人工智能在光伏發(fā)電中的應用

人工智能在光伏發(fā)電中的應用-1一．背景2二．太陽能資源預測3三．光伏發(fā)電智能制造五．精準運維與維護四．智能化管理與優(yōu)化控制54.實例總結6六.太陽能電池的智慧化應用7七．一些局限性8八．發(fā)展前景9七．一些局限性10八．發(fā)展前景一．背景1一．背景光伏產業(yè)是我國為數(shù)不多的取得全球競爭優(yōu)勢、實現(xiàn)端到端安全可控、有望率先成為高質量發(fā)展典范的新興產業(yè)。隨著5G通信、人工智能、先進計算、工業(yè)互聯(lián)網等新一代信息技術快速興起，加快光伏產業(yè)與信息技術深度融合發(fā)展、推動智能光伏行業(yè)特色應用成為大勢所趨，也是各方關注的焦點近年來信息技術與傳統(tǒng)產業(yè)的融合趨勢不斷提升，網絡化、智能化的傳統(tǒng)制造業(yè)便屬于其中代表，制造業(yè)的數(shù)字化改造開始受到廣泛關注。對于存在較高自動化程度的我國光伏產業(yè)來說，機器人等自動化設備的引入可更好地采集信息并分析生產問題，生產效率及質量提升均可得到保障近年來我國光伏產業(yè)的低成本優(yōu)勢開始減弱，為更好地提升產業(yè)的國際競爭力，必須設法引入智能制造技術，但在智能化升級轉型的過程中，受地區(qū)、企業(yè)發(fā)展不均衡，智能制造、關鍵技術、核心設備標準不統(tǒng)一影響，我國光伏產業(yè)智能制造發(fā)展仍存在一定不足一．背景為更好進入國際市場，實現(xiàn)光伏產業(yè)向高端制造業(yè)的發(fā)展，必須進一步強化基于數(shù)字技術的智能制造探索，產業(yè)升級轉型、新發(fā)展動力培育可由此實現(xiàn)，這一過程還需要關注光伏巨頭企業(yè)培育、大數(shù)據(jù)等新型技術應用，以此更好地實現(xiàn)光伏產業(yè)的成本、排放控制二．太陽能資源預測2二．太陽能資源預測01通過對太陽能資源預測的精準性和準確性的不斷提升，可以幫助太陽能電池系統(tǒng)更加高效地利用太陽能資源02借助人工智能和大數(shù)據(jù)技術對太陽能資源進行采集、處理、分析和建模預測未來的太陽能資源狀況、變化趨勢和空間分布情況等三．光伏發(fā)電智能制造3三．光伏發(fā)電智能制造1.埃斯頓接受調研時指出，計劃在2023年工業(yè)機器人出貨2.5萬臺。公司的機器人產品在光伏行業(yè)在保持較高的市占率，其中，光伏專用排版機器人可取代2-4個工人，精度可以達到±0.2，速度可以達到4秒，大大提高了產線精度和效率;公司為光伏行業(yè)設計的高速高精度大臂展大慣量的組件裝配機器人也已經成為在光伏行業(yè)的標桿產品2.據(jù)潤峰集團運行支持部經理邢國政介紹，該生產線采用全球最先進的設備，在關鍵部位采用了智能工業(yè)機器人技術，是國內光伏電力第一條全自動進口高端流水線。引進這條智能全自動生產線后，原本在傳統(tǒng)流水線上需要500人作業(yè)才能實現(xiàn)的產能，現(xiàn)在只需要9個人就可以實現(xiàn)了，大大解放了勞動力，提高了生產效能3.太陽能光伏組件生產線融入了先進的機器人技術三．光伏發(fā)電智能制造太陽能系統(tǒng)提供包括手動、半自動和全自動模式的各種全套高速生產線。太陽能系統(tǒng)從對玻璃和薄膜的處理到串焊、匯流條焊接、層壓到削邊、密封、組框和碼垛國內太陽能生產線設備供應商典型代表要數(shù)KUKA，從最初的想法到在生產階段的配套服務，作為有力的合作伙伴，庫卡能提供符合特殊生產要求的生產單元。盡可能標準化，按客戶所需個別定制，即使操作者不太理解機器結構，也不影響正常使用三．光伏發(fā)電智能制造緩沖處理三．光伏發(fā)電智能制造激光匯流條釬焊串焊測試四．智能化管理與優(yōu)化控制4四．智能化管理與優(yōu)化控制123(一)通過對太陽能電池的電量、溫度、光照等數(shù)據(jù)進行采集和分析利用人工智能和大數(shù)據(jù)技術建立智能化管理和優(yōu)化控制系統(tǒng)實現(xiàn)對太陽能電池運行狀態(tài)的實時監(jiān)控和分析通過對數(shù)據(jù)的分析和模擬可以預測太陽能電池未來的運行情況，進而進行優(yōu)化調整，提高太陽能電池的利用效率和壽命(二)實例--智能工廠透明化5(二)實例--智能工廠透明化1.光伏產業(yè)智能工廠透明化現(xiàn)狀由于光伏企業(yè)自身特點，加之智能工廠透明化程度不高，其訂單管理、生產派工、質量管理、設備績效管理等方面缺乏可支撐的信息化系統(tǒng)，存在以下不足(1)信息化系統(tǒng)單一部分先進光伏產業(yè)的智能工廠僅僅擁有ERP系統(tǒng)，單獨的ERP系統(tǒng)不能實現(xiàn)對設備的控制。從而導致上層的管理系統(tǒng)和底層的設備控制系統(tǒng)出現(xiàn)斷層，訂單監(jiān)控、設備績效管理等方面落后，大量的數(shù)據(jù)進行人工錄入、重復錄入，造成效率降低，資源浪費(2)數(shù)據(jù)標準化程度低信息集成程度不高，對各系統(tǒng)信息資源的集成未能實現(xiàn)對生產制造過

