CN114348200A - 一种高使用寿命的水上光伏板漂浮安装基础及光伏系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高使用寿命的水上光伏板漂浮安装基础。包括多个组合为一体浮在水面上的安装基础单元；安装基础单元包括平行设置的、直径不同的大、小浮筒，和大、小浮筒之间的连接装置，所述大、小浮筒上部承接所述光伏板；所述安装基础单元在各浮筒的长度方向和/或垂直于浮筒长度方向上组合为一体；所述光伏板的迎光角度为所述大、小浮筒直径的竖直方向上的差值使光伏板产生的倾斜角度；所述大、小浮筒由FRP材料构成的壳体和通过注射或浇筑发泡充满壳体的封孔泡沫构成。本发明利用全新的浮筒作为安装基础的主要结构，简化了安装基础，浮筒壳体为FRP壳体结构、内芯为封孔泡沫，满足能够匹配光伏板的使用寿命长且更为环保、利于安装与维护的要求。

Description

一种高使用寿命的水上光伏板漂浮安装基础及光伏系统

技术领域

本发明涉及水面光伏板安装基础技术领域，具体涉及一种高使用寿命的水上光伏板漂浮安装基础及采用该安装基础的光伏系统。

背景技术

利用太阳能进行光伏发电是目前极为重要的一种清洁发电方式，目前铺设光伏板进行发电的位置主要位于光照较好的陆地，随着建立水面发电站的技术的发展，在水面尤其是海面上的光伏板铺设逐渐发展开来。

地球上拥有广阔的海面的空闲地方，因此利用海面的太阳能，安装光伏板实现发电，是太阳能安装的重要场景。其优势包括：1、更高的发电量：由于水体对光伏板的冷却作用，可抑制组件表面温度上升，据有关测算，电池板的温度若降低1℃，可获得比相同地区地面或屋顶电站高出10％～15％的发电量。同时，水面地势相对较为开阔，可以有效避免阴影对太阳能光伏组件效率的制约。2、更短的投资回收期：与地面电站占用土地资源相比，水体资源具备较低租赁价格和建设成本，投资回收期明显缩短。3、改善水质：水上太阳能组件阵列对水的遮挡可以减少光合作用，抑制藻类生长、改善水质节约土地资源：可以规避稀缺土地资源的限制，同时，水上太阳能发电工程没有支架基础和电缆沟的开挖，没有场内道路的施工，大大减少地面开挖，有利于水土保持。

由于在较深的水体安装太阳能板需要浮力装置，浮力装置作为太阳能光伏板的安装基础，为承载太阳能光伏板、组件、施工人员的重力需要提供足够的浮力。但现有的浮力装置制造材质多为热塑塑料，最常见的为PE材质，通过吹塑或离心浇筑成型。

现有的浮力装置中最典型的特征为空心的浮力装置，虽然其初始成本低，但是致命缺陷为：热塑塑料抗紫外性能低，使用寿命较短，一般在5至6年，而太阳能光伏安装选定区域，都是光照时间长的环境，导致热塑浮力装置的使用寿命会更低。然而太阳能光伏板的使用寿命在25至30年，提供浮力的浮筒的使用寿命与太阳能板使用寿命极不匹配，太阳能光伏板整个寿命周期中，需要整体跟换浮筒5至6次，才能匹配太阳能光伏板的寿命，导致后续维护成本是初始安装费用的6-8倍，拉高太阳能发电的运行成本及发电成本。现有的热塑塑料浮筒大多为空心结构，长期在太阳的紫外线下，塑料材质容易脆化，受到较小外力都会破裂，进水后失去浮力，不能承载太阳能光伏板及组件的重力，就会沉没，就会引起较大的经济损失。热塑塑料长期在水面上，承受昼夜温差，水中盐碱浸泡，塑化剂会游离，对水质产品侵害，对环境产生影响。

此外，现有的浮力装置设计也较为复杂，如申请号为201720151011.9，名称为一种水上光伏发电装置及基础的专利文献，包括前浮筒、后浮筒和太阳能光伏板，前浮筒、后浮筒内安装有液压机和蓄电池，依靠液压机实现光伏板的角度的调节。虽然其能够直观的根据水库水面高低的变化电动液压调节太阳能光伏板的升降，迅速改变太阳能光伏板整体的使用高度，但是其结构较为复杂且不利于维护和更换液压装置，同时也增大了更换维修的成本。

