日本中部电力公司从2014年开始研究如何在检查电力设备中使用无人机(无人小型飞行器)来提高效率。除了高压输电线等之外，光伏电站也属于检查对象(图1)。
图1：在输出功率约7.5MW的“百万光伏电站武丰”中进行检查，在约1个小时内拍摄了约3.9万块太阳能电池板的热分布图像
检查电力设备时，因占地面积较大，有时需要花费很长时间。而且，有的地方检查人员很难靠近，还有的作业环境非常严酷。于是中部电力产生了在这些情况下使用无人机的想法。
关于光伏电站的检查，中部电力在其开发并运营的输出功率约为7.5MW的“百万瓦级光伏电站武丰”(爱知县武丰市)进行了实际验证。与中部电力共同开发这种用途的无人机及使用方法的企业是日本Fukaden(爱知县丰田市)。
Fukaden主要从事工厂内的生产系统等业务。与汽车相关的生产管理系统、机器人应用设备、控制系统方面，该公司以丰田用产品为中心扩大了业务。无人机的开发和供应是该公司面向航空领域开展的业务的一环，于2009年启动。
Fukaden致力于光伏发电业务的时间可以追溯到约15年前。当时，因事业所的光伏发电不具备业务性，Fukaden并没有在公司导入，而是由代表董事加藤在自己家里安装了太阳能。利用国家和丰田市提供的补贴，设置了使用夏普太阳能电池板的发电系统。
后来，虽然每年设置的光伏发电系统只有几套，但Fukaden切实地积累了业绩经验，并于2009年前后开始将其正式作为一项业务来推进。主要在住宅及事业所的屋顶设置光伏发电系统。
固定价格收购制度(FIT)实行以后，Fukaden开始提供并入低压配电线的地面设置型光伏电站的EPC(设计、采购及施工)服务。而且，还开发了设置在总部屋顶上的输出功率约为10kW光伏设备，以及位于三重县尾鹫市的输出功率为1.2MW的光伏电站等，并启动了售电业务。
使用无人机来提高光伏电站检查效率的想法始于Fukaden开始承接航空领域订单时。
Fukaden从设置在加藤家中的太阳能电池板出现的故障中获得经验，深切地感受到了检查和维护光伏发电系统的重要性。在探讨实际检查方法的过程中，该公司开始考虑从空中拍摄电池板来掌握有无故障。
太阳能电池板的故障不仅会造成发电损失，还有可能导致火灾等灾害。尽早发现并采取恰当的应对措施可以同时提高业务性和安全性。
通过使用无人机，可以对红外线相机在空中拍摄电池板后获得的热分布图像进行分析，并锁定过度发热的位置。Fukaden除了机身的开发之外，还协助日本AVIONICS公司开发出了适合配备于无人机的红外线相机。
采用井字形机身减轻重量，延长飞行时间
输出功率约为7.5MW的“百万瓦级光伏电站武丰”在约14万m2的土地上设置了39168块太阳能电池板。进行实证时，使用无人机在空中用红外线相机进行拍摄。以前需要3个人花费两天才能完成拍摄，此次通过在空中进行拍摄，只用了约1小时。
Fukaden的无人机是按照客户的使用目的提供定制产品。百万瓦级光伏电站武丰使用的无人机是该公司与中部电力共同开发的，机身框架采用了简单的井字形构造(图2)。据介绍，这种构造具有飞行一次的时间长、飞行稳定等优点。
图2：使用了与中部电力公司共同开发的无人机，通过井字形构造的机身减轻了重量，延长了飞行时间
在占地面积很大的大型光伏电站，最好能够飞行一次就拍摄到所有电池板。但是，无人机的飞行时间最长一般只有15〜20分钟。实际飞行时，出于安全考虑，飞行时间只有一半左右，因此一次飞行只能拍摄约2MW的电池板。
要在一次飞行中拍摄到更多的电池板，还可以采用提高红外线相机分辨率的方法。通过提升飞行高度来增加一次拍摄收入图像中的电池板数量。即便距离电池板较远，只要提高图像的分辨率，能够明确识别出过度发热的部分，检查方面就没有问题。
不过，现在很难采用这种方法。原因是，目前的红外线相机的重量会随着分辨率的提高而增加。机身重量增加后，获得相同的升力所需要的电力就会增多，造成蓄电池消耗增加。这样会导致一次的飞行时间缩短。
这就要求开发出分辨率高的小型轻量化红外线相机、输出密度高的蓄电池。
因此，减轻机身重量是当前较为有效的措施。将框架结构改成简单的井字形构造，对机身实现轻量化作出了贡献。一次的飞行时间延长至约40分钟，达到普通无人机的约两倍。结果，该无人机在“百万光伏电站武丰”飞行了两次，合计飞行时间约54分钟，就拍摄了所有电池板。
Fukaden无人机的井字形构造机身由管状构件组成(图3)。在一般被称作可折叠机臂的螺旋桨(旋翼)固定部采用井字形构造，由此增加了稳定性。旋翼有四个。着地时承受地面冲击的脚架也同样采用了井字形构造。
