水面光伏锚固系统及其设计方法
技术领域
本发明涉及水面光伏技术领域,特别涉及一种水面光伏锚固系统及其设计方法。
背景技术
水面光伏是指建设在水面上的光伏发电系统。现有技术中,通过在水里打桩安装光伏方阵,每一光伏方阵需要通过一个或者多个固定桩固定于水面上,需要的固定柱数量过多,由此导致安装难度大,水底的破坏严重。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种水面光伏锚固系统,旨在解决现有技术中水面光伏需要过多的固定柱安装,导致安装难度大、水底的破坏严重的问题。
为实现上述目的,本发明提出的一种水面光伏锚固系统,所述水面光伏锚固系统包括:至少两个沿第一方向相邻排列的光伏方阵,每一所述光伏方阵至少具有与所述第一方向垂直的第一侧边;多条主索,所述第一侧边至少与一条所述主索对应设置,对应的所述主索与所述第一侧边之间连接有多条系泊索;多个锚固装置,所述主索的两端分别固定于两个所述锚固装置上;其中,相邻的两个所述光伏方阵的第一侧边中包括两条相邻侧边,两条所述相邻侧边属于不同所述光伏方阵且位置相邻,两条所述相邻侧边对应的所述主索固定于相同的所述锚固装置上。
进一步地,所述主索呈悬链线设置。
进一步地,每一所述光伏方阵具有与所述第一方向平行的第二侧边,所述第二侧边至少与一条所述主索对应设置,对应的所述主索与所述第二侧边之间连接有多条所述系泊索。
进一步地,每一所述第一侧边及/或第二侧边对应设置有多条所述主索,其中,相邻两条所述主索的相互靠近的两端固定于同一所述锚固装置上。
进一步地,所述水面光伏锚固系统还包括多个沿第二方向相邻排列的光伏方阵,沿第一方向相邻排列的光伏方阵也为多个,其中,所述第一方向与第二方向垂直,以使多个所述光伏方阵呈阵列排布,相邻的两个所述光伏方阵的第二侧边中也包括两条所述相邻侧边,两条所述相邻侧边属于不同的所述光伏方阵且位置相邻,两条所述相邻侧边对应的所述主索固定于相同的所述锚固装置上。
进一步地,连接同一所述主索的多条所述系泊索之间平行设置,或者连接同一所述主索的多条所述系泊索交叉设置。
为实现上述目的,本发明还提供一种锚固系统的设计方法,应用于如上任一项所述的水面光伏锚固系统,所述锚固系统的设计方法包括以下步骤:
获取所述光伏方阵所在环境的水平载荷在所述系泊索所在平面内的分力,以及获取所述锚固装置在承载力实验中的最大承载力,以及获取相邻所述锚固装置之间的间距;
根据所述分力、所述最大承载力、所述间距以及悬链线公式获取所述主索的长度;
根据已知长度的所述主索在所述系泊索所在平面内的悬链线状态,获取所述系泊索的长度以及排布距离。
进一步地,所述根据已知长度的所述主索在所述系泊索所在平面内的悬链线状态,获取所述系泊索的长度以及排布距离的步骤之后包括:
根据所述主索所需的张力确定所述主索的规格,以及根据所述系泊索所需的张力以及刚性确定所述系泊索的规格;
根据所述主索以及系泊索的规格进行有限元建模计算,以获取各条所述系泊索的受力分布信息。
进一步地,所述根据所述主索以及系泊索的规格进行有限元建模计算,以获取各条所述系泊索的受力分布信息的步骤之后包括:
根据所述受力分布信息判断各条所述系泊索是否受力均匀;
在所述系泊索受力不均匀时,重新执行根据已知长度的所述主索在所述系泊索所在平面内的悬链线状态,获取所述系泊索的长度以及排布距离的步骤。
进一步地,所述获取所述锚固装置在承载力实验中的最大承载力的步骤之前包括:
根据所述水平载荷确定所述锚固装置的规格;
根据所述锚固装置的规格计算所述锚固装置的水平方向上的水平最大承载力以及竖直方向上的竖直最大承载力;
根据所述锚固装置之间的距离、水平最大承载力、竖直最大承载力以及悬链线公式获取所述主索的估计长度;
在承载力实验中,构建实验用的锚固装置,获取具有估计长度的所述主索对试验用的锚固装置的水平拉力和竖直拉力,在所述水平拉力小于所述水平最大承载力、且竖直拉力小于所述竖直最大承载力时,将所述水平最大承载力、竖直最大承载力作为所述锚固装置在承载力实验中的最大承载力。
进一步地,进一步地,在所述水平拉力大于所述水平最大承载力、或者竖直拉力大于所述竖直最大承载力时,重新执行根据所述水平载荷确定所述锚固装置的规格的步骤。