程的深度融合和優(yōu)化(如：各應用系統(tǒng)集成接口無統(tǒng)一管理、無標準)，極易形成數(shù)據(jù)信息孤島，影響數(shù)據(jù)的復用性和互聯(lián)互通性(3)數(shù)據(jù)采集困難重重

(二)實例--智能工廠透明化生產現(xiàn)場資源分散，現(xiàn)場信息多源、異構、海量，生產人員的狀態(tài)信息監(jiān)控、成品監(jiān)控、生產過程中的物料、質量監(jiān)控無法實現(xiàn)自動監(jiān)控，從而使得信息采集難度大，出錯率高，實時性差，信息分析處理困難，管理混亂(4)應急能力不足光伏企業(yè)故障處理方式大多比較簡單，不能實現(xiàn)實時自動處理、及時處理(5)信息處理滯后光伏企業(yè)的信息處理方式落后，而且缺乏嚴格的設備績效評估體系。目前光伏企業(yè)的各項生產報表、統(tǒng)計報表大多依靠手工匯總計算，計算效率低，且容易出錯，結果也不夠直觀，更重要的是反饋的信息不及時(6)可視化能力不足(二)實例--智能工廠透明化NEXT車間沒有可視化電子看板，工位旁也沒有生產看板，工人無法實時的掌握生產進度和加工情況，無法準確的處理異常情況。另外，生產管理者也無法足不出戶的快速掌握整個企業(yè)的生產運營情況(7)數(shù)據(jù)利用率低光伏產業(yè)所涉及到的數(shù)據(jù)信息主要分三種，暨設備數(shù)據(jù)、生產數(shù)據(jù)和標簽數(shù)據(jù)。設備數(shù)據(jù)包含生產設備信息、監(jiān)控設備信息等；生產數(shù)據(jù)是產線的產品相關數(shù)據(jù)。包含各工序產出，各工序報廢量，F(xiàn)PY,等數(shù)據(jù)；標簽數(shù)據(jù)包含操作人員身份標識，工藝規(guī)程，質檢文件，產品標簽信息等其中設備數(shù)據(jù)容量非常巨大，且具有復雜性。例如PLC數(shù)據(jù)采集，涉及到輸入、輸出兩大模塊的7項模塊功能數(shù)據(jù)采集；而生產環(huán)境數(shù)據(jù)采集更是復雜，包含溫度、濕度、圖像、聲音等變量信息。目前該類數(shù)據(jù)都是以生產人員及設備人員進行手工統(tǒng)計，數(shù)據(jù)實時性無法保證，設備OEE的指標同樣欠缺準確性，并且設備的異常數(shù)據(jù)皆由一線員工進行匯報，數(shù)據(jù)的異常狀態(tài)無法第一時間解決，從而影響設備產能(二)實例--智能工廠透明化當前大部分生產數(shù)據(jù)也均都由生產人員手工統(tǒng)計，統(tǒng)計過程不可控，并且數(shù)據(jù)真實性存在質疑01對工廠的發(fā)展起到了阻礙，產能的增加造成了困擾；標簽數(shù)據(jù)雖然相對具有唯一性，但是常常由于人員流動性強，人工統(tǒng)計的疏忽，新舊文件更替等多種因素影響，導致標簽數(shù)據(jù)的遺漏，增加了管理成本，阻礙智能工廠發(fā)展022.智能工廠透明化62.智能工廠透明化綜合運用了物聯(lián)網技術及智能策略、智能系統(tǒng)、智能方法等新興智能技術，通過自動化設備，和數(shù)據(jù)透明化的配合，盡可能少地讓人員參與到生產過程中，具有采集、分析、自主決策和執(zhí)行的能力，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的透明化、生產過程的自動化、生產能力的柔性化，達到降低成本，提高效率，實時監(jiān)控的目的，全方位提高產能。智能工廠透明化具有以下3個特征(1)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理通過構建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心，對設備，產品，環(huán)境等各類數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，避免信息化建設過程中的信息孤島，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通(2)數(shù)據(jù)的全方位展示2.智能工廠透明化基于設備自動化數(shù)據(jù)的通訊接出，系統(tǒng)能夠支持用戶自定義顯示的內容，最終實現(xiàn)人員無需時時巡線，也能隨時遠程了解產線實際情況，達到信息的透明化(3)智能管控通過數(shù)據(jù)透明化，設備智能化，管理人員第一時間得到真實，準確的數(shù)據(jù)后，通過數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)挖掘，可以對瓶頸工序進行優(yōu)化提升3.標準化助力智能工廠透明化的實踐建立標準化的MES系統(tǒng)，提高數(shù)據(jù)的標準化分析處理、生產信息可視化、生產過程異常信息應對等多方面能力，最終提高光伏行業(yè)智能工廠精益生產能力和生產效率2.智能工廠透明化基礎支撐層該層為MES的支撐，是MES系統(tǒng)的基礎設備包括硬件和軟件環(huán)境，硬件包括自動化設備(如機器人和數(shù)控設備等)、其他數(shù)據(jù)采集設備，包括RFID、傳感器、PLC、采集卡、掃描槍等等，軟件環(huán)境包括系統(tǒng)服務器，網絡環(huán)境等等(2)數(shù)據(jù)采集層該層主要確定數(shù)據(jù)采集的方式，包括自動采集(RFID、傳感器等)、半自動采集(掃描槍等)、人工錄入等手段，MES運行所需要的數(shù)據(jù)均來自該層對基礎支撐層的數(shù)據(jù)采集(3)生產資源配置庫層該

