巴登-符腾堡能源股份公司 (EnBW) 是德国最大的能源公司之一，管理着快速增长的可再生能源资产组合。短短四年内，太阳能光伏发电装机容量就从 150 兆瓦增长到 1 吉瓦，这使得该公司面临着巨大的挑战：如何在人手不足的情况下，对规模日益庞大的设施进行巡检，同时还要保证数据的准确性和运营效率。过去三年，可再生能源行业的无人机应用率增长了 67%，对于那些希望在不相应增加人力的情况下扩大巡检规模的公用事业公司而言，自主系统已成为必不可少的工具。
在最近的一次网络研讨会上，我们采访了德国能源巨头EnBW的光伏组件技术专家Timo Freund。Timo分享了这家德国能源巨头如何利用无人机自主停靠技术，革新其快速扩张的产品组合中的太阳能电池板检测流程。以下是他关于EnBW无人机自主技术应用历程的分享。
挑战
EnBW 光伏组件技术专家 Timo Freund 表示：“我们的太阳能发电容量在 4 年内增长了 7 倍。现在我们需要检查的太阳能发电厂数量更多了，而且每个发电厂的规模都比以前更大--但我们不可能雇佣 7 倍的人手来检查所有发电厂。”
EnBW在管理其太阳能光伏检测业务方面面临几个关键挑战：
可扩展性危机： 传统的咨询顾问式检查方法无法满足公司四年内567%的业务增长需求。更大的场地面积需要指数级增长的检查时间，但咨询顾问的能力却无法跟上。检查数据仍然分散在Excel表格和PDF报告中，散落在电子邮件和SharePoint文件夹中，给试图根据检查结果采取行动的维护团队带来了巨大的协调难题。
德国特有的运营限制： 该国变幻莫测的天气使得安排传统无人机飞行员执行任务变成了一场赌博--进行精确热成像所需的晴朗天气难以预测，这意味着飞行员往往需要花费两到六个小时前往偏远地区，却发现飞行条件并不适宜。更糟糕的是，德国的电网限电机制经常在电价为负或电网拥堵期间关闭大型太阳能发电装置，导致飞行员到达现场后却无法对运行中的系统进行检查。
地形和连通性挑战： 一些太阳能发电站的地形高差极大，最高可达80米，茂密的树木阻挡了飞行员和无人机之间的视线通信。在这样的条件下，传统的远程操控根本无法可靠地进行。
数据质量不完整： 顾问报告仅列出了调查中发现的前200个故障，其他异常跟踪需要额外付费。报告未提供GPS坐标，迫使维护团队解读手绘的现场平面图，并尝试在地面上目测识别特定模块--这一过程容易出错且浪费时间。
解决方案
EnBW采用了一套全面的“无人机一体化”解决方案，该方案由FlytBase的AI无人机自主平台和Sitemark的分析软件提供支持。此次部署战略性地满足了公司独特的运营需求，同时利用先进的自主功能克服了德国严苛的巡检环境。
这一转型分两个阶段进行。大约两年前，EnBW 首先从顾问主导的地面勘测转向基于无人机的热成像技术。这一初步转变用带有 GPS 标记的图像和 Sitemark 平台上的 AI 驱动的异常检测取代了分散的 Excel 和 PDF 工作流程，从而能够对每一个热信号进行完整的异常跟踪，而不再像顾问那样只能手动记录前 200 个故障点。
在此基础上，EnBW启动了一项概念验证项目，在高价值太阳能电站部署自主无人机对接平台。该技术架构的核心是配备LTE连接适配器的DJI Dock 2系统--这项关键创新解决了德国山区太阳能电站面临的连接难题，这些电站海拔落差高达80米，且常有树木遮挡。与之前依赖视距通信的150公斤重的DJI Dock 1不同，Dock 2的LTE功能可与FlytBase的中央监控系统保持持续连接，从而实现无需人工干预的无缝远程飞行操作。
FlytBase平台为EnBW位于斯图加特的总部提供可靠的自主飞行管理功能，确保运营安全。该系统能够处理复杂的任务规划、自动飞行执行和实时监控，同时符合德国航空法规。每个停机坪都战略性地选址于20至70兆瓦的电站--这是最佳规模范围，既能保证检查的灵活性和频率，又能使资本投资物有所值。
已部署的解决方案包括：
- 具备LTE连接的DJI Dock 2自主系统
- FlytBase软件平台用于任务规划和远程执行
- DJI Matrice 4T/4TD 无人机配备热成像和光学摄像头
- Sitemark AI 分析平台，用于异常检测和工单系统
- 与EnBW的维护管理工作流程集成
工作原理
自主巡检工作流程始于飞行前准备工作，该工作由EnBW位于斯图加特的办公室远程完成。操作员会检查空域法规，确认机场和限制区域的许可，然后核实天气状况，包括风速和太阳辐照度--任务需要每平方米至少600瓦的功率才能进行精确的热成像。通过电网供应商的信号监控限电状态，团队可以据此确定系统通电的巡检窗口。飞行任务通常使用FlytBase的规划工具提前一天进行规划。
