CN106374822B - 共浮体式光伏组件支撑装置、发电单元和安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共浮体式光伏组件支撑装置，包括光伏组件，包括浮体，浮体上部设有支架卡槽，支架设置在支架卡槽中，浮体上表面靠近支架卡槽的位置设有用于限制支架纵向位移的固定件，支架上方设有用于支撑光伏组件的支撑件；支架上还设有走道。本发明还公开了一种共浮体式光伏发电单元，在上述支撑装置上设置光伏组件。本发明还公开了上述支撑装置和发电单元的光伏组件安装方法。本发明通过支撑件、支架将光伏组件与浮体连接，光伏组件不承受荷载，有效避免风浪情况下光伏组件因荷载造成的变形和损坏，从结构优化上延长了浮体的寿命，简化了安装、检修过程，可实现浮体的在役更换。

Description

共浮体式光伏组件支撑装置、发电单元和安装方法

技术领域

本发明属于光伏发电技术，具体涉及一种共浮体式光伏组件支撑装置、发电单元和安装方法。

背景技术

太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。但由于太阳能能量密度小，要取得巨大的发电输出必须占用大量的土地资源。随着当前我国地面光伏电站的大规模开发，适合建设大规模光伏电站的土地资源越来越少。而我国湖泊、河流等水域面积广阔，在可利用的水域上建设漂浮式水面光伏可极大地拓展光伏资源。

水面光伏通常采用全浮体的连接方式或浮体与支架结合的连接方式。现有技术中，浮体与支架之间通常采用螺栓连接，这种连接通常会造成浮体的受力点集中，极大危害浮体的性能，特别是在水面风浪的扰动情况下更甚。如通过螺栓连接浮体与钢支架，在这种设计中，浮体所受载荷集中在连接的吊耳附近，当浮体随波浪扰动时，其吊耳受力情况进一步恶化，长时间运行后甚至会引起浮体模块的破裂。此外，对大型光伏电站而言，由于浮体数量众多，螺栓连接极大地降低施工效率，延长施工工期，进而增加光伏电站建设成本。

发明内容：

为了克服上述背景技术的缺陷，本发明提供以一种共浮体式光伏组件支撑装置、发电单元和安装方法，既可将光伏组件的重量分散至浮体表面，避免荷载聚集，又能容易组装，简化施工，提高安装效率，还能达到在役组装、检修和更换浮体的目的。

为了解决上述技术问题本发明的所采用的技术方案为：

一种共浮体式光伏组件支撑装置，包括光伏组件，包括浮体，浮体上部设有支架卡槽，支架设置在支架卡槽中，浮体上表面靠近支架卡槽的位置设有用于限制支架纵向位移的固定件，支架上方设有用于支撑光伏组件的支撑件；支架上还设有走道。

较佳地，支撑件包括主支杆和副支杆，主支杆为竖直的柱状结构，主支杆的底部通过角接件固定在支架上，主支杆的顶端设有可拆卸的用于设置光伏组件的光伏组件压块；副支杆的一端连接于主支杆，副支杆的另一端设有光伏组件卡具，光伏组件卡具延长度方向设有卡具凸槽，光伏组件卡块上设有与卡具凸槽相匹配的压块卡槽，光伏组件卡块和光伏组件卡具通过压块卡槽和卡具凸槽相互连接，光伏组件卡块可沿光伏组件卡具长度方向移动，光伏组件卡具上设有限位螺孔，限位螺栓穿过限位螺孔限制光伏组件卡块在光伏组件卡具长度方向的位移，光伏组件卡快上设有与光伏组件的边框相配合的光伏组件卡槽。

较佳地，包括数个浮体，各个浮体上表面至少两个相互交叉的支架卡槽。

较佳地，包括相互连接的数个支架，两个支架交叉相接处的形状与支架卡槽交叉相接处的形状相匹配。

较佳地，两个支架相交处设有位置对应的支架卡口，两个支架通过支架卡口连接在一起。

较佳地，两个支架的链接端头柔性连接，链接件包括链条扣。

较佳地，固定件包括锁扣舌和锁扣耳，浮体表面位于支架卡槽两侧的位置设有对称的锁扣耳，锁扣舌包括挡止端和卡接端，卡接端穿过位置对应的一对锁扣耳，挡止端挡止于一侧的锁扣耳，卡接端穿过并卡接于另一侧的锁扣耳。