本发明技术方案中,由于至少在所述第一侧边对应设置至少一条所述主索,而一条所述主索只需两个所述锚固装置进行固定,因此,可以减少所述锚固装置的使用数量,而且,在所述第一侧边包括两条相邻侧边时,两条所述相邻侧边可以共用所述锚固装置进行固定,可以进一步减少所述锚固装置的使用数量,进一步地,通过合理调整所述主索的长度以及所述系泊索的长度、数量以及系泊索相互之间的排布距离,可以使得每一所述系泊索受到均匀的拉力,保证与所述系泊索连接的所述光伏方阵不会因为风力而掀翻,也可以避免所述第一侧边由于受到所述系泊索的不均匀拉力而导致结构损坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明水面光伏锚固系统一实施例的结构示意图;
图2为本发明水面光伏锚固系统另一实施例的结构示意图;
图3为本发明水面光伏锚固系统又一实施例的结构示意图;
图4为本发明锚固系统的设计方法一实施例的流程示意图;
图5为本发明锚固系统的设计方法另一实施例的流程示意图;
图6为本发明锚固系统的设计方法又一实施例的流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,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作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。
需要说明,本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。
另外,在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。
请参阅图1,本发明提出的一种水面光伏锚固系统100,所述水面光伏锚固系统100包括:至少两个沿第一方向A-A相邻排列的光伏方阵10,每一所述光伏方阵10至少具有与所述第一方向A-A垂直的第一侧边11;多条主索20,所述第一侧边11至少与一条所述主索20对应设置,对应的所述主索20与所述第一侧边11之间连接有多条系泊索40;多个锚固装置30,所述主索20的两端分别固定于两个所述锚固装置30上;其中,相邻的两个所述光伏方阵10的第一侧边11中包括两条相邻侧边,两条所述相邻侧边属于不同所述光伏方阵10且位置相邻,两条所述相邻侧边对应的所述主索20固定于相同的所述锚固装置30上。进一步地,所述主索20呈悬链线设置,
在本实施例中,所述光伏方阵10一般通过浮体设置于水面上,一片水域一般设置有多个光伏方阵10以进行集中发电,本实施例中以两个所述光伏方阵10为例进行说明,两个所述光伏方阵10沿所述第一方向A-A相邻排列,所述第一方向A-A具体可不做限定,所述光伏方阵10一般整体为矩形或者方形,则所述光伏方阵10的其中两条平行的侧边限定为与所述第一方向A-A垂直,所述光伏方阵10的另外两条平行的侧边限定为与所述第一方向A-A垂直,本实施例中,将所述光伏方阵10与所述第一方向A-A垂直的两条侧边定义为第一侧边11,将所述光伏方阵10与所述第一方向A-A平行的两条侧边定义为第二侧边12。需要说明的是,所述第一侧边11以及第二侧边12具体是所述光伏方阵10实际意义上的侧边,还可以是设置于所述光伏方阵10的侧边上的用于将所述光伏方阵10与所述系泊索40配合固定的固定物如链条、卡扣等。
在本实施例中,至少所述第一侧边11与至少一条所述主索20对应设置,也即,至少所述第一侧边11与至少一条所述主索20搭配使用,并通过多条所述系泊索40连接对应的所述主索20与所述第一侧边11,所述系泊索40具有弹性,例如所述系泊索40可以是绳缆,通过合理设置各个所述系泊索40的长度,可以使得所述主索20呈悬链线设置,所述主索20的两端也即所述悬链线的两个支点分别设置于两个锚固装置30上,所述主索20的中点也即所述悬链线的顶点靠近所述第一侧边11设置,本实施例中,所述第一侧边11只设置一条对应的主索20,一条主索20只需两个所述锚固装置30进行固定,因此,可以较少所述锚固装置30的使用,具体地,所述锚固装置30包括但不限于固定柱、固定桩、固定台等。
