傾角可調插拔式水面光伏發電系統及安裝方法與流程
2023-12-04 15:26:16 2
本發明涉及光伏發電領域，具體地指一種結構簡單、安裝便捷、加工難度低的傾角可調插拔式水面光伏發電系統及安裝方法。
背景技術：
太陽能作為人類理想的清潔能源，對構建低碳社會做出了重要貢獻。隨著光伏技術的不斷成熟，光伏發電日漸成為新能源發電的主力軍。但由於光伏電站佔地面積大，不能合理配置土地資源，因此利用水面空間建設水上光伏是對資源的優化利用，既可合理利用土地資源、提高發電量，又可保護水體環境、減少浮塵。
水面漂浮式光伏電站利用浮管、浮箱等作為浮體，將其本身作為支架或在浮體上搭建支架，將光伏組件支撐起一定角度從而實現發電功能。由於水面漂浮光伏電站建成後常年漂浮於水面上，浮體和支架材料在潮溼環境下容易受到腐蝕損壞，影響浮體的完整性；為保證浮體的耐腐蝕性和壽命，水面浮體採用高密度聚乙烯材料，相對於地面光伏電站這增加了不少成本，降低了電站的收益率；水上浮體主要生產方式包括吹塑和滾塑兩種，但由於滾塑技術的產品質量較差、生產效率低、用料成本較高，因此應用較少。而吹塑技術產品質量與產品的線型、表面平整度等因素有關，因此產品設計方案對產品生產、質量和經濟性有很大影響；水面漂浮式光伏電站的部分安裝和維護工作需要在水面進行，相對增加了光伏電站的安裝難度和工作量。這些都是水面光伏電站發展中亟待解決的問題。
目前，國內外提出許多水面光伏發電系統設計方案，解決了以上部分問題，但從浮體安全性、經濟性的角度而言，這些設計方案還存在許多問題。如cn201520671619.5公開了一種水上光伏組件載體，浮體兩端支撐臺具有一定的高度差用以將光伏組件支撐起一定角度，支撐臺的下部具有至少一個用於承載光伏組件的開口，可配合安裝連接支撐件以固定光伏組件。但該專利高位、低位支撐臺與主浮體一體成型，在組件傾角較大時可能會造成高位支撐臺凸起較高，吹塑過程中可能造成局部壁厚過薄，產生安全隱患；並且浮體高位、低位支撐臺處的開口為內凹卡扣，產品難以脫模，強脫模可能會造成產品損壞或產生裂紋。cn201520606080.5公開了一種水上漂浮光伏電站浮體，浮體兩側設置有至少一組相對的溝槽。與上述專利類似，此專利的設計方案也存在生產過程中吹塑壁厚不均和倒扣強脫模的情況，產生質量隱患。cn201520911191.7公開了一種水面光伏浮體，浮體兩端設有不同高度的內嵌型連接板，用以安裝光伏組件。這種設計方案也可能出現生產過程中吹塑壁厚不均的情況，並且在傾角較大時連接板長度較長，出現強度不足的問題。wo2012/139998a2、cn201620133888.0、cn201520618986.9、cn201510610856.5等專利公開了一種水面光伏浮體，利用上表面兩端預設的不同材料的導軌、螺栓、卡槽等部件實現了光伏組件的固定，避免了可能出現的強脫模問題，也優化了表面結構，防止了吹塑壁厚不均。但預設部件又引入了新的問題，首先預設部件需單獨製作，且吹塑過程中需提前放置在模具中，可能會增加產品生產周期，降低產品生產效率；其次預設部件與浮體本體非一體成型，兩者之間連接緊固性降低，影響產品使用壽命，特別當預設部件為金屬材料時，預設部件與浮體本體材料的物理性質差別較大，環境條件下兩種材料變化的不一致性可能導致預設部件失效。cn201620418220.0公開了一種多耳式水上漂浮浮體，通過增加浮體連接耳數量達到更強的連接穩定性；光伏組件使用金屬支架支撐並夾固。此專利安裝簡便，浮體間連接牢固，但存在以下問題：光伏組件支撐主浮體左右邊分別連接在不同的走道浮體上，兩個走道浮體的受力不同可能會導致主浮體左右形變不同步，造成光伏組件的損壞；浮體種類過多，開模成本較高，可能會降低生產效率；光伏組件長金屬支架之間無固定支撐，易導致兩個支架變形不同步，造成光伏組件損壞。
