一種水上光伏組件安裝用單元漂浮平臺的製作方法

2023-10-23 10:28:13 2

本發明涉及一種光伏安裝支架，尤其涉及一種水上光伏組件安裝用單元漂浮平臺，用於將光伏組件安裝在海岸、湖岸、內河以及煤礦塌陷區等水面，屬於光伏系統安裝技術領域。

背景技術：

清潔低碳安全高效的現代可再生能源對全球氣候惡化及可持續能源利用戰略提供有力支撐。我國也把可再生能源利用放在首要位置，可再生能源中光伏發電由於其高效、穩定、易維護等優勢，更受青睞。近年來我國光伏企業不斷革新技術，其光伏電池效率顯著提高使光伏發電成本不斷下降，2015年國內光伏裝機容量已超過德國成為世界第一，近期由於光伏應用佔地面積較大及西部由於輸送電限制，大西北光伏電站往東南部轉移，東南地區土地資源稀缺，利用海岸、湖岸、內河以及煤礦塌陷區等來建造水上光伏電站，解決了受制於土地資源限制的約束，開闢一條光伏有效應用的新途徑。

水上光伏電站由於夏季水體對光伏組件的冷卻作用，對降低組件表面溫度，使組件電壓得到提升，同時由於水面光反射率較地面高及組件表面清潔度高，能獲得更高的發電量。據國外、國內相關資料介紹，水上漂浮電站發電量可超過10%。

對於水面電站如一般水面深度較小的淺水區域，採用預製樁單柱基礎形式施工難度及成本相對較低。但對於水面較深的深水區，還有像煤礦塌陷區仍有基礎下沉的風險的水面，其施工作業難度大大增加，目前一般採用漂浮平臺結構形式，是利用浮體的浮力來承受光伏組件及相關設備的重量和外界荷載，支架安裝在該漂浮平臺上，並將平臺固定於岸邊或者水底的一種水面光伏安裝形式。

現有技術中，水上漂浮平臺主要有兩種。一種是在浮體上安裝支架，在支架上安裝光伏組件；漂浮平臺包括浮體、支架系統、組件及浮動平臺的錨固系統。另一種是全浮體形式，其主浮體與過道浮體連接，光伏組件安裝在主浮體上，這種漂浮平臺包括主浮體、過道浮體、組件及浮動平臺的錨固系統。

由於水面漂浮系統相對地面系統所用材料耐候性要求高，目前浮體一般採用質量輕、抗衝擊、耐腐蝕、防紫外線、耐高低溫、對水資源無危害的高分子材料，要求25年以上的使用壽命。

上述兩種方案中，浮體+支架+組件+錨固系統其浮體成本低，但是其支架耐腐要求高，安裝繁瑣。而浮體+組件+錨固系統，組裝方便，但是浮體成本高，浮體與浮體之間連接耐久強度較支架形式差。根據目前已建的水上光伏漂浮項目顯示，上述兩種類型電站建設成本較高，尤其後者系統成本更高，導致電站建成後投資收益率較低。

因此，十分必要發明一種安裝方便、安裝及運維成本低的水上光伏組件安裝系統。

技術實現要素：

本發明針對現有技術中，水上光伏組件安裝系統成本高、安裝繁瑣等技術問題，提供一種水上光伏組件安裝用單元漂浮平臺，安裝方便快捷，系統成本降低。

為此，本發明採用如下技術方案：

一種水上光伏組件安裝用單元漂浮平臺，包括浮體以及設置在浮體上的支架，支架上安裝光伏組件，其特徵在於：所述浮體和支架形成若干相互連接的漂浮單元，每一漂浮單元的浮體包括呈直線排列的三個以上的浮筒，分別為位於漂浮單元南北兩端的小浮筒和位於兩小浮筒之間的大浮筒，大浮筒的浮力為小浮筒浮力的兩倍至三倍，通過第一連接件將平臺的主梁通過第一連接件將平臺的主梁固定在各浮筒上，主梁上成對地設置用於安裝光伏組件的前支座與後支座，通過調節前支座和後支座的高度差控制組件安裝傾角，光伏組件通過其上的第二連接件與前支座和後支座以柔性鉸接方式進行連接；漂浮單元之間通過第三連接件柔性連接；若干漂浮單元形成漂浮單元陣列，在漂浮單元陣列的外周及中部設置用於檢修和錨固的漂浮平臺。

