CN107354926B - 一种水上光伏阵列的保护墙 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水上光伏阵列的保护墙，包括：多个立柱，其设置在光伏阵列的周围；以及多个墙体，其连接在多个立柱之间；其中，所述墙体是可透过性的。

Description

一种水上光伏阵列的保护墙

技术领域

本发明涉及光伏技术领域，特别地涉及一种水上光伏阵列的保护墙。

背景技术

太阳能是一种清洁能源。利用光伏电站将太阳能直接转化成电能是一种高效的利用太阳能的方式。目前光伏电站主要是建设在地面上，例如利用闲置的土地来建设。但是，因为照射能量分布密度小，受气象条件影响较大，所以陆上光伏电站通常需要占用很大的面积。在经济发达地区土地资源宝贵，建设光伏电站受到了很大的限制。水上光伏是指利用闲置的水面来建设光伏电站。水上光伏电站具有不占用土地资源，减少水体蒸发，避免藻类生长等诸多优点，有着广阔的发展前景。

水上光伏电站的主要部分是水上光伏阵列。水上光伏阵列容易受到水面漂浮物、波浪和大风的破坏。因此，如何对水上光伏阵列进行保护是需要解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种水上光伏阵列的保护墙，包括：多个立柱，其设置在光伏阵列的周围；以及多个墙体，其连接在多个立柱之间；其中，所述墙体是可透过性的。

如上所述的水上光伏阵列的保护墙，其中所述墙体的一部分位于水下。

如上所述的水上光伏阵列的保护墙，其中所述墙体水上部分和水下部分的比例为10∶1到4∶1。

如上所述的水上光伏阵列的保护墙，其中所述墙体包括水下区、浪区和风区，并且水下区、浪区和风区的可透过性不同。

如上所述的水上光伏阵列的保护墙，其中所述浪区的可透过性是水下区的1.5-3倍，所述风区的可透过性是浪区的1.5-3倍。

如上所述的水上光伏阵列的保护墙，其中，y是可透过性，x是距离下边缘的长度，二者之间满足如下关系：

y＝ax²+bx，其中a和b是常数。

如上所述的水上光伏阵列的保护墙，其中所述墙体是其上设置通孔、间隙、缝隙、开口或洞眼的封闭墙体。

如上所述的水上光伏阵列的保护墙，其中所述墙体墙是非封闭式的墙体。

如上所述的水上光伏阵列的保护墙，其中所述多个立柱和/或多个墙体上设置走道或操作台。

如上所述的水上光伏阵列的保护墙，其中所述墙体是弯曲的。

附图说明

下面，将结合附图对本发明的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的漂浮式光伏阵列的示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的光伏模组的示意图；

图3是根据本发明的一个实施例主浮体与横向浮体之间的连接示意图；

图4是根据本发明的一个实施例横向浮体与主浮体之间的连接示意图；

图5是根据本发明的一个实施例的利用锚固系统周围立柱保护墙的示意图；

图6是根据本发明的一个实施例的保护墙的结构爆炸图；

图7是根据本发明的一个实施例的墙体的示意图；

图8根据本发明的另一个实施例的保护墙的示意图；

图9根据本发明的另一个实施例的保护墙的示意图；

图10是根据本发明的一个实施例的保护墙锚固系统的示意图；

图11A和图11B是根据本发明的实施例的拉件的示意图；

图12A是根据本发明的一个实施例的拉件与浮体配合示意图；

图12B是根据本发明的一个实施例的拉件与浮体安装示意图；

图13是根据本发明的一个实施例的保护墙锚固系统的示意图；

图14是根据本发明的另一个实施例的保护墙锚固系统的示意图；

图15是根据本发明的另一个实施例的保护墙锚固系统的示意图；以及

图16是根据本发明的另一个实施例的保护墙锚固系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本申请的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。

