適應風浪環境易擴展式水面漂浮光伏發電裝置的製作方法

2023-09-19 19:46:01 4

本實用新型涉及光伏發電領域，特別是涉及適應風浪環境易擴展式水面漂浮光伏發電裝置。

背景技術：

太陽能是資源豐富的可再生能源，其分布廣泛、可再生、無汙染等特點使其成為國際公認的理想替代能源。太陽能光伏發電是利用太陽能的主要形式之一。在長期的能源戰略中，太陽能光伏發電將成為人類社會未來能源的重要支柱。光伏電站規模較大、佔地較廣，面臨著我國人口眾多、土地資源緊張以及土地使用成本高等問題給未來發展帶來的矛盾。而我國的水面資源豐富，因此發展推廣水面漂浮式光伏發電系統，可充分協調土地資源與水面資源的利用。

水面光伏通常採用全浮體或浮體與支架結合的連接方式。採用浮體與支架組合的光伏系統的已有設計中，組件間的連接件較多，在水面上不容易操作，安裝難度大。如將相鄰的兩個浮體之間通過兩個錯位的連接耳與一根豎向的連接銷固定連接，光伏支架與浮體連接則用一個連接螺杆穿過四個浮體圍住的中心位置的四個連接耳，用螺母鎖緊。此光伏系統平均每個浮體需兩處連接，連接件較多；光伏支架通過螺杆與浮體連接，將光伏組件與組件支架的全部重量分散地作用在少量承重浮體上，浮體群受力不均勻，穩定性差。

目前已有的水面漂浮系統多為模塊式拼接，幾個光伏組件與相應承重的浮體組成一個模塊單元，多個模塊單元通過螺栓等方式簡單連接在一起，形成水面光伏發電系統。這種模塊式拼接的水面光伏發電系統的連接部位動態受力情況複雜，結構強度不足，且其整體穩定性差，無法適應大風、大浪、湍流等環境條件。

技術實現要素：

本實用新型的目的是為了克服上述背景技術的不足，提供一種適應風浪環境易擴展式水面漂浮光伏發電裝置，具有浮體受力均勻，系統整體穩定性好，具有抵禦一定級數的風浪，保證光伏發電系統正常運行的特點。

本實用新型提供的一種適應風浪環境易擴展式水面漂浮光伏發電裝置，包括由多個承重單元縱橫拼接而成的承重基座、光伏組件陣列，以及設置於承重基座上、用於支撐光伏組件陣列的光伏組件支撐結構，承重單元具有一個浮體，所述浮體側壁設有環槽，所述環槽內嵌設有主梁，所述主梁包括沿光伏組件長邊方向的橫梁及沿光伏組件短邊方向的縱梁，所述環槽包括沿光伏組件長邊方向的兩條橫槽和沿光伏組件短邊方向的兩條縱槽，所述橫槽兩側均比縱槽兩側寬，所述橫梁比縱梁寬，所述橫梁嵌設於橫槽中，所述縱梁嵌設於縱槽中，相鄰的橫梁與縱梁通過直角連接件相連，所述光伏組件支撐結構設於縱梁上。

在以上技術方案中，相鄰浮體之間是間隔設置，所述橫槽兩側設有定位孔，相鄰浮體之間的間隔設有「U」型板，所述「U」型板兩端插入定位孔並與浮體固定相連。

在以上技術方案中，所述光伏組件陣列由多個光伏組件組成，所述光伏組件支撐結構包括多組依次排列的光伏組件支撐單元，所述光伏組件支撐單元包括分別位於相鄰縱梁對應設置的主支撐架，所述主支撐架與光伏組件兩端中部相連，所述主支撐架外側設有防止光伏組件軸向竄動的側邊壓片，所述相鄰縱梁對應設置有與光伏組件一側邊角相連的輔支撐架，所述主支撐架高於輔支撐架。