技術實現要素：
本發明目的在於針對現有技術存在缺陷，提供一種結構簡單、安裝便捷、加工難度低的傾角可調插拔式水面光伏發電系統及安裝方法。
為實現上述目的，本發明提供的一種傾角可調插拔式水面光伏發電系統，所述水面光伏發電系統由多個光伏發電單元組成，所述光伏發電單元包括走道浮體、連接浮體和光伏組件，所述連接浮體連接在兩個平行走道浮體側壁上，所述連接浮體上傾斜設置有光伏組件；
所述走道浮體為矩形體且其長邊側面的中段向內凹陷形成凹陷面，所述凹陷面與走道浮體長邊側面為弧形過渡，所述凹陷面中間設置有水平平臺，所述水平平臺兩端對稱設置有凸片，所述走道浮體兩端四角設置有兩對高低不同的連接耳，
所述連接浮體為矩形體且連接浮體一側設置有矩形塊，另一側中間設置有水平片，所述矩形塊的上表面與連接浮體上表面持平，所述矩形塊固定在走道浮體一側的水平平臺上，所述水平片固定在另一個走道浮體另一側的水平平臺上；所述矩形塊的上表面豎直開設有插槽，所述插槽與連接浮體的側面平行，所述水平片中間設置有條形凸臺，所述條形凸臺兩側的水平片上開設有安裝孔。
進一步地，所述插槽為條形或波紋形。
再進一步地，所述插槽中間設置有條形或波紋形凸臺，所述凸臺兩側的連接浮體側壁和矩形塊內壁上配合設置有多個凸凹卡口，所述凸臺兩端的插槽底面對稱開設有固定孔。所述支架的材質為高密度聚乙烯、鋁合金或不鏽鋼。
再進一步地，所述插槽內插入有用於支撐光伏組件的支架；所述支架底部中間設置有固定在凸臺上的凹槽，所述凹槽上部支架兩側壁上配合設置有與凹凸卡口固定的插拔件，所述凹槽兩側插槽底面對稱設置有螺杆，所述支架上部中間開設有的倒凸形通風槽，所述通風槽兩側的支架頂面中心線上對稱設置有豎直固定板，所述固定板外端上水平設置有兩個安裝孔，靠近連接浮體的固定板側壁上設置有加強筋且所述加強筋在安裝孔內側；所述插槽兩側壁上還設置有多個加強筋槽。
再進一步地，所述插槽為開設在矩形塊兩端面上矩形槽，所述插槽底面均開設有固定孔。
再進一步地，所述插槽內插入有用於支撐光伏組件的支架；所述支架兩側壁底部配合設置有與凹凸卡口固定的插拔件，所述插槽兩端底面對稱設置有螺杆，所述支架上部中間開設有的倒凸形通風槽，通風槽可減小受風面積；
所述通風槽兩側的支架頂面中心線上對稱設置有豎直固定板，所述固定板外端上水平設置有兩個安裝孔，靠近連接浮體的固定板側壁上設置有加強筋且所述加強筋在安裝孔內側；所述插槽兩側壁上還設置有多個加強筋槽。
再進一步地，所述安裝孔將上安裝件固定在固定板側壁上，所述上安裝件包括與固定板配合重合的豎直輻板，所述豎直輻板上對稱開設與安裝孔配合的輻板孔，所述豎直輻板頂部設置有傾斜板，所述傾斜板上表面設置有分割板，所述分割板將傾斜板分為上板和下板，所述下板設置有倒t形凹槽，所述上板上開設有上板孔。
