CN109436228A - 水上漂浮式光伏发电用复合材料圆管浮体架台系统及其制作安装流程 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水上漂浮式光伏发电用复合材料圆管浮体架台系统及其制作安装流程，该浮体架台系统包括复合材料圆管浮体主梁，镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁和镀锌钢、复合材料或铝合金无导轨支架。所述复合材料圆管浮体主梁之间采用复合材料圆管直通连接；复合材料圆管浮体主梁与镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁之间通过U型复合材料抱箍和不锈钢螺栓进行连接，将多个复合材料浮体单元沿纵、横两向连成整体。本发明结构形式简单、结构构件可实现批量化生产、安装施工方便，可很好地应用于水上光伏电站的建设，实现满足光伏电站25年使用年限的要求。
Description
技术领域
本发明涉及水面漂浮光伏电站建设领域，具体来说就是一种绿色环保、全生命周期长、后期维护费用低、应用于水上光伏发电的复合材料浮体架台系统及其安装流程。
背景技术
近些年来随着我国社会经济的不断发展，我国光伏发电产业已步入一个飞速发展的阶段。截至2017年底，我国已成为全球规模最大的光伏市场。目前我国光伏电站主要以大型集中式地面光伏发电站为主。随着数量的高速增长，大多数光伏发电系统普遍形成了两大发展难题：一是建造工程占地面积大；二是我国光资源好的西部、北部等地区普遍存在限电问题且弃光率较高，而南方可提供建造地面光伏电站的土地较少。除此之外，国内目前还有很多屋顶光伏发电系统、光伏幕墙发电系统和光伏大棚等，但都存在发电规模受限的问题。与传统地面光伏电站相比，水上漂浮式光伏发电系统最大的特点是可以适应各种水面，节省土地；可以节省大量土建工作，安装施工周期短；可以降低光伏组件温度，比地面或屋面光伏组件输出更高功率；可以有效减少水面蒸发量，抑制藻类繁殖，保护水资源；可以更好地适应自然灾害。
作为水面光伏电站的重要支撑平台，浮动平台是关系到整个光伏电站能否正常运行的重要环节，应当具备良好的耐腐蚀性能、低密度、抗冻胀、抗风浪、抗光氧化、抗紫外线分解等特性。现有浮动平台中的浮体单元通常采用高密度聚乙烯材料，其使用寿命在10-15年左右，难以满足光伏电站全生命周期25年的要求。而复合材料水上浮动平台使用寿命可达30年以上，能很好地解决了以上问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术问题，提出了一种水上漂浮式光伏发电用复合材料圆管浮体架台系统及其制作安装流程，具有绿色环保、耐腐蚀的优良特性，使用寿命可达30年以上，满足光伏电站全生命周期25年的使用要求，适用于于水上光伏电站的建设。
本发明采用的技术方案为：一种水上漂浮式光伏发电用复合材料圆管浮体架台系统，该浮体架台系统包括复合材料圆管浮体主梁、镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁和镀锌钢、复合材料或铝合金无导轨支架。
所述复合材料圆管浮体主梁包括复合材料面层、塑料圆管和聚苯泡沫内胆，所述聚苯泡沫内胆设在塑料圆管内，塑料圆管外设有复合材料面层；复合材料圆管浮体主梁直接使用复合材料圆形缠绕管，或通过在塑料圆管表面机器缠绕纤维制备，复合材料浮体主梁可直接采用拉挤成型方式制备，可以灵活拉挤成型椭圆形、八边形等多边形复合材料浮体主梁。亦可通过开模设计顶部切有平面段(可成为人行道)的异型圆形或椭圆形复合材料浮体主梁，或顶部和底部均切有平面段的鼓形或圆端形复合材料浮体主梁；
所述复合材料圆管浮体主梁与镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁之间的连接方式分为两种：一、沿复合材料圆管浮体主梁的轴线方向按固定间距设置U型复合材料抱箍，将复合材料圆管浮体主梁套入U型复合材料抱箍之中；镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁沿复合材料圆管浮体主梁的垂直方向按U型复合材料抱箍的设置间距搁置于复合材料圆管浮体主梁之上并与U型复合材料抱箍挑耳通过不锈钢螺栓进行连接；二、复合材料圆管浮体主梁和镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁之间也可不使用U型复合材料抱箍通过螺栓进行连接，而可将U型复合材料抱箍连接件胶接或缠绕固定在缠绕管上。
所述复合材料圆管浮体主梁两侧设置复合材料圆管直通连接件，复合材料圆管浮体主梁之间通过直通连接件嵌套并辅以铆钉铆连接。