较佳地，锁扣舌的横截面为长方体，锁扣耳内表面为与锁扣舌的横截面相配合的长方体。

本发明还提供一种一种共浮体式光伏发电单元，包括光伏组件，还包括上述的共浮体式光伏组件支撑装置。

本发明还提供一种一种共浮体式光伏组件安装方法，包括：

将光伏组件设置在浮体上的支撑件上；

对光伏组件进行对位，将光伏组件两侧的边框分别设置在两个主支杆顶部，将光伏组件底边的两角分别设置在主支杆对应的副支杆端部的光伏组件卡具上；

将光伏组件卡块的组件卡槽卡入光伏组件底边背板的凸槽内，并将光伏组件卡块沿凸槽推向光伏组件卡具使光伏组件卡块的压块卡槽卡入光伏组件卡具的卡具凸槽内；

在限位螺孔上安装长杆的限位螺栓将光伏组件卡块固定住，此时，光伏组件底部通过光伏组件卡具完成固定；

相邻两块光伏组件的安装完成后，在主支杆顶部用螺栓固定光伏组件压块，将光伏组件紧固在主支杆顶部。

本发明的有益效果在于：本发明通过支撑件、支架将光伏组件与浮体连接，光伏组件不承受荷载，有效避免风浪情况下光伏组件因荷载造成的变形和损坏，同时，浮体与支架之间通过卡槽和锁扣舌连接，避免了光伏组件、支撑件、支架的重力在浮体局部集中，从结构优化上延长了浮体的寿命，此外，浮体与支架间不用螺栓连接，简化了安装、检修过程，可实现浮体的在役更换。具体包括如下优点：

1、提高经济性，采用光伏组件、走道分别与支架结合，支架再进一步与浮体结合的方式，充分利用浮体的浮力，可减少浮体数量，节约成本。

2、通用性强，由于光伏组件通过支架和浮体相连，通过光伏支架的调整，可轻易实现光伏组件倾角的调整，容易实现在同纬度地区的通用。

3、便于施工，可缩短工期。浮体与支架无螺栓固定，施工便捷。

4、易更换维护，浮体与支架支架通过卡扣完成固定与脱离，方便浮体更换。

5、浮体与支架间受力合理，通过将支架卡入浮体凹槽内，使支架自重及扰动载荷均匀分布在浮体壁上，加强牢固性；锁扣受力方向与插入方向垂直，能承受更大载荷。

6、光伏单元间柔性连接，通过链接件链条扣的相对活动释放光伏单元间聚集的应力，设计上避免了应力集中，延长使用寿期。

附图说明

图1为本发明总体结构示意图；

图2为本发明支架交叉连接结构示意图；

图3为本发明连接件局部结构示意图；

图4为本发明支架浮体装配分解结构示意图；

图5为本发明支架浮体及光伏支撑装配结构示意图；

图6为本发明锁扣舌结构示意图；

图7为本发明支撑件的结构示意图；

图中：

1、光伏组件；2、浮体；3、支架；3.1、支架卡口；4、链接件；5、走道，6、支架卡槽；7、链接端头；8、链条扣；9、锚固螺孔；10、锁扣耳；11、锁扣舌；11.1、锁扣舌体；11.2、挡止端；11.3、卡接端；12、支撑件；12.1、主支杆；12.2、副支杆；13、光伏组件卡块；13.1、组件卡槽；13.2、压块卡槽；14、光伏组件卡具；14.1、卡具凸槽；14.2、限位螺孔；15、光伏组件压块；16、角接件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

实施例一

一种共浮体2式光伏组件1支撑装置，包括光伏组件1、浮体2，浮体2上部设有支架卡槽6，支架3设置在支架卡槽6中，浮体2上表面靠近支架卡槽6的位置设有用于限制支架3纵向位移的固定件，支架3上方设有用于支撑光伏组件1的支撑件12；支架3上还设有走道5。

本实施例包括数个浮体2，各个浮体2上表面至少两个相互交叉的支架卡槽6。

本实施例包括相互连接的数个支架3，两个支架3交叉相接处的形状与支架卡槽6交叉相接处的形状相匹配。两个支架3相交处设有位置对应的支架卡口3.1，两个支架3通过支架卡口3.1连接在一起。通过支架卡槽6内壁的咬合限制浮体2与支架3水平面方向的相对移动。

