CN106452299B - 走道浮体跨接支撑组件式水面光伏发电系统及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种走道浮体跨接支撑组件式水面光伏发电系统及安装方法。该系统由多个光伏发电单元拼接而成，光伏发电单元包括两个主浮体和连接件，连接件安装于两个平行的主浮体的侧壁上，两个平行的主浮体之间安装有光伏组件，主浮体长度方向的两端表面分别设置有夹耳和插耳，主浮体宽度方向的两个侧壁均开设有垂直顶面的一对矩形的固定槽，主浮体的顶面一侧上安装有一对高位立柱，主浮体的顶面另一侧有一对低位立柱，连接件包括中空的通孔，通孔上连接有两对连接臂，连接臂顶端设置有与卡槽配合的卡片。本发明省去了专门的组件支撑浮体，大大节约了浮体成本，其增大了光伏组件的背水面积，可有效增强水面对光伏组件的冷却效果，提高发电效率。

Description

走道浮体跨接支撑组件式水面光伏发电系统及安装方法

技术领域

本发明涉及光伏发电领域，具体地指一种结构简单、安装便捷、成本低的走道浮体跨接支撑组件式水面光伏发电系统及安装方法。

背景技术

太阳能作为人类理想的清洁能源，对构建低碳社会做出了重要贡献。随着光伏技术的不断成熟，光伏发电日渐成为新能源发电的主力军。但由于光伏电站占地面积大，不能合理配置土地资源，因此利用水面空间建设水上光伏是对资源的优化利用，既可合理利用土地资源、提高发电量，又可保护水体环境、减少浮尘。

水面漂浮式光伏电站利用浮管、浮箱等作为浮体，将其本身作为支架或在浮体上搭建支架，将光伏组件支撑起一定角度从而实现发电功能。由于水面漂浮光伏电站建成后常年漂浮于水面上，因此对浮体和支架材料的防水防腐蚀要求较高，加之水面漂浮式光伏电站建设、运维难度相对较大，造成水面漂浮式光伏电站项目综合开发成本高。这成为了遏制水面漂浮式光伏电站推广和发展的瓶颈。此外，目前已建成的水面漂浮式光伏电站大都地处内陆湖泊、水库、鱼塘等静止水面地区，而对于河流、海上等地区的漂浮式光伏电站，如何在流动水面情况下保证光伏电站的稳定性和安全性也是非常关键的问题。

目前，水面漂浮式光伏电站浮体专利已经有很多，但大都未解决以上所提出的问题。如CN105119558A公开了一种模块化水上光伏阵列，利用在浮体上安装连接机构支撑光伏组件，但该专利未考虑光伏组件维护通道，不利于电站的后期维护；CN105790682A、CN204886790、CN204947966U、CN204947983U、CN105162399A、CN205105144U、CN204836054U、US2014224165A1、CN105186968A等专利公开的水面光伏发电系统类似，均将浮体与支架合并构成一体化的光伏组件支撑结构，并设计了人行通道便于维护，但这些光伏浮体的第一组件支撑浮体体积较大，制造成本较高；浮体设计倾角较低，难以适用于高维度地区；平均每块光伏组件需要安装零部件数量较多，安装过程复杂，人工成本高；浮体未考虑放置电缆功能，使用过程中需额外铺设大量浮体作为电缆通道，平均每块光伏组件占用浮体材料较多，成本较高；CN2016103175562公开了一种L型水面光伏发电系统的浮体，这种浮桶采用左右支撑光伏组件的形式，并利用钢材与钢管紧固形成阵列，增强了浮体系统的整体稳定性。但此专利中钢材位置处于水面附近，容易对钢结构产生腐蚀损坏，并且浮体结构过道单薄且间隔较大，不易于施工和维护；CN105227061A、CN105227062A、CN105227063A、CN105227064A、CN105227065A、CN105245161A等专利群公开了一种水面漂浮式光伏支架系统，利用两个浮箱构成一个支架单元，中间通过连接件连接，浮箱两侧可安装光伏组件支撑件，光伏组件两侧分别安装于两个浮箱上。此专利群提出的设想虽可省去专门的光伏组件支撑浮体，提高光伏板背水面积，但专利中系统、部件或安装方法的描述过于抽象，无法考量其稳定性、成本和安装量等工程方案，不具有工程可操作性。

