一种水上光伏组件安装用单元漂浮平台
技术领域
本发明涉及一种光伏安装支架,尤其涉及一种水上光伏组件安装用单元漂浮平台,用于将光伏组件安装在海岸、湖岸、内河以及煤矿塌陷区等水面,属于光伏系统安装技术领域。
背景技术
清洁低碳安全高效的现代可再生能源对全球气候恶化及可持续能源利用战略提供有力支撑。我国也把可再生能源利用放在首要位置,可再生能源中光伏发电由于其高效、稳定、易维护等优势,更受青睐。近年来我国光伏企业不断革新技术,其光伏电池效率显著提高使光伏发电成本不断下降,2015年国内光伏装机容量已超过德国成为世界第一,近期由于光伏应用占地面积较大及西部由于输送电限制,大西北光伏电站往东南部转移,东南地区土地资源稀缺,利用海岸、湖岸、内河以及煤矿塌陷区等来建造水上光伏电站,解决了受制于土地资源限制的约束,开辟一条光伏有效应用的新途径。
水上光伏电站由于夏季水体对光伏组件的冷却作用,对降低组件表面温度,使组件电压得到提升,同时由于水面光反射率较地面高及组件表面清洁度高,能获得更高的发电量。据国外、国内相关资料介绍,水上漂浮电站发电量可超过10%。
对于水面电站如一般水面深度较小的浅水区域,采用预制桩单柱基础形式施工难度及成本相对较低。但对于水面较深的深水区,还有像煤矿塌陷区仍有基础下沉的风险的水面,其施工作业难度大大增加,目前一般采用漂浮平台结构形式,是利用浮体的浮力来承受光伏组件及相关设备的重量和外界荷载,支架安装在该漂浮平台上,并将平台固定于岸边或者水底的一种水面光伏安装形式。
现有技术中,水上漂浮平台主要有两种。一种是在浮体上安装支架,在支架上安装光伏组件;漂浮平台包括浮体、支架系统、组件及浮动平台的锚固系统。另一种是全浮体形式,其主浮体与过道浮体连接,光伏组件安装在主浮体上,这种漂浮平台包括主浮体、过道浮体、组件及浮动平台的锚固系统。
由于水面漂浮系统相对地面系统所用材料耐候性要求高,目前浮体一般采用质量轻、抗冲击、耐腐蚀、防紫外线、耐高低温、对水资源无危害的高分子材料,要求 25年以上的使用寿命。
上述两种方案中,浮体+支架+组件+锚固系统其浮体成本低,但是其支架耐腐要求高,安装繁琐。而浮体+组件+锚固系统,组装方便,但是浮体成本高,浮体与浮体之间连接耐久强度较支架形式差。根据目前已建的水上光伏漂浮项目显示,上述两种类型电站建设成本较高,尤其后者系统成本更高,导致电站建成后投资收益率较低。
因此,十分必要发明一种安装方便、安装及运维成本低的水上光伏组件安装系统。
发明内容
本发明针对现有技术中,水上光伏组件安装系统成本高、安装繁琐等技术问题,提供一种水上光伏组件安装用单元漂浮平台,安装方便快捷,系统成本降低。
为此,本发明采用如下技术方案:
一种水上光伏组件安装用单元漂浮平台,包括浮体以及设置在浮体上的支架,支架上安装光伏组件,其特征在于:所述浮体和支架形成若干相互连接的漂浮单元,每一漂浮单元的浮体包括呈直线排列的三个以上的浮筒,分别为位于漂浮单元南北两端的小浮筒和位于两小浮筒之间的大浮筒,大浮筒的浮力为小浮筒浮力的两倍至三倍,通过第一连接件将平台的主梁通过第一连接件将平台的主梁固定在各浮筒上,主梁上成对地设置用于安装光伏组件的前支座与后支座,通过调节前支座和后支座的高度差控制组件安装倾角,光伏组件通过其上的第二连接件与前支座和后支座以柔性铰接方式进行连接;漂浮单元之间通过第三连接件柔性连接;若干漂浮单元形成漂浮单元阵列,在漂浮单元阵列的外周及中部设置用于检修和锚固的漂浮平台。