水上光伏阵列可以分为固定式和漂浮式两种基本类型。固定式的水上光伏阵列相比于漂浮式光伏阵列而言更为牢固，但是成本也更高。以下以漂浮式水上光伏阵列对本发明进行说明。然而，本领域技术人员应当理解，本发明的保护墙也可以应用于固定式的水上光伏阵列。

图1是根据本发明的一个实施例的漂浮式光伏阵列的示意图。如图1所示，光伏阵列100包括一个或多个光伏组件。本领域技术人员应当理解，图1中仅仅示意性地示出了4组光伏组件101、102、103、和104，每组包括12个光伏组件而光伏阵列100可以根据实际需要包括任意数量的光伏组件。一个光伏组件包括一个太阳能电池板。

如图1所示，保护墙110围绕光伏阵列100。保护墙110大致呈矩形，并四面围绕全部光伏组件。本领域技术人员应当理解，图1中的保护墙也是示意性。保护墙110可以为任意形状，围绕或部分围绕所有或部分光伏组件。

图2是根据本发明的一个实施例的光伏阵列的示意图。如图所示，光伏阵列200包括多个主浮体201和设置在主浮体201上的电池板202。根据本发明的一个实施例，一个主浮体201上设置一个电池板202。光伏阵列200进一步包括围绕多个主浮体201的边界210。边界210包括多个横向浮体203和多个纵向浮体204。在边界210内，设置有排列成行的多个横向浮体203。主浮体201连接在多个横向浮体203之间。纵向浮体204连接在多个横向浮体203之间。根据本发明的一个实施例，主浮体连接到4个横向浮体。纵向浮体连接到2个或4个横向浮体。

根据本发明的一个实施例，边界210上的横向浮体203之间包括横间浮体205，其连接在边界210上的两个相邻的横向浮体中203之间。根据本发明的一个实施例，边界内的排列成行的多个横向浮体203之间可以有或没有横间浮体205。

图3是根据本发明的一个实施例主浮体与横向浮体之间的连接示意图。图3示出了光伏阵列的一部分300。如图3所示，主浮体201大致呈矩形，并且在其4个角附近分别连接到4个横向浮体203。进一步地，在位于边界上的两个横向浮体203之间连接有横间浮体205。进一步地，横间浮体205连接到主浮体201的两个角，从而对整体结构起到加固的作用。

图4是根据本发明的一个实施例横向浮体与主浮体之间的连接示意图。图4示出了光伏阵列的一部分400。如图4所示，横向浮体203大致呈矩形，并且在其4个角附近分别连接到4个主浮体201。

图5是根据本发明的一个实施例的保护墙的示意图。如图5所示，保护墙500包括多个立柱501-503和安装在多个立柱501-503之间的墙体511和512。根据本发明的一个实施例，在多个立柱上可以设置供人行走的通道510和操作平台520。立柱可以为钢桩或者水泥桩。根据本发明的一个实施例，墙体的一部分设置在水下，以阻挡水下暗流，保护光伏模组。举例而言，墙体的水上部分和水下部分的比例大约为1∶4到1∶10。由于潮汐作用，水位可能有所变化。而光伏电站水域本身的水文条件也会影响墙体水上部分和水下部分的比例。保护墙可以阻挡风浪，减小自然条件变化对光伏阵列的影响，提高了光伏电站的适应性。而且，保护墙也可以阻挡水面上的船只、漂浮物等，进一步保护光伏阵列。

根据本发明的进一步的实施例，保护墙包括线缆通道和设备安装平台，例如汇流箱。现有水上光伏阵列的一个难题在于如何解决电缆通道和汇流箱安装以及如何设置检修通道和操作平台。在很多现有的方案中，不得不设置单独的浮体或者组件来解决这一问题。本发明通过在光伏模组的四周设置包括围护桩以及上面架设的平台保护墙，既对光伏阵列浮体的固定有好处，又解决了电缆通道、汇流箱的安装以及提供检修通道和操作平台等一系列难题，可谓一举多得。