進一步地，所述小浮筒的截面呈圓形或橢圓形，所述大浮筒的截面呈兩側為圓弧形，上表面及下表面為間隔凹陷和凸臺的凹凸面。

進一步地，所述大浮筒的寬度方向上的兩側為圓弧面，圓弧面上設置有加強筋，在大浮筒上分布有數個的內凹錐孔，其中位於兩側的側內凹錐孔包括一對頂面接合的錐孔，位於中部的中內凹錐孔的頂面與大浮筒上表面的凹陷接合；大浮筒上表面的兩側的凸臺處分別設置有兩道凸起作為與主梁連接的限位槽；在小浮筒的上表面的兩側分別具有兩道凸起作為與主梁連接的限位槽。

進一步地，所述每一漂浮單元具有五個浮筒，每一漂浮單元上安裝四塊光伏組件。

進一步地，：在後支座上設置有支腳，從而在前支座和後支座的支腳之間形成高度差，調前支座和後支座的支腳之間的高度差使光伏組件以10-25°傾角安裝。

進一步地，所述第一連接件包括用於將小浮筒固定於主梁上的抱箍，以及，用於將大浮筒固定在主梁上的夾板和連接螺杆，夾板設置於大浮筒的底部，夾板的形狀與大浮筒下表面的形狀相對應，連接螺杆設置於夾板的兩側並穿過大浮筒上的側內凹錐孔固定於主梁。

進一步地，所述第二連接件包括設置於光伏組件上的鉸接座，光伏組件通過鉸接座和連接螺栓分別與前支座和後支座的支腳上圓孔進行鉸接連接。

進一步地，所述第三連接件包括用於東西向連接漂浮單元的東西向連接件和用於南北向連接漂浮單元的南北向連接件；所述東西向連接件包括：設置於小浮筒兩外側的第一連接座和連接相鄰兩漂浮單元第一連接座的連接杆，以及，設置於大浮筒兩外側的第二連接座和連接相鄰漂浮單元第二連接座的連接格柵，其中，所述第一連接座的一端固定在主梁上，另一端形成一個封閉的環，連接杆通過與第一連接座末端的環連接；所述第二連接座的一端固定在主梁上，另一端形成一個開口半環槽，所述連接格柵包括兩側板以及位於兩側板之間的格柵條，格柵條端分別插入側板上方孔通過兩端連接螺杆進行組裝，連接格柵通過連接螺杆與第二連接座連接；所述南北向連接件包括分別安裝在相鄰兩主梁端部的兩側的連接板，兩連接板通過螺栓鉸接。

進一步地，若干漂浮單元共同形成一個漂浮單元子陣，若干漂浮單元子陣形成漂浮單元陣列，在漂浮單元陣列陣的四周分別布置東西兩側檢修通道平臺和南北端檢修通道平臺，合稱為四周檢修通道平臺；在漂浮單元子陣之間布置中間檢修通道平臺，所述錨固系統分別設置在檢修通道平臺上。

進一步地，所述四周檢修通道平臺包括浮筒和設置於浮筒上的安裝鋼支架底梁，底梁上安裝錨固用鋼桁架，外側設置欄杆，東西兩側檢修通道平臺與相鄰漂浮單元的連接採用東西向連接格柵，鋼支架底梁的長度與單元漂浮平臺上主梁相同；

所述南北端檢修通道平臺包括浮筒和設置於浮筒上的鋼支架底梁，底梁上安裝錨固用鋼桁架，外側設置欄杆；

所述中間檢修通道平臺包括浮筒和設置於浮筒上的由鋼支架組成的平臺，及與相鄰漂浮平臺連接的東西向通道格柵安裝梁，平臺上安裝有逆變器和開關櫃支架，中間檢修通道的平臺梁南北長度與單元漂浮平臺主梁的長度相同，東西向尺寸需通過模擬逆變器確定，保證不在相鄰組件產生陰影。