因此，对于水上光伏板的安装技术而言，亟需一种能匹配光伏板的使用寿命长且更为环保、结构简单利于安装与维护的安装基础。

发明内容

针对现有技术的浮力装置寿命短与光伏板寿命不匹配导致维修成本高的问题，本发明提供了一种高使用寿命且不会沉没的水上光伏板漂浮安装基础，满足匹配光伏板的使用寿命长的需要，且更为环保，同时还提供采用该安装基础的光伏系统。

本发明请求保护以下技术方案：

本发明提供了一种高使用寿命的水上光伏板漂浮安装基础，包括多个组合为一体浮在水面上的安装基础单元；单个所述安装基础单元包括平行设置的、直径不同的大浮筒和小浮筒，以及大浮筒和小浮筒之间设置的连接装置，所述大、小浮筒上部承接所述光伏板；所述组合为一体指所述安装基础单元在各浮筒的长度方向和/或垂直于浮筒长度方向上组合为一体；所述光伏板的迎光角度为所述大浮筒直径和所述小浮筒直径的竖直方向上的差值使光伏板产生的倾斜角度；所述大、小浮筒由FRP材料构成的壳体和通过注射或浇筑发泡充满壳体的封孔泡沫构成。

进一步的，所述安装基础单元的首尾端分别安装有防水装置。

进一步的，所述连接装置包括封口浮筒和连接部件，所述封口浮筒为所述大、小浮筒之间设置的跨接件，所述连接部件为三向或四向接头，将一个大浮筒一端和一个或两个封口浮筒各自的一端连接为一体的接头为大接头，将一个小浮筒一端和一个或两个封口浮筒各自的一端连接为一体的接头为小接头，连接方式包括胶粘、螺纹、定位销定位；所述封口浮筒和连接部件由FRP材料构成的壳体和通过注射或浇筑发泡充满壳体的封孔泡沫构成。

进一步的，所述大浮筒和小浮筒的直径是指等效直径，所述大浮筒、小浮筒、封口浮筒横截面外形为多边形或圆形，且所述大浮筒、小浮筒与所述封口浮筒之间相适配。

进一步的，所述防水装置包括大浮筒封头、小浮筒封头；所述安装基础单元的首尾端分别安装有防水装置，即所述大浮筒首尾端安装有大浮筒封头，所述小浮筒首尾端安装有小浮筒封头；所述大浮筒封头、小浮筒封头分别与所述大浮筒、小浮筒相适配。

进一步的，所述FRP材料结构中的FRP材质基体树脂包括聚酯、乙烯基、环氧、聚氨酯，增强材料为无碱玻璃纤维；所述FRP材料结构由外之内依次包括防水层、强度层、抗紫外线保护层，其中，所述防水层包括表面毡或无纺布或聚酯毡、所述强度层包括不饱和树脂或乙烯基树脂或环氧树脂；所述抗紫外线保护层为胶衣；所述封孔泡沫包含PU、EPS、PS等一种或多种的组合。

进一步的，在所述的水上光伏板漂浮安装基础中，太阳能光伏板通过固定装置固定在所述安装基础单元上，是指太阳能光伏板通过所述固定装置固定在所述大浮筒、小浮筒上，所述固定装置通过固定部件与太阳能光伏板固定连接。

进一步的，所述固定装置是固定角度或可调节角度的，所述可调节的固定装置包括安装横梁，太阳能光伏板的迎光角度还能够通过所述可调节角度的安装横梁来调节；或，所述固定角度的固定装置包括插销，所述插销将所述光伏板直接固定在所述大、小浮筒上；所述固定部件包括自攻钉、螺栓、抱箍等。

本发明还提供一种水上光伏板漂安装基础单元，为所述的水上光伏板漂浮安装基础中的安装基础单元。

本发明还提供一种高使用寿命的水上光伏系统，包括所述的水上光伏板漂浮安装基础单元以及其上部承接的光伏板。

本发明的优势在于：

(1)装太阳能光伏板的浮力漂浮基础使用寿命长，与太阳能板使用寿命保持一致，中间没有跟换、也没有日常维护，大幅度降低太阳能运行费用。

(2)大、小、封口筒为FRP壳体，内部为闭孔泡沫，大小三向接头和封头全部为FRP材质，提供太阳能板浮力漂浮基础，永不沉没，保证了太阳能主件的安全运行。

(3)安装基础单元之间通过连接部件在径向上连接成任意符合设计需求的长度，大浮筒与小浮筒之间的间距或封口浮筒的径向长度均设置为任意符合设计需求的长度，太阳能光伏板的安装角度由大浮筒直径和小浮筒直径差产生的角度，来实现太阳能板的迎光角度的需求；水上太阳能浮力漂浮基础运用场景广，为拼装结构，宽度、长度可以任意调节，满足各个场景尺寸的需求。