再進一步地，所述水平片上對稱設置有通孔，所述通孔在連接浮體側壁與安裝孔之間，所述通孔固定有下安裝件，所述下安裝件包括「l」型固定架，所述固定架底面中間設置有直角三角形固定支架，所述固定支架兩側的固定架底面開設有與通孔配合的下安裝孔，所述固定架頂部設置有傾斜的下安裝板，所述下安裝板上表面設置有分線板，所述分線板將下安裝板分為上裝板和下裝板，所述上裝板上設置有倒t形凹槽，所述下裝板上開設有小孔。
再進一步地，所述下安裝件上設置有壓塊，所述壓塊呈型，包括上壓板和下壓板，所述上壓板底面設有t形槽，所述t形槽與倒t形凹槽配合且t形槽與倒t形凹槽間固定有光伏組件，所述t形槽與倒t形凹槽內設置有工形防滑橡膠墊，所述下壓板為設置有倒u形槽，所述下壓板的表面開設有壓板孔。
再進一步地，所述走道浮體一側的凸片之間的水平平臺檯面上對稱設置有定位塊；所述矩形塊底面設置有與定位塊配合固定的定位槽。
再進一步地，所述走道浮體上表面有防滑紋，所述走道浮體底面橫縱設置有多條流水槽。其可減小波浪載荷，也可增強浮體的結構穩定性。
再進一步地，所述連接浮體中間設置有上下貫穿的中孔，減輕浮體質量的同時增強了浮體結構強度；所述連接浮體上表面設置有一圈沉降槽。
再進一步地，所述連接浮體四周上表面中部開設有放置槽，所述連接浮體的放置槽分別與矩形塊和條形凸臺的放置槽形成整體的放置槽，所述連接浮體底面設置有不同方向的槽道。槽道作為流水槽和通風槽，以減輕波浪載荷和風載荷，並增強浮體結構強度，上表面放置槽可作為電纜槽放置電纜，防止電纜落水；
再進一步地，所述凸片設置有插孔；所述插孔、固定孔、連接耳和安裝孔為梅花孔，所述插孔和固定孔通過螺杆固定，所述一個走道浮體連接耳與另一個走道浮體的連接耳通過固定螺栓固定，所述插孔與安裝孔通過固定螺栓固定，所述螺杆下端和固定螺栓的螺杆下端均設有螺紋，兩個螺杆上端外壁對稱設有防轉凸起。
上述傾角可調插拔式水面光伏發電系統的安裝方法，包括以下步驟：
1)將光伏組件上安裝件與支架通過螺栓固定，下安裝件與連接浮體通過螺栓固定；
2)將走道浮體的插孔與連接浮體固定孔重合，其另一個走道浮體的插孔與連接浮體安裝孔通過固定螺栓固定，
3)將支架插入插槽中，將螺杆穿過走道浮體的插孔與連接浮體固定孔進行固定；
4)將工形防滑橡膠墊推入t形槽與倒t形凹槽中，將光伏組件一端固定在上安裝件上，光伏組件另一端通過壓塊壓緊並固定在下安裝件上，形成光伏發電單元；
5)將光伏發電單元的連接耳與另一個光伏發電單元的連接耳通過固定螺栓固定，得到傾角可調插拔式水面光伏發電系統。
本發明的有益效果在於：
1、本發明提供的一種傾角可調插拔式水面光伏發電系統，利用支架系統固定支撐光伏組件的一側，以保持光伏組件的最佳傾角。與背景技術中提到的專利相比，本發明通過簡單地改變支架的支撐高度或光伏組件上連接件的輻板長度即可滿足不同的傾角需求，解決了以上專利中需傾角不可變的難題。
2、針對背景技術中由於光伏組件傾角要求造成的浮體薄厚不均的問題，本發明利用插拔式獨立支架，既可滿足光伏組件最佳傾角要求，又避免了浮體薄厚不均造成的生產問題，保證了浮體的生產質量和生產效率。
3、本發明提供的水面光伏發電系統組件固定方案，可採用有多年運行經驗的地面光伏電站金屬壓塊方式固定支撐光伏組件，連接簡單可靠、安裝便捷。
4、本發明提供的水面光伏發電系統設計方案，避免了背景技術中提到的水面光伏浮體預設部件導致浮體局部部件失效的風險。
5、本發明所涉及浮體單元中，連接浮體兩端平臺分別放置並連接在兩個走道浮體側邊平臺上，形成了較強的局部穩定性和剛性，保證了光伏組件固定的牢固性。