进一步地,所述小浮筒的截面呈圆形或椭圆形,所述大浮筒的截面呈两侧为圆弧形,上表面及下表面为间隔凹陷和凸台的凹凸面。
进一步地,所述大浮筒的宽度方向上的两侧为圆弧面,圆弧面上设置有加强筋,在大浮筒上分布有数个的内凹锥孔,其中位于两侧的侧内凹锥孔包括一对顶面接合的锥孔,位于中部的中内凹锥孔的顶面与大浮筒上表面的凹陷接合;大浮筒上表面的两侧的凸台处分别设置有两道凸起作为与主梁连接的限位槽;在小浮筒的上表面的两侧分别具有两道凸起作为与主梁连接的限位槽。
进一步地,所述每一漂浮单元具有五个浮筒,每一漂浮单元上安装四块光伏组件。
进一步地,:在后支座上设置有支脚,从而在前支座和后支座的支脚之间形成高度差,调前支座和后支座的支脚之间的高度差使光伏组件以10-25°倾角安装。
进一步地,所述第一连接件包括用于将小浮筒固定于主梁上的抱箍,以及,用于将大浮筒固定在主梁上的夹板和连接螺杆,夹板设置于大浮筒的底部,夹板的形状与大浮筒下表面的形状相对应,连接螺杆设置于夹板的两侧并穿过大浮筒上的侧内凹锥孔固定于主梁。
进一步地,所述第二连接件包括设置于光伏组件上的铰接座,光伏组件通过铰接座和连接螺栓分别与前支座和后支座的支脚上圆孔进行铰接连接。
进一步地,所述第三连接件包括用于东西向连接漂浮单元的东西向连接件和用于南北向连接漂浮单元的南北向连接件;所述东西向连接件包括:设置于小浮筒两外侧的第一连接座和连接相邻两漂浮单元第一连接座的连接杆,以及,设置于大浮筒两外侧的第二连接座和连接相邻漂浮单元第二连接座的连接格栅,其中,所述第一连接座的一端固定在主梁上,另一端形成一个封闭的环,连接杆通过与第一连接座末端的环连接;所述第二连接座的一端固定在主梁上,另一端形成一个开口半环槽,所述连接格栅包括两侧板以及位于两侧板之间的格栅条,格栅条端分别插入侧板上方孔通过两端连接螺杆进行组装,连接格栅通过连接螺杆与第二连接座连接;所述南北向连接件包括分别安装在相邻两主梁端部的两侧的连接板,两连接板通过螺栓铰接。
进一步地,若干漂浮单元共同形成一个漂浮单元子阵,若干漂浮单元子阵形成漂浮单元阵列,在漂浮单元阵列阵的四周分别布置东西两侧检修通道平台和南北端检修通道平台,合称为四周检修通道平台;在漂浮单元子阵之间布置中间检修通道平台,所述锚固系统分别设置在检修通道平台上。
进一步地,所述四周检修通道平台包括浮筒和设置于浮筒上的安装钢支架底梁,底梁上安装锚固用钢桁架,外侧设置栏杆,东西两侧检修通道平台与相邻漂浮单元的连接采用东西向连接格栅,钢支架底梁的长度与单元漂浮平台上主梁相同;
所述南北端检修通道平台包括浮筒和设置于浮筒上的钢支架底梁,底梁上安装锚固用钢桁架,外侧设置栏杆;
所述中间检修通道平台包括浮筒和设置于浮筒上的由钢支架组成的平台,及与相邻漂浮平台连接的东西向通道格栅安装梁,平台上安装有逆变器和开关柜支架,中间检修通道的平台梁南北长度与单元漂浮平台主梁的长度相同,东西向尺寸需通过模拟逆变器确定,保证不在相邻组件产生阴影。
本发明的水上光伏组件安装用单元漂浮平台,通过设置漂浮单元,漂浮单元上安装光伏组件,以一个漂浮单元作为一个基础单元,实现加工的标准化和安装过程的标准化,降低了生产、安装和维修成本;另一方面,光伏组件与本漂浮平台之间、各漂浮单元之间,以及,漂浮单元与各检修通道之间均采用柔性连接,降低了由于水面波动对平台产生的作用力,减少了水面风浪,水流力作用对漂浮平台波动造成对组件危害,同时使组件安装更方便;柔性的连接还使整个支架平台可以更好地适应水面波动,各构件连接处承受的力小,在相同的抗外力强度下,可减小构件的尺寸,从而节约用料;
