CN106059449A - 一种在船舶上安装光伏电池板的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种在船舶上安装光伏电池板的装置。包括安装在船舶甲板上的安装箱，安装箱中装有一部分液体，光伏电池板的背面装有浮力材料，光伏电池板放置在安装箱的液面上。本发明的装置使太阳直射光线与水平布置在船舶上的光伏电池板之间的夹角能够长时间保持不变，不随着船舶的摇摆而变化。大大地减少了船舶上光伏发电系统输出功率波动状况，甚至可以消除由船舶摇摆引起的输出功率波动情况。进而延长储能装置的使用寿命，也简化了控制系统及其控制策略。

Description

一种在船舶上安装光伏电池板的装置

技术领域

本发明涉及的是一种光伏电池板的安装装置，特别是一种适用于船舶的光伏电池板的安装装置。

背景技术

海上可再生能源的开发已经日益被世界各国所重视，新能源船舶也备受瞩目，风力发电机组和光伏发电系统已逐步安装在船舶上。关于光伏电池板安装的相关报道有很多，例如：申请号为201511026640.0，名称为“一种光伏电池板安装架”；申请号为201510120208.1，名称为“光伏电池板安装定位仪”；申请号为201220091490.7，名称为“太阳能光伏电池板安装支架的连接装置”；申请号为201220093407.X，名称为“太阳能光伏电池板安装支架”；申请号为201120027295.3，名称为“一种太阳能光伏电池板安装支架”；申请号为200920298183.4，名称为“太阳能光伏电池板安装支架”；申请号为201520155854.7，名称为“光伏电池板安装定位仪”；申请号201320548777.2，名称为“一种太阳能光伏电池板安装支架”等专利文件中公开的技术方案，都是关于光伏电池板安装支架及相关结构的，但都是只适用于陆地上的固定安装的，不适合应用在船舶上。即使用在船舶上，也无法避免船舶摇摆对光伏发电系统输出功率的影响。

船舶航行时是一个移动的平台，具有纬度跨度大，航行方向不确定，一年中航行时间变化多等特点，因此在船舶上基本不存在布置的最佳倾角。申请人在研究太阳能船项目时，充分考虑可靠性、阴影因素和经济性对安装方式的影响，认为在船舶上不适合采用陆地上常用的太阳能跟踪系统；并计算太阳能光伏组件在不同倾斜角下，已知船舶航行整条航线的总辐射量，结合经济性分析，得出太阳能光伏组件在船舶上最优方案是采用水平固定布置。

但是，船舶在海上航行和停泊时总会产生较大幅度的横摇与纵摇等运动，太阳直射光线与水平布置在船舶上的光伏电池板之间的夹角总是随着船舶的摇摆而改变，而且周期一般在5-20秒范围内，光伏电池板吸收的太阳辐射量也随之变化，光伏发电系统输出功率也随之波动。对于光伏发电系统与船舶电力系统并网运行方式，为了平滑这种频繁的功率波动，就得经过具有快充快放特性的储能装置进行并网，如飞轮储能装置和超级电容器。这种频率的功率波动将影响到飞轮储能装置和超级电容器的使用寿命，同时，控制系统和控制策略也变得复杂多了。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够保证船舶上的光伏发电系统的输出功率不随船舶的摇摆而频繁波动的在船舶上安装光伏电池板的装置。

本发明的目的是这样实现的：

包括安装在船舶甲板上的安装箱，安装箱中装有一部分液体，光伏电池板的背面装有浮力材料，光伏电池板放置在安装箱的液面上。

本发明还可以包括：

1、安装箱的四个角处设置滑道，每条滑道里设置滑链，滑链上固定浮子，每个浮子通过弹性的绳索与光伏电池板的一角连接。

2、安装箱的四个角为具有一定弧度的凹槽，浮子为球形浮子，在凹槽两侧安装两条滑道，每条滑道里有一个滑链。

3、弹性的绳索的长度有如下方法确定：根据船舶最大横摇角，计算出矩形液面所增加的长度，根据矩形液面所增加的长度，再考虑弹性绳索与矩形液面的长边具有的角度，估算出安装箱短边一侧两个浮子与光伏电池板间弹性绳索的预留长度；根据船舶最大纵摇角，计算出矩形液面所增加的宽度，再考虑弹性绳索与矩形液面的长边具有的角度，估算出安装箱长边一侧浮子与光伏电池板间弹性绳索的预留长度；最后，综合考虑计算结果，确定四个球形浮子与光伏电池板间弹性绳索的最大预留长度。