图6是根据本发明的一个实施例的保护墙的结构爆炸图。如图6所示，保护墙600包括立柱601和602，其各自包括第一组抱箍604和605，墙体603通过第一组抱箍604和605安装到立柱601。具体而言，第一组抱箍604和605设置有通孔，墙体603上也相应地设置有通孔，通过栓锁结构利用第一组抱箍604和605和墙体603设置的通孔，实现墙体的简便安装。根据本发明的一个实施例，立柱601和602，其各自包括第一组抱箍621和622，其上设置有通孔。保护墙600的每个立柱上还包括竖向角钢、横向角钢和斜梁角钢。立柱601和602各自的竖向角钢66和614以及615和616上设置有通孔，通过第二组抱箍分别安装到立柱601和602上。横向角钢611和612分别安装到竖向角钢66和614以及615和616上。而斜梁角钢617和618以及619和620分别安装在横向角钢611和竖向角钢66和614之间与横向角钢612和竖向角钢615和616之间，从而形成稳定的支撑结构。本领域技术人员应当理解，角钢可以替换为其他材料；而以上的抱箍角钢组合方式也可以方便地替换为其他方式，而同样在本发明的范围之中。

图7是根据本发明的一个实施例的墙体的示意图。如图7所示，墙体上设有多个通孔，以减小风浪对保护墙本身的冲击。虽然设置有多个通孔，但是墙体的存在对于风浪本身仍有着非常良好的减弱作用。因此，通孔的存在并不会影响保护墙的保护作用。并且，由于风浪的影响减弱，对于保护墙立柱柱桩基础的要求降低，可以大大减少建设保护墙的成本。

根据本发明的一个实施例，参考图7，墙体上的通孔的密度并不是一成不变的。墙体处于水上的部分(即浪区)的通孔具有第一密度(单位面积上通孔的数量)，墙体处于水下高水位区的部分的通孔具有第二密度，墙体处于水下低水位区的部分的通孔具有第三密度。第二密度大于第一密度，而第三密度大于第二密度。在浪区，墙体应对的主要是波浪的冲击力，较小的通孔密度有利于阻挡波浪的冲击力，因此通孔密度要小于水下部分的通孔密度。墙体处于水下部分高水位区所阻挡的水流主要是波浪造成的表层水流。虽然相比于浪区冲击力已经减小很多，但是表层水流的速度仍比较快，冲击力仍旧很大。如果通孔的密度过大会影响对水流的阻挡效果。因此，墙体的水下部分的高水位区的通孔密度虽然可以大于浪区，但仍不宜过高。根据本发明的一个实例，水下部分高水位区的通孔密度是浪区通孔密度的1.5-3倍。

在水下低水位区，墙体主要应对水流的压力。虽然单位面积上的风压力比较小，但是为了提高防护效果，水下低水位区的面积都很大。为了减小水压对保护墙自身造成的影响，水下低水位区的通孔的密度最大。水下低水位区通孔密度大的另一个好处在于，水流经过密度高的区域后的速度会大于风经过密度低的区域的速度。也就是说，经过水下低水位区的水流速度会大于经过高水位区水流的速度。这样在高水位区的保护墙的背后会形成一个低水压区而使得经过保护墙水下区的水流出现涡流，从而降低流速，起到保护保护墙内部的光伏阵列的作用。根据本发明的一个实例，水下低水位区的通孔密度是高水位区的1.5倍到3倍。

本领域技术人员应当理解，以上浪区、水下低水位和高水位区的划分是为了更好的说明本发明的技术方案，并不是本发明唯一的实施方式。实际上，浪区、水下低水位区和水下高水位区不一定有着非常明确的边界。各个区域之间的过渡可以是平缓的，渐进式的。而整体上反映出从水下到浪区再到水下低水位区，通孔的密度逐渐增加。根据本发明的一个实施例，通孔的密度ρ是通孔到上边缘距离x的函数，二者之间满足如下关系：