综上,本发明具有如下有益效果:
1、本发明利用海岸、湖岸、内河以及煤矿塌陷区等来建造水上光伏电站,解决了受制于土地资源限制的约束,开辟一条光伏有效应用的新途径;
2、利用夏季水体对光伏组件的冷却作用,水面光反射率较地面高及组件表面清洁度高,提升光伏电站发电量;
3、通过组件与前后支腿采用铰接连接及单元与单元之间 的柔性连接,消除由于风和水流引起水面波动对平台产生较大作用力;
4、以一个漂浮单元作为一个基础单元,可作为标准件加工,方便大批量进行生产,降低生产成本;同时,现场拼接更方便灵活、方便,降低了安装和维修成本;
5、通过优化浮筒结构及将主梁间距与组件安装座间距保持一致,降低浮箱材料及支架用量,使水面电站制造成本大大降低。
附图说明
图1A- 1B为本发明光伏组件安装结构的示意图;
图2A- 2B为本发明光伏组件铰接座的结构示意图;
图3A-3D为本发明前支座和后支座的装配示意图;
图4为本发明前支座的侧视图;
图5为本发明后支座的结构示意图;
图6为本发明后支座上的上铰接件的示意图;
图7为本发明后支脚的截面图;
图8为本发明后支脚的连接角铝截面图;
图9A-9C为本发明大浮筒的结构示意图;
图10A- 10B为本发明小浮筒的结构示意图;
图11A-11C为浮筒与主梁的连接关系的示意图;
图12为主梁的截面图;
图13为第一连接座的结构示意图;
图14为第二连接座的结构示意图;
图15A和15B为第一连接件的结构示意图;
图16为组件在漂浮单元上安装的示意图;
图17为主梁上的槽缺口加工的示意图;
图18A-18C为连接格栅的结构示意图,其中,18A为连接格栅的俯视图,18B为连接格栅正视图,18C为连接格栅侧视图;
图19为漂浮单元与漂浮单元间在南北向的连接结构示意图;
图20为东西向检修格栅与大浮筒上的主梁连接示意图;
图21为东西向连接杆与南北端小浮筒上的主梁连接示意图;
图22A-22B一个漂浮单元的结构示意图(安装光伏组件及东西向连接件和南北向连接件后)
图23为各漂浮单元拼连接的示意图;
图24为中间检修通道平台的示意图;
图25为东西侧检修通道平台示意图;
图26为由安装在各漂浮单元的光伏组件组成的光伏阵列示意图;
图中,光伏组件100;漂浮单元200;大浮筒201;,南北端小浮筒 202;主梁203;前支座204;后支座205;支脚206;侧内凹锥孔207;中内凹锥孔208;抱箍209;固定螺栓210;夹板211;连接螺杆212;铰接座213;第一连接座214;连接杆215;第二连接座216;连接格栅217;第一连接座环218;第二连接座半环槽219;侧板220;格栅条221;双头螺杆222;主梁上的南北向连接板223;浮筒上的气孔224;东西侧检修通道平台300;南北侧检修通道平台400;中间检修通道平台500。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述,本发明中与现有技术相同的部分将参考现有技术。
如图1-图26所示,本发明的水上光伏组件安装用单元漂浮平台,包括浮体以及设置在浮体上的支架,支架上安装光伏组件100,光伏组件100优选双玻组件,耐候性好。
浮体和支架形成若干相互连接的漂浮单元200,每一漂浮单元200的浮体包括呈直线排列的数个浮筒,在每一漂浮单元200上安装数块光伏组件;在本实施例中,每一漂浮单元包含五个浮筒,每一漂浮单元上安装四块光伏组件。
