CN114735149B - 一种抗恶劣海况的消浪抗浪一体化浮式光伏装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种抗恶劣海况的消浪抗浪一体化浮式光伏装置，包括至少一个浮式光伏单元，浮式光伏单元之间用连接件连接，连接件可避免浮式光伏单元之间碰撞；浮式光伏单元包括漂浮系统、光伏系统、走道系统，漂浮系统用于支撑光伏系统并承受波浪载荷冲击，光伏系统是光伏发电系统，走道系统在光伏系统之间，走道系统为浮式光伏装置后期维修保养提供便利；通过对漂浮系统的改进提高了浮式光伏装置在海上的抗浪能力；通过支撑结构将光伏组件抬高，避免了浮式光伏装置在恶劣海况下因波浪喷涌而由底部冲击光伏组件的情况；大量钢制构件作为浮式光伏装置支撑构件，提高了浮式光伏装置的结构强度；模块化程度高，施工方便大面积铺设效率高，整体结构简单。
Description
技术领域
本发明涉及海上光伏发电平台的技术领域，具体涉及一种抗恶劣海况下的消浪抗浪一体化浮式光伏装置。
背景技术
随着人类逐渐意识到化石能源的枯竭及在使用过程中对环境造成的破坏，风能、太阳能、风浪能等绿色能源被大力发展。其中的太阳能因其无可替代的优越性被大力发展，但目前应用最广泛的是安装在陆地上太阳能光伏板，但是在陆地上发展太阳能发电有着一定的局限性，首先占用了大量宝贵的土地资源，其次还需要安装在采光条件好的地区。
我国和海岸线总长度约为3.2万公里，拥有的海洋国土面积为299.7万平方公里。因此在海面上设置光伏组件进行光伏发电是非常有实用价值的。在海上建设光伏电站，首先可以有效地节约土地资源，且对海洋生态环境影响较小；其次，海面地势相对开阔，可以有效避免阴影对光伏组件效率的制约，从而使发电效率大大提高。不过海上环境复杂，风浪流等环境会使光伏组件随波浪晃动，从而影响发电效率，所以目前我国的水上发电多用于湖泊或浅滩区域。因此，减小海洋环境对光伏组件的影响是实施海上光伏电站的前提。
目前，为了减小海上风浪流载荷对海洋结构物的影响，国内外的许多学者对消除波浪方式进行了大量研究，取得了非常多的成就，并设计出了一些消波装置。但大部分研究都是基于消波装置本身进行研究，对小型海洋平台和消波装置一体化的研究较少。结合以上几点，设计了一种抗恶劣海况的消浪抗浪一体化浮式光伏装置。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种整体结构简单、能抗恶劣海况且施工方便大面积铺设效率高的消浪抗浪一体化浮式光伏装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，一种抗恶劣海况的消浪抗浪一体化浮式光伏装置，包括至少一个浮式光伏单元，浮式光伏单元之间通过连接件连接形成浮式光伏装置，浮式光伏装置通过系泊系统固定，保证自身在恶劣海况条件下工作的安全性，其特征是，并对布置海域形成一个海况较为缓和的掩护区，用于布置其他无法依靠自身进行消浪抗浪的海洋结构物；所述连接件可以避免浮式光伏单元之间的碰撞；所述浮式光伏单元包括漂浮系统、光伏系统、走道系统，漂浮系统用于支撑光伏系统并承受波浪载荷的冲击，光伏系统是浮式光伏装置的光伏发电系统，走道系统设置在光伏系统之间，走道系统为浮式光伏装置后期的维修保养提供便利。