所述镀锌钢、复合材料或铝合金无导轨支架包括前立柱、后立柱、立柱柱帽和立柱底板；所述立柱底板通过不锈钢螺栓固定在镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁上，镀锌钢或铝合金立柱底板和前立柱、后立柱之间采用焊接方式连接，复合材料立柱底板和前立柱、后立柱之间采用模压方式连接，立柱柱帽嵌套于前立柱、后立柱顶部，太阳能电池板通过螺栓固定在立柱柱帽之上。上部的支架形式可根据实际受力情况或受力需要灵活改变支架尺寸及支架布置形式；
所述复合材料圆管浮体主梁和U型复合材料抱箍的复合材料为树脂基纤维增强复合材料。
作为优选，所述复合材料为树脂基纤维增强复合材料，纤维可采用玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维或者芳纶纤维等，树脂可采用不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂或者环氧树脂等。
作为优选，所述镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁可采用镀锌钢型材、铝合金型材、复合材料拉挤型材、复合材料夹芯梁或格构增强复合材料夹芯梁等。
作为优选，所述镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁的截面形状为方管型，镀锌钢、复合材料或铝合金前立柱、后立柱的截面形状也为方管型，前立柱、后立柱顶部沿15°方向斜切。
作为优选，所述单根复合材料矩形管浮体主梁的长度为8-12米，单根镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁的长度为6米，根据光伏阵列横向设计长度可通过连接件连接形成任意长度。
上述水上漂浮式光伏发电用复合材料圆管浮体架台系统的制作安装流程包括以下步骤：
a、采用热镀锌工艺、拉挤成型工艺或真空导入工艺制备镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁、前立柱、后立柱、立柱底板和立柱柱帽；根据设计参数要求切割成型；镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁、U型复合材料抱箍挑耳以及立柱底板连接处根据设计参数要求进行开孔，前立柱、后立柱与立柱底板之间采取焊接或模压方式连接，前立柱、后立柱与立柱柱帽之间以及立柱柱帽与太阳能光伏板之间的连接处根据设计参数要求进行开孔；
b、采用真空导入工艺制作复合材料圆管浮体主梁；首先根据设计参数要求将塑料圆管切割成所需的浮体主梁长度，在每根切割成型的塑料圆管包裹玻璃纤维布，然后将包裹玻璃纤维布的塑料圆管摆放整齐，再铺设真空袋，利用真空泵抽出空气产生负压将树脂吸入，经进料孔充分浸渍玻璃纤维布，形成复合材料面层，固化、脱模后塞入按设计参数要求切割成型的圆柱体聚苯泡沫内胆，经两端采用手糊工艺封口后得到复合材料圆管浮体主梁；
c、复合材料圆管浮体主梁与镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁之间的连接方式分为两种：一、沿复合材料圆管浮体主梁的轴线方向按固定间距设置U型复合材料抱箍，将复合材料圆管浮体主梁套入U型复合材料抱箍之中；镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁沿复合材料圆管浮体主梁的垂直方向按复合材料抱箍的设置间距搁置于浮体主梁之上并与U型复合材料抱箍挑耳通过不锈钢螺栓进行连接；二、复合材料圆管浮体主梁和镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁之间也可不使用U型复合材料抱箍通过螺栓进行连接，而可将U型复合材料抱箍连接件胶接或缠绕固定在缠绕管上，将多个复合材料圆管浮体主梁沿横向连成整体；
d、复合材料圆管浮体主梁两侧设置复合材料圆管直通连接件，复合材料圆管浮体主梁之间通过直通连接件嵌套并辅以铆钉铆连接将复合材料圆管浮体主梁沿纵向连成整体；
e、立柱底板和前立柱、后立柱之间采用焊接或模压方式连接，底板两端开孔，孔位与镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁开孔孔位一致，并通过不锈钢螺栓将二者固定；立柱柱帽嵌套于前立柱、后立柱顶部，采用螺栓与前立柱、后立柱对穿连接；太阳能电池板按固定的角度通过螺栓固定在立柱柱帽之上。
有益效果：本发明结构形式简单、结构构件可实现批量化生产、安装施工方便，可很好地应用于水上光伏电站的建设。通过将传统浮动平台中的高密度聚乙烯浮体单元和有导轨钢结构支架分别采用复合材料圆管浮体单元和无导轨支架进行替代，提高了浮体架台系统的使用寿命，可实现满足光伏电站25年使用年限的要求，解决了当前浮体架台系统使用寿命难以与光伏电站全生命周期相匹配的问题。
