CN116961548B - 一种光-波协同作用的海上发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光‑波协同作用的海上发电装置，包括太阳能板组件、反光镜组件、收缩杆组件、不倒基础组件和感光调节组件，太阳能板组件与不倒基础组件相连，反光镜组件分别与太阳能板组件、收缩杆组件相连，收缩杆组件与不倒基础组件铰接，不倒基础组件与感光调节组件相连；收缩杆组件包括反光镜底座支撑杆、固定支撑架、支撑环架、防浪墙、收缩杆、收缩弹簧端、收缩弹簧、反光镜组件支撑杆、波浪能发电机固定支撑架与反光镜底座支撑杆、支撑环架相连，支撑环架远离反光镜底座支撑杆的一侧设置防浪墙，防浪墙上波浪能发电机。本发明实现有效追光，最大化利用光能，可以降低整体装置的结构重心，实现波浪能的收集，降低波浪对平台结构的冲击。

Description

一种光-波协同作用的海上发电装置
技术领域
本发明属于发电装置，具体为一种光-波协同作用的海上发电装置。
背景技术
光能是目前能源体系中熟知的清洁能源，使用光伏进一步发电可以减少煤炭等化石能源的消耗，另一方面也可以促进可再生能源的利用。新利用能源，最常见的就是风能及太阳能的循环利用，能够减少环境污染，促进人体健康。
陆地上的光伏发电应用较为成熟，而海洋上的光伏发电技术需要进一步加强与提升，尤其是海上涉及到倒波浪等环境因素的破坏，海上光伏的设计与开发需要考虑到实际因素，海面的光伏板阵列会使得海域大面积无光。所以，研发小型光伏结构，并舍使得光伏板随着太阳光的照射方向改变而改变是非常重要的，实现光伏板的追光，对于光伏设计具有一定的挑战性。
申请号为201711222821.X的中国专利公开了一种自动追光发电装置，由左右旋转机构和上下摆头机构带动太阳能板旋转及摆动，装置使太阳能板能迅速运动并正对太阳，但是该追光发电装置使用的控制技术是引线控制，即通过主控箱将相应的电缆与其他电控装置和发电装置相连，容易形成结构缠绕；另外，所使用的太阳能板旋转技术是通过齿轮进行旋转，没有额外的支撑结构，整个太阳能板及上部结构的重力全部由齿轮承担，容易导致齿轮的损坏和断裂。
所以，目前以下的几个问题急需解决：(1)海洋光伏板实现追光，不采用电缆进行信号传递，最大化利用光能；(2)海上光伏板基座受到海水的撞击，增加防浪消波装置，对于光伏结构的稳定性具有一定的促进作用。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种能够最大化利用光能、能够适应恶劣工作环境、多自由度柔性支撑的光-波协同作用的海上发电装置。
技术方案：本发明所述的一种光-波协同作用的海上发电装置，包括太阳能板组件、反光镜组件、收缩杆组件、不倒基础组件和感光调节组件，太阳能板组件与不倒基础组件相连，反光镜组件分别与太阳能板组件、收缩杆组件相连，收缩杆组件与不倒基础组件铰接，不倒基础组件与感光调节组件相连；收缩杆组件包括反光镜底座支撑杆、固定支撑架、支撑环架、防浪墙、收缩杆、收缩弹簧端、收缩弹簧、反光镜组件支撑杆、波浪能发电机固定支撑架与反光镜底座支撑杆、支撑环架相连，支撑环架远离反光镜底座支撑杆的一侧设置防浪墙，防浪墙上波浪能发电机，支撑环架与收缩杆铰接，收缩杆通过收缩弹簧与收缩弹簧端相连，反光镜组件支撑杆通过收缩弹簧端与收缩弹簧相连。