6、本發明中連接浮體設置沉降槽，不安裝光伏組件時可鋪設格柵板作為通道使用，一舉兩得，避免了單獨設置走道浮體帶來開模成本增加的問題。
綜上所述：傾角可調插拔式水面光伏發電系統為利用水面漂浮式浮體，形成結構簡單、安裝便宜、成本低、穩定性好的水面光伏發電系統。
附圖說明
圖1為傾角可調插拔式水面光伏發電系統示意圖；
圖2為傾角可調插拔式水面光伏發電單元示意圖；
圖3為傾角可調插拔式水面光伏發電單元鋪設柵格板示意圖；
圖4為走道浮體立體圖；
圖5為走道浮體仰視圖；
圖6為帶矩形槽的連接浮體的立體圖；
圖7為帶矩形槽的連接浮體的俯視圖；
圖8為帶矩形槽的連接浮體仰視圖；
圖9為不帶矩形槽的連接浮體示意圖；
圖10為帶波紋槽的連接浮體示意圖；
圖11為支架的主視圖；
圖12為支架的後視圖；
圖13為帶波紋的支架示意圖；
圖14為與不帶矩形槽的連接浮體配合的支架示意圖；
圖15為光伏組件上安裝件示意圖；
圖16為光伏組件下安裝件示意圖；
圖17為固定螺栓示意圖；
圖18為壓塊示意圖；
圖19為走道浮體、連接浮體和支架連接示意圖；
圖20為支架與連接浮體連接示意圖；
圖21為上安裝件與支架局部連接示意圖；
圖22為下安裝件與連接浮體局部連接示意圖；
圖23為通過上安裝件、壓塊、防滑橡膠墊固定光伏組件的細節圖。
圖24為通過下安裝件、壓塊、防滑橡膠墊固定光伏組件的細節圖。
圖中，走道浮體1、凹陷面1.1、水平平臺1.2、凸片1.21、連接耳1.3、定位塊1.4、防滑紋1.5、流水槽1.6、連接浮體2、矩形塊2.1、插槽2.11、凸臺2.11a、凸凹卡口2.11b、固定孔2.11c、水平片2.2、條形凸臺2.21、安裝孔2.22、通孔2.23、定位槽2.3、中孔2.4、沉降槽2.5、放置槽2.6、支架3、凹槽3.1、插拔件3.2、螺杆3.3、固定板3.4、安裝孔3.41、加強筋3.42、通風槽3.5、加強筋槽3.6、上安裝件4、豎直輻板4.1、輻板孔4.11、傾斜板4.2、上板4.2a、下板4.2b、上板孔4.21、分割板4.3、安裝件5、固定架5.1、固定支架5.2、下安裝孔5.3、下安裝板5.4、上裝板5.4a、下裝板5.4b、小孔5.41、分線板5.5、固定螺栓6、光伏組件7、壓塊8、上壓板8.1、t形槽8.11、下壓板8.2、倒u形槽8.21、壓板孔8.3、倒t形凹槽9、工形防滑橡膠墊10、螺紋11、防轉凸起12、格柵板13。
具體實施方式
為了更好地解釋本發明，以下結合具體實施例進一步闡明本發明的主要內容，但本發明的內容不僅僅局限於以下實施例。
實施例1
如圖所示：一種傾角可調插拔式水面光伏發電系統，
水面光伏發電系統由多個光伏發電單元組成，光伏發電單元包括走道浮體1、連接浮體2和光伏組件7，所述連接浮體2連接在兩個平行走道浮體1側壁上，所述連接浮體2上傾斜設置有光伏組件7；
走道浮體1為矩形體且其長邊側面的中段向內凹陷形成凹陷面1.1，凹陷面1.1與走道浮體1長邊側面為弧形過渡，凹陷面1.1中間設置有水平平臺1.2，水平平臺1.2兩端對稱設置有凸片1.21，走道浮體1兩端四角設置有兩對高低不同的連接耳1.3；
連接浮體2為矩形體且連接浮體2一側設置有矩形塊2.1，另一側中間設置有水平片2.2，矩形塊2.1的上表面與連接浮體2上表面持平，矩形塊2.1固定在走道浮體1一側的水平平臺1.2上，水平片2.2固定在另一個走道浮體1另一側的水平平臺1.2上；矩形塊2.1的上表面豎直開設有插槽2.11，插槽2.11與連接浮體2的側面平行，水平片2.2中間設置有條形凸臺2.21，條形凸臺2.21兩側的水平片2.2上開設有安裝孔2.22。