目前水面光伏电站建设成本较高，且水上安装难度较地面更大，因此如何简化浮体结构，降低浮体、部件及安装成本，提高光伏电站的可维护性是目前水面漂浮式光伏电站持续发展中需要考虑和解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供一种结构简单、安装便宜、成本低、稳定性好、便于更换的走道浮体跨接支撑组件式水面光伏发电系统及安装方法。

为实现上述目的，本发明提供的一种走道浮体跨接支撑组件式水面光伏发电系统，所述水面光伏发电系统由多个光伏发电单元拼接而成，所述光伏发电单元包括两个主浮体和连接件，所述连接件安装于两个平行的主浮体的侧壁上，两个平行的主浮体之间安装有光伏组件，所述主浮体为封闭的方体，所述主浮体长度方向的两端表面分别设置有夹耳和插耳，所述主浮体的插耳插入到另一个主浮体的夹耳内配合固定，所述主浮体宽度方向的两个侧壁均开设有垂直顶面的一对矩形的固定槽，所述固定槽以侧面的中轴线对称分布，所述固定槽内设水平设置有卡槽，所述主浮体的顶面一侧上安装有一对高位立柱，所述主浮体的顶面另一侧有一对低位立柱，每队高位立柱和每对低位立柱均以侧面的中轴线对称分布，且高位立柱和低位立柱都设置在固定槽外侧；所述低位立柱之间的顶面中轴线上开设有固定孔，所述连接件包括中空的通孔，所述通孔上连接有两对连接臂，所述连接臂顶端设置有与卡槽配合的卡片。

连接件上下表面皆为平面，上表面可设置凹槽作为电缆通道；在两侧分别设置与主浮体夹耳相配合的插耳；连接件中部设置通孔作为加强筋，也增大了水面对光伏组件的冷却面积。

主浮体可单独使用作为电缆通道，其上表面高位、低位立柱可作为电缆挡块，防止电缆落水

进一步地，所述夹耳和插耳上对称开设有插孔。

再进一步地，所述卡槽是由两个水平设置的槽片与固定槽共同组成，所述槽片中央开设有槽孔。

再进一步地，所述高位立柱的顶部为斜面，所述高位立柱和低位立柱顶端连线与水平面夹角为0～50°；所述高位立柱倾斜端与平行端的交汇处开设有半封闭的反扣插槽，所述反扣插槽上下面水平开设有齿状面。齿状面中填充防化材料，可增大对光伏组件的夹持力；

再进一步地，所述固定槽在高度方向贯穿主浮体的侧壁，所述固定槽之间的侧壁上开设有内凹的加强筋，且加强筋与主浮体顶面配合封闭，且底面贯通。

再进一步地，所述主浮体底部的中轴线上开设有一条凹条，所述固定槽外侧以及固定槽与加强筋之间的主浮体底部设置有多条垂直于凹条的凹槽。凹条和凹槽可加固下表面结构、增加浮体亲水面积，并可作为流水孔，减小风浪对浮体的动载荷。

再进一步地，所述连接臂之间夹角为20～160°。

再进一步地，所述卡片开设有销孔，所述槽孔与销孔以及插孔间均通过梅花销4固定，所述插孔、槽孔和销孔的孔壁上对称开设有4个销槽。

再进一步地，所述光伏组件底部中空，且侧壁上设置压块。

再进一步地，所述梅花销由顶部圆盘和底部圆柱组成，所述圆柱外壁上对称设置有4个卡凸。

本发明还提供了一种走道浮体跨接支撑组件式水面光伏发电系统的安装方法，包括以下步骤：

a.所述主浮体长度方向上的夹耳和插耳与其他主浮体长度方向上的插耳和夹耳连接，并通过梅花销固定；

b.连接件两侧卡片分别插入主浮体的卡槽内，并通过梅花销固定；

c.所述光伏组件长边一侧与主浮体高位立柱上部反扣配合，另一侧内边框扣住低位立柱，将压块压紧组件下边框，并用梅花销固定压块。

本发明提供了一种走道浮体跨接支撑组件式水面光伏发电系统及安装方法，利用水面漂浮式浮体，形成结构简单、安装便宜、成本低、稳定性好的水面光伏发电系统，其有益效果如下：