任务当天，操作员从斯图加特远程触发飞行。自动对接平台打开，执行飞行前系统检查，并放飞配备热成像相机的 DJI Matrice 4T 或 4TD 无人机。无人机按照预设航线飞行，保持 70% 的正面重叠率和 30% 的侧面重叠率，以确保全面覆盖。无人机以 25 米的飞行高度，以 3 厘米的地面采样距离 (GSD) 拍摄热成像图像--这是弗劳恩霍夫太阳能系统研究所 (ISE) 针对光伏系统质保级检测所规定的分辨率。
任务完成后，采集到的图像会自动上传到 Sitemark 的人工智能分析平台。该软件的机器学习算法可同时处理视觉和热成像数据，检测包括热点、串故障、旁路二极管问题和玻璃破损在内的异常情况。每次检测都会通过 GPS 定位精确标记模块位置，并进行热成像和视觉图像的交叉比对。
维护团队可通过 Sitemark 的用户友好界面访问工单，工单包含精确的 GPS 坐标和照片证据。现场技术人员无需猜测即可直接导航至受影响的模块，通过目视检查确认问题，并通过售后服务检查确认维修情况--所有操作均通过单一的数字化平台协调完成。
“我现在坐在斯图加特，我的项目地点离柏林很近。我不想开车六个小时过去，结果发现天气不好或者限电。我可以坐在办公室里，启动项目，如果我看到限电信号，我可以停止，第二天再继续，”EnBW光伏组件技术专家Timo Freund说道。
执行
实施过程首先从基础能力建设入手，然后逐步推进到自主部署。EnBW 在 2020 年至 2021 年间，从顾问主导的巡检工作过渡到内部无人机运营，并在最终选择 Sitemark 的分析平台之前，对欧洲各供应商进行了广泛的市场调研。该决策优先考虑用户体验和界面简洁性，而非功能广度--事实证明，这一选择对于在不同技术背景的维护团队中推广应用至关重要。
在此期间，EnBW 建立了一个内部飞行员培训计划，提供全面的 5 天认证，涵盖欧洲 A1/A3 和 A2 无人机执照、法规遵从性和空域管理、摄影基础知识、光伏检测专用的热成像基础知识以及在实际太阳能设施中的实践培训。
EnBW的自主对接平台试点项目于2022-2023年启动，首个DJI Dock 1部署于地形复杂多变的太阳能电站。团队很快发现，当飞行器下降到25米高度进行巡检，且飞行过程中需跨越80米的高差，并有树木遮挡时，视距通信存在局限性。解决方案的出现可谓恰逢其时：就在EnBW努力解决这些连接问题之际，DJI发布了配备LTE适配器的Dock 2。
EnBW目前运营着两套自主泊位系统，第三套Dock 3系统将于2024年春季部署。该团队已向德国航空当局提交了超视距（BVLOS）许可申请，但由于审批积压，最终获批时间仍不确定。在概念验证阶段，该系统在EnBW关键基础设施（KRITIS）之外的独立LTE网络上运行，无需繁琐的网络安全审批流程，即可实现更快的测试和迭代。
“正如我所说，下一步我们将尝试部署更多无人机停靠站。但首先，我们必须证明这样做是有益的。我们的管理层将评估投资于停靠站、软件、培训人员进行超视距飞行等方面是否值得，”EnBW光伏组件技术专家Timo Freund说道。
结果
自主无人机对接技术的应用为EnBW的各项运营带来了显著且可衡量的效益：
增强运营灵活性： 无人机对接系统省去了前往偏远太阳能电站往返六小时的麻烦。EnBW公司总部位于斯图加特，现在可以对柏林附近的电站进行巡检，无需支付差旅费用，也不受天气原因导致的取消的影响。即使在任务途中遇到电网限电，飞行也只需暂停，待情况好转后即可恢复，从而将巡检频率从每年一次提高到每季度一次，提升了2-4倍。
“我现在坐在斯图加特，我的项目地点离柏林很近。我不想开车六个小时过去，结果发现天气不好或者限电。我可以坐在办公室里，启动项目，如果我看到限电信号，我可以停止，第二天再继续，”EnBW光伏组件技术专家Timo Freund说道。
完整的数据质量：
“好处在于，现在我们可以利用软件追踪现场所有故障。Sitemark 的人工智能会检查所有图像，从而追踪到每一个故障，精确到极小的温差。这是咨询公司从未做到的，”EnBW 光伏组件技术专家 Timo Freund 表示。
这套人工智能系统现在能够以GPS定位精度捕捉到无限数量的异常情况，而咨询报告中仅列出前200个故障。通过对可见光图像和热成像图像进行交叉关联，可以自动区分植被遮蔽和电气故障，从而减少误报，同时确保不会遗漏任何真正的问题。