附图说明
图1为本发明复合材料圆管浮体架台系统(无太阳能电池板)；
图2为本发明复合材料圆管浮体架台系统(固定太阳能电池板)；
图3为本发明复合材料圆管浮体主梁；
图4为本发明镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁；
图5a为本发明U型复合材料抱箍一；
图5b为本发明U型复合材料抱箍二；
图6为本发明复合材料圆管浮体架台系统主、次梁之间连接方式示意图；
图7为本发明复合材料圆管浮体主梁之间连接方式示意图；
图8为本发明浮体次梁、立柱底板、立柱、立柱柱帽之间连接方式示意图；
图9为本发明复合材料浮体主梁内部构造示意图。
其中：1—复合材料圆管浮体主梁；2—镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁；3—后立柱；4—前立柱；5—立柱底板；6—立柱柱帽；7—复合材料圆管直通连接件；8—U型复合材料抱箍；9—太阳能电池板；10—复合材料面层；11—塑料圆管；12—聚苯泡沫内胆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1-9所示，一种水上漂浮式光伏发电用复合材料圆管浮体架台系统，其包括复合材料圆管浮体主梁1、镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁2和镀锌钢、复合材料或铝合金无导轨支架。
所述复合材料圆管浮体主梁1与镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁2之间的连接方式分为两种：一、沿复合材料圆管浮体主梁1的轴线方向按固定间距设置U型复合材料抱箍8，将复合材料圆管浮体主梁1套入U型复合材料抱箍8之中。镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁2沿复合材料圆管浮体主梁1的垂直方向按复合材料抱箍的设置间距搁置于复合材料圆管浮体主梁1之上并与U型复合材料抱箍8的挑耳通过不锈钢螺栓连接，将多个复合材料圆管浮体主梁1沿横向连成整体；二、复合材料圆管浮体主梁1和镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁2之间也可不使用U型复合材料抱箍8通过螺栓进行连接，而可将U型复合材料抱箍8胶接或缠绕固定在缠绕管上，将多个复合材料圆管浮体主梁沿横向连成整体。复合材料圆管浮体主梁1两侧设置复合材料圆管直通连接件7，复合材料圆管浮体主梁1之间通过复合材料圆管直通连接件7嵌套并辅以铆钉连接将复合材料圆管浮体主梁1沿纵向连成整体。镀锌钢、复合材料或铝合金无导轨支架包括前立柱4、后立柱3、立柱柱帽6和立柱底板5。立柱底板5和前立柱4、后立柱3之间采用焊接或模压方式连接，底板5两端开孔，孔位与镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁2上的开孔孔位一致，并通过不锈钢螺栓将二者固定。立柱柱帽6嵌套于前立柱4、后立柱3顶部，采用螺栓与前立柱4、后立柱3对穿连接。太阳能电池板9按固定角度通过螺栓固定在立柱柱帽6之上。
所述复合材料为树脂基纤维增强复合材料，纤维可采用玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维或者芳纶纤维等，树脂可采用不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂或者环氧树脂等。所述复合材料圆管浮体主梁1包括复合材料面层10、塑料圆管11和聚苯泡沫内胆12。所述镀锌钢、复合材料或铝合金浮体次梁2可采用镀锌钢型材、铝合金型材、复合材料拉挤型材、复合材料夹芯梁或格构增强复合材料夹芯梁等。所述镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁2的截面形状为方管型，镀锌钢、复合材料或铝合金前立柱4、后立柱3的截面形状也为方管型，前立柱4、后立柱3的顶部沿15°方向斜切。所述单根复合材料矩形管浮体主梁1的长度为8-12米，单根镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁2的长度为6米，根据光伏阵列横向设计长度可通过连接件连接形成任意长度。
上述水上光伏发电用复合材料浮体系统的制作安装流程，包括以下步骤：