插槽2.11為條形；插槽2.11中間設置有條形或波紋形凸臺2.11a，凸臺2.11a兩側的連接浮體2側壁和矩形塊2.1內壁上配合設置有多個凸凹卡口2.11b，凸臺2.11a兩端的插槽2.11底面對稱開設有固定孔2.11c。
插槽2.11內插入有用於支撐光伏組件7的支架3；支架3底部中間設置有固定在凸臺上的凹槽3.1，凹槽3.1上部支架3兩側壁上配合設置有與凹凸卡口2.11b固定的插拔件3.2，凹槽3.1兩側插槽2.11底面對稱設置有螺杆3.3，支架3上部中間開設有的倒凸形通風槽3.5，通風槽3.5兩側的支架3頂面中心線上對稱設置有豎直固定板3.4，固定板3.4外端上水平設置有兩個安裝孔3.41，靠近連接浮體2的固定板3.4側壁上設置有加強筋3.42且加強筋3.42在安裝孔3.41內側；插槽2.11兩側壁上還設置有多個加強筋槽3.6。
安裝孔3.41將上安裝件4上固定在遠離連接浮體2的固定板3.4側壁上，上安裝件4包括與固定板3.4配合重合的豎直輻板4.1，豎直輻板4.1上對稱開設與安裝孔3.41配合的輻板孔4.11，豎直輻板4.1頂部設置有傾斜板4.2，傾斜板4.2上表面設置有分割板4.3，分割板4.3將傾斜板4.2分為上板4.2a和下板4.2b，下板4.2b設置有倒t形凹槽9，上板4.2a上開設有上板孔4.21。
水平片2.2上對稱設置有通孔2.23，通孔2.23在連接浮體2側壁與安裝孔2.22之間，通孔2.23固定有下安裝件5，下安裝件5包括「l」型固定架5.1，固定架5.1底面中間設置有直角三角形固定支架5.2，固定支架5.2兩側的固定架5.1底面開設有與通孔2.23配合的下安裝孔5.3，固定架5.1頂部設置有傾斜的下安裝板5.4，下安裝板5.4上表面設置有分線板5.5，分線板5.5將下安裝板5.4分為上裝板5.4a和下裝板5.4b，上裝板5.4a上設置有倒t形凹槽9，下裝板5.4b上開設有小孔5.41。
下安裝件5上設置有壓塊8，壓塊8呈型，包括上壓板8.1和下壓板8.2，上壓板底面設有t形槽8.11，t形槽8.11與倒t形凹槽9配合且t形槽8.11與倒t形凹槽間固定有光伏組件7，t形槽8.11與倒t形凹槽9內設置有工形防滑橡膠墊10，下壓板8.2為設置有倒u形槽8.21，下壓板8.2的表面開設有壓板孔8.3。
走道浮體1一側的凸片1.21之間的水平平臺1.2檯面上對稱設置有定位塊1.4；矩形塊2.1底面設置有與定位塊1.4配合固定的定位槽2.3。
走道浮體1上表面有防滑紋1.5，走道浮體1底面橫縱設置有多條流水槽1.6。
連接浮體2中間設置有上下貫穿的中孔2.4，減輕浮體質量的同時增強了浮體結構強度；連接浮體2上表面設置有一圈沉降槽2.5。如若不安裝光伏組件，沉降槽2.5可鋪設格柵板9作為通道。
連接浮體2四周上表面中部開設有放置槽2.6，連接浮體2的放置槽2分別與矩形塊2.1和條形凸臺2.21的放置槽2.6形成整體的放置槽2.6，連接浮體2底面設置有不同方向的槽道2.7。槽道2.7作為流水槽和通風槽，以減輕波浪載荷和風載荷，並增強浮體結構強度，上表面放置槽2.6可作為電纜槽放置電纜，防止電纜落水；