在本实施例中,由于两个所述光伏方阵10沿着第一方向A-A相邻设置,因此,存在两条与所述第一方向A-A垂直且位置相邻的第一侧边11,本实施例将相邻设置的两条第一侧边11定位为相邻侧边,由于每一所述第一侧边11至少搭配一条所述主索20,因此,两条所述相邻侧边对应搭配两条所述主索20,将两条所述相邻侧边对应的两条所述主索20的两端分别固定于相同的两个所述锚固装置30上,可以进一步减少所述锚固装置30的使用数量。在本实施例中,可以将连接两条或者两条以上的主索20的锚固装置30定义为共用锚固装置30。
综上所述,本实施例中,由于至少在所述第一侧边11对应设置至少一条所述主索20,而一条所述主索20只需两个所述锚固装置30进行固定,因此,可以减少所述锚固装置30的使用数量,而且,在所述第一侧边11包括两条相邻侧边时,两条所述相邻侧边可以共用所述锚固装置30进行固定,可以进一步减少所述锚固装置30的使用数量,进一步地,通过合理调整所述主索20的长度以及所述系泊索40的长度、数量以及系泊索相互之间的排布距离,可以使得每一所述系泊索40受到均匀的拉力,保证与所述系泊索40连接的所述光伏方阵10不会因为风力而掀翻,也可以避免所述第一侧边11由于受到所述系泊索40的不均匀拉力而导致结构损坏。
请参阅图1-2,在图1所示的实施例的基础上,每一所述光伏方阵10具有与所述第一方向A-A平行的第二侧边12,所述第二侧边12至少与一条所述主索20对应设置,对应的所述主索20与所述第二侧边12之间连接有多条所述系泊索40。
在本实施例中,所述第二侧边12也即所述光伏方阵10与所述第一方向A-A平行的两条第二侧边12,所述第二侧边12也至少与一条所述主索20对应设置,对应的所述主索20与所述第二侧边12之间连接有多条所述系泊索40,也即,所述第二侧边12也通过所述系泊索40以及所述主索20固定于所述锚固装置30上,此时,所述光伏方阵10的四个侧边均通过所述系泊索40与所述主索20固定于所述锚固装置30上,如此,可以增加所述光伏方阵10在水面上的牢固性,提高所述光伏方阵10对风力的承受能力。
具体地,所述第一侧边11对应的主索20以及所述第二侧边12对应的主索20可以使用不同的所述锚固装置30进行固定,也可以使用相同的锚固装置30进行固定,优选为使用相同的锚固装置30进行固定,以较少所述锚固装置30的使用数量,此时,可以将四个所述锚固装置30分别设置于所述光伏方阵10的对角线的延长线上,通过四个所述锚固装置30对四条所述主索20进行固定。
请参阅图1-2,进一步地,每一所述第一侧边11及/或第二侧边12对应设置有多条所述主索20,其中,相邻两条所述主索20的相互靠近的两端固定于同一所述锚固装置30上。
在本实施例中,每一所述第一侧边11及/或第二侧边12对应设置有多条所述主索20,每一所述主索20同样通过多条所述系泊索40与所述第一侧边11或者第二侧边12进行连接,且每一所述主索20的两端分别固定于两个所述锚固装置30上,如此,可以进一步提高所述光伏方阵10在水面上的稳固性,提高抗风能力。
进一步地,由于每一所述第一侧边11及/或第二侧边12对应设置有多条所述主索20,而每一条所述主索20的两端均需通过锚固装置30进行固定,因此,通过将相邻两条所述主索20的相互靠近的两端固定于同一所述锚固装置30上,比如,通过三个所述锚固装置30即可将所述第一侧边11对应的两条主索20进行固定,位于中间的所述锚固装置30作为共用锚固装置30连接两条所述主索20相互靠近的两端,如此,可以在提高所述光伏方阵10抗风能力的同时,减少所述锚固装置30的使用。可以理解,本实施例结合图1所示的实施例,每一所述锚固装置30最多可对两条相邻侧边对应的四条所述主索20进行固定。
请参阅图1-3,进一步地,所述水面光伏锚固系统100还包括多个沿第二方向B-B相邻排列的光伏方阵10,沿第一方向A-A相邻排列的光伏方阵10也为多个,其中,所述第一方向A-A与第二方向B-B垂直,以使多个所述光伏方阵10呈阵列排布,相邻的两个所述光伏方阵10的第二侧边12中也包括两条所述相邻侧边,两条所述相邻侧边属于不同的所述光伏方阵10且位置相邻,两条所述相邻侧边对应的所述主索20固定于相同的所述锚固装置30上。
