍摄太阳能面板102在红外(IR)光谱、可见光谱或电磁频谱的其他区段下的图像。多个摄像机112可以一次拍摄多个图像。太阳能面板通常包括多个太阳能电池。车辆框架104被配置为将摄像机112定位成离太阳能面板102足够远，从而多个电池同时适合进入该摄像机的视场。摄像机112也可以成一定角度，以俯视一排太阳能面板102，以进一步增加适合进入该摄像机的视场内的电池或面板的数量。示例性视场的范围用虚线114示出。

图2示出了在太阳能收集器120上的诊断车辆100的侧视图。在该视图的方向上，车辆框架104的形状可以像圆形，并且摄像机112围绕框架的方位角位置(azimuthalposition)可以进行调整，使得可以将摄像机112定位在沿着该圆形的任何位置。如果诊断车辆100在固定倾斜的太阳能收集器上运行，则可以将摄像机112设置在单个位置，例如与太阳能面板102的法线向量对准，以拍摄太阳能收集器的图像。如果诊断车辆100如图1和2中所示的在追踪式太阳能收集器上运行，则可以连续或间歇地调整摄像机在车辆框架104上的方位角位置，以示明(account for)太阳能面板102的移动。可以通过带有链条或皮带传动装置的电动马达、通过手动重新定位、通过气动或通过其他方式来移动摄像机112。如图3所示，摄像机也可以定位成捕获面板后部的图像，或者定位成捕获所需的任何其他图像。

摄像机112可以是IR摄像机、可见光谱(普通)摄像机或两者的组合。运行中的太阳能面板的红外光谱图像可以有助于显示电池温度、电池内部温度的变化以及电池之间的温度变化。温度测量可以帮助操作员推断电气性能问题。将IR图像与可见光谱图像组合可以进一步帮助操作员理解太阳能电池和太阳能面板性能。借助这种摄像机工具，该诊断车辆100可以用于沿着一排运行中的太阳能收集器行驶以及收集IR和可见光谱下的图像。然后，可以使用计算机程序来处理图像，其中结果可以包含标记异常以进一步关注或生成大批量样本的统计信息。以这种方式，操作员可以将诊断车辆100编程为行驶通过运行中的太阳能发电厂、捕获大量的IR和可见图像、存储数据、在车辆上处理数据，以及将数据传输到另一台计算机以由操作员进行进一步处理、存储和调查。该系统和方法将比其他记录图像的方法有实质性的改进。这将比派人员带着摄像机在场里走动便宜得多。除了成本外，许多太阳能发电厂简直太大了，无法付钱让人们捕获所有面板的图像。诊断车辆100的另一个优点是摄像机保持静止并处于统一的位置，从而改进了图像质量并简化了图像处理。与承载摄像机的空中车辆相反，这种陆上车辆可以停下并变得一动不动地拍摄照片。这可以例如通过允许更长的曝光持续时间来增加拍摄过程的灵活性而不会使照片模糊。

在替代实施方案中，图3中的摄像机112可以是条形码读取器或矩阵条形码读取器，并且可以定位成在面板的条形码所处的位置处观察面板102的背面。在该实施方案中，诊断车辆100可以沿着一排太阳能收集器行驶并且捕获面板条形码的图像。将条形码数据与照片拍摄时间顺序或与车辆位置组合，可以使计算机程序能够制作数千个太阳能面板的太阳能场的地图或目录，以显示哪些太阳能面板在哪些位置处。这对于诊断目的可能是有帮助的，因为例如可以将通过IR成像或其他方式识别出的电气问题与批量面板的制造相匹配。此外，施工人员在安装面板时通常不会记录面板标识和位置。

在诸如图3所示的替代实施方案中，摄像机112可以拍摄太阳能面板112后面的任何结构构件或电气连接的可见光谱或IR图像。可以对这些图像进行处理以识别施工质量问题、轴承表面上的磨损痕迹、其他老化问题或其他难题。例如，可以在施工后拍摄并处理太阳能场中所有电气连接的图像，以检查它们是否正确地进行。可以不时拍摄和处理太阳能场的所有金属零件的图像，以检查腐蚀情况。可以拍摄和处理驱动系统部件的图像，以检查轴承表面处的磨损或间隙增加或其他老化迹象。