浮式光伏单元之间通过橡胶圈连接，形成单排阵列分布或形成区域阵列分布，单排阵列或区域阵列通过系泊系统固定在水底，保证自身在恶劣海况条件下工作的安全性，浮式光伏装置可以依靠自身的特点，对海浪进行消减，在浮式光伏装置的后面形成海况较为缓和的掩护区，可在此区域进行水产养殖以及布置普通光伏。通过漂浮系统将光伏系统抬高，以及漂浮系统自身的消波效果，可以防止在运营过程中海浪出现喷涌现象，从而影响光伏板的正常工作。
优选的，所述漂浮系统为沿着方形区域布置的利用共振消波的消波型浮体。
优选的，所述消波型浮体包括两个圆形截面浮体、两个方形截面浮体，所述两个圆形截面浮体平行并分别设置在迎浪侧和被浪侧，所述方形截面浮体连接两个圆形截面浮体，方形截面浮体与圆形截面浮体垂直连接，所述消波型浮体中间设有十字交叉型的方形截面浮体。
圆形截面浮体分别设置在迎浪侧和被浪侧，圆柱截面浮体可以有效承载波浪的载荷，在消波型浮体中间设置十字交叉的方形截面浮体，可以有效提高消波型浮体的消波效果，通过将有效承载波浪载荷的圆心截面浮体与可以有效提高消波型浮体消波效果的十字交叉的方形截面浮体组合形成漂浮系统，可以有效的保护光伏系统，保证光伏系统的正常工作。
优选的，所述消波型浮体的四周外侧均设有若干连接柱，所述连接柱包括两个平行的突出部位，两个突出部位之间设有圆柱形杆件，圆柱形杆件与突出部位垂直；浮式光伏单元的连接柱通过连接件与另一个浮式光伏单元的连接柱连接。通过连接柱将浮式光伏单元之间连接根据需要形成单排阵列或区域阵列，模块化程度高，施工方便，大面积铺设效率高。
优选的，所述光伏系统包括支撑结构、光伏组件；所述支撑结构包括若干工字钢和若干方形钢，所述消波型浮体相对两侧均设有若干凹槽，所述若干工字钢通过阵列的方式沿消波型浮体长度方向布置并通过凹槽与消波型浮体镶嵌，所述方形钢设置在工字钢上用于承载光伏组件；在圆形截面浮体上设置凹槽，将工字钢嵌入凹槽形成光伏系统与漂浮系统的连接，圆形截面浮体上通过自身圆形形状特性，镶嵌连接光伏系统，通过螺栓或焊接的方式再进行连接，增强了漂浮系统整体的结构强度，保证了整个浮式光伏装置工作的稳定性；所述工字钢和方形钢为钢材，工字钢是主要的强度构件，直接与消波型浮体搭接，承载光伏组件的重力载荷以及通过消波型浮体传递的波浪载荷；方形钢是辅助构件，依据工字钢侧位置而布置，用于加强光伏系统结构较为薄弱的部位。
所述光伏组件包括若干根加强横梁、若干房屋支架、细横梁、粗横梁、光伏板，所述部分加强横梁以阵列的方式沿消波型浮体长度方向布置形成下层加强横梁，另一部分加强横梁设置在下层加强横梁上形成上层加强横梁，上层加强横梁与下层加强横梁垂直设置并通过自动连接装置连接，所述若干房屋支架以阵列的方式设置在下层加强横梁上，上层加强横梁位于房屋支架内两侧，所述细横梁设置在房屋支架靠近顶部位置，粗横梁设置在房屋支架靠近底部位置，所述光伏板通过细横梁、粗横梁设置在房屋支架上。
加强横梁为方形钢管，布置在工字钢上，用来承载工字钢传递过来的载荷，屋顶支架的材料为铝合金，形状类似与屋顶，屋顶支架的底部与加强横梁通过螺栓螺母连接，所述细横梁与粗横梁为铝合金制的方形管件，每个屋顶支架上设置四根细横梁和两根粗横梁，细横梁位于屋顶支架靠近屋顶位置，粗横梁位于屋顶支架靠近屋顶支架底部位置，细横梁与粗横梁的尺寸差异为光伏板的布置提供构件支持。
优选的，所述自动连接装置包括卡扣爪、基座、按钮、棘轮、撞针和弹簧，所述基座设置在下层加强横梁上，基座两端分别设有“L”型槽口，撞针设置在“L”型槽口内，撞针的一端与棘轮匹配，撞针的另一端与弹簧连接，弹簧设置在基座内，按钮为倒T型，按钮的下部两端分别与撞针接触，棘轮连接卡扣爪。