4、安装箱的四个角处设置滑道，左侧两条滑道里设置由浮力材料制成的滚轮，所述滚轮通过由浮力材料制成的连杆分别与光伏电池板的两个角连接，右侧两条滑道里设置滑链，滑链上固定浮子，每个浮子通过弹性的绳索分别与光伏电池板的另外两角连接。

5、安装箱的四个角为具有一定弧度的凹槽，滑道设置在凹槽里，浮子为球形浮子，在右侧凹槽两侧安装两条滑道，每条滑道里有一个滑链。

本发明考虑能否从光伏电池板在船舶上安装时入手，使太阳直射光线与水平布置在船舶上的光伏电池板之间的夹角能够长时间保持不变，不随着船舶的摇摆而变化，提出了一种在船舶上安装光伏电池板的装置，来保证太阳直射光线与水平布置在船舶上的光伏电池板之间的夹角能够长时间保持不变，即不随着船舶的摇摆而变化，进而保证船舶上光伏发电系统的输出功率不是随着船舶的摇摆而频繁波动。

本发明的工作原理为：本发明是根据常见的物理现象受到启发构思而成。装有液体的容器置于斜面上，液面也会保持水平。无论我们把装有液体的容器往任何方向倾斜，液面都会保持水平。这是压强和重力共同作用的结果，根据伯努利原理可以解释这个现象。因此，将安装箱1固定在船舶甲板上，安装箱1内装有部分水，无论船舶怎么摇摆，安装箱1内的液面总是保持水平的。在水面上放置漂浮的光伏电池板2，就可以保证太阳直射光线与光伏电池板之间的夹角能够不随着船舶的摇摆而变化。

本发明的有益效果为：本发明的装置使太阳直射光线与水平布置在船舶上的光伏电池板之间的夹角能够长时间保持不变，不随着船舶的摇摆而变化。大大地减少了船舶上光伏发电系统输出功率波动状况，甚至可以消除由船舶摇摆引起的输出功率波动情况。进而延长储能装置的使用寿命，也简化了控制系统及其控制策略。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为船舶不摇摆时安装箱的简化示意图。

图3为船舶横摇时安装水箱的简化示意图，最大横摇角为30度。

图4为本发明的第二种实施方式的结构示意图，左侧采用木轮，右侧采用球形浮子。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明进行详细说明。

结合图1，本发明的第一种实施方式为：每一块光伏电池板都有一个安装箱，安装箱固定在船舶甲板上。如图1所示，安装箱1装有一部分液体，液体可以选择水等，光伏电池板2背面安装浮力材料，所述浮力材料为木板或泡沫板等可在水中漂浮的材料，将光伏电池板2放在水面上。安装箱1的四个角做成具有一定弧度的形状的凹槽，每个凹槽里面放置一个球形浮子3。为了保证球形浮子3只在凹槽里漂浮，在凹槽两侧安装两条滑道4，每条滑道里有一个滑链，滑链固定在球形浮子3上。光伏电池板2的四个角通过具有一定弹性的绳索与四个球形浮子3连接。

假设船舶没发生摇摆，那么光伏电池板2水平放置，与海洋的水平面保持平行，如图1所示。当船舶发生横摇时，安装箱1随着船舶向左倾斜，由于安装箱1里面装的是水，所以安装箱1内水面是与海洋的水面保持平行，只是水面的面积增加了，即矩形水面的长度增加了，如图3所示。假设船舶最大横摇角为30度，可以算出矩形水面所增加的长度。根据矩形水面所增加的长度，再考虑弹性绳索与矩形水面的长边具有一定的角度，可以估算出安装箱1右侧两个球形浮子3与光伏电池板2间弹性绳索的预留长度。同理，安装箱1随着船舶向右倾斜，可以估算出安装箱1左侧两个球形浮子3与光伏电池板2间弹性绳索的预留长度。当船舶发生纵摇时，安装箱1随着船舶向前或向后倾斜，同样根据最大纵摇角，可以算出矩形水面所增加的宽度，再考虑弹性绳索与矩形水面的长边具有一定的角度，可以估算出安装箱1前后四个球形浮子3与光伏电池板2间弹性绳索的预留长度。最后，比较最大横摇角和最大纵摇角时安装箱1前后四个球形浮子3与光伏电池板2间弹性绳索的预留长度计算结果，选取每个弹性绳索的最大预留长度，再考虑球形浮子3、光伏电池板2和凹槽的实际尺寸，确定四个球形浮子3与光伏电池板2间弹性绳索的实际长度。在极端天气下，船舶发生剧烈摇摆时，弹性绳索有可能被拉直，四个球形浮子3可以防止光伏电池板2和安装水箱1发生直接撞击，起到缓冲的作用。