1、本发明提供的水面漂浮式光伏电站发电系统，利用了一种水面漂浮式浮体，包括主浮体及连接件。主浮体即作为人行通道，又作为光伏组件支撑件，省去了专门的组件支撑浮体，大大节约了浮体成本。

2、本发明提供的水面漂浮式光伏电站发电系统，光伏组件跨接固定于两个主浮体上，增大了光伏组件的背水面积，可有效增强水面对光伏组件的冷却效果，提高发电效率。

3、本发明提供的主浮体与连接件之间采用梅花销连接方式，仅需从上方插入梅花孔后旋转错位即可实现连接固定，优化了安装操作空间，可实现快速安装和拆卸，节约人力成本。

4、本发明提供的光伏组件支撑形式，通过高位立柱上的反扣与低位立柱限制光伏组件前后、左右的移动，配合压块对光伏组件上下方向移动进行固定。此固定方式简化了光伏组件安装过程，便于光伏组件的安装和维护。

5、主浮体作为人行通道，可为水面漂浮式光伏电站提供安装、检修、维护空间，利于光伏电站的前期安装和后期运维。

6、本发明提供的主浮体可单独作为电缆通道，高、低位立柱可防止连接件上表面设置凹槽，作为电缆放置槽，合理利用了光伏组件下方空间。

附图说明

图1为本发明走道浮体跨接支撑组件式水面光伏发电系统的立体图；

图2为图1的细节图；

图3为主浮体的立体图；

图4为图3的细节图；

图5为高位立柱的细节图；

图6为连接件的细节图；

图7为光伏发电单元的立体图；

图8为主浮体和连接件连接图；

图9为梅花销的细节图；

图中，主浮体1、夹耳1.1、插耳1.2、固定槽1.3、卡槽1.31、槽片1.32、槽孔1.33、高位立柱1.4、反扣插槽1.41、齿状面1.42、低位立柱1.5、固定孔1.6、插孔1.7、加强筋1.8、凹条1.9、凹槽1.10、防滑凸起1.11、

连接件2、通孔2.1、连接臂2.2、卡片2.3、销孔2.31、光伏组件3、压块3.1、梅花销4、圆盘4.1、圆柱4.2、卡凸4.3、销槽5。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

如图所示：一种走道浮体跨接支撑组件式水面光伏发电系统，水面光伏发电系统由多个光伏发电单元拼接而成，光伏发电单元包括两个主浮体1和连接件2，连接件2安装于两个平行的主浮体1的侧壁上，两个平行的主浮体1之间安装有光伏组件3，主浮体1为封闭的方体，主浮体1长度方向的两端表面分别设置有夹耳1.1和插耳1.2，主浮体1的插耳1.2插入到另一个主浮体1的夹耳1.1内配合固定，夹耳1.1和插耳1.2上对称开设有插孔1.7。

主浮体1宽度方向的两个侧壁均开设有垂直顶面的一对矩形的固定槽1.3，固定槽1.3以侧面的中轴线对称分布，固定槽1.3内设水平设置有卡槽1.31，卡槽1.31是由两个水平设置的槽片1.32与固定槽1.3共同组成，槽片1.32中央开设有槽孔1.33。

主浮体1的顶面一侧上安装有一对高位立柱1.4，主浮体1的顶面另一侧有一对低位立柱1.5，每队高位立柱1.4和每对低位立柱1.5均以侧面的中轴线对称分布，且高位立柱1.4和低位立柱1.5都设置在固定槽1.3外侧，高位立柱1.4和低位立柱1.5顶端连线与水平面夹角为0°～50°。

高位立柱1.4的顶部为斜面，高位立柱1.4倾斜端与平行端的交汇处开设有半封闭的反扣插槽1.41，反扣插槽1.41上下面水平开设有齿状面1.42。

低位立柱1.5之间的顶面中轴线上开设有固定孔1.6，固定槽1.3在高度方向贯穿主浮体1的侧壁，固定槽1.3之间的侧壁上开设有内凹的加强筋1.8，且加强筋1.8与主浮体1顶面配合封闭，且底面贯通。