卡扣爪通过自身结构抓定光伏组件，安装时，上层加强横梁放置在基座上，通过自身重量，按压按钮，按钮的下部结构会将撞针从纵向槽口中向下压到横向槽口，当撞针到达横向槽口后会在弹簧的作用下将撞针推向棘轮，弹簧安装在撞针和基座的凹槽内，卡扣爪和棘轮固定连接在一起转动，此时棘轮的舌簧的作用下转动夹紧上层加强横梁，并且撞针会阻止棘轮逆向转动。通过自动连接装置进行固定连接，具有拆卸方便、安装简易等优点。
优选的，所述下层加强横梁与上层加强横梁的端部的连接处设有止动装置，所述止动装置设有螺栓孔，止动装置通过螺栓螺母与下层加强横梁连接，所述止动装置设有止动块，止动块的高度大于两层加强横梁的高度。
止动装置上部突出的止动块可以限制自动连接装置的卡扣爪连接的光伏组件沿着加强横梁的长度方向运动。
优选的，所述走道系统包括若干铝合金制的走道板，走道板的两侧沿宽度方向分别设有连接结构，走道系统通过连接结构与光伏系统连接。
优选的，所述走道系统设置在房屋支架的两侧。便于后期对光伏组件进行保养和更换。
优选的，所述连接件为橡胶圈通。消波型浮体上的连接柱通过橡胶圈进行连接，连接形式为柔性连接，其优势在于保证每个浮式光伏单元都有各自的运动趋势，尽可能地分散波浪作用再整个浮式光伏装置上的外力，橡胶圈自身的材料属性，在一定程度上可以避免浮式光伏单元之间的碰撞。
本发明具有以下有益效果：1、本发明通过对浮式光伏漂浮系统的改进，采用了大型的浮体模块化设计，即圆形浮体和方形浮体拼接，圆形截面浮体可以有效承载波浪载荷，达到消浪抗浪的目的，在结合设置的十字交叉的方向截面浮体，可以有效提高消波型浮体的消波小姑。布置于恶劣海况条件下，浮式光伏装置可以依靠自身的特点，对海浪进行消减，在装置后面形成海况较为缓和的掩护区，可在此区域内进行水产养殖以及布置普通光伏。
2、本发明通过各种钢材搭建浮式光伏的主体结构，与传统水面浮式光伏相比，避免了浮体之间的耦合碰撞。同时通过钢架的拼接，将光伏系统抬高，防止在运营过程中海浪出现喷涌现象，从而影响光伏板的正常工作。
3、本发明采用大量钢制构件作为浮式光伏装置支撑构件，提高了浮式光伏装置的结构强度。同时本模块化程度高，施工方便，大面积铺设效率高，整体结构简单。
4、根据水域的不同，本发明还可以任意组合成不同的阵列从而进一步提高其利用率。在狭小的水域可以沿着来浪方向拼接成单独一排，在本发明的后方就会形成一个掩护区域从而进行养殖或铺设普通光伏板。在宽阔水域可以将其绕城一圈在中间形成掩护区域，从而进行养殖或铺设普通光伏板。
5、本发明中使用了大量钢管和铝合金管，由于钢铁和铝合金两种材料无法通过传统的焊接工艺进行拼接，因此设计出了一种自动连接装置。此装置通过内部结构的巧妙设计，有效地将钢管和铝合金管连接在一起，具有安装方便、操作简易等特点。
6.本发明的浮式光伏单元之间通过橡胶圈进行连接，连接形式为柔性连接，其优势在于保证每个浮式光伏单元都有各自的运动趋势，尽可能地分散波浪作用再整个浮式光伏装置上的外力，橡胶圈自身的材料属性，在一定程度上可以避免浮式光伏单元之间的碰撞。圆形截面浮体上通过自身圆形形状特性，镶嵌连接光伏系统，用过焊接或螺栓方式进行连接，增强了漂浮系统整体结构强度，保证了整个浮式光伏装置工作的稳定性。
附图说明
图1是本发明整体结构的轴侧图。
图2是本发明单排阵列式分布示意图。
图3是本发明区域阵列式分布示意图。
图4是本发明漂浮系统轴侧图。
图5是本发明浮式光伏单元连接结构示意图。
图6是图5中A处结构放大示意图。
图7是本发明光伏系统轴测图。
图8是本发明支撑结构示意图。