ρ＝ax²+bx，其中a和b是常数，其可以根据实际的风浪条件来确定，例如，a＝1，b＝2。

根据本发明的一个实施例，通孔也可以以例如间隙、缝隙、开口、洞眼等其他的方式替换。根据本发明的另一个实施例，墙体是编织、搭接、焊接、铆接、或插接形成的。

本领域人员应当理解，本发明所关心的是保护墙墙体的可透过性，而实现这种可透过性的墙体可以采用多种方式。图7所示出的封闭墙体和通孔是一种简单和易于理解的方式。当然，本发明的保护墙的墙体也可以以其他的方式实施。

图8根据本发明的另一个实施例的保护墙的示意图。如图所示，保护墙的墙体包括一个框架、框架之间焊接或铆接的多个竖梁以及多个竖梁之间的多个横梁。框架、竖梁以及横梁之间都有间隙以允许水流或空气通过，由此形成了一种可透过墙体。根据本发明的一个具体实例，框架、竖梁以及横梁都可以是角钢。

图9根据本发明的另一个实施例的保护墙的示意图。如图所示，保护墙的墙体包括立柱之间的多个横板，多个横板之间具有空隙以允许水流或空气通过，由此形成了一种可透过墙体。更进一步地，保护墙的墙体不是平坦的，而是弯曲的，由此提高墙体抵抗水上漂浮物撞击的能力。本领域技术人员应当理解，图7实施例所叙述的关于墙体的分区以及水流或空气的透过性的不同同样可以应用于图8和图9的实施例。

本发明通过提供一种光伏阵列的保护墙，针对光伏电站中最常遇到的水流、波浪和风的破坏实现了全面的保护，提供光伏阵列的稳定性，可以大大延长光伏电站的使用寿命。进一步地，通过将光伏阵列中的浮体通过绳索与保护墙固定，光伏阵列的稳定性还可以进一步提高。

图10是根据本发明的一个实施例的保护墙锚固系统的示意图。如图10所示，保护墙锚固系统1000包括多个锚体。锚体伸入到水面之下并牢固地插入泥土中，从而为整个光伏阵列提供稳定的支点。本领域技术人员应当理解，图10中仅示意性地示出了2个立柱1001和1002，其可以作为锚固系统的锚体。为了适应实际的需求，本发明的锚固系统可以包括任意数量的锚体。根据本发明的一个实施例，锚体可以设置在光伏阵列的四周，也可以设置在光伏阵列内部；并且，锚体可以高出水面，也可以位于水面之下。根据本发明的一个实施例，锚体可以是带有螺旋叶片的螺旋桩或者带有倒刺的钢桩或者混凝土桩。螺旋叶片或者倒刺可以增加立柱的抗拔和抗倾覆的能力，使得立柱在水底泥土中更为牢固。

根据本发明的一个实施例，锚固系统包括多个位于光伏阵列内部水下的锚体。每个锚体通过绳索连接到一个或多个浮体(主浮体或者横向浮体)。锚体上包括用于与绳索连接的拉环或者卡子。根据本发明的一个实例，锚体可以为金属锚、混凝土块或其他类型重物；或者钢桩、混凝土桩、螺旋桩等桩体。以下以立柱为例对本发明进一步说明。本领域技术人员应当理解，与其他锚体之间的连接可以以相同或类似的方式进行。

如图10所示，锚固系统1000包括多个绳索。绳索的一端连接到光伏阵列的浮体，另一端连接到立柱。多个绳索可以连接到同一个立柱。如图所示，绳索1003和1004连接到立柱1001，而绳索1005和1006连接到立柱1002。绳索可以连接到光伏阵列中的一个浮体；也可以连接到光伏阵列中的多个浮体以分散受力，达到更好的稳定效果，同时也避免对浮体造成损伤。根据本发明的一个实施例，绳索可以是钢缆、高强度尼龙绳、或其他绳索。由于水位变化，光伏阵列的浮体位置可能变化，而绳索的伸缩等情况也容易造成绳索松脱。根据本发明的一个特定的实施例，为了保证绳索处于张紧状态，在绳索上或者绳索与立柱的连接位置设置弹簧。弹簧的拉力范围为10-200千牛。