主浮体1底部的中轴线上开设有一条凹条1.9，固定槽1.3外侧以及固定槽1.3与加强筋1.8之间的主浮体1底部设置有多条垂直于凹条1.9的凹槽1.10，主浮体1顶面布设有防滑凸起1.11。

连接件2包括中空的通孔2.1，通孔2.1上连接有两对连接臂2.2，连接臂2.2顶端设置有与卡槽1.31配合的卡片2.3。连接臂2.2之间夹角为20°～160°。

卡片2.3开设有销孔2.31，槽孔1.33与销孔2.31以及插孔1.7间均通过梅花销4固定，插孔1.7、槽孔1.33和销孔2.31的孔壁上对称开设有销槽5。

梅花销4由顶部圆盘4.1和底部圆柱4.2组成，圆柱4.2外壁上对称设置有4个卡凸4.3。

上述走道浮体跨接支撑组件式水面光伏发电系统的安装方法，包括以下步骤：

a.主浮体1长度方向上的夹耳1.1和插耳1.2与其他主浮体长度方向上的插耳1.2和夹耳1.1连接，并通过梅花销4固定；

b.连接件2两侧卡片2.3分别插入主浮体1的卡槽1.31内，并通过梅花销4固定；

c.光伏组件3长边一侧与主浮体高位立柱1.4上部反扣配合，另一侧内边框扣住低位立柱1.5，将压块压紧组件下边框，并用梅花销4固定压块。

浮力计算：

本实施例采用功率260Wp，尺寸为992mm×1650mm的多晶硅组件，以88块光伏组件为一个单元计算其承载能力如下：

水面光伏发电系统总承重：

光伏组件：20Kg/块×88＝1760kg；

浮体自重：主浮体：10.5Kg/块×117块＝1228.5kg；连接件：2.9kg/块×104块＝301.6kg；人行通道板：10kg/块×16块＝160kg；

安装检修人员：按8人×75Kg/人＝600Kg。

若考虑2.0的安全系数，总承重约8100.2kg，

水面光伏发电系统总浮力：

根据浮力公式，主浮体可提供浮力为208.75kg/块，组件支撑浮体可提供浮力为19.2kg/块，则总浮力为：208.75kg/块×117块+19.2kg/块×104块＝26420.55kg。

因此，本实施例可充分保证水面光伏发电系统的浮力需求。

安装件工作量计算：

本实施例以88块光伏组件为一个单元计算其安装件数目如下：

主浮体连接销钉：9排×24颗/排＝216颗

主浮体与组件支撑浮体连接销钉：9排×52颗/排＝468颗

组件压块销钉：88块×1颗/块＝88颗

安装件总量为772件，浮体及组件安装件工作量平均到每块光伏组件的数量约为8.77件。

与专利US2014224165A1相比，单位光伏组件安装件工作量下降了约7件。因此，本实施例可降低安装件工作量，节约人工成本。

浮体成本计算：

本实施例以88块光伏组件为一个单元计算单块光伏组件所需浮体材料，其中浮体壁厚和主浮体高度取值与专利US2014224165A1、CN105186968A类似，分别为：

浮体壁厚：上表面5mm，其余部分3mm

浮体高度：200mm

单个浮体所需材料：

主浮体：10.5kg/个，组件支撑浮体：2.94kg/个

每个光伏单元所需浮体材料为：117个×10.5kg/个+104×2.94kg/个＝1534.26kg

平均单块光伏组件所需材料为：1534.26kg/88＝17.4kg

则与专利US2014224165A1、CN105186968A相比，单块光伏组件节约材料约3.4kg。因此，本实施例可降低材料用量，节约成本。

其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (8)