图9是图8中B处结构放大示意图。
图10是本发明光伏组件示意图。
图11是图10中C处结构放大示意图。
图12是图11中D处结构放大示意图。
图13是本发明自动连接装置示意图。
图14是本发明自动连接装置内部结构示意图。
图15是图14中E处结构放大示意图。
图16是自动连接装置运动反向结构示意图。
图17是本发明止动装置示意图。
图18是走道系统走道结构示意图。
图19是走道系统走道布置图。
图中：1漂浮系统、2光伏系统、3走道系统、4消波型浮体、5圆形截面浮体、6方形截面浮体、7连接柱、8橡胶圈、9支撑结构、10光伏组件、11工字刚、12方型钢、13加强横梁、14屋顶支架、15细横梁、16粗横梁、17光伏板、18自动连接装置、19止动装置、20卡扣爪、21基座、22按钮、23棘轮、24撞针、25弹簧、26走道板、27连接结构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的说明。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的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，本发明的可应用于恶劣海况下的一体化浮式光伏装置，包括至少一个浮式光伏单元，浮式光伏单元之间通过连接件连接形成浮式光伏装置，所述连接件可以避免浮式光伏单元之间的碰撞；如图2、3所示，多个浮式光伏单元组成单排阵列或区域阵列，浮式光伏阵列通过系泊系统固定，保证自身在恶劣海况条件下工作的安全性，并对布置海域形成一个海况较为缓和的掩护区，用于布置其他无法依靠自身进行消浪抗浪的海洋结构物；所述浮式光伏单元包括漂浮系统1、光伏系统2、走道系统3，漂浮系统1用于支撑光伏系统2并承受波浪载荷的冲击，光伏系统2是浮式光伏装置的光伏发电系统，是光伏发电系统的关键系统，走道系统3设置在光伏系统2之间，走道系统3为浮式光伏装置后期的维修保养提供便利。
如图4所示，所述漂浮系统1为沿着方形区域布置的利用共振消波的消波型浮体4；区域四周浮体的截面形状分为两种，圆形截面浮体5和方形截面浮体6；两个圆形截面浮体5平行并分别设置在浮式光伏装置的迎浪侧和被浪侧，主要承载波浪载荷，达到消浪抗浪的目的；两个方形截面浮体6作为支撑部位，主要用来连接两侧的圆形截面浮体5，方形截面浮体6与圆形截面浮体5垂直连接，所述消波型浮体4中间设有十字交叉型的方形截面浮体，可以有效提高消波型浮体4的消波效果。所述消波型浮体4的四周外侧均设有若干一体成型的连接柱7，圆形截面浮体5上通过自身圆形形状特性，镶嵌连接着光伏系统2。
如图5、6所示，所述连接柱7由圆形截面浮体5两个突出的部位以及突出的部位通过圆柱形的杆件组成，消波型浮体4上有多个连接柱7，通过橡胶圈8进行连接，连接形式为柔性连接，其优势在于保证每个浮式光伏单元都有各自的运动趋势，尽可能地分散波浪作用在整个浮式光伏电站上的外力。橡胶圈8自身的材料属性，在一定程度上可以避免浮式光伏单元之间的碰撞。
如图7所示，所述光伏系统2包括支撑结构9、光伏组件10；与圆形截面浮体5上的凹槽进行镶嵌，通过焊接或螺栓的方式进行连接，增强了漂浮系统1整体的结构强度，保证了整个浮式光伏装置工作的稳定性。
如图8、9所示，所述支撑结构9包括若干工字钢11和若干方形钢12，并通过阵列的方式沿着圆形截面浮体5的长度方向进行布置，工字钢11是主要的强度构件，直接与消波型浮体4进行搭接，承载光伏组件10的重力载荷以及通过消波型浮体4传递的波浪载荷。方型钢12是辅助构件，依据工字钢11的位置而布置，以“人”字型设置在工字钢11上，用于加强光伏系统2结构较为薄弱的部位。