图3：因采用井字形构造，飞行十分稳定，而且容易减轻重量，落地也很稳，由管状构件组成
这种构造可以提高机身的刚性，能够消除普通无人机经常出现的“机臂晃动”。而且不易受到风阻，不仅可在飞行时保持稳定性，还容易减轻机身重量。
这种结构的无人机的脚架比普通无人机短得多。可以减少着地后机身颠簸等现象，因此着地时的稳定性增加，而且构成部件较少，有助于降低成本。
建在30度斜坡上的光伏电站也能使用
Fukaden集团开发并运营的大型光伏电站位于三重县尾鹫市，输出功率为1.2MW，该电站所处的环境可以让无人机在检查电池板时进一步发挥作用(图4)。
图4：三重县尾鹫市的光伏电站建在约30度的斜坡上，更大地发挥了无人机检查的优势
因该电站沿着约30度的斜坡设置了太阳能电池板，如果手持红外线相机步行拍摄，无论是安全管理方面还是成本方面，都很难实现。如果由人步行检查电池板，就需要搭建脚手架来确保安全。
因此，该电站每两个月就要使用无人机来拍摄一次电池板。因规模小于武丰，只需飞行不到30分钟就能完成拍摄。
像对土地进行扫描一样拍摄出来的数据，可以在无人机结束飞行后导入个人电脑，用来确认热分布存在异常的电池板(图5)。通过将电池板的热分布图像与电站的地图相匹配，一眼就能看出哪块电池板出现了过度发热。
图5：每两个月检查一次，通过热分布图像锁定发生故障的电池板
无人机的操作方面，基本都是自动飞行，预先设定好飞行路线。考虑红外线相机的分辨率和视角，以拍摄效率最高的高度及速度来飞行。确定飞行路线时还要考虑用于掌握飞行位置信息的全球定位系统(GPS)的精度，以及风力造成的拍摄抖动等。
设置飞行路线时，一般只需输入水平方向的位置信息。但是，尾鹫市的光伏电站建在山坡上，因此还需要按照高度设置垂直方向的信息。
迄今为止，除了微小裂纹(微裂纹)导致的过度发热(热点)之外，无人机还发现了因鸟类抛下石头而破碎的保护玻璃、从电池板之间的缝隙中生长出来的草木的阴影等，并采取了应对措施(图6)。
图6：发现玻璃破裂的电池板，以及受到树荫影响的例子，在尾鹫市的光伏电站进行的检查
保护玻璃破裂大多是乌鸦抛下石头造成的，但尾鹫市的网站称该电站的这种情况可能是老鹰造成的。老鹰有时还会在无人机飞行时靠近机身。
从性能来看，Fukaden的无人机最大可在8m/s左右风速下飞行，但用于光伏电站时，出于安全考虑，风速超过约5m/s就不再飞行了。
无人机的提供方式除了销售机身之外，还有租赁。主要是为了满足检查电站较少的运营商的需求。租赁时，如果检查的电站距离Fukaden较近，还可以承接飞行服务。
Fukaden还计划举办讲习会，让客户学习操作无人机所需要的知识，并进行飞行准备及操作等技能的实习。这是因为，虽然无人机企业最近在以东京为中心的首都圏举办了很多讲习会，但在中部地区却很少见。
通过开发有线供电机型、与消防部门进行联合训练等扩大用途
Fukaden还在开拓光伏发电以外的用途。比如，在其他可再生能源用途方面，该公司对无人机在风力电站的发电机叶片等高处检查中的应用也进行了验证(图7)。
图7：使用有线供电型无人机检查风电发电机的叶片，用于位于高处、飞行时间较长的检查
这种高处检查有时普通无人机飞行一次无法完成。因此，Fukaden开发出了飞行时进行有线供电的无人机。该无人机连着电线飞行，在空中进行拍摄。由此来延长一次飞行的时间。
由于飞行范围有限，因此不合适在光伏电站这样的大面积范围内进行拍摄。主要设想用于风电站、输电线的检查，以及电力之外的桥梁检查等。
电线长度为100m，在飞行场所有限的情况下，电线还可以起到引导的作用，飞行时更让人放心。
据介绍，因其他企业没有这种有线供电无人机，所以前来洽谈的客户越来越多。另外，由于Fukaden的无人机全部为定制产品，因此没有定价，参考价格为200万日元左右。普通的蓄电池机型大多在70～100万日元。
Fukaden还将无人机用于救灾等。Fukaden与丰田市消防署本部一同，以山火扑救、河流溺水救助、搜索山中遇险者等为目的实施了联合训练(图8)。
图8：还用于溺水救助、山火扑救、搜索山中遇险者，与丰田市消防总部实施联合训练。上图为2016年8月实施的水难救助训练，下图为2016年11月在阿藏町实施的灭火训练
比如，在2016年8月实施的联合溺水救助训练中，不仅发现了模仿溺水受害者的假人，还从无人机上投下了救助用救生圈。
该无人机配备了朝向下方的相机，还安装了用来抓住救生圈绳索的机构。训练时，在宽约80m的河流中，起飞后约35秒钟就到达遇险者的上空，投下了救生圈。