成本效益验证： EnBW的财务模型显示，盈亏平衡点仅需一次因天气或限电而取消的试点访问。码头投资大约相当于20-70兆瓦电站一年的外部试点成本，同时在相同的年度预算下可实现2-4倍的检查次数。该公司在未相应增加员工的情况下，实现了567%的资产组合增长（从150兆瓦增至1吉瓦）。
联合行动： EnBW公司建立了内部无人机能力，在各个业务部门部署了数百架无人机。该公司设立了为期5天的飞行员培训项目，并将维护团队转型为身兼飞行员和技术人员双重角色的人员，从而减少了对外部承包商的依赖，同时能够在例行维护期间进行机会性检查。目前已有两个码头投入运营，第三个码头将于2024年春季启用。
前进的道路
EnBW计划在其所有高价值太阳能电站项目中推广无人机码头项目，并在电站开发早期阶段就整合该技术，以最大限度地发挥其效益。该公司正在完善电站规模阈值模型，验证20-70兆瓦范围内的码头资本投资能够带来最佳回报，并制定标准化的巡检频率方案，以平衡成本和风险监控需求。
EnBW光伏组件技术专家Timo Freund表示：“我们正在培训我们的维护团队，让他们也能成为无人机飞行员。他们通常在天气条件良好时驻守现场，因为他们需要对组串和逆变器进行测量。他们可以利用这段时间说，‘我的卡车里正好有无人机，我可以把它放出去，同时进行巡检。’”
未来一到两年内，EnBW计划扩大码头部署规模，并将应用场景拓展到光伏电站巡检之外。变电站、传统电厂和周界安防应用都在积极评估中，这些应用都将利用相同的FlytBase自动化平台和硬件投资。此外，该公司还将从概念验证阶段的独立LTE网络架构迁移到满足网络安全要求的本地部署或安全配置，以便与关键基础设施系统集成。
展望未来，弗罗因德预计，获得超视距（BVLOS）监管批准将显著提升运营能力，无需现场观察员。长远来看，自主巡检将成为标准操作程序，持续状态监测将取代年度巡检周期，平台投资将无缝支持EnBW旗下数吉瓦级资产组合中的太阳能、风能、电网基础设施和传统能源资产。
结论
EnBW公司自主无人机对接技术的应用，彻底改变了以往依赖咨询顾问、每年一次的太阳能光伏电站巡检模式，使其成为灵活、数据驱动的持续监测作业。通过消除出行限制、灵活应对天气和限电时段，并采集完整的GPS精确异常数据，该公司正在构建运营基础，以更少的人力和更深入的洞察力管理数吉瓦级可再生能源项目组合。
概念验证部署不仅验证了核心价值驱动因素，也为具有类似增长轨迹的能源公司指明了前进方向。随着超视距飞行器（BVLOS）认证的获得，系统将实现完全自主运行，并在各个业务部门逐步扩展部署规模。EnBW 的分阶段实施方法充分展现了正确实施的自主解决方案如何能够为组织的各个方面带来运营倍增效应。
EnBW光伏组件技术专家Timo Freund表示：“要注意软件的锁定效应。一旦你选定了某个软件，就无法再灵活选择。要花时间选择合适的软件。”
常见问题
1. 从成本效益的角度来看，自主无人机巡检与传统的咨询服务方式相比如何？
自主无人机停靠站的作用在于增强而非完全取代咨询顾问，它不仅能节省差旅成本，还能根据天气和停电情况灵活安排工作时间。在EnBW公司，只需取消一次试点访问即可实现盈亏平衡，停靠站的投资额大约相当于20-70兆瓦电站一年的外部试点成本，同时还能将巡检频率提高2-4倍。
2. 为支持太阳能光伏巡检的远程无人机操作，需要哪些技术基础设施？
操作需要配备 LTE 连接的 DJI Dock 2 系统以克服地形和障碍物带来的挑战， FlytBase的自主飞行平台用于任务规划和执行，以及 Sitemark 等分析软件进行 AI 驱动的异常检测。任务必须在 25 米高度保持 3 厘米的热成像地面分辨率 (GSD)，以满足 ISE 标准对保修合规性的要求。
3. 能源公司如何应对欧洲自主无人机运营的监管要求？
各公司必须遵守航空当局的各项规定，包括超视距飞行 (BVLOS) 的审批要求。EnBW 已提交 BVLOS 申请，但面临审批积压，因此目前采用远程监控和现场观察员的方式运营。该公司已建立全面的飞行员培训计划，并在概念验证 (POC) 阶段使用独立网络运行对接平台，以便在全面集成 KRITIS 系统之前加快测试速度。
4. 自主无人机技术在太阳能运营中的典型投资回报周期是多久？
虽然具体时间因投资组合规模而异，但EnBW的财务模型显示，即使仅因天气或限电取消一次顾问访问，也能实现盈亏平衡。该双用途应用程序既可用于详细的年度检查，也可用于季度监测，通过将检查频率提高2-4倍，显著加快了投资回报率，从而能够更快地发现异常情况，并减少因未发现故障造成的能源生产损失。