本發明的水上光伏組件安裝用單元漂浮平臺，通過設置漂浮單元，漂浮單元上安裝光伏組件，以一個漂浮單元作為一個基礎單元，實現加工的標準化和安裝過程的標準化，降低了生產、安裝和維修成本；另一方面，光伏組件與本漂浮平臺之間、各漂浮單元之間，以及，漂浮單元與各檢修通道之間均採用柔性連接，降低了由於水面波動對平臺產生的作用力，減少了水面風浪，水流力作用對漂浮平臺波動造成對組件危害，同時使組件安裝更方便；柔性的連接還使整個支架平臺可以更好地適應水面波動，各構件連接處承受的力小，在相同的抗外力強度下，可減小構件的尺寸，從而節約用料；

綜上，本發明具有如下有益效果：

1、本發明利用海岸、湖岸、內河以及煤礦塌陷區等來建造水上光伏電站，解決了受制於土地資源限制的約束，開闢一條光伏有效應用的新途徑；

2、利用夏季水體對光伏組件的冷卻作用，水面光反射率較地面高及組件表面清潔度高，提升光伏電站發電量；

3、通過組件與前後支腿採用鉸接連接及單元與單元之間的柔性連接，消除由於風和水流引起水面波動對平臺產生較大作用力；

4、以一個漂浮單元作為一個基礎單元，可作為標準件加工，方便大批量進行生產，降低生產成本；同時，現場拼接更方便靈活、方便，降低了安裝和維修成本；

5、通過優化浮筒結構及將主梁間距與組件安裝座間距保持一致，降低浮箱材料及支架用量，使水面電站製造成本大大降低。

附圖說明

圖1a-1b為本發明光伏組件安裝結構的示意圖；

圖2a-2b為本發明光伏組件鉸接座的結構示意圖；

圖3a-3d為本發明前支座和後支座的裝配示意圖；

圖4為本發明前支座的側視圖；

圖5為本發明後支座的結構示意圖；

圖6為本發明後支座上的上鉸接件的示意圖；

圖7為本發明後支腳的截面圖；

圖8為本發明後支腳的連接角鋁截面圖；

圖9a-9c為本發明大浮筒的結構示意圖；

圖10a-10b為本發明小浮筒的結構示意圖；

圖11a-11c為浮筒與主梁的連接關係的示意圖；

圖12為主梁的截面圖；

圖13為第一連接座的結構示意圖；

圖14為第二連接座的結構示意圖；

圖15a和15b為第一連接件的結構示意圖；

圖16為組件在漂浮單元上安裝的示意圖；

圖17為主梁上的槽缺口加工的示意圖；

圖18a-18c為連接格柵的結構示意圖，其中，18a為連接格柵的俯視圖，18b為連接格柵正視圖，18c為連接格柵側視圖；

圖19為漂浮單元與漂浮單元間在南北向的連接結構示意圖；

圖20為東西向檢修格柵與大浮筒上的主梁連接示意圖；

圖21為東西向連接杆與南北端小浮筒上的主梁連接示意圖；

圖22a-22b一個漂浮單元的結構示意圖（安裝光伏組件及東西向連接件和南北向連接件後）

圖23為各漂浮單元拼連接的示意圖；

圖24為中間檢修通道平臺的示意圖；

圖25為東西側檢修通道平臺示意圖；

圖26為由安裝在各漂浮單元的光伏組件組成的光伏陣列示意圖；

圖中，光伏組件100；漂浮單元200；大浮筒201；，南北端小浮筒202；主梁203；前支座204；後支座205；支腳206；側內凹錐孔207；中內凹錐孔208；抱箍209；固定螺栓210；夾板211；連接螺杆212；鉸接座213；第一連接座214；連接杆215；第二連接座216；連接格柵217；第一連接座環218；第二連接座半環槽219；側板220；格柵條221；雙頭螺杆222；主梁上的南北向連接板223；浮筒上的氣孔224；東西側檢修通道平臺300；南北側檢修通道平臺400；中間檢修通道平臺500。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細描述，本發明中與現有技術相同的部分將參考現有技術。

如圖1-圖26所示，本發明的水上光伏組件安裝用單元漂浮平臺，包括浮體以及設置在浮體上的支架，支架上安裝光伏組件100，光伏組件100優選雙玻組件，耐候性好。

浮體和支架形成若干相互連接的漂浮單元200，每一漂浮單元200的浮體包括呈直線排列的數個浮筒，在每一漂浮單元200上安裝數塊光伏組件；在本實施例中，每一漂浮單元包含五個浮筒，每一漂浮單元上安裝四塊光伏組件。

