CN112505091B - 一种模拟水上光伏电站对水体温度场影响的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟水上光伏电站对水体温度场影响的实验装置，包括砂槽、模拟水箱、设置于所述模拟水箱上方的光源、以及用于监测获取所述砂槽和模拟水箱内水温的水温监测系统；所述砂槽中间设有顶部开口的凹嵌式模拟水箱，所述模拟水箱的底部开设有若干与所述砂槽进行水体交互的通水孔，所述模拟水箱内设有至少一个能够漂浮于水面的遮光板。本发明的实验装置能够模拟自然界中太阳光照射下光伏发电板对水体水温的影响以及塌陷水体与周边地下水体不同交互过程中水体水温的空间变化规律。

Description

一种模拟水上光伏电站对水体温度场影响的实验装置

技术领域

本发明涉及一种模拟实验装置，尤其涉及一种模拟水上光伏电站对水体温度场影响的实验装置。

背景技术

光伏发电作为一种绿色可再生能源，具有巨大的开发利用潜力，但光伏电站的建设需要占用大量的土地资源，一定程度上增加了光伏电站建设成本。我国因大量煤炭开采，很多区域存在大量的采煤塌陷区，长期闲置下形成了大片塌陷水体。漂浮式水面光伏电站因地制宜，将光伏电站修建于闲置的塌陷水体上。一方面能充分利用社会闲置的土地资源，另一方面也能一定程度降低电站建设的土地成本，具有良好的发展前景。

塌陷水体上光伏发电板的大量铺设会严重阻挡水体光照，造成光伏发面板下覆水体与其它开放水域水体温度存在一定的差异，从而对塌陷水体内空间温度场造成明显影响。除此之外，塌陷区水体与周边地下水也存在一定的交互关系，也会进一步改变塌陷水体温度场，主要表现为枯水期时周边地下水会补给塌陷水体，而丰水期时部分塌陷水体补给周边地下水。

塌陷水体内温度场变化会一定程度上改变水体内水生态系统结构，进而影响水体水质，因此，研究自然条件下塌陷水体上漂浮式光伏电站对水体空间温度场的影响对于正确认识水上光伏对水环境的影响具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种模拟水上光伏电站对水体温度场影响的实验装置，能够真实模拟自然界中太阳光照射下光伏发电板对水体水温的影响以及塌陷水体与周边地下水体不同交互过程中水体水温的空间变化规律。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

本发明提供了一种模拟水上光伏电站对水体温度场影响的实验装置，包括砂槽、模拟水箱、设置于所述模拟水箱上方的光源、以及用于监测获取所述砂槽和模拟水箱内水温的水温监测系统；

所述砂槽中凹嵌地设有顶部开口的模拟水箱，所述模拟水箱的四周和底部开设有若干与所述砂槽进行水体交互的通水孔，所述模拟水箱内设有至少一个能够漂浮于水面的遮光板。

进一步的，所述水温监测系统包括若干温度传感器和与所述温度传感器信号连接的信号自动采集仪，所述温度传感器设置于所述砂槽和/或所述模拟水箱内。

进一步的，若干所述温度传感器沿所述砂槽和模拟水箱的中线且垂直于所述模拟水箱水面的不同位置和深度进行设置。

进一步的，所述遮光板通过竖直弹簧连接于所述模拟水箱底部，所述竖直弹簧一端固定设置在模拟水箱底部，另一端连接在所述遮光板上。

进一步的，所述遮光板为伸缩式遮光板。

进一步的，所述砂槽连接有至少一个供水水箱。

进一步的，所述供水水箱和所述砂槽之间的连接面上开通有若干供水孔，所述供水水箱和所述砂槽通过所述供水孔进行水体交互。

进一步的，所述供水水箱通过水管与水泵连通。

进一步的，所述模拟水箱、供水水箱和砂槽均采用玻璃材质制成。

进一步的，所述信号自动采集仪与计算机连接。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明提供了的实验装置具有结构简单、操作方便的优点，并且通过遮光板对水体覆盖，使被覆盖水体温度在光照条件以及与周边地下水交互条件下的试验研究，可以研究光照条件下水体覆盖物对水体空间温度场的影响，以及这种影响是否随着与周边水体的交互产生变化；

实验装置的温度传感器布置灵活，观测数据获取方便、精确，能够真实的再现自然条件下塌陷水体被光伏发电面板覆盖后水体温度场的空间特征以及在于周边地下水交互过程中水体温度场的变化；