在本实施例中,实际应用过程中,所述水面光伏锚固系统100一般包括多个所述光伏方阵10,且多个所述光伏方阵10一般呈阵列排布,也即,多个所述光伏方阵10沿第一方向A-A相邻排布,同时,多个光伏方阵10沿与第一方向A-A垂直的第二方向B-B相邻排布,此时,一个所述光伏方阵10最多可能有四个相邻的光伏方阵10,因此,每一所述光伏方阵10最多可能有四个所述相邻侧边,也即,除了上述所述第一侧边11作为相邻侧边外,所述第二侧边12也是相邻侧边,两条所述第二侧边12属于不同的所述光伏方阵10且位置相邻,两条所述第二侧边12对应的所述主索20固定于相同的所述锚固装置30上,因此,可以大规模减少所述锚固装置30的使用数量。
可以理解,基于上述所述第一侧边11与第二侧边12对应的主索20共用对角线上的同一所述锚固装置30,本实施例中,位于四个所述光伏方阵10的中心位置的对角线上的所述锚固装置30可以同时连接最多四个所述光伏方阵10的8条所述主索20,从而可以进一步减少所述锚固装置30的使用数量。此外,连接至同一所述锚固装置30上的不同主索20受到的力相反时可以相互抵消,从而减小对所述锚固装置30的拉力,提高所述锚固装置30的稳固性。
请参阅图1-2,进一步地,连接同一所述主索20的多条所述系泊索40之间平行设置,或者连接同一所述主索20的多条所述系泊索40交叉设置。
在本实施例中,如图2所示,连接同一所述主索20以及对应的所述第一侧边11或者第二侧边12的多条所述系泊索40之间平行设置,如此,便于安装,也便于分析各条所述系泊索40是否受力均匀;或者,如图1所示,连接同一所述主索20以及对应的所述第一侧边11或者第二侧边12的多条所述系泊索40交叉设置,如此,可以在所述系泊索40的交点处将所述光伏方阵10对所述系泊索40的拉力进一步均匀分散,保证各个所述系泊索40受力均匀;
在一具体实施例中,如图1所示,将连接同一所述主索20的多条所述系泊索40分成两组,同一组内的多条所述系泊索40平行设置,以实现便于安装的效果,不同组的所述系泊索40之间交叉设置,从而保证各个所述系泊索40受力均匀;进一步地,同一组内的多条所述系泊索40相对于所述第一侧边11或者第二侧边12沿同一斜拉方向斜拉,所述斜拉方向与所述第一方向A-A呈夹角设置(但不垂直),在受到所述第二方向B-B的风力时,斜拉的所述系泊索40能够提供一定的预紧力,从而预先抵消部分风力,进而提高所述光伏方阵10的稳定性。
请参阅图4,为实现上述目的,本发明还提供一种锚固系统的设计方法,应用于如上所述的水面光伏锚固系统100,所述锚固系统的设计方法包括以下步骤:
步骤S10,获取所述光伏方阵10所在环境的水平载荷在所述系泊索40所在平面内的分力,以及获取所述锚固装置30在承载力实验中的最大承载力,以及获取相邻所述锚固装置30之间的间距。
在本实施例中,所述光伏方阵10所在环境的水平载荷也即所述光伏方阵10最大能够承受的水平风力,由于所述光伏方阵10及其第一侧边11、第二侧边12一般高于所述锚固装置30的顶端,因此,所述系泊索40所在平面一般是自所述光伏方阵10向所述锚固装置30倾斜向下的平面,所述光伏方阵10受到的风力会在所述系泊索40所在平面内产生一个分力,根据所述水平载荷以及三角函数即可得到所述分力的大小,相邻所述锚固装置30之间的间距通过测量得到。如图5所示,所述锚固装置30在承载力实验中的最大承载力通过以下步骤得到:
步骤S40,根据所述水平载荷确定所述锚固装置30的规格;
步骤S50,根据所述锚固装置30的规格计算所述锚固装置30的水平方向上的水平最大承载力以及竖直方向上的竖直最大承载力;
步骤S60,根据所述锚固装置30之间的距离、水平最大承载力、竖直最大承载力以及悬链线公式获取所述主索20的估计长度;
步骤S70,在承载力实验中,构建实验用的锚固装置30,获取具有估计长度的所述主索20对实验用的锚固装置30的水平拉力和竖直拉力,在所述水平拉力小于所述水平最大承载力、且竖直拉力小于所述竖直最大承载力时,将所述水平最大承载力、竖直最大承载力作为所述锚固装置30在承载力实验中的最大承载力。