層是生產資源的配置庫，一是用來存放數(shù)據(jù)采集層經過轉換后得到的數(shù)據(jù)，也是用來存放于外部系統(tǒng)如ERP、PDM等交互的數(shù)據(jù)，另外，系統(tǒng)運行所需要配置的基礎數(shù)據(jù)也存放在該層(4)數(shù)據(jù)交互層

2.智能工廠透明化該層主要起MES與ERP等外部系統(tǒng)交互的作用。它確定了交互的內容、方式和數(shù)據(jù)格式(5)業(yè)務層該層是MES的核心，是依據(jù)采集層、交互層、生產資源配置庫中的數(shù)據(jù)，提供MES系統(tǒng)的各個業(yè)務。它包括以下三個體系①監(jiān)測管理體系：主要對MES系統(tǒng)中的設備、人員、物料、訂單執(zhí)行信息等進行監(jiān)控，并提供實時的報表，觀測生產狀態(tài)并針對設備、物料等的異常情況進行和告警②生產管理體系：MES系統(tǒng)的業(yè)務主要都在該層，它包括訂單管理、物料管理、生產管理、追溯管理、質量管理和系統(tǒng)管理等等③

統(tǒng)計分析體系：該層是系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的核心層，主要對監(jiān)控體系和管理體系中的數(shù)據(jù)進行處理，得出各類管理者所需要的報表和統(tǒng)計分析圖