实验装置的遮光板能够伸缩、折叠和展开，获取不同位置或不同排放方式下的多组次平行实验，并且可以通过设定不同的光照时间、不同的注水\抽水速率等获取多组条件下漂浮式水上光伏对塌陷水体温度场的影响特征。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种模拟水上光伏电站对水体温度场影响的实验装置的结构剖视图；

图2是本发明实施例提供的一种模拟水上光伏电站对水体温度场影响的实验装置的俯视图；

图中：

1、水泵；2、水管；3、供水水箱；4、砂槽；5、温度传感器；6、竖直弹簧；7、遮光板；8、模拟水箱；9、光源；10、通水孔；11、供水孔；12、信号自动采集仪。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种模拟水上光伏电站对水体温度场影响的实验装置，该实验装置用于模拟自然界中太阳光照射下光伏发电板对水体水温的影响以及开采矿区塌陷水体与周边地下水体不同交互过程中水体水温的空间变化规律。

实验装置包括水泵1、砂槽4、温度传感器5、竖直弹簧6、遮光板7、模拟水箱8、光源9、信号自动采集仪12。

其中，光源9固定设置于模拟水箱8的上方，用于模拟自然界中的太阳光，为整个实验装置提供光照条件。

水泵1通过水管2和供水水箱3相连通，通过控制水泵的抽/注水速率可以调整供水水箱3中水位的变化情况。

在本发明的一个实施例中，如图1和2所示，实验装置整体采用矩形对称布局，在此需要说明的是，实验装置的形状可以是多种多样的，例如椭圆形、圆形、对称或者不对称的任意形状等，只要能实现本发明的实验装置的模拟功能即可。

在本发明提供的实验装置中，砂槽4至少连接有一个供水水箱3，其中，其连接方式或者结构存在多种实施例，可以通过管道连通，或者一体成型且通过隔水板分割，并通过隔水板上的通孔连通；可以围绕砂槽4分散单独的设置多个供水水箱3，也可以围绕砂槽4布置一个闭合圆环形供水水箱3等。

如图1所示，砂槽4两端均设有为砂槽4供水的供水水箱3，供水水箱3和砂槽4之间相连通，能够进行水体交互。具体地，作为本发明的一种实施例，供水水箱3与砂槽4之间通过分布有若干供水孔11的隔水板相连通，且能够保证砂槽4内水体与供水水箱3内水体之间在水头差驱动下能自由流动，实现水位变化。

砂槽4中凹嵌地设有顶部开口的模拟水箱8，用于模拟塌陷水体区域。在模拟水箱8的四周和底部开设有若干通水孔10，通过通水孔10同砂槽4进行水体交互，能够保证模拟水箱8内水体与砂槽4内水体在水头差驱动下能自由流动，从而改变模拟水箱8中的水位情况。

为了模拟光伏电站对水体的覆盖遮光，在模拟水箱8内设有至少一个能够漂浮于水面的遮光板7。

本发明实施例中选取一个遮光板7，该遮光板7能够部分覆盖模拟水箱8的水面区域，且能够根据实验要求进行伸缩操作以改变所覆盖面积，也可以折叠或者展开，从而达到改变覆盖面积的相同效果。具体地，遮光板7为两块可套装伸缩的板结构或者通过可活动的交叉支架进行伸缩的板结构或由两端向中间折叠且可有中间向两端展开的板结构。

需要说明的是，本发明实施例中遮光板7的具体结构是为了说明遮光板7的结构变化，从而用于改变遮光板7在水面的遮光面积，实际应用中，遮光板7只要能实现技术方案中改变遮光面积的功能即可，对其具体地结构不做限制性要求。

本发明实施例中还可选取多个遮光板7，将多个遮光板7通过伸缩、折叠展开、排列组合等操作，实现不同位置和不同排列组合。通过不同位置和不同排列组合，遮光板7可以改变在模拟水箱8水体表面的位置、覆盖面积，从而获取不同位置条件下的实验组数据。

为了更好地保持遮光板7在水体表面的位置，遮光板7通过竖直弹簧6固定连接于玻璃水箱8底部，其中，竖直弹簧6一端固定设置在模拟水箱8底部，另一端连接在遮光板7底面上。

当模拟水箱8中水体水位发生变化时，遮光板7跟随水体水位一同变动，且在竖直弹簧6的约束下能够保持位置相对稳定，有助于提高实验装置的稳定性和可靠性；例如，利于获取可靠的处于相同位置、不同水位变化的多组实验数据。