所述浮筒包括分別為位於漂浮單元南北兩端的小浮筒202和位於兩小浮筒之間的大浮筒201，各浮筒的長度方向上的尺寸相等，各浮筒之間等間距地排列。在組件安裝狀態下，在小浮筒202的附近具有一個前支座或一個後支座，而在大浮筒201的附近具有一個前支座和一個後支座，因此，在組件安裝狀態下，大浮筒承擔的重力約為小浮筒的兩倍左右。因此，本發明設計大浮筒的浮力為小浮筒浮力的兩倍至三倍；在相同的厚度及長度方向尺寸的前提下，設計大浮筒的寬度約為小浮筒寬度的兩兩倍至三倍，從而實現位於中部的大浮筒具有較大的承載能力。

通過第一連接件將平臺的主梁203固定在各浮筒的上，主梁203在各浮筒的上方，在此，定義浮筒靠近主梁的一面為上表面，遠離主梁的一面為下表面。

主梁上成對地設置用於安裝光伏組件100的前支座204與後支座205，為了使光伏組件按一定的傾斜角度安裝，前支座和後支座之間具有一定的高度差。上述高度差可以通過在後支座205上設置有支腳206，從而在前支座和後支座的支腳之間形成高度差，通過調節支腳的長度，可以調整光伏組件傾斜安裝的角度，在本實施例中，光伏組件以15°傾角安裝。

如圖12、圖17所示，主梁203為帶六角螺栓頭槽的兩根鋁型材，經過表面陽極氧化處理可滿足耐候性要求。主梁203上部設計固定組件用螺栓頭的槽口，槽口尺寸與螺栓頭相配。為方便螺栓頭放入，槽口處衝出螺栓頭放入口；兩側設計u形面，增加上下安裝面寬度，同時對兩端安裝南北向連接件起限位作用。

如圖10a、10b所示，小浮筒202的截面呈圓形或橢圓形；如圖9a-9c所示，大浮筒201的寬度方向上的兩端為圓弧面，如圖9a、9b所示，減小浮筒材料的用量，圓弧面上設置有加強筋；為了進一步加強大浮筒的強度和剛性，在大浮筒上分布有數個的內凹錐孔，如圖9c所示，其中位於兩側的側內凹錐孔207包括一對頂面接合的錐孔，位於中部的中內凹錐孔208的頂面與上表面的凹陷接合；此外，大浮筒201上表面的兩側的凸臺處分別設置有兩道凸起作為與主梁連接的限位槽，使大浮筒與主梁的連接更加穩固、可靠；同樣地，在小浮筒202的上表面的兩側分別具有兩道凸起作為與主梁連接的限位槽。

浮筒的浮力設計，按照大於當地冬季雪荷載和平臺恆荷載及檢修荷載等最大荷載的組合總重量進行設計。

在大浮筒和小浮筒上均設置有氣孔，浮筒的氣孔224設置在模具分型面上部，正常荷載下離水面保持一定距離，同時採用兩道密封，保證其密封性能。

第一連接件包括用於將小浮筒202固定於主梁203上的抱箍209和固定螺栓210，如圖11c、15a所示；以及，用於將大浮筒201固定在主梁203上的夾板211和連接螺杆212，如圖15b所示，夾板211設置於大浮筒的底部，夾板的形狀與大浮筒底部的形狀相對應，從而與大浮筒的表面貼合；連接螺杆212設置於夾板的兩側並穿過大浮筒上的側內凹錐孔207固定於主梁202，該設計可主梁與浮筒的連接強度更大，區別於現有技術大浮筒與梁採用耳朵的連接方式。抱箍209採用具有較大寬度的打扁抱箍；夾板與浮筒之間，以及打扁抱箍與浮筒連接間加墊塊。

如圖1a、1b；圖2a、2b以及，圖3a-3d所示，光伏組件100通過第二連接件鉸接座213柔性鉸接連接在前支座204和後支座205上；具體地，所述第二連接件包括設置於光伏組件上的鉸接座213，光伏組件100通過鉸接座分別與前支座204和後支座的支腳206連接。鉸接座213採用鋁擠壓型材，其底部採用空腔結構增加抗彎強度，在空腔上伸出兩個凸耳加工兩個圓通孔，圓孔及中間部分用於連接前、後支座。