(4)FRP为热固性复合材料，其固化过程为化学反应，固化后无法逆转，不会产生有害成份析出，安装的水体安全得到保证。

附图说明

图1.为本发明提供的一种水上光伏板漂浮安装基础的包括多个安装基础单元的连接平面和剖面展示图。其中包括：安装基础单元1、安装基础单元2、安装基础单元3，光伏板01、插销011，大浮筒11、小浮筒12、封口浮筒13。

图2.为本发明提供的一种水上光伏板漂浮安装基础的一个安装基础单元的平面展示图。

其中包括光伏板01、安装基础单元1，还包括大浮筒11、小浮筒12、封口浮筒13、大三向接头14、小三向接头15、大浮筒封头16、小浮筒封头17。

图3.为本发明提供的一种水上光伏板漂浮安装基础的一个安装基础单元的纵向截面展示图。其中包括光伏板01、安装横梁02、大浮筒11、小浮筒12。

图4.为本发明提供的一种水上光伏板漂浮安装基础中采用的浮筒的截面结构展示图。

图5.为本发明提供的一种水上光伏板漂浮安装基础中的FRP材料结构的展示图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆益不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统，产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明提供了一种高使用寿命且不会沉没的水上光伏板漂浮安装基础，如图1所示，包括3个组合为一体浮在水面上的安装基础单元。其中包括：安装基础单元1、安装基础单元2、安装基础单元3，光伏板01、插销011，大浮筒11、小浮筒12、封口浮筒13。

其中，单个所述安装基础单元，或如附图2中所述的安装基础单元1，包括平行设置的、直径不同的大浮11和小浮筒12，以及大浮筒11和小浮筒12之间设置的连接装置，所述大浮11和小浮筒12上部承接所述光伏板01；所述组合为一体指所述安装基础单元1、2、3在各浮筒的长度方向组合为一体；所述光伏板的迎光角度为所述大浮筒直径和所述小浮筒直径的竖直方向上的差值使光伏板产生的倾斜角度θ；所述大浮11和小浮筒12由FRP材料构成的壳体和通过注射或浇筑发泡充满壳体的封孔泡沫构成。

本发明一实施例所述，如以海上光伏板迎光角度，即所述光伏板的迎光角度为所述大浮筒直径和所述小浮筒直径的竖直方向上的差值使光伏板产生的倾斜角度θ＝5°为例：

其中，小浮筒12的外直径为190mm，大浮筒11的外直径为530mm，封口筒13的外径为146mm；

大三向接头14、小三向接头14的内直径分别插入大浮筒11、小浮筒12、封口筒13，插入的内直径分别比大浮筒11、小浮筒12、封口浮筒13的外径大0.5～5mm；

大浮筒11、小浮筒12的大小切线，形成5°的斜角，就是太阳能板的迎光角θ。

在本发明中，所述安装基础单元的首尾端分别安装有防水装置。如图2所示，在本实施例中，所述防水装置优选为大浮筒封头16、小浮筒封头17；所述安装基础单元1的首尾端分别安装有防水装置，即所述大浮筒11首尾端安装有大浮筒封头16，所述小浮筒12首尾端安装有小浮筒封头17；且所述大浮筒封头16、小浮筒封头17分别与所述大浮筒11、小浮筒12相适配，以保证大小浮筒的密封。

在本发明中，如图2所示，所述连接装置包括封口浮筒13和连接部件，所述封口浮筒13为所述大浮11和小浮筒12之间设置的跨接件，所述连接部件为三向或四向接头，在本实施例中，优选为三向接头；将一个大浮筒11一端和一个或两个封口浮筒13各自的一端连接为一体的接头为大接头14，将一个小浮筒12一端和一个或两个封口浮筒13各自的一端连接为一体的接头为小接头15，连接方式包括胶粘、螺纹、定位销定位，在本实施例中优选为胶粘方式。其中，所述封口浮筒13和连接部件(三向接头)由FRP材料构成的壳体和通过注射或浇筑发泡充满壳体的封孔泡沫构成。

这里需要注意的是，本发明不局限于上述安装基础单元1、2、3的组合，还可以采用：所述组合为一体指所述安装基础单元在各浮筒的垂直于浮筒长度方向上组合为一体；这时的连接部件为四向接头和三向接头的组合，即包括小四向接头可以同时连接两个小浮筒和两个封口浮筒；一个大四向接头可以同时连接两个大浮筒和两个封口浮筒；以此类推，将多个安装基础单元组合成网格形式。且其材料由FRP材料构成的壳体和通过注射或浇筑发泡充满壳体的封孔泡沫构成。