所述浮筒包括分别为位于漂浮单元南北两端的小浮筒202和位于两小浮筒之间的大浮筒201,各浮筒的长度方向上的尺寸相等,各浮筒之间等间距地排列。在组件安装状态下,在小浮筒202的附近具有一个前支座或一个后支座,而在大浮筒201的附近具有一个前支座和一个后支座,因此,在组件安装状态下,大浮筒承担的重力约为小浮筒的两倍左右。因此,本发明设计大浮筒的浮力为小浮筒浮力的两倍至三倍;在相同的厚度及长度方向尺寸的前提下,设计大浮筒的宽度约为小浮筒宽度的两两倍至三倍,从而实现位于中部的大浮筒具有较大的承载能力。
通过第一连接件将平台的主梁203固定在各浮筒的上,主梁203在各浮筒的上方,在此,定义浮筒靠近主梁的一面为上表面,远离主梁的一面为下表面。
主梁上成对地设置用于安装光伏组件100的前支座204与后支座205,为了使光伏组件按一定的倾斜角度安装,前支座和后支座之间具有一定的高度差。上述高度差可以通过在后支座205上设置有支脚206,从而在前支座和后支座的支脚之间形成高度差,通过调节支脚的长度,可以调整光伏组件倾斜安装的角度,在本实施例中,光伏组件以15°倾角安装。
如图12、图17所示,主梁203为带六角螺栓头槽的两根铝型材,经过表面阳极氧化处理可满足耐候性要求。主梁203上部设计固定组件用螺栓头的槽口,槽口尺寸与螺栓头相配。为方便螺栓头放入,槽口处冲出螺栓头放入口;两侧设计U形面,增加上下安装面宽度,同时对两端安装南北向连接件起限位作用 。
如图10A、10B所示,小浮筒202的截面呈圆形或椭圆形;如图9A-9C所示,大浮筒201的宽度方向上的两端为圆弧面,如图9A、9B所示,减小浮筒材料的用量,圆弧面上设置有加强筋;为了进一步加强大浮筒的强度和刚性,在大浮筒上分布有数个的内凹锥孔,如图9C所示,其中位于两侧的侧内凹锥孔207包括一对顶面接合的锥孔,位于中部的中内凹锥孔208的顶面与上表面的凹陷接合;此外,大浮筒201上表面的两侧的凸台处分别设置有两道凸起作为与主梁连接的限位槽,使大浮筒与主梁的连接更加稳固、可靠;同样地,在小浮筒202的上表面的两侧分别具有两道凸起作为与主梁连接的限位槽。
浮筒的浮力设计,按照大于当地冬季雪荷载和平台恒荷载及检修荷载等最大荷载的组合总重量进行设计。
在大浮筒和小浮筒上均设置有气孔,浮筒的气孔224设置在模具分型面上部,正常荷载下离水面保持一定距离,同时采用两道密封,保证其密封性能。
第一连接件包括用于将小浮筒202固定于主梁203上的抱箍209和固定螺栓210,如图11C 、15A所示;以及,用于将大浮筒201固定在主梁203上的夹板211和连接螺杆212,如图15B所示,夹板211设置于大浮筒的底部,夹板的形状与大浮筒底部的形状相对应,从而与大浮筒的表面贴合;连接螺杆212设置于夹板的两侧并穿过大浮筒上的侧内凹锥孔207固定于主梁202,该设计可主梁与浮筒的连接强度更大,区别于现有技术大浮筒与梁采用耳朵的连接方式。抱箍209采用具有较大宽度的打扁抱箍;夹板与浮筒之间,以及打扁抱箍与浮筒连接间加垫块。
如图1A、1B;图2A、2B以及,图3A-3D所示,光伏组件100通过第二连接件铰接座213柔性铰接连接在前支座204和后支座205上;具体地,所述第二连接件包括设置于光伏组件上的铰接座213,光伏组件100通过铰接座分别与前支座204和后支座的支脚206连接。铰接座213采用铝挤压型材,其底部采用空腔结构增加抗弯强度,在空腔上伸出两个凸耳加工两个圆通孔,圆孔及中间部分用于连接前、后支座。