凸片1.21設置有插孔1.22；插孔1.22、固定孔2.11c、連接耳1.3和安裝孔2.22為梅花孔，插孔1.22和固定孔2.11c通過螺杆3.3固定，一個走道浮體1連接耳1.3與另一個走道浮體1的連接耳1.3通過固定螺栓6固定，插孔1.22與安裝孔2.22通過固定螺栓6固定，螺杆3.3下端和固定螺栓6的螺杆下端均設有螺紋11，兩個螺杆上端外壁對稱設有防轉凸起12。
上述傾角可調插拔式水面光伏發電系統的安裝方法，包括以下步驟：
1)將光伏組件上安裝件4與支架3通過螺栓固定，下安裝件5與連接浮體2通過螺栓固定；
2)將走道浮體1的插孔1.22與連接浮體2固定孔2.11c重合，其另一個走道浮體1的插孔1.22與連接浮體2安裝孔2.22通過固定螺栓6固定；
3)將支架3插入插槽2.11中，將螺杆3.3穿過走道浮體1的插孔1.22與連接浮體2固定孔2.11c進行固定；
4)將工形防滑橡膠墊10推入t形槽8.11與倒t形凹槽9中，將光伏組件7一端固定在上安裝件4上，光伏組件7另一端通過壓塊8壓緊並固定在下安裝件5上，形成光伏發電單元；
5)將光伏發電單元的連接耳1.3與另一個光伏發電單元的連接耳1.3通過固定螺栓6固定，得到傾角可調插拔式水面光伏發電系統。
插拔組裝式水面光伏發電系統浮力驗證計算：
本實施例採用功率290wp，尺寸為992mm×1978mm的多晶矽組件，以88塊光伏組件為一個單元計算其承載能力如下：
水面光伏發電系統總承重：
光伏組件：23kg/塊×88＝2024kg；
浮體自重：走道浮體：9.4kg/塊×117塊＝1099.8kg；連接浮體：8.4kg/塊×104塊＝873.6kg；支架：1.7kg/塊×104塊＝176.8kg；
安裝檢修人員：按8人×75kg/人＝600kg。
若考慮2.0的安全係數，總承重約8348.4kg，
水面光伏發電系統總浮力：
根據浮力公式，主浮體可提供浮力為152kg/塊，組件支撐浮體可提供浮力為109kg/塊，則總浮力為：152kg/塊×117塊+109kg/塊×104塊＝29120kg。
因此，本實施例可充分保證水面光伏發電系統的浮力需求。
實施例2
如圖所示：本實施例與實施例1的結構基本相同，不同之處在於：
插槽2.11為波紋形。且插槽2.11中間設置有波紋形凸臺2.11a，
實施例3
如圖所示：本實施例與實施例1的結構基本相同，不同之處在於：
插槽2.11為開設在矩形塊2.1兩端面上矩形槽，插槽2.11底面均開設有固定孔2.11c。
插槽2.11內插入有用於支撐光伏組件7的支架3；支架3兩側壁底部配合設置有與凹凸卡口2.11b固定的插拔件3.2，插槽2.11兩端底面對稱設置有螺杆3.3，支架3上部中間開設有的倒凸形通風槽3.5，通風槽3.5可減小受風面積；通風槽兩側的支架3頂面中心線上對稱設置有豎直固定板3.4，固定板3.4外端上水平設置有兩個安裝孔3.41，靠近連接浮體2的固定板側壁上設置有加強筋3.32且加強筋3.42在安裝孔3.41內側；插槽2.11兩側壁上還設置有多個加強筋槽3.6。
其它未詳細說明的部分均為現有技術。儘管上述實施例對本發明做出了詳盡的描述，但它僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部實施例，人們還可以根據本實施例在不經創造性前提下獲得其他實施例，這些實施例都屬於本發明保護範圍。