在以上技術方案中，對應的兩個主支撐架之間設有支撐橫梁，同一根支撐橫梁上設有兩塊光伏組件，所述支撐橫梁中部設有垂直於支撐橫梁設置的限位拉片，所述限位拉片中部設有中間壓片，所述中間壓片兩端分別壓緊兩側的光伏組件。

在以上技術方案中，所述主支撐架包括主支撐塊以及位於主支撐塊底部兩側的支撐板，所述支撐板通過其開設的第一螺栓孔與螺栓配合固定於縱梁上，所述主支撐塊上部一側設有頂面傾斜方向與光伏組件傾斜方向一致的夾塊，所述主支撐塊與夾塊之間設有位於主支撐架內側、用於固定支撐橫梁的「C」型凹槽，所述「C」型凹槽的豎向面與底面呈傾斜設置，其中，所述「C」型凹槽的底面傾斜方向與光伏組件傾斜方向一致。

在以上技術方案中，所述輔支撐架包括立柱以及位於立柱底部兩側的連接板，所述連接板通過位於其上的第二螺栓孔與螺栓的配合固定於縱梁上，所述立柱頂面傾斜設置、且傾斜方向與光伏組件傾斜方向一致，所述立柱內側開設有傾斜方向與光伏組件傾斜方向一致、用於插入光伏組件底部兩角的插槽。

在以上技術方案中，所述浮體上環槽下部的結構的形狀包括長方體或圓柱體。

本實用新型提供的一種適應風浪環境易擴展式水面漂浮光伏發電裝置的安裝方法，具體步驟如下：步驟一、所述主梁插入浮體對應的環槽內，通過直角連接件將橫梁和縱梁固定在一起；步驟二、通過「U」型板將相鄰兩個浮體位置固定；步驟三、將兩個光伏組件沿長邊並排布置，在兩個光伏組件連接間隙處，由螺柱從上至下依次固定中間壓片、限位拉片和支撐橫梁；步驟四、將兩個光伏組件底部兩角插入至輔支撐架的插槽，將支撐橫梁兩端插入主支撐架的「C」型凹槽中，輔支撐架和主支撐架由螺栓固定在縱梁上。

本實用新型適應風浪環境易擴展式水面漂浮光伏發電裝置及其安裝方法，具有以下有益效果：

1、整體化布置，系統穩定性好。承重基座為鋼支架支撐的整體結構，浮體卡在兩條主梁之間為系統提供浮力，整體穩定性好；

2、可抵禦風浪作用。系統四周外圍浮體均勻密布，浮體距離水面有一定高度，可以阻擋一定的風浪作用，承受風載荷與浪載荷，保障系統內部光伏組件的穩定；

3、浮體受力均勻，有助於延長浮體的使用壽命，提高系統穩定性。每個浮體的兩側均與主梁的上下表面分別接觸，面接觸受力均勻，避免了部分浮體局部集中受力；

4、可擴展性強，降低建造成本。可利用四周的承重單元向外圍延伸多個光伏發電系統，組成大規模發電系統，共用承重基座可在保證系統穩定的情況下，有效減少成本；

5、承重基座連接件少，連接方式簡單，便於施工安裝，可有效縮短工期；

6、承重基座中的浮體表面平穩，可作為行走通道，為系統提供安裝、檢修的空間，節省佔地面積，方便檢查維修。

附圖說明

圖1為本實用新型適應風浪環境易擴展式水面漂浮光伏發電裝置的整體結構示意圖；

圖2為圖1中的局部場景一結構示意圖；

圖3為圖2中的局部結構示意圖；

圖4為圖2中局部場景二結構示意圖；

圖5為圖1中光伏組件和光伏組件支撐單元的結構示意圖；

圖6為圖1中光伏組件支撐單元的結構示意圖；

圖7為圖6中輔支撐架的結構示意圖；

圖8為圖6中主支撐架的結構示意圖；

圖9為應用了本實用新型的大規模光伏發電系統示意圖；

圖10為圖1中浮體下部為長方體的實施例的結構示意圖；

圖11為圖2中浮體下部為為圓柱體的實施例的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本實用新型作進一步的詳細描述，但該實施例不應理解為對本實用新型的限制。