光伏組件也可為帶邊框組件，從而類似鉸接座213的連接鉸接可直接與邊框連接。

漂浮單元之間通過第三連接件實現柔性連接；如圖13、14；圖15a、15b；以及，圖18a-18c，圖20-21；圖22a、22b；圖23所示，所述第三連接件包括用於東西向連接漂浮單元的東西向連接件和用於南北向連接漂浮單元的南北向連接件，具體地地：

所述東西向連接件包括：設置於小浮筒202兩外側的第一連接座214和連接相鄰兩漂浮單元第一連接座的連接杆215，以及，設置於大浮筒201兩外側的第二連接座216和連接相鄰漂浮單元第二連接座的連接格柵217，其中，所述第一連接座214的一端固定在主梁203上，另一端形成一個封閉的環218，連接杆215通過與第一連接座末端的環與第一連接座204連接；所述第二連接座216的一端固定在主梁203上，另一端形成一個具有開口的半環槽219。所述連接格柵217包括兩側板220以及位於兩側板之間的格柵條221，格柵條221端部插入側板220上衝出與之相配的側孔，兩側板220的分別通過雙頭螺杆222組裝固定，連接格柵上螺栓222掛在第二連接座開口半圓槽219內，側板220通過所述半環219與第二連接座連接。側板220及格柵條221用扁鋼加工，格柵條221端頭衝缺口，側板220衝與格柵板衝缺口口端頭插入孔，兩端用雙頭螺杆222緊固側板，緊固後組成通道格柵，雙頭螺杆同時在主梁上的半環219處連接開口銷軸限位。半環219的開口尺寸與螺栓銷軸直徑相配。環218的尺寸與連接連接杆215的螺栓直徑相配。

如圖19所示，漂浮單元單元200與漂浮單元單元200的南北向連接件包括分別安裝在相鄰兩主梁203端部的兩側的連接板223，兩連接板通過螺栓鉸接。具體地，此處所謂的「相鄰兩主梁端部的兩側的連接板」指的是，一塊連接板位於一根主梁端部的一側，另一塊連接板位於另一根主梁端部的另一側，之後，再一同過螺栓將兩塊連接板鉸接。

如圖23所示，若干個漂浮單元200之間通過第三連接件逐步連接起來，形成漂浮單元子陣，若干個漂浮單元子陣再連接起來形成漂浮單元陣列，為了穩定漂浮單元陣列，在漂浮單元列陣的四周分別形成東西向檢修通道平臺和南北向檢修通道平臺，在南北向平臺上分別設置鋼桁架用於錨固系統固定。同時，為了方便檢查和維修，在漂浮單元子陣之間形成中間檢修平臺。具體地：

如圖25、26所示，所述東西向平臺300包括浮筒和設置於浮筒上的鋼支架底梁，底梁上安裝錨固用鋼桁架，外側設置欄杆，東西向檢修通道平臺與相鄰漂浮單元的連接採用上述所述的單元200與單元200東西向類似鉸接連接結構，平臺梁的長度與單元組件安裝主梁相同；

如圖26所示，所述南北向平臺400包括浮筒和設置於浮筒上的鋼支架底梁，底梁上安裝錨固用鋼桁架，外側設置欄杆；

如圖24、26所示，所述中間檢修平臺500包括浮筒和設置於浮筒上的由鋼支架梁組成的平臺，及與相鄰漂浮平臺連接採用與單元200與單元200東西向類似鉸接連接結構，平臺上安裝有逆變器和開關櫃支架，中間檢修通道的平臺梁南北長度與單元200主梁相同，東西向尺寸需通過模擬逆變器確定，保證不在相鄰組件產生陰影。

需要說明的是，雖然本發明中較多的使用了「東西向」、「南北向」等描述，這些定義僅為描述方便，並非用來限定本發明的保護範圍，應該理解，「東西向」也可以描述成「左右方向」，或「橫向」等；「南北向」也可以描述成「上下方向」或「縱向」等。在此具有同樣的意義。