根据本发明的一个实施例，绳索通过拉件与光伏阵列中的多个浮体连接。如图10所示，拉件1011-1014分别与绳索1003-1006连接，而拉件1011-1014则与光伏阵列的浮体连接。图10中示出了与拉件1013和1014连接的浮体，即一个拉件同时与4个浮体相连接。本领域技术人员应当理解，此处的4个浮体仅处于示意的作用，拉件也可以其他不同数量的浮体连接，而不必须是4个。为了简化图式，图10中与拉件1011和1012相连的浮体并未示出。在以下的一些附图中也采用了这样的简化描述。

图11A和图11B是根据本发明的实施例的拉件的示意图。图12A是根据本发明的一个实施例的拉件与浮体配合示意图。图12B是根据本发明的一个实施例的拉件与浮体安装示意图。如图11A和图11B所示，拉件1100A和1100B都包括多个臂1102-1104。多个臂的一端相互连接形成一个中心，并包括中心通孔1101；多个臂的另一端向外延伸，并包括多个边缘通孔1111-1114。中心通孔1101用于通过绳索固定销与绳索连接，而边缘通孔1111-1114用于与主浮体和横向浮体的拉耳连接，形成稳定的结构。如图12A和图12B所示，主浮体和横向浮体之间通过双拉耳连接。即每个主浮体与每个横向浮体都通过一组拉耳相连，一组拉耳包括至少2个拉耳。拉件1200的中心通孔1201与绳索连接，成为拉力的中心。拉件1200的每个臂都通过其上的边缘通孔与主浮体和横向浮体各自的一个拉耳相连，从而将拉件与主浮体和横向浮体固定。具体而言，边缘通孔1202与主浮体的拉耳1211和横向浮体的拉耳1222相连，边缘通孔1202与主浮体的拉耳1211和横向浮体的拉耳1222相连，边缘通孔1203与主浮体的拉耳(未示出)和横向浮体的拉耳1221相连，，边缘通孔1204与主浮体的拉耳(未示出)和横向浮体的拉耳1241相连，边缘通孔1205与主浮体的拉耳1212和横向浮体的拉耳1242相连。由此，来自绳索的拉力通过拉件传递多个主浮体和多个横向浮体，从而将拉力分散，避免对浮体造成损伤。

根据本发明的一个实施例，立柱上包括抱箍。抱箍上设置用于与绳索连接的通孔。或者，立柱上直接设置拉环，其用于与绳索连接。本领域技术人员应当了解，其他固定绳索的方式同样也可以应用于本发明中。

图13是根据本发明的一个实施例的保护墙锚固系统的示意图。图14是根据本发明的另一个实施例的保护墙锚固系统的示意图。图13和图14中的虚线示出光伏阵列的行和列。在这些实施例中，锚固系统的立柱设置在光伏阵列的周围，并通过绳索连接到固定于光伏阵列的浮体上或者浮体间(未示出)的拉件。根据本发明的一个实施例，根据拉件与立柱之间的距离，绳索连接到立柱的不同高度。如图13所示，同一行的拉件中，距离立柱较近的一个或多个拉件连接到立柱较高的位置；而距离立柱较远的一个或多个拉件连接到立柱较低的位置。如图14所示，同一列的拉件中，距离立柱较近的一个或多个拉件连接到立柱较高的位置；而距离立柱较远的一个或多个拉件连接到立柱较低的位置。当然，图13和图14的连接方式可以结合，即光伏阵列的行和列中距离立柱较近一个或多个拉件连接到立柱较高的位置；而距离立柱较远的一个或多个拉件连接到立柱较低的位置。