參見圖1至圖3，本實用新型適應風浪環境易擴展式水面漂浮光伏發電裝置，包括由多個承重單元1縱橫拼接而成的承重基座、光伏組件陣列2，以及設置於承重基座上、用於支撐光伏組件陣列2的光伏組件支撐結構3，承重單元1具有一個浮體1.1，所述浮體1.1側壁設有環槽1.11，所述環槽1.11內嵌設有主梁1.2，所述主梁1.2包括沿光伏組件2.1長邊方向的橫梁1.21及沿光伏組件2.1短邊方向的縱梁1.22，所述環槽1.11包括沿光伏組件2.1長邊方向的兩條橫槽1.111和沿光伏組件2.1短邊方向的兩條縱槽1.112，所述橫槽1.111兩側均比縱槽1.112兩側寬，所述橫梁1.21比縱梁1.22寬，所述橫梁1.21嵌設於橫槽1.111中，所述縱梁1.22嵌設於縱槽1.112中，相鄰的橫梁1.21與縱梁1.22通過直角連接件1.4相連，所述光伏組件支撐結構3設於縱梁1.22上。本實施例中，浮體1.1為0.4m×0.4m×0.4m的立方體，浮體1.1的環槽1.11上沿距浮體1.1頂面0.1m，環槽1.11寬度相當於主梁1.2寬度的一半，均為0.04m，橫槽1.111高為0.11m，縱槽1.112為0.09m，主梁1.2採用工字鋼，橫梁1.21工字鋼高0.11m，縱梁1.22工字鋼高0.09m。

參見圖4，相鄰浮體1.1之間是間隔設置，浮體1.1的布置不應過密或過疏，避免承重單元1受力不均勻，一般情況下，浮體1.1寬度為0.4m左右，長度在0.3～0.8m之間，兩個浮體1.1之間距離在0.2～0.4m之間，此布置形式遵循人們行走的習慣規律，方便行走。在本實施例中，每兩個浮體1.1之間的間隙為0.2m。所述橫槽1.111兩側設有定位孔1.12，相鄰浮體1.1之間的間隔設有「U」型板1.3，所述「U」型板1.3兩端插入定位孔1.12並與浮體1.1固定相連。定位孔1.12的尺寸為0.02m×0.01m×0.01m，用於固定「U」型板1.3的一端。浮體1.1為整個光伏發電系統提供浮力。本實施例中，「U」型板1.3的長邊長度為0.21m，為相鄰浮體1.1間的間距與浮體定位孔1.12深度之和。

參見圖5至圖6，所述光伏組件陣列2由多個光伏組件2.1組成，所述光伏組件支撐結構3包括多組依次排列的光伏組件支撐單元3.1，所述光伏組件支撐單元3.1包括分別位於相鄰縱梁1.22對應設置的主支撐架3.3，所述主支撐架3.3與光伏組件2.1兩端中部相連，所述主支撐架3.3外側設有防止光伏組件2.1軸向竄動的側邊壓片3.4，所述相鄰縱梁1.22對應設置有與光伏組件2.1一側邊角相連的輔支撐架3.2，所述主支撐架3.3高於輔支撐架3.2。

對應的兩個主支撐架3.3之間設有支撐橫梁3.7，同一根支撐橫梁3.7上設有兩塊光伏組件2.1，所述支撐橫梁3.7中部設有垂直於支撐橫梁3.7設置的限位拉片3.6，所述限位拉片3.6中部設有中間壓片3.5，所述中間壓片3.5兩端分別壓緊兩側的光伏組件2.1。

參見圖7，所述輔支撐架3.2包括立柱3.21以及位於立柱3.21底部兩側的連接板，所述連接板通過位於其上的第二螺栓孔3.22與螺栓的配合固定於縱梁1.22上，所述立柱3.21頂面傾斜設置、且傾斜方向與光伏組件2.1傾斜方向一致，所述立柱3.21內側開設有傾斜方向與光伏組件2.1傾斜方向一致、用於插入光伏組件2.1底部兩角的插槽3.23。