a、采用热镀锌工艺、拉挤成型工艺或真空导入工艺制备镀锌钢(或复合材料、铝合金)矩形管浮体次梁、前立柱、后立柱、立柱底板和立柱柱帽；根据设计参数要求切割成型；镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁、U型复合材料抱箍挑耳以及立柱底板连接处根据设计参数要求进行开孔，前立柱、后立柱与立柱底板之间采取焊接或模压方式连接，前立柱、后立柱与立柱柱帽之间以及立柱柱帽与太阳能光伏板之间的连接处根据设计参数要求进行开孔；
b、采用真空导入工艺制作复合材料圆管浮体主梁。首先根据设计参数要求将塑料圆管切割成所需的浮体主梁长度，在每根切割成型的塑料圆管包裹玻璃纤维布，然后将包裹玻璃纤维布的塑料圆管摆放整齐，再铺设真空袋，利用真空泵抽出空气产生负压将树脂吸入，经进料孔充分浸渍玻璃纤维布，形成复合材料面层，固化、脱模后塞入按设计参数要求切割成型的圆柱体聚苯泡沫内胆，经两端采用手糊工艺封口后得到复合材料圆管浮体主梁；
c、复合材料圆管浮体主梁与镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁之间的连接方式分为两种：一、沿复合材料圆管浮体主梁的轴线方向按固定间距设置U型复合材料抱箍，将复合材料圆管浮体主梁套入U型复合材料抱箍之中；镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁沿复合材料圆管浮体主梁的垂直方向按复合材料抱箍的设置间距搁置于浮体主梁之上并与U型复合材料抱箍挑耳通过不锈钢螺栓进行连接；二、复合材料圆管浮体主梁和镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁之间也可不使用U型复合材料抱箍通过螺栓进行连接，而可将U型复合材料抱箍连接件胶接或缠绕固定在缠绕管上，将多个复合材料圆管浮体主梁沿横向连成整体；复合材料圆管浮体主梁两侧设置复合材料圆管直通连接件，浮体主梁之间通过直通连接件嵌套并辅以铆钉铆连接将复合材料圆管浮体主梁沿纵向连成整体。镀锌钢、复合材料或铝合金无导轨支架包括前立柱、后立柱、立柱柱帽和立柱底板。立柱底板和前立柱、后立柱之间采用焊接或模压方式连接，底板两端开孔，孔位与镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁上开孔孔位一致，并通过不锈钢螺栓将二者固定；立柱柱帽嵌套于前立柱、后立柱顶部，采用螺栓与前立柱、后立柱对穿连接；太阳能电池板按固定的角度通过螺栓固定在立柱柱帽之上。
在上述制作安装流程中：复合材料圆管浮体主梁、镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁和镀锌钢、复合材料或铝合金无导轨支架的结构形式与尺寸、纤维种类、含量及铺设形式、树脂种类、螺栓的尺寸及个数均可根据需要灵活调整。
以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种水上漂浮式光伏发电用复合材料圆管浮体架台系统，其特征在于：该浮体架台系统包括复合材料圆管浮体主梁，镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁和镀锌钢、复合材料或铝合金无导轨支架；
所述复合材料圆管浮体主梁包括复合材料面层、塑料圆管和聚苯泡沫内胆，所述聚苯泡沫内胆设在塑料圆管内，塑料圆管外设有复合材料面层；复合材料圆管浮体主梁直接使用复合材料圆形缠绕管，或通过在塑料圆管表面机器缠绕纤维制备，复合材料浮体主梁拉挤成型椭圆形、多边形复合材料浮体圆管主梁，或顶部切有平面段的异型圆形或椭圆形复合材料浮体圆管主梁，或顶部和底部均切有平面段的鼓形或圆端形复合材料浮体圆管主梁；
所述复合材料圆管浮体主梁与镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁之间的连接方式分为两种：一、沿复合材料圆管浮体主梁的轴线方向按固定间距设置U型复合材料抱箍，将复合材料圆管浮体主梁套入U型复合材料抱箍之中；镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁沿复合材料圆管浮体主梁的垂直方向按U型复合材料抱箍的设置间距搁置于复合材料圆管浮体主梁之上并与U型复合材料抱箍挑耳通过不锈钢螺栓进行连接；二、复合材料圆管浮体主梁和镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁之间将U型复合材料抱箍连接件胶接或缠绕固定在缠绕管上；
所述复合材料圆管浮体主梁两侧设置复合材料圆管直通连接件，复合材料圆管浮体主梁之间通过直通连接件嵌套并辅以铆钉铆连接；