2.智能工廠透明化(6)可視化展示層該層是生產制造的展示門戶，用來實時展示生產運行的情況和設備運行情況，為生產管理者和生產操作者提供生產依據(jù)。展示方式為生產看板包括人機交互頁面，還有大屏監(jiān)測4.實例總結74.實例總結數(shù)據(jù)透明化，讓整個生產效率、突發(fā)事件、業(yè)務完成度、物料人員分配等得到合理提高和調節(jié)數(shù)據(jù)透明化，也是企業(yè)高層決策和發(fā)展規(guī)劃的最可靠的依據(jù)數(shù)據(jù)透明化，在訂單型加工生產里，尤為被重視，因為它提高了整個生產車間的調整和靈敏度隨著全球制造業(yè)數(shù)字化、網絡化、智能化的步伐不斷加快,工業(yè)大數(shù)據(jù)逐漸成為制造業(yè)與新一代信息技術深度融合的落腳點之一,是智能制造的核心驅動力。數(shù)據(jù)透明化則保證了大數(shù)據(jù)的真實性，準確性。企業(yè)通過透明化的大數(shù)據(jù)也將更加快速、及時有效的不斷進步4.實例總結五．精準運維與維護8五．精準運維與維護通過對太陽能電池系統(tǒng)大數(shù)據(jù)的采集和分析利用人工智能和大數(shù)據(jù)技術建立太陽能電池的智能化運維和維護系統(tǒng)通過對運行數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控可及時發(fā)現(xiàn)設備故障并進行智能化分析提高維護效率和設備壽命1.光伏板異物識別91.光伏板異物識別裸露在外的光伏板常易被鳥糞，灰塵，異物等覆蓋導致透光率降低，或者形成陰影。低透光率會影響光電轉化效率；陰影消除不及時更會導致光伏組件產生局部升溫，熔化并毀壞柵線，嚴重影響接線盒和電池板的使用壽命，甚至最終導致整個太陽電池組件的報廢。極視角的光伏板異物識別能自動對畫面中的光伏板進行檢測分割，運用圖像處理技術對分割的面板圖像校正，校正后檢測光伏板上是否有鳥糞或積灰并輸出坐標信息用于將智能控制模塊、監(jiān)測模塊和自清理模塊的信息進行儲存,存儲模塊包括信息接收單元、信息處理單元、信息存儲單元;所述自清理模塊主要用于針對檢測模塊中空氣監(jiān)測的信息來對太陽能電池板進行自動清理;本發(fā)明主要用于解決現(xiàn)有人工智能管理的太陽能發(fā)電系統(tǒng)無法實時對周圍的植被和動物進行實子時監(jiān)控，導致太陽能電池板容易遭受破壞的問題1.光伏板異物識別1.光伏板異物識別視頻2.無人機監(jiān)視102.無人機監(jiān)視無人機在太陽能農場上收集的圖像可以通過云端或設備上的算法進行處理。人工智能算法的結果將告訴質量控制器哪些光伏面板有明顯的設備缺陷跡象太陽能電池板檢測中最常用的算法類型是深度學習算法。深度學習算法是一種機器學習算法，它使用神經網絡來學習如何解決任務。神經網絡由相互連接的層組成，可以學習如何從圖像中識別太陽能電池板的缺陷通過使用自動缺陷分類

AI，質量控制人員可以在幾個小時內完成對整個設施的調查，從而降低成本，而不是雇人數(shù)日進行維護。此外，缺陷面板的自動識別可以通過基于位置的標記加快檢查時間，從而提高效率一旦深度學習算法經過訓練，它就可以用來檢查從太陽能農場收集的圖像中的太陽能電池板。神經網絡將識別圖像中的任何太陽能電池板缺陷并提供分類(有缺陷或無缺陷)2.無人機監(jiān)視3.光伏系統(tǒng)的平衡系統(tǒng)中也有很多人工智能有潛力或者已經在發(fā)揮作用的場景跟蹤支架公司NEXTracker在今年推出了業(yè)內首款的智能自適應跟蹤控制系統(tǒng)TrueCapture，與根據(jù)時間和設定值進行調整的跟蹤支架不同，這一系統(tǒng)可以通過機器學習算法根據(jù)實時的光照情況自動調整支架到最佳的工作角度，從而增加跟蹤支架在復雜地貌和多云天氣時的發(fā)電量，同時降低安裝和部署時間六．太陽能電池的智慧化應用11六．太陽能電池的智慧化應用在對國內外市場的開辟中，需要聚焦"互聯(lián)網+光伏"平臺的建設和利用，實現(xiàn)林業(yè)、漁業(yè)、農業(yè)、交通、金融等領域的"光伏+"探索，產業(yè)鏈中不同企業(yè)的資源共享、優(yōu)勢互補、協(xié)同發(fā)展作用也需要設法充分發(fā)揮出來在對國內外市場的開辟中，需要聚焦"互聯(lián)網+光伏"平臺的建設和利用，實現(xiàn)林業(yè)、漁業(yè)、農業(yè)、交通、金融等領域的"光伏+"探索，產業(yè)鏈中不同企業(yè)的資源共享、優(yōu)勢互補、協(xié)同發(fā)展作用也需要設法充分發(fā)