如图10、11、12所示，所述光伏组件10包括加强横梁13、房屋支架14、细横梁15、粗横梁16、光伏板17，所述加强横梁13为方形钢管，布置于工字钢11上，用来承载工字钢11传递过来的载荷。所述部分加强横梁以阵列的方式沿消波型浮体4长度方向布置形成下层加强横梁，另一部分加强横梁设置在下层加强横梁上形成上层加强横梁，上层加强横梁与下层加强横梁垂直设置并通过自动连接装置18连接，所述屋顶支架14材料为铝合金，形状类似于屋顶，屋顶支架14底部与下层加强横梁通过螺栓螺母连接，上层加强横梁位于房屋支架14内两侧，所述细横梁15和粗横梁16为铝合金制的方形管件，所述细横梁15设置在房屋支架14靠近顶部位置，粗横梁16设置在房屋支架14靠近底部位置，细横梁15与粗横梁16的尺寸差异为光伏板17的布置提供构件支持，所述光伏板17通过细横梁15、粗横梁16设置在房屋支架14上。走道系统3布置于屋顶支架14之间。
如图13、14、15、16所示，加强横梁之间连接处通过自动连接装置18进行连接，所述自动连接装置18包括卡扣爪20、基座21、按钮22、棘轮23、撞针24和弹簧25，所述基座21设置在下层加强横梁上，基座21两端分别设有“L”型槽口，撞针24设置在“L”型槽口内，撞针24的一端与棘轮23匹配，撞针24的另一端与弹簧25连接，弹簧25设置在基座24内，按钮22为倒T型，按钮22的下部两端分别与撞针24接触，棘轮23连接卡扣爪20。卡扣爪20通过自身结构抓定光伏组件10，安装时，上层加强横梁放置在基座21上，通过自身重量，按压按钮22，按钮22的下部结构会将撞针24从纵向槽口中向下压到横向槽口，当撞针24到达横向槽口后会在弹簧25的作用下将撞针24推向棘轮23，弹簧25安装在撞针24和基座21的凹槽内，卡扣爪20和棘轮23固定连接在一起转动，此时棘轮23的舌簧的作用下转动夹紧上层加强横梁，并且撞针24会阻止棘轮23逆向转动。
如图17所示，所述下层加强横梁与上层加强横梁的端部的连接处设有止动装置19，所述止动装置19设有螺栓孔，止动装置19通过螺栓螺母与下层加强横梁连接，所述止动装置19上部的突出部位设有止动块，止动块的高度大于两层加强横梁的高度，可限制自动连接装置18的卡口抓20连接的光伏组件10沿着加强横梁的长度方向运动。
如图18、19所示，所述走道系统3包括若干铝合金制的走道板26，走道板26的两侧沿宽度方向分别设有连接结构27，走道板26通过连接结构27与光伏系统2连接。走道板26布置于屋顶支架14之间，便于后期对光伏组件10进行保养和更换。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种抗恶劣海况的消浪抗浪一体化浮式光伏装置，包括至少一个浮式光伏单元，浮式光伏单元之间通过连接件连接形成浮式光伏装置，浮式光伏装置通过系泊系统固定，保证自身在恶劣海况条件下工作的安全性，其特征是，浮式光伏装置对布置海域形成一个海况缓和的掩护区，用于布置其他无法依靠自身进行消浪抗浪的海洋结构物；所述连接件可以避免浮式光伏单元之间的碰撞；所述浮式光伏单元包括漂浮系统（1）、光伏系统（2）、走道系统（3），漂浮系统（1）用于支撑光伏系统（2）并承受波浪载荷的冲击，光伏系统（2）是浮式光伏装置的光伏发电系统，走道系统（3）设置在光伏系统（2）之间，走道系统（3）为浮式光伏装置后期的维修保养提供便利；