本实施例两个支架3的链接端头7为柔性连接，链接件4包括链条扣8。

本实施例中固定件包括锁扣舌11和锁扣耳10，浮体2表面位于支架卡槽6两侧的位置设有对称的锁扣耳10，锁扣舌11包括挡止端11.2和卡接端11.3，卡接端11.3穿过位置对应的一对锁扣耳10，挡止端11.2挡止于一侧的锁扣耳10，卡接端11.3穿过并卡接于另一侧的锁扣耳10。浮体2上锁扣耳10内可插入锁扣舌11防止浮体2与支架3竖直方向的相对移动，锁扣舌11一端为T型端头结构，另一端为带有一定柔韧度的韧性卡口，韧性卡口伸出锁扣舌11外表面，呈V型结构。锁扣舌11的横截面为长方体，锁扣耳10内表面为与锁扣舌11的横截面相配合的长方体，通过这样的结构提高稳定性。

支撑件12包括主支杆12.1和副支杆12.2，主支杆12.1为竖直的柱状结构，主支杆12.1的底部通过角接件16固定在支架3上，主支杆12.1的顶端设有可拆卸的用于设置光伏组件1的光伏组件压块15；副支杆12.2的一端连接于主支杆12.1，副支杆12.2的另一端设有光伏组件卡具14，光伏组件卡具14延长度方向设有卡具凸槽14.1，光伏组件卡块13上设有与卡具凸槽14.1相匹配的压块卡槽13.2，光伏组件卡块13和光伏组件卡具14通过压块卡槽13.2和卡具凸槽14.1相互连接，光伏组件卡块13可沿光伏组件卡具14长度方向移动，光伏组件卡具14上设有限位螺孔14.2，限位螺栓穿过限位螺孔14.2限制光伏组件卡块13在光伏组件卡具14长度方向的位移，光伏组件1卡快上设有与光伏组件1的边框相配合的光伏组件1卡槽。

浮体2仅承受通过支架3施加的重力，且施加的重力均匀分布在浮体2卡槽内表面上，避免了重力负载集中在浮体2局部区域，影响浮体2寿命。

光伏组件1可安装在支架3上，在风载荷扰动下，所有载荷及扰动引起的微变形均由支架3承担，光伏组件1不承受载荷。

插入锁扣耳10内的锁扣舌11横截面为矩形结构，且其长边放置于浮体2模块上表面，短边与浮体2上表面垂直，防止锁扣舌11在锁扣耳10内转动。锁扣舌11可以为不锈钢、塑料等强度高的耐腐蚀材料，其厚度至少为5mm，宽度厚度之比至少为2：1。

支架3可以是不锈钢、镀锌钢、玻璃钢、塑钢等强度、韧性较大的耐腐蚀性材料。

浮体2材料为耐腐蚀性材料，如HDPE塑料、不锈钢、浸塑加工的金属材料、密闭发泡水泥等。

支架3预制时，通过支架3上的支架卡口3.1的相互咬合相互固定，支架3安装时，将预制好的支架3放入浮体2内的的支架卡槽6内卡好，因支架卡槽6的限制，浮体2与支架3水平面方向的相对运动被限制住，同时，将锁扣舌11插入锁扣耳10内，此时，锁扣舌11两端的T型端头和韧性卡口分别卡住锁扣耳10两端，且锁扣舌体11.1横跨支架卡槽6内的支架3上方，限制了支架3与浮体2间垂直方向的运动。装配好后，支架3与浮体2间连接见图5支架3浮体2及支撑件12装配示意图。本发明所提支架3浮体2的安装可极大地增加安装接触面积，优化浮体2受力，延长使用寿命。以典型的0.5m×0.5m×0.4m浮体2，标准C型钢(C100)为例，其支架3与浮体2的接触面积即浮体2上卡槽的表面积，计算可知其接触面积达0.25m2。而以常规吊耳连接的形式中，以10mm×10mm的吊耳计算，其接触面积为0.0004m2。本发明所提浮体2与支架3连接的接触面积是常规连接接触面积的625倍，因此，相同重量的光伏组件1及支架3的情况下，本发明所提的连接方式单位面积受力仅为常规方式的625分之一。此外，浮体2在浮力作用下自动锁死与支架3的连接，锁扣舌11不承受载荷，且风浪扰动的载荷全部由支架3承担，减轻浮体2载荷。