因为具有可以任意组合的结构，本发明所述的安装基础单元之间通过连接部件在径向上连接成任意符合设计需求的长度，大浮筒与小浮筒之间的间距或封口浮筒的径向长度均设置为任意符合设计需求的长度，并且通过太阳能光伏板的安装角度由大浮筒直径和小浮筒直径差产生的角度，来实现太阳能板的迎光角度的需求；所以，采用本发明的装置可以极大的拓展水上太阳能浮力漂浮基础运用场景；由于拼装结构，宽度、长度可以任意调节，可以满足各个场景尺寸的需求。

本发明所述的大浮筒、小浮筒、封口浮筒的长度尺寸，可以根据水上光伏的安装环境尺寸和光伏板的长宽，自行确定尺寸，切割后拼装(大小浮力筒、封口筒的长度尺寸可以定制，一般可以生产到20米长)。

本实施例中，如图4所示，所述大浮筒11、小浮筒12、封口浮筒13外形优选为圆形，壳体均由FRP材料结构112组成，内芯111由封孔泡沫构成；所述连接部件、防水装置也均由FRP材料结构组成，即所述大三向接头14、小三向接头15以及大浮筒封头16、小浮筒封头17也均由FRP材料结构组成。

本发明所述的大浮筒和小浮筒的直径是指等效直径，除了本实施例中所述的大浮筒11、小浮筒12、封口浮筒13的横截面外形为圆形外；在实际应用中，还包括：所述大浮筒、小浮筒、封口浮筒横截面外形为多边形，且所述大浮筒、小浮筒与所述封口浮筒之间相适配。

本实施例中，优选的，所述FRP材料结构中的FRP材质基体树脂包括聚酯、乙烯基、环氧、聚氨酯，增强材料为无碱玻璃纤维。如图5所示，所述FRP材料结构由外之内依次包括防水层1121、强度层1122、抗紫外线保护层1123；所述防水层1121包括表面毡或无纺布或聚酯毡、强度层1122包括不饱和树脂或乙烯基树脂或环氧树脂、抗紫外线保护层1123为胶衣。

所述封孔泡沫包含PU、EPS、PS等一种或多种的组合。FRP材质及闭孔泡沫，为太阳能板提供了浮力漂浮基础，且采用的FRP材质及闭孔泡沫永，拥有较长的使用寿命，不会沉没，与太阳能板使用寿命保持一致，中间没有跟换、也没有日常维护，大幅度降低太阳能运行费用，保证了太阳能主件的安全运行。

本实施例所述FRP为热固性复合材料，其固化过程为化学反应，固化后无法逆转，不会产生有害成份析出，安装的水体安全得到保证。

为了达到在提供壳体的刚性的同时，减少筒体的重量，并在极端情况下，即使壳体遭受破坏，浮筒的浮力也不会发生变化，保证了太阳能光伏组件的运行安全。

如图3所示，在本发明中，太阳能光伏板通过固定装置固定在所述安装基础单元上，是指太阳能光伏板通过所述固定装置固定在所述大浮筒、小浮筒上，所述固定装置通过固定部件与太阳能光伏板固定连接。

其中，所述固定装置是固定角度或可调节角度的，如图3所示，所述可调节的固定装置包括安装横梁02，太阳能光伏板的迎光角度还能够通过所述可调节角度的安装横梁03来调节，这种情况下即，当浮筒之间的直径差不满足迎光角度要求时，可以采用可调节角度的安装横梁03来调节。所述固定部件可以采用自攻钉、螺栓、抱箍等。

在本实施例中，如图1所示，所述固定角度的固定装置，优选为插销011，所述插销011将所述光伏板直接固定在所述大浮筒11、小浮筒12上；所述固定部件可以采用自攻钉、螺栓、抱箍等。

这里需要注意的是，本发明不仅仅保护上述安装基础，同样也应当保护本发明所述的水上光伏板漂浮安装基础中的安装基础单元。

同样也应当保护，采用包括所述的水上光伏板漂浮安装基础单元以及其上部承接的光伏板的一种高使用寿命的水上光伏系统。

本发明所述的浮筒为自有浮力的浮筒，外形为多边形或圆形，浮筒壳体为FRP材质(基体树脂为聚酯、乙烯基、环氧、聚氨酯，增强材料为无碱玻璃纤维)，FRP壳体结构为：最上层为抗紫外线保护层，抵御紫外线、盐碱对浮筒伤害；中间层为加强层，提供浮筒壳体所需要的强度；内层为防水层，防止水的渗漏。FRP壳体设计体结构，保证了浮筒壳体的抗紫外线、耐盐碱、高强度的优异性能，最终满足高使用寿命的目的。经上述结构上的设计，浮筒能达到25年以上的使用寿命，并赋予永不沉没的闭孔泡沫芯材，与太阳能板使用寿命极好匹配，发电使用过程中，做到太阳能光伏板浮力筒基础不需要跟换、维护、大大降低了水上太阳能的运行成本。