光伏组件也可为带边框组件,从而类似铰接座213的连接铰接可直接与边框连接。
漂浮单元之间通过第三连接件实现柔性连接;如图13、14;图15A、15B;以及,图18A-18C,图20-21;图22A、22B;图23所示,所述第三连接件包括用于东西向连接漂浮单元的东西向连接件和用于南北向连接漂浮单元的南北向连接件,具体地地:
所述东西向连接件包括:设置于小浮筒202两外侧的第一连接座214和连接相邻两漂浮单元第一连接座的连接杆215,以及,设置于大浮筒201两外侧的第二连接座216和连接相邻漂浮单元第二连接座的连接格栅217,其中,所述第一连接座214的一端固定在主梁203上,另一端形成一个封闭的环218,连接杆215通过与第一连接座末端的环与第一连接座204连接;所述第二连接座216的一端固定在主梁203上,另一端形成一个具有开口的半环槽219。所述连接格栅217包括两侧板220以及位于两侧板之间的格栅条221,格栅条221端部插入侧板220上冲出与之相配的侧孔,两侧板220的分别通过双头螺杆222组装固定,连接格栅上螺栓222挂在第二连接座开口半圆槽219内,侧板220通过所述半环219与第二连接座连接。侧板220及格栅条221用扁钢加工,格栅条221端头冲缺口,侧板220冲与格栅板冲缺口口端头插入孔,两端用双头螺杆222紧固侧板,紧固后组成通道格栅,双头螺杆同时在主梁上的半环219处连接开口销轴限位。半环219的开口尺寸与螺栓销轴直径相配。环218的尺寸与连接连接杆215的螺栓直径相配。
如图19所示,漂浮单元单元200与漂浮单元单元200的南北向连接件包括分别安装在相邻两主梁203端部的两侧的连接板223,两连接板通过螺栓铰接。具体地,此处所谓的“相邻两主梁端部的两侧的连接板”指的是,一块连接板位于一根主梁端部的一侧,另一块连接板位于另一根主梁端部的另一侧,之后,再一同过螺栓将两块连接板铰接。
如图23所示,若干个漂浮单元200之间通过第三连接件逐步连接起来,形成漂浮单元子阵,若干个漂浮单元子阵再连接起来形成漂浮单元阵列,为了稳定漂浮单元阵列,在漂浮单元列阵的四周分别形成东西向检修通道平台和南北向检修通道平台,在南北向平台上分别设置钢桁架用于锚固系统固定。同时,为了方便检查和维修,在漂浮单元子阵之间形成中间检修平台。具体地:
如图25、26所示,所述东西向平台300包括浮筒和设置于浮筒上的钢支架底梁,底梁上安装锚固用钢桁架,外侧设置栏杆,东西向检修通道平台与相邻漂浮单元的连接采用上述所述的单元200与单元200东西向类似铰接连接结构,平台梁的长度与单元组件安装主梁相同;
如图26所示,所述南北向平台400包括浮筒和设置于浮筒上的钢支架底梁,底梁上安装锚固用钢桁架,外侧设置栏杆;
如图24、26所示,所述中间检修平台500包括浮筒和设置于浮筒上的由钢支架梁组成的平台,及与相邻漂浮平台连接采用与单元200与单元200东西向类似铰接连接结构,平台上安装有逆变器和开关柜支架,中间检修通道的平台梁南北长度与单元200主梁相同,东西向尺寸需通过模拟逆变器确定,保证不在相邻组件产生阴影。
需要说明的是,虽然本发明中较多的使用了“东西向”、“南北向”等描述,这些定义仅为描述方便,并非用来限定本发明的保护范围,应该理解,“东西向”也可以描述成“左右方向”,或“横向”等;“南北向”也可以描述成“上下方向”或“纵向”等。在此具有同样的意义。