1.一种走道浮体跨接支撑组件式水面光伏发电系统，其特征在于：所述水面光伏发电系统由多个光伏发电单元拼接而成，所述光伏发电单元包括两个主浮体(1)和连接件(2)，所述连接件(2)安装于两个平行的主浮体(1)的侧壁上，两个平行的主浮体(1)之间安装有光伏组件(3)，所述主浮体(1)为封闭的方体，所述主浮体(1)长度方向的两端表面分别设置有夹耳(1.1)和插耳(1.2)，所述主浮体(1)的插耳(1.2)插入到另一个主浮体(1)的夹耳(1.1)内配合固定，所述主浮体(1)宽度方向的两个侧壁均开设有垂直顶面的一对矩形的固定槽(1.3)，所述固定槽(1.3)以侧面的中轴线对称分布，所述固定槽(1.3)内水平设置有卡槽(1.31)，所述主浮体(1)的顶面一侧上安装有一对高位立柱(1.4)，所述主浮体(1)的顶面另一侧有一对低位立柱(1.5)，每对高位立柱(1.4)和每对低位立柱(1.5)均以侧面的中轴线对称分布，且高位立柱(1.4)和低位立柱(1.5)都设置在固定槽(1.3)外侧；所述低位立柱(1.5)之间的顶面中轴线上开设有固定孔(1.6)，所述连接件(2)包括中空的通孔(2.1)，所述通孔(2.1)上连接有两对连接臂(2.2)，所述连接臂(2.2)顶端设置有与卡槽(1.31)配合的卡片(2.3)；所述夹耳(1.1)和插耳(1.2)上对称开设有插孔(1.7)；所述卡槽(1.31)是由两个水平设置的槽片(1.32)与固定槽(1.3)共同组成，所述槽片(1.32)中央开设有槽孔(1.33)。

2.根据权利要求1所述走道浮体跨接支撑组件式水面光伏发电系统，其特征在于：所述高位立柱(1.4)的顶部为斜面，所述高位立柱(1.4)和低位立柱(1.5)顶端连线与水平面夹角为0～50°；所述高位立柱(1.4)倾斜端与平行端的交汇处开设有半封闭的反扣插槽(1.41)，所述反扣插槽(1.41)上下面水平开设有齿状面(1.42)。

3.根据权利要求1所述走道浮体跨接支撑组件式水面光伏发电系统，其特征在于：所述固定槽(1.3)在高度方向贯穿主浮体(1)的侧壁，所述固定槽(1.3)之间的侧壁上开设有内凹的加强筋(1.8)，且加强筋(1.8)与主浮体(1)顶面配合封闭，且底面的贯通。

4.根据权利要求3所述走道浮体跨接支撑组件式水面光伏发电系统，其特征在于：所述主浮体(1)底部的中轴线上开设有一条至多条凹条(1.9)，所述固定槽(1.3)外侧以及固定槽(1.3)与加强筋(1.8)之间的主浮体(1)底部设置有多条垂直于凹条(1.9)的凹槽(1.10)，所述主浮体(1)顶面布设有防滑凸起(1.11)。

5.根据权利要求1所述走道浮体跨接支撑组件式水面光伏发电系统，其特征在于：所述连接臂(2.2)之间夹角为20～160°。

6.根据权利要求1所述走道浮体跨接支撑组件式水面光伏发电系统，其特征在于：所述卡片(2.3)开设有销孔(2.31)，所述槽孔(1.33)与销孔(2.31)以及插孔(1.7)间均通过梅花销(4)固定，所述插孔(1.7)、槽孔(1.33)和销孔(2.31)的孔壁上对称开设有4个销槽(5)，所述梅花销(4)由顶部圆盘(4.1)和底部圆柱(4.2)组成，所述圆柱(4.2)外壁上对称设置有4个卡凸(4.3)。

7.根据权利要求1所述走道浮体跨接支撑组件式水面光伏发电系统，其特征在于：所述光伏组件(3)底部中空，且侧壁上中线上设置压块(3.1)。

8.一种权利要求1所述走道浮体跨接支撑组件式水面光伏发电系统的安装方法，其特征在于：包括以下步骤：

a.所述主浮体(1)长度方向上的夹耳(1.1)和插耳(1.2)与其他主浮体长度方向上的插耳(1.2)和夹耳(1.1)连接，并通过梅花销(4)固定；

b.连接件(2)两侧卡片(2.3)分别插入主浮体(1)的卡槽(1.31)内，并通过梅花销(4)固定；

c.所述光伏组件(3)长边一侧与主浮体高位立柱(1.4)上部反扣配合，另一侧内边框扣住低位立柱(1.5)，将压块压紧组件下边框，并用梅花销(4)固定压块。