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 (10)

1.一种高使用寿命的水上光伏板漂浮安装基础，其特征在于，包括多个组合为一体浮在水面上的安装基础单元；单个所述安装基础单元包括平行设置的、直径不同的大浮筒和小浮筒，以及大浮筒和小浮筒之间设置的连接装置，所述大、小浮筒上部承接所述光伏板；所述组合为一体指所述安装基础单元在各浮筒的长度方向和/或垂直于浮筒长度方向上组合为一体；所述光伏板的迎光角度为所述大浮筒直径和所述小浮筒直径的竖直方向上的差值使光伏板产生的倾斜角度；所述大、小浮筒由FRP材料构成的壳体和通过注射或浇筑发泡充满壳体的封孔泡沫构成。

2.根据权利要求1所述的一种高使用寿命的水上光伏板漂浮安装基础，其特征还在于，所述安装基础单元的首尾端分别安装有防水装置。

3.根据权利要求1或2所述的一种高使用寿命的水上光伏板漂浮安装基础，其特征在于，所述连接装置包括封口浮筒和连接部件，所述封口浮筒为所述大、小浮筒之间设置的跨接件，所述连接部件为三向或四向接头，将一个大浮筒一端和一个或两个封口浮筒各自的一端连接为一体的接头为大接头，将一个小浮筒一端和一个或两个封口浮筒各自的一端连接为一体的接头为小接头，连接方式包括胶粘、螺纹、定位销定位；所述封口浮筒和连接部件由FRP材料构成的壳体和通过注射或浇筑发泡充满壳体的封孔泡沫构成。

4.根据权利要求3所述的一种高使用寿命的水上光伏板漂浮安装基础，其特征在于；所述大浮筒和小浮筒的直径是指等效直径，所述大浮筒、小浮筒、封口浮筒横截面外形为多边形或圆形，且所述大浮筒、小浮筒与所述封口浮筒之间相适配。

5.根据权利要求2或3或4所述的水上光伏板漂浮安装基础，其特征还在于，所述防水装置包括大浮筒封头、小浮筒封头；所述安装基础单元的首尾端分别安装有防水装置，即所述大浮筒首尾端安装有大浮筒封头，所述小浮筒首尾端安装有小浮筒封头；所述大浮筒封头、小浮筒封头分别与所述大浮筒、小浮筒相适配。

6.根据权利要求1或2或3所述的水上光伏板漂浮安装基础，其特征还在于，所述FRP材料结构中的FRP材质基体树脂包括聚酯、乙烯基、环氧、聚氨酯，增强材料为无碱玻璃纤维；所述FRP材料结构由外之内依次包括防水层、强度层、抗紫外线保护层，其中，所述防水层包括表面毡或无纺布或聚酯毡、所述强度层包括不饱和树脂或乙烯基树脂或环氧树脂；所述抗紫外线保护层为胶衣；所述封孔泡沫包含PU、EPS、PS等一种或多种的组合。

7.根据权利要求1所述的水上光伏板漂浮安装基础，其特征还在于，太阳能光伏板通过固定装置固定在所述安装基础单元上，是指太阳能光伏板通过所述固定装置固定在所述大浮筒、小浮筒上，所述固定装置通过固定部件与太阳能光伏板固定连接。

8.根据权利要求7所述的水上光伏板漂浮安装基础，其特征还在于，所述固定装置是固定角度或可调节角度的；所述可调节的固定装置包括安装横梁，太阳能光伏板的迎光角度还能够通过所述可调节角度的安装横梁来调节；或，所述固定角度的固定装置包括插销，所述插销将所述光伏板直接固定在所述大、小浮筒上；所述固定部件包括自攻钉、螺栓、抱箍等。

9.一种水上光伏板漂安装基础单元，其特征在于，为权利要求1-8所述的水上光伏板漂浮安装基础中的安装基础单元。

10.一种高使用寿命的水上光伏系统，其特征在于，包括权利要求9所述的水上光伏板漂浮安装基础单元以及其上部承接的光伏板。

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