图15是根据本发明的另一个实施例的锚固系统的示意图。图中虚线示出了光伏阵列的行和列。在这些实施例中，锚固系统的立柱设置在在光伏阵列内的水下位置，并通过绳索连接到固定于光伏阵列的浮体上或者浮体间(未示出)的拉件。如图15所示，在光伏阵列的行和列中距离光伏阵列中的立柱较近的拉件连接到立柱相同的较高位置。同样地，在光伏阵列的行和列中距离光伏阵列中的立柱较远的拉件连接到立柱相同的较低位置(图中未示出)。本领域技术人员应当理解，图13-图15的各个实施例可以相互结合。对于较大的光伏阵列而言，仅仅周围的立柱不足以提供稳定的锚固，因此需要在光伏阵列内部的水下设置立柱，已提供额外的锚固。

图16是根据本发明的另一个实施例的锚固系统的示意图。图中虚线示出了光伏阵列的行和列。图16中示出了本发明的锚固系统的其他一些实施方式。同一行中的拉件无论距离立柱的远近都连接到立柱的相同较低位置。而同一列中，在连接到立柱较低位置的拉件之间的拉件连接到立柱较高的位置。进一步地，在连接到立柱较低位置的拉件之间的拉件同时连接到多于1个立柱，以增加整体的稳定性。根据本发明的另一个实施例，参考图16，在连接到立柱较低位置的拉件之间的拉件可以由一根绳索串联连接。这样，在串联连接的拉件中，即使某一个拉件松脱，绳索可以移动而自动拉紧，从而保证整体的稳定性。

上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本发明公开的范畴。

Claims (8)

1.一种水上光伏阵列的保护墙，其特征在于，包括：多个立柱，其设置在光伏阵列的周围；以及多个墙体，其连接在多个立柱之间；其中，所述墙体是可透过性的，所述墙体的一部分位于水下；

其中，所述立柱各自包括第一组抱箍，所述墙体通过所述第一组抱箍安装到所述立柱上，所述第一组抱箍设置有通孔，所述墙体上也相应地设置有通孔，通过栓锁结构利用所述第一组抱箍和墙体设置的通孔相连，所述立柱上还包括竖向角钢、横向角钢和斜梁角钢，所述立柱各自的竖向角钢上设置有通孔，通过第二组抱箍分别安装到所述立柱上，所述横向角钢分别安装到所述竖向角钢上，所述斜梁角钢分别安装在所述横向角钢和所述竖向角钢之间；

其中所述多个立柱和/或多个墙体上设置有人行走道、线缆通道和操作平台中的一个或多个，且设置在所述横向角钢、所述竖向角钢和所述斜梁角钢组合成的支撑结构上。

2.如权利要求1所述的水上光伏阵列的保护墙，其特征在于，所述墙体水上部分和水下部分的比例为1∶4到1∶10。

3.如权利要求2所述的水上光伏阵列的保护墙，其特征在于，所述墙体包括水下区和浪区，并且水下区和浪区的可透过性不同。

4.如权利要求3所述的水上光伏阵列的保护墙，其特征在于，水下部分的墙体包括水下高水位区和水下低水位区，其中所述水下高水位区的可透过性是所述浪区通孔的1.5-3倍。

5.如权利要求3所述的水上光伏阵列的保护墙，其特征在于，所述墙体上设置多个通孔或间隙，对于水下区而言，ρ是可透过性，x是所述通孔或间隙距离上边缘的长度，二者之间满足如下关系：ρ＝ax²+bx，其中a和b是常数。

6.如权利要求1所述的水上光伏阵列的保护墙，其特征在于，所述墙体是焊接、铆接、或插接形成的。

7.如权利要求1所述的水上光伏阵列的保护墙，其特征在于，所述墙体是编织形成的。

8.如权利要求1所述的水上光伏阵列的保护墙，其特征在于，所述墙体是弯曲的。