參見圖8，所述主支撐架3.3包括主支撐塊3.31以及位於主支撐塊3.31底部兩側的支撐板，所述支撐板通過其開設的第一螺栓孔3.32與螺栓配合固定於縱梁1.22上，所述主支撐塊3.31上部一側設有頂面傾斜方向與光伏組件2.1傾斜方向一致的夾塊3.34，所述主支撐塊3.31與夾塊3.34之間設有位於主支撐架3.3內側、用於固定支撐橫梁3.7的「C」型凹槽3.33，所述「C」型凹槽3.33的豎向面與底面呈傾斜設置，其中，所述「C」型凹槽3.33的底面傾斜方向與光伏組件2.1傾斜方向一致。

參見圖9，光伏發電系統可利用承重單元1的四周部分向外延展多個發電基地，形成大規模水面漂浮式光伏發電系統，節省資源，降低造價。

支撐橫梁3.7可以為槽鋼、C型鋼、方鋼。

主梁1.2和光伏組件支撐單元3.1可以是不鏽鋼、鍍鋅鋼、玻璃鋼、塑鋼、鋁合金等耐腐蝕性材料。

參見圖10至圖11，所述浮體1.1上環槽1.11下部的結構形狀包括長方體或圓柱體，實踐中還可以為其他形式，只要保證上表面平坦。

本實用新型適應風浪環境易擴展式水面漂浮光伏發電裝置的安裝方法包括如下步驟：

步驟一、所述主梁1.2插入浮體1.1對應的環槽1.11內，通過直角連接件1.4將橫梁1.21和縱梁1.22固定在一起；

步驟二、通過「U」型板1.3將相鄰兩個浮體1.1位置固定；

步驟三、將兩個光伏組件2.1沿長邊並排布置，在兩個光伏組件2.1連接間隙處，由螺柱從上至下依次固定中間壓片3.5、限位拉片3.6和支撐橫梁3.7；

步驟四、將兩個光伏組件2.1底部兩角插入至輔支撐架3.2的插槽3.23，將支撐橫梁3.7兩端插入主支撐架3.3的「C」型凹槽3.33中，輔支撐架3.2和主支撐架3.3由螺栓固定在縱梁1.22上。

本實施例中，單個浮體1.1與主梁1.2之間的接觸為面接觸，比一般的連接耳連接穩定可靠。以常規吊耳連接的形式為例，以10mm×10mm的吊耳計算，四個吊耳與支架間的接觸面積為0.0004m2，本實施例中浮體1.1與主梁1.2間的接觸面積為4×0.04×0.4＝0.064m2，是吊耳連接的160倍，且通過主梁1.2與連接件的配合，固定了浮體1.1的位置，限制其進行非預期偏移，因此本實用新型適應風浪環境易擴展式水面漂浮光伏發電裝置及其安裝方法整體穩定性好，可以抵禦一定程度的風浪。

本實施例中，水面漂浮式光伏發電系統在安裝時僅需約556顆螺栓，平均每塊光伏板僅為6.3顆，施工量大大減小。

本實施例中，採用功率260W，尺寸為992mm×1650mm的光伏組件，以88塊光伏組件為一個水面漂浮式光伏發電系統。

系統中，每一承重單元中包含25個0.4m×0.4m×0.4m的浮體1.1，本例中的光伏發電系統共有7組承重單元1，即共使用175個浮體1.1。當在此發電系統的基礎上，從四周承重單元1向外延伸，擴展3×3的一組大規模發電系統，及9×88×265Wp＝0.21MWp發電系統，所需浮體1.1共1275個，比各個系統單獨布置節省300個浮體1.1，佔比23.5％。浮體1.1是水面漂浮式光伏發電系統造價成本的決定因素，因此，本實用新型適應風浪環境易擴展式水面漂浮光伏發電裝置可擴展性強，降低建造成本。

顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和範圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬於本實用新型權利要求及其等同技術的範圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。

本說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。