电站运营中需维修或更换浮体2时，在待更换浮体2左右的支架3下各垫入一浮体2，垫入浮体2时，先将浮体2按入水中一定深度，推至垫入位置后撤去向下的压力，在浮力作用下浮体2即顶起上方支架3。此后，在待更换浮体2上，弯曲韧性卡口并同时抽取锁扣舌11，将浮体2与支架3分离，按下待更换浮体2使之与支架3分离并取出。新更换浮体2依类似办法替换上，本发明浮体2更换、安装简单，可有效降低水上施工难度，缩短工期，节约检修成本。

多组光伏组件1及支架3可以连接成一体，组成一个小发电单元，发电单元之间通过链接件4相互链接，链接件4上的链条扣83042(如图3)在风浪作用下可以通过相互移动的方式释放支架3间的应力，增加安全性。链接件4上设置有锚固螺孔93043，可牢固地固定在支架3端部。小发电单元可以是两排或三排。

实施例二

一种共浮体2式光伏发电单元，包括光伏组件1，还包括实施例一中所述的共浮体2式光伏组件1支撑装置。

本实施例中浮体2仅与支架3相连，通过支架3将多个浮体2连接成模块化发电单元，模块化发电单元之间通过链接件4柔性连接，可以释放模块化发电单元扰动聚集的载荷，所述模块化发电单元至少为一排，所述走道5与支架3相连，通过浮体2对支架3的浮力支撑走道5。

浮体2仅承受通过支架3施加的重力，且施加的重力均匀分布在浮体2卡槽内表面上，避免了重力负载集中在浮体2局部区域，影响浮体2寿命。

光伏组件1可安装在支架3上，在风载荷扰动下，所有载荷及扰动引起的微变形均由支架3承担，光伏组件1不承受载荷。

电站运营中需维修或更换浮体2时，在待更换浮体2左右的支架3下各垫入一浮体2，垫入浮体2时，先将浮体2按入水中一定深度，推至垫入位置后撤去向下的压力，在浮力作用下浮体2即顶起上方支架3。此后，在待更换浮体2上，弯曲韧性卡口并同时抽取锁扣舌11，将浮体2与支架3分离，按下待更换浮体2使之与支架3分离并取出。新更换浮体2依类似办法替换上，本发明浮体2更换、安装简单，可有效降低水上施工难度，缩短工期，节约检修成本。

多组光伏组件1及支架3可以连接成一体，组成一个小发电单元，发电单元之间通过链接件4相互链接，链接件4上的链条扣83042(如图3)在风浪作用下可以通过相互移动的方式释放支架3间的应力，增加安全性。链接件4上设置有锚固螺孔93043，可牢固地固定在支架3端部。小发电单元可以是两排或三排。

实施例三

一种共浮体2式光伏组件1安装方法，包括：

将光伏组件1设置在浮体2上的支撑件12上；

对光伏组件1进行对位，将光伏组件1两侧的边框分别设置在两个主支杆12.1顶部，将光伏组件1底边的两角分别设置在主支杆12.1对应的副支杆12.2端部的光伏组件卡具14上；

将光伏组件卡块13的组件卡槽13.1卡入光伏组件1底边背板的凸槽内，并将光伏组件卡块13沿凸槽推向光伏组件卡具14使光伏组件卡块13的压块卡槽13.2卡入光伏组件卡具14的卡具凸槽14.1内；