所述镀锌钢、复合材料或铝合金无导轨支架包括前立柱、后立柱、立柱柱帽和立柱底板；所述立柱底板通过不锈钢螺栓固定在镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁上，镀锌钢或铝合金立柱底板和前立柱、后立柱之间采用焊接方式连接，复合材料立柱底板和前立柱、后立柱之间采用模压方式连接，立柱柱帽嵌套于前立柱、后立柱顶部，太阳能电池板通过螺栓固定在立柱柱帽之；
所述复合材料圆管浮体主梁和U型复合材料抱箍的复合材料为树脂基纤维增强复合材料。
2.根据权利要求1所述的水上漂浮式光伏发电用复合材料圆管浮体架台系统，其特征在于：所述树脂基纤维增强复合材料，纤维采用玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维或者芳纶纤维，树脂采用不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂或者环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的水上漂浮式光伏发电用复合材料圆管浮体架台系统，其特征在于：所述镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁采用镀锌钢型材、铝合金型材、复合材料拉挤型材、复合材料夹芯梁或格构增强复合材料夹芯梁。
4.根据权利要求1所述的水上漂浮式光伏发电用复合材料圆管浮体架台系统，其特征在于：所述镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁的截面形状为方管型，镀锌钢、复合材料或铝合金前立柱、后立柱的截面形状也为方管型，前立柱、后立柱顶部沿15°方向斜切。
5.根据权利要求1所述的水上漂浮式光伏发电用复合材料圆管浮体架台系统，其特征在于：所述单根复合材料矩形管浮体主梁的长度为8-12米，单根镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁的长度为6米。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的水上漂浮式光伏发电用复合材料圆管浮体架台系统的制作安装流程，其特征在于：包括以下步骤：
a、采用热镀锌工艺、拉挤成型工艺或真空导入工艺制备镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁、前立柱、后立柱、立柱底板和立柱柱帽；根据设计参数要求切割成型；镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁、U型复合材料抱箍挑耳以及立柱底板三者连接处根据设计参数要求进行开孔，前立柱、后立柱与立柱底板之间采取焊接或模压方式连接，前立柱、后立柱与立柱柱帽之间以及立柱柱帽与太阳能光伏板之间的连接处根据设计参数要求进行开孔；
b、采用真空导入工艺制作复合材料圆管浮体主梁；首先根据设计参数要求将塑料圆管切割成所需的浮体主梁长度，在每根切割成型的塑料圆管缠包玻璃纤维布，然后将包裹玻璃纤维布的塑料圆管摆放整齐，再铺设真空袋，利用真空泵抽出空气产生负压将树脂吸入，经进料孔充分浸渍玻璃纤维布，形成复合材料面层，固化、脱模后塞入按设计参数要求切割成型的圆柱体聚苯泡沫内胆，经两端采用手糊工艺封口后得到复合材料圆管浮体主梁；
c、复合材料圆管浮体主梁与镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁间的连接方式分为两种：一、沿复合材料圆管浮体主梁的轴线方向按固定间距设置U型复合材料抱箍，将复合材料圆管浮体主梁套入U型复合材料抱箍之中；镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁沿复合材料圆管浮体主梁的垂直方向按复合材料抱箍的设置间距搁置于复合材料圆管浮体主梁之上并与U型复合材料抱箍挑耳通过不锈钢螺栓进行连接；二、复合材料圆管浮体主梁和镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁之间也可不使用U型复合材料抱箍通过螺栓进行连接，而可将U型复合材料抱箍连接件胶接或缠绕固定在缠绕管上；
d、复合材料圆管浮体主梁两侧设置复合材料圆管直通连接件，复合材料圆管浮体主梁之间通过直通连接件嵌套并辅以铆钉铆连接将复合材料圆管浮体主梁沿纵向连成整体；
e、镀锌钢、复合材料或铝合金无导轨支架包括前立柱、后立柱、立柱柱帽和立柱底板；所述立柱底板通过不锈钢螺栓固定在镀锌钢、复合材料或铝合金矩形管浮体次梁上，镀锌钢或铝合金立柱底板和前立柱、后立柱之间采用焊接方式连接，复合材料立柱底板和前立柱、后立柱之间采用模压方式连接，立柱柱帽嵌套于前立柱、后立柱顶部，太阳能电池板通过螺栓固定在立柱柱帽之上。
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