图4示出了诊断车辆100的侧视图，其中摄像机112被定位在车辆框架104上并在其支架(mount)上旋转，使得其视场(由虚线114表示)包含太阳能收集器的混凝土轨道110或其他地基、太阳能收集器的安装结构108、安装结构108与地基之间的连接，以及混凝土轨道110周围的地面区域。在此配置中，诊断车辆100可以用于沿着地基、轨道、结构以及地基与结构之间的连接而行驶并捕获其图像。这可以用于检查安装过程中的质量或缺陷，例如混凝土和支撑结构之间的环氧接头。它还可以用于检查混凝土轨道磨损、混凝土开裂、轨道劣化和金属腐蚀情况。它可以进一步被用于检查车辆轨道110上的碎屑或障碍物。通过捕获太阳能收集器附近的地面在IR或可见光谱下的图像并进行后续图像处理，诊断车辆100可以用于调查已经发生多少植物生长430，并且有助于确定是否需要切割植物。这对于调查其他问题(像积雪、积水、地面沉降、动物活动或其他自然现象)也是有用的。与派遣工作人员到现场去四处转转以检查问题相比，用诊断车辆100进行调查并随后进行图像处理可以节省大量成本。

在图4中，摄像机112可以替代地是日射强度计、辐射计或其他用以测量光的传感器。可能沉积农业石灰或其他材料来增加地面的反射率(也称为反照率)。通过增加地面的反射率，太阳能面板102，尤其是双面面板，将接收更多从地面反射的光。然而，自然现象(如雨)会降低这种地面处理的反射率优势。具有在地面上朝下定向的用以测量光的传感器的诊断车辆100可以用于测量反照率，以帮助发电厂管理者决定是否再施加增加反照率的处理。

使用诊断车辆100的另一途径是测量太阳能追踪器120的驱动系统中的老化度，如图5所描绘。太阳能追踪器120可以使用单个驱动马达，其耦合到长驱动轴或扭矩管以为多个太阳能追踪器区段或单个追踪器区段提供电力和扭矩，如图5所示。扭矩管或驱动轴并不是完全刚性的。扭转柔性可能来自驱动轴中的连接点处的机械紧固件公差、来自材料中固有的柔性或由其他原因导致。随着时间的流逝，太阳能追踪器120的刚性会因磨损而降低。

在图5中，太阳能面板102由两个檩条124支撑。檩条124由两个垂直于檩条124的枢轴臂118连接。枢轴臂118围绕支撑结构122的顶部处的轮轴旋转。支撑结构122由道砟地基110支撑。

测量追踪器排的柔性的方法如下。诊断车辆100可以定位在该排的离驱动马达最远的追踪器区段处。诊断车辆100可以定位成使得摄像机的视场114包含太阳能追踪器120的相对于固定到地基上的结构部件122旋转的结构部件，例如枢轴臂118。驱动马达可以将所有追踪器区段旋转到它们远离诊断车辆的摄像机112最远的旋转位置。然后，该马达可以将追踪器缓慢地旋转回水平方向。可以将该马达的编码器的角度与在最后的追踪器区段处观察到(通过摄像机112观察到)的角度进行比较，以估算该马达与最后的追踪器区段之间的驱动轴或扭矩管中的扭转。图像处理可以用来比较可旋转部件(例如枢转臂118)与固定的结构部件122的相对角度，以计算驱动系统的柔性。

太阳能追踪器120可以具有收起位置以应对强风条件。该收起位置可以设计成使得可以使追踪器结构更坚固、更具刚性或者受到更好保护以免受风力的影响，或者使得可以使驱动系统解耦。图5的诊断车辆100可以用于定期验证太阳能发电厂的所有追踪器120是否适当地进入并退出收起位置。摄像机112可以用于捕获驱动部件或其他关键部件的图像。然后，可以使用成像软件来处理数据并标记那些运行不适当的少数追踪器区段。否则，这种验证将非常昂贵，因为大型太阳能发电厂可以具有数千个追踪器区段。