也即,本实施例中,根据所述水平载荷确定所述锚固装置30的规格,所述锚固装置30的规格包括类型以及尺寸,类型例如包括固定柱、固定桩或者固定台以及选用的材质等;进而根据所述锚固装置30的规格计算所述锚固装置30的水平方向上的水平最大承载力以及竖直方向上的竖直最大承载力,其中,在所主索20的实际水平拉力超过所述水平最大承载力,所述锚固装置30将被拉倒,在所主索20的实际竖直拉力超过所述竖直最大承载力,所述锚固装置30将被拔起;进而根据测量得到的所述锚固装置30之间的距离、水平最大承载力、竖直最大承载力以及悬链线公式获取所述主索20的估计长度,之后进行承载力实验,在承载力实验中,构建实验用的锚固装置30,获取具有估计长度的所述主索20对实验用的锚固装置30的水平拉力和竖直拉力,在所述拉索的水平拉力小于所述水平最大承载力、且竖直拉力小于所述竖直最大承载力时,则证明所述锚固装置30不会被拉倒及拔起,因此,将所述水平最大承载力、竖直最大承载力(或者二者的合力)作为所述锚固装置30在承载力实验中的最大承载力。进一步地,在所述水平拉力大于所述水平最大承载力、或者竖直拉力大于所述竖直最大承载力时,重新根据所述水平载荷确定所述锚固装置30的规格,直至所述拉索的水平拉力小于所述水平最大承载力、且竖直拉力小于所述竖直最大承载力为止。
步骤S20,根据所述分力、所述最大承载力、所述间距以及悬链线公式获取所述主索20的长度;
步骤S30,根据已知长度的所述主索20在所述系泊索40所在平面内的悬链线状态,获取所述系泊索40的长度以及排布距离。
在本实施例中,根据所述分力、所述最大承载力、所述间距以及悬链线公式即可计算得到所述主索20的准确长度,并根据已知长度的所述主索20在所述系泊索40所在平面内的悬链线状态,获取各条所述系泊索40的长度以及相互之间的排布距离,如此设计出来的由锚固装置30、主索20以及系泊索40形成的水面光伏系统,不仅不会因为所述主索20的拉力过大导致所述锚固装置30被拉到或者拔起,而且,同一所述主索20上多个所述系泊索40受力均匀,保证与所述系泊索40连接的所述光伏方阵10不会因为风力而掀翻,也可以避免所述第一侧边11以及第二侧边12由于受到所述系泊索40的不均匀拉力而导致结构损坏。
请参阅图6,进一步地,所述根据已知长度的所述主索20在所述系泊索40所在平面内的悬链线状态,获取所述系泊索40的长度以及排布距离的步骤之后包括:
步骤S80,根据所述主索20所需的张力确定所述主索20的规格,以及根据所述系泊索40所需的张力以及刚性确定所述系泊索40的规格;
步骤S90,根据所述主索20以及系泊索40的规格进行有限元建模计算,以获取各条所述系泊索40的受力分布信息。
在本实施例中,获取到所述主索20的长度以及所述系泊索40的长度以及排布距离,根据所述主索20所需的张力确定所述主索20的规格,所述主索20的规格包括材质以及粗细尺寸,以及根据所述系泊索40所需的张力以及刚性确定所述系泊索40的规格,所述系泊索40的规格主要包括材质以及粗细尺寸,所述系泊索40具有弹性,例如所述系泊索40可以是绳缆;根据所述主索20以及系泊索40的规格进行有限元建模计算,以获取各条所述系泊索40的受力分布信息,从而可以根据各条所述系泊索40的受力分布信息分析各条所述系泊索40受力是否均匀。
进一步地,所述根据所述主索20以及系泊索40的规格进行有限元建模计算,以获取各条所述系泊索40的受力分布信息的步骤之后包括:
步骤S100,根据所述受力分布信息判断各条所述系泊索40是否受力均匀;
步骤S110,在所述系泊索40受力不均匀时,重新执行根据已知长度的所述主索20在所述系泊索40所在平面内的悬链线状态,获取所述系泊索40的长度以及排布距离的步骤。
在本实施例中,获取到各条所述系泊索40的受力分布信息后,根据所述受力分布信息判断各条所述系泊索40是否受力均匀,在所述系泊索40受力不均匀时,重新根据已知长度的所述主索20在所述系泊索40所在平面内的悬链线状态,重新确定所述系泊索40的长度以及排布距离,直至根据所述受力分布信息判断各条所述系泊索40受力均匀为止,以保证与所述系泊索40连接的所述光伏方阵10不会因为风力而掀翻,也可以避免所述第一侧边11以及第二侧边12由于受到所述系泊索40的不均匀拉力而导致结构损坏。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是在本发明的发明构思下,利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。