在限位螺孔14.2上安装长杆的限位螺栓将光伏组件卡块13固定住，此时，光伏组件1底部通过光伏组件卡具14完成固定；

相邻两块光伏组件1的安装完成后，在主支杆12.1顶部用螺栓固定光伏组件压块15，将光伏组件1紧固在主支杆12.1顶部。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种共浮体式光伏组件支撑装置，包括光伏组件(1)，其特征在于：包括浮体(2)，所述浮体(2)上部设有支架卡槽(6)，支架(3)设置在所述支架卡槽(6)中，所述浮体(2)上表面靠近所述支架卡槽(6)的位置设有用于限制所述支架(3)纵向位移的固定件，所述支架(3)上方设有用于支撑光伏组件(1)的支撑件(12)；所述支架(3)上还设有走道(5)；所述支撑件(12)包括主支杆(12.1)和副支杆(12.2)，所述主支杆(12.1)为竖直的柱状结构，所述主支杆(12.1)的底部通过角接件(16)固定在所述支架(3)上，所述主支杆(12.1)的顶端设有可拆卸的用于设置所述光伏组件(1)的光伏组件压块(15)；所述副支杆(12.2)的一端连接于所述主支杆(12.1)，所述副支杆(12.2)的另一端设有光伏组件卡具(14)，所述光伏组件卡具(14)沿长度方向设有卡具凸槽(14.1)，光伏组件卡块(13)上设有与所述卡具凸槽(14.1)相匹配的压块卡槽(13.2)，所述光伏组件卡块(13)和所述光伏组件卡具(14)通过所述压块卡槽(13.2)和所述卡具凸槽(14.1)相互连接，所述光伏组件卡块(13)可沿所述光伏组件卡具(14)长度方向移动，所述光伏组件卡具(14)上设有限位螺孔(14.2)，限位螺栓穿过所述限位螺孔(14.2)限制所述光伏组件卡块(13)在所述光伏组件卡具(14)长度方向的位移，所述光伏组件卡块(13)上设有与所述光伏组件(1)的边框相配合的组件卡槽(13.1)。

2.根据权利要求1所述的一种共浮体式光伏组件支撑装置，其特征在于：包括数个浮体(2)，各个所述浮体(2)上表面至少两个相互交叉的所述支架卡槽(6)。

3.根据权利要求2所述的一种共浮体式光伏组件支撑装置，其特征在于：包括相互连接的数个所述支架(3)，两个所述支架(3)交叉相接处的形状与所述支架卡槽(6)交叉相接处的形状相匹配。

4.根据权利要求3所述的一种共浮体式光伏组件支撑装置，其特征在于：两个所述支架(3)相交处设有位置对应的支架卡口(3.1)，两个所述支架(3)通过所述支架卡口(3.1)连接在一起。

5.根据权利要求3所述的一种共浮体式光伏组件支撑装置，其特征在于：两个所述支架(3)的链接端头(7)柔性连接，链接件(4)包括链条扣(8)。

6.根据权利要求1所述的一种共浮体式光伏组件支撑装置，其特征在于：所述固定件包括锁扣舌(11)和锁扣耳(10)，所述浮体(2)表面位于所述支架卡槽(6)两侧的位置设有对称的锁扣耳(10)，所述锁扣舌(11)包括挡止端(11.2)和卡接端(11.3)，所述卡接端(11.3)穿过位置对应的一对所述锁扣耳(10)，所述挡止端(11.2)挡止于一侧的所述锁扣耳(10)，所述卡接端(11.3)穿过并卡接于另一侧的所述锁扣耳(10)。

7.根据权利要求6所述的一种共浮体式光伏组件支撑装置，其特征在于：锁扣舌(11)的横截面为长方体，所述锁扣耳(10)内表面为与所述锁扣舌(11)的横截面相配合的长方体。

8.一种共浮体式光伏发电单元，包括光伏组件(1)，其特征在于：还包括如权利要求1-7任一项所述的共浮体式光伏组件(1)支撑装置，所述光伏组件(1)设置在所述共浮体式光伏组件(1)支撑装置上。

9.一种利用如权利要求1所述装置进行的共浮体式光伏组件安装方法，其特征在于，包括：

将光伏组件(1)设置在浮体(2)上的支撑件(12)上；

对所述光伏组件(1)进行对位，将所述光伏组件(1)两侧的边框分别设置在两个主支杆(12.1)顶部，将光伏组件(1)底边的两角分别设置在主支杆(12.1)对应的副支杆(12.2)端部的光伏组件卡具(14)上；

将光伏组件卡块(13)的组件卡槽(13.1)卡入所述光伏组件(1)底边背板的凸槽内，并将光伏组件卡块(13)沿所述凸槽推向所述光伏组件卡具(14)使所述光伏组件卡块(13)的压块卡槽(13.2)卡入所述光伏组件卡具(14)的卡具凸槽(14.1)内；

在限位螺孔(14.2)上安装长杆的限位螺栓将所述光伏组件卡块(13)固定住，此时，所述光伏组件(1)底部通过光伏组件卡具(14)完成固定；

相邻两块所述光伏组件(1)的安装完成后，在主支杆(12.1)顶部用螺栓固定光伏组件压块(15)，将光伏组件(1)紧固在主支杆(12.1)顶部；

将走道(5)设置在所述浮体(2)上的支架(3)上。