所述漂浮系统（1）为沿着方形区域布置的利用共振消波的消波型浮体（4）；所述消波型浮体（4）的四周外侧均设有若干连接柱（7），所述连接柱（7）包括两个平行的突出部位，两个突出部位之间设有圆柱形杆件，圆柱形杆件与突出部位垂直；浮式光伏单元的连接柱通过连接件与另一个浮式光伏单元的连接柱连接；
所述光伏系统（2）包括支撑结构（9）、光伏组件（10）；所述支撑结构（9）包括若干工字钢（11）和若干方形钢（12），所述方形钢（12）两两之间以“人”字型设置在工字钢（11）上；所述消波型浮体（4）相对两侧均设有若干凹槽，所述若干工字钢（11）通过阵列的方式沿消波型浮体（4）长度方向布置并通过凹槽与消波型浮体（4）镶嵌，所述方形钢（12）设置在工字钢（11）上用于承载光伏组件（10）；
所述光伏组件（10）包括若干根加强横梁（13）、若干房屋支架（14）、细横梁（15）、粗横梁（16）、光伏板（17），部分所述加强横梁以阵列的方式沿消波型浮体（4）长度方向布置形成下层加强横梁，另一部分加强横梁设置在下层加强横梁上形成上层加强横梁，上层加强横梁与下层加强横梁垂直设置并通过自动连接装置（18）连接，所述若干房屋支架（14）以阵列的方式设置在下层加强横梁上，上层加强横梁位于房屋支架（14）内两侧，所述细横梁（15）设置在房屋支架（14）靠近顶部位置，粗横梁（16）设置在房屋支架（14）靠近底部位置，所述光伏板（17）通过细横梁（15）、粗横梁（16）设置在房屋支架（14）上。
2.根据权利要求1所述的一种抗恶劣海况的消浪抗浪一体化浮式光伏装置，其特征是，所述消波型浮体（4）包括两个圆形截面浮体（5）、两个方形截面浮体（6），所述两个圆形截面浮体（5）平行并分别设置在迎浪侧和被浪侧，所述方形截面浮体（6）连接两个圆形截面浮体（5），方形截面浮体（6）与圆形截面浮体（5）垂直连接，所述消波型浮体（4）中间设有十字交叉型的方形截面浮体。
3.根据权利要求1所述的一种抗恶劣海况的消浪抗浪一体化浮式光伏装置，其特征是，所述自动连接装置（18）包括卡扣爪（20）、基座（21）、按钮（22）、棘轮（23）、撞针（24）和弹簧（25），所述基座（21）设置在下层加强横梁上，基座（21）两端分别设有“L”型槽口，撞针（24）设置在“L”型槽口内，撞针（24）的一端与棘轮（23）匹配，撞针（24）的另一端与弹簧（25）连接，弹簧（25）设置在基座（24）内，按钮（22）为倒T型，按钮（22）的下部两端分别与撞针（24）接触，棘轮（23）连接卡扣爪（20）。
4.根据权利要求1所述的一种抗恶劣海况的消浪抗浪一体化浮式光伏装置，其特征是，所述下层加强横梁与上层加强横梁的端部的连接处设有止动装置（19），所述止动装置（19）设有螺栓孔，止动装置（19）通过螺栓螺母与下层加强横梁连接，所述止动装置（19）设有止动块，止动块的高度大于两层加强横梁的高度。
5.根据权利要求1所述的一种抗恶劣海况的消浪抗浪一体化浮式光伏装置，其特征是，所述走道系统（3）包括若干铝合金制的走道板（26），走道板（26）的两侧沿宽度方向分别设有连接结构（27），走道板（26）通过连接结构（27）与光伏系统（2）连接。
6.根据权利要求1所述的一种抗恶劣海况的消浪抗浪一体化浮式光伏装置，其特征是，所述连接件为橡胶圈（8）。
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