在图6和7中，示出了定位在太阳能收集器120下方的替代性诊断车辆600。该诊断车辆包含主体602，该主体602可以由四个轮组604承载。一个轮组604可以包含承重轮和导向轮，该承重轮在太阳能收集器的混凝土轨道110的顶部滚动，该导向轮沿着混凝土轨道110的内部滚动。诊断车辆600可以利用电池储能器进行太阳能供电，利用电池和***式充电器供电，利用可以更换为新电池的电池供电，由发动机供电，或通过其他方式(例如手动地或通过电缆)供电。诊断车辆600还具有控制系统、存储器和通信系统。诊断车辆600可以经远程编程和引导以行驶到一个或多个特定位置，以获取图像并将其作为数据存储，以及将该数据传输至其他计算机系统。诊断车辆600还具有通过GPS、通过使用RFID读取器和RFID标签、通过利用对其周围的光学观察或通过其他手段来确定其位置的装置。

继续图6和7，诊断车辆600还包含摄像机606。摄像机606可以定位成向上指向太阳能面板102、太阳能收集器120的支撑结构和驱动系统。摄像机606可以定向成俯视一排太阳能面板102以增加视场(用虚线610表示)，使得太阳能面板102的整个宽度都在视场中。摄像机606的角位置可以通过车载马达来改变，以观察太阳能收集器120的不同视图，例如在太阳能面板102追踪太阳时将它们保持在视场中。摄像机606可以是观察太阳能电池的温度的IR摄像机、可见光谱摄像机和IR摄像机，或可见光谱摄像机。摄像机606可以经引导和聚焦以观察太阳能面板102、太阳能收集器的结构构件或太阳能收集器的驱动系统构件。诊断车辆100可以在太阳能收集器120的运行期间或当太阳能收集器120不运行时拍摄图像。该诊断车辆实施方案可以用于以与图1至7的诊断车辆相同的方法观察追踪器区段移动、驱动轴扭曲和其他机械行为。

图8描绘了用于表征太阳能收集器系统的流程图。在802处，沿着框架定位的一个或多个传感器测量以下至少一项：太阳能收集器系统周围的地面区域的反射率、太阳能收集器系统的驱动系统的角度偏移量，或支撑太阳能收集器系统中的光伏面板的结构部件的老化度。在804处，控制系统将框架移动到太阳能收集器系统中的一个或多个位置。在806处，控制系统控制一个或多个传感器以获取一个或多个位置处的测量值。

在以上描述和权利要求中，诸如“……中的至少一个”或“……中的一个或多个”之类的短语后面可以是元素或特征的组合列表。术语“和/或”也可以出现在两个或更多个元素或特征的列表中。除非与使用此类短语的上下文隐含或明显矛盾，否则该短语旨在表示所列出的任何单个元素或特征，或者任何所叙述的元素或特征与任何其他所叙述的元件或特征的组合。例如，短语“A和B中的至少一个”；“A和B中的一个或多个”；“A和/或B”旨在各自表示“单独的A、单独的B或A和B一起”。类似的解释也适用于包含三个或更多项目的列表。例如，短语“A、B和C中的至少一个”；“A、B和C中的一个或多个”；“A、B和/或C”旨在各自表示“单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起；或A和B和C一起”。另外，上文和在权利要求中使用的术语“基于”旨在表示“至少部分地基于”，从而也可允许有未叙述的特征或元素。

本文所述的主题根据期望的配置可以体现在系统、装置、方法和/或物品中。前述描述中阐述的实施方式并不代表与本文所述主题一致的所有实施方式。相反，它们仅仅是与和所描述的主题有关的方面一致的一些示例。尽管上文已经详细描述了一些变化，但是其他修改或添加也是可能的。特别地，除了本文阐述的那些特征和/或变化之外，还可以提供其他特征和/或变化。例如，上述实施方式可以针对所公开的特征的各种组合和子组合和/或上文所公开的几个另外特征的组合和子组合。另外，附图中描绘的和/或本文中描述的逻辑流程不一定需要所示的特定顺序或连续顺序来实现期望的结果。其他实施方式可以在所附权利要求的范围内。