当船舶发生横摇时，安装箱1随着船舶向左倾斜，可以算出左侧液面上升的高度，右侧液面下降的高度(与图2液面相比)。当船舶发生纵摇时，可以算出水面上升和下降的最大高度。根据计算结果，确定安装箱1的高度和装入水的液面高度。根据光伏电池板2的长、宽及球形浮子3的大小确定安装水箱1的长度和宽度。球形浮子3的大小确定原则是能够可靠防止光伏电池板2和安装水箱1发生碰撞。球形浮子3和光伏电池板2之间只需预留很小的间隙，并通过弹性绳索进行连接。

为了防止下雨时雨水进入安装箱1，可以设置箱盖，在下雨时自动关上。安装箱1内的水可以考虑与消防用水共同存储，所有安装水箱通过水管串联一起，所有安装水箱的水面还是保持水平。紧急用水之后，再按着原有液面高度重新注入水，就可以恢复到正常工作了。

结合图4，本发明的第二种实施方式为：由于船舶形状的约束，船舶纵摇对太阳直射光线与水平布置在船舶上的光伏电池板之间的夹角影响不大，特别是一些大型油轮，可以忽略船舶纵摇的影响。因此，只考虑船舶横摇的影响时，如图4所示，安装箱1的四个角做成具有一定弧度的形状的凹槽，左侧两个凹槽里面设置为两个滑道6，每个滑道6内放置一个木制滚轮5，右侧两个凹槽放置两个球形浮子3。左侧两个木制滚轮5通过木条与光伏电池板2保持固定连接。为了保证球形浮子3只在凹槽里漂浮，在右侧每个凹槽两侧安装两条滑道4，每条滑道里有一个滑链，滑链固定在球形浮子3上。光伏电池板2的右侧两个角通过具有一定弹性的绳索与两个球形浮子3连接。通过两个木制轮5在滑道6里的上下滑动，保证船舶在横摇时光伏电池板2保持水平。装置的其它部分及计算方法同具体实施方式1所述。

Claims (6)

1.一种在船舶上安装光伏电池板的装置，其特征是：包括安装在船舶甲板上的安装箱，安装箱中装有一部分液体，光伏电池板的背面装有浮力材料，光伏电池板放置在安装箱的液面上。

2.根据权利要求1所述的在船舶上安装光伏电池板的装置，其特征是：安装箱的四个角处设置滑道，每条滑道里设置滑链，滑链上固定浮子，每个浮子通过弹性的绳索与光伏电池板的一角连接。

3.根据权利要求2所述的在船舶上安装光伏电池板的装置，其特征是：安装箱的四个角为具有一定弧度的凹槽，浮子为球形浮子，在凹槽两侧安装两条滑道，每条滑道里有一个滑链。

4.根据权利要求3所述的在船舶上安装光伏电池板的装置，其特征是弹性的绳索的长度有如下方法确定：根据船舶最大横摇角，计算出液面左右所增加的长度，根据液面左右所增加的长度，再考虑弹性绳索与液面左右长边具有的角度，估算出安装箱左右浮子与光伏电池板间弹性绳索的预留长度；根据船舶最大纵摇角，计算出液面前后所增加的长度，再考虑弹性绳索与液面前后边具有的角度，估算出安装箱前后浮子与光伏电池板间弹性绳索的预留长度；最后，综合考虑计算结果，确定四个球形浮子与光伏电池板间弹性绳索的最大预留长度。

5.根据权利要求1所述的在船舶上安装光伏电池板的装置，其特征是：安装箱的四个角处设置滑道，左侧两条滑道里设置由浮力材料制成的滚轮，所述滚轮通过由浮力材料制成的连杆分别与光伏电池板的两个角连接，右侧两条滑道里设置滑链，滑链上固定浮子，每个浮子通过弹性的绳索分别与光伏电池板的另外两角连接。

6.根据权利要求5所述的在船舶上安装光伏电池板的装置，其特征是：安装箱的四个角为具有一定弧度的凹槽，滑道设置在凹槽里，浮子为球形浮子，在右侧凹槽两侧安装两条滑道，每条滑道里有一个滑链。