如图1所示，本发明实施例提供的实验装置包括水温监测系统，该水温监测系统包括温度传感器5和信息自动采集仪12。

其中，若干温度传感器5沿砂槽4和模拟水箱8的中线且垂直于模拟水箱8水面的不同位置和深度进行设置。

具体地，如图2所示，温度传感器5沿砂槽4和模拟水箱8中线布设；模拟水箱8内垂直方向上布设两层，模拟水箱8两侧砂槽4内相同深度布设多个温度传感器5，以及在模拟水箱8底部之下的砂槽4内对应于模拟水箱8在水平方向的相同位置也布设温度传感器5，具体如图1中所示。

在本发明实施例中，信号自动采集仪12与计算机连接，将采集的温度数据传送给计算机，并能够通过计算机实时显示不同时刻各监测点的水温。

采用本发明提供的实验装置，研究漂浮式水上光伏对塌陷水体温度场的影响，其具体地工作原理和操作可由本发明如下具体实施例的操作进行描述。

操作实施例：

在试验开始前，首先通过水泵1向砂槽4两端供水水箱3缓慢注水，使砂槽4和模拟水箱8内赋存一定高度的水；然后停止注水静置一段时间，使玻璃砂槽4和玻璃水箱8内的水位稳定，同时通过温度传感器5和信号自动采集仪12实时监测各监测点水温，直到各监测点水温保持稳定。

进行模拟实验，打开光源9持续一段时间，实时监测各监测点的水温变化，研究水箱3中遮光板7的存在对水箱3内温度场的影响。

在上述操作的基础上，通过水泵1向供水水箱3缓慢注水或抽水，逐渐升高或降低砂槽4内水位，使得砂槽4内水体补给供水水箱3或供水水箱3水体补给砂槽4，进而影响到模拟水箱8水体与砂槽4水体之间交互。

通过进一步研究分析模拟水箱8水体与砂槽4水体的交互过程是否会进一步改变模拟水箱8内空间温度场的分布特征，即砂槽4水体的补给或排泄过程是否会一定程度上缓冲由遮光板7引起的模拟水箱8内温度空间差异。

按照上述实验操作过程，可以进一步的改变实验条件，可以通过设定不同的光照时间、不同的注水\抽水速率、遮光板7不同位置或多个遮光板7不同排放方式进行多组次平行实验，得到多组条件下漂浮式水上光伏对塌陷水体温度场的影响特征。

在本发明实施例中，对实验装置的材质不做特殊限制要求，其中模拟水箱8、砂槽4、供水水箱3等均可采用玻璃材质等；优选的，实验装置玻璃为遮光隔温材质，可以避免或减少上部光源和外部气温对砂槽4内水体温度场的影响。

本发明提供的实验装置能够模拟自然界中太阳光照射下光伏发电板对水体水温的影响以及塌陷水体与周边地下水体不同交互过程中水体水温的空间变化规律。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种模拟水上光伏电站对水体温度场影响的实验装置，其特征在于，包括砂槽、模拟水箱、设置于所述模拟水箱的上方的光源、以及用于监测获取所述砂槽和模拟水箱内水温的水温监测系统；

所述砂槽中凹嵌地设有顶部开口的模拟水箱，所述模拟水箱的四周和底部开设有若干与所述砂槽进行水体交互的通水孔，所述模拟水箱内设有至少一个能够漂浮于水面的遮光板；

所述遮光板通过竖直弹簧连接于所述模拟水箱底部，所述竖直弹簧一端固定设置在模拟水箱底部，另一端连接在所述遮光板上；

所述实验装置用于模拟自然界中太阳光照射下光伏发电板对水体水温的影响以及塌陷水体与周边地下水体不同交互过程中水体水温的空间变化规律；

所述水温监测系统包括若干温度传感器和与所述温度传感器信号连接的信号自动采集仪，所述温度传感器设置于所述砂槽和/或所述模拟水箱内；

若干所述温度传感器沿所述砂槽和模拟水箱的中线且垂直于所述模拟水箱水面的不同位置和深度进行设置；

所述遮光板为伸缩式遮光板；

所述砂槽连接有至少一个供水水箱；

所述供水水箱和所述砂槽之间的连接面上开通有若干供水孔，所述供水水箱和所述砂槽通过所述供水孔进行水体交互。

2.根据权利要求1所述的模拟水上光伏电站对水体温度场影响的实验装置，其特征在于，所述供水水箱通过水管与水泵连通。

3.根据权利要求1所述的模拟水上光伏电站对水体温度场影响的实验装置，其特征在于，所述模拟水箱、供水水箱和砂槽均采用玻璃材质制成。

4.根据权利要求1所述的模拟水上光伏电站对水体温度场影响的实验装置，其特征在于，所述信号自动采集仪与计算机连接。