进一步地，反光镜底座支撑杆与反光镜组件通过套筒相连，套筒内设置弹簧阻尼缓冲装置，通过收缩弹簧与收缩杆之间的连接，反光镜底座支撑杆及其上部结构朝着一边进行倾斜的时候，该收缩弹簧的形状就会发生变化，使得上下部的收缩杆、反光镜组件支撑杆不在同一条轴线上，此时的阻尼缓冲装置对收缩弹簧的变形起到一定的缓冲作用，就是使得收缩杆在往下压缩和往上弹出的时候起到缓冲作用，缓慢运动，从而减少反光镜组件及其上部结构的快速振动导致的损坏。波浪能发电机在恶劣环境中起到防浪消波的作用，海流发电机及垂直振动发电机充分利用光伏板所在环境中的可再生能源，综合利用海洋能。
进一步地，太阳能板组件包括太阳能板、支撑杆、旋转轴、柔性调节索和旋转板；支撑杆穿过太阳能板，支撑杆与太阳能板的相交处设置能够带动太阳能板转动的旋转轴，旋转板的一端与反光镜组件铰接，另一端支撑杆相连。支撑杆形成长方形阵列。太阳能板两两对称设置。
进一步地，反光镜组件包括喇叭形反光镜、旋转型反光镜、反光镜底座、旋转板支撑、旋转板转轴；喇叭形反光镜与反光镜底座焊接固连，旋转型反光镜与反光镜底座转动连接，旋转型反光镜通过旋转板支撑与旋转板转轴相连，旋转板转轴能够通过电机的转动带动其转动。旋转板转轴和旋转板支撑上的孔通过轴承配合连接，旋转板支撑上设置电机，电机的输出轴与旋转板转轴通过联轴器相连。旋转型反光镜及喇叭形反光镜实现太阳能板未能捕捉的光，将其反射倒太阳能板上，进一步反射至水中，实现光的重复利用。
进一步地，不倒基础组件包括不倒翁底座、海流发电装置、固定圆圈、外环固定杆、旋转外环、底座铰接孔、调节滑轮、垂直振动发电机，不倒翁底座为中空结构并能够注入与排出压载水，不倒翁底座根据收缩杆组件的偏转角度增大，往注水仓中注水，增大底部重量，实现重心下移的目的，保证光伏板的稳定性；不倒翁底座上设置若干固定圆圈、底座铰接孔和垂直振动发电机，固定圆圈内设置海流发电装置，不倒翁底座通过外环固定杆与旋转外环相连，调节滑轮设置在旋转外环上。底座铰接孔与反光镜底座支撑杆铰接，调节滑轮与感光调节组件相连。旋转外环包括大旋转外环、小旋转外环和滑动滚珠，小旋转外环通过滑动滚珠与大旋转外环转动连接。大旋转外环与感光调节组件固连，小旋转外环与外环固定杆固连。
进一步地，感光调节组件包括感光浮标和柔性绳索，感光浮标通过柔性绳索与不倒基础组件相连。
工作原理：通过对光伏板的追光处理实现，完成光能的最大化利用，其次使用波浪能发电装置实现放浪消波的功能，使用感光装置对柔性调节索进行绷紧与放松，实现太阳能板的方向转换。
当太阳光正中间垂直照射的时候，太阳能板组件平摊起来，使得太阳能板最大面积受到光照，四个感光调节组件的感光浮标朝着各自方向移动，使得柔性调节索处于绷紧状态，且四根绳索受到的力是相同的。
当太阳光水平照射的时候，支撑杆上的太阳能板就会形成相对的面及相对角度，适应光的照射。
当光照角度发生偏移时，对称的太阳能板就会受到旋转轴电机的驱动旋转，从而发生角度偏转，同时四个感光浮标根据光照角度进行位移调整，将柔性调节绳索拉直，分配受力比例，通过调节滑轮传递力的大小，使得太阳能板组件处于稳定状态，实时追光。在太阳能板发生偏转的同时，与收缩杆组件连接的旋转板也会发生转动，反光镜底座支撑杆连接喇叭形反光镜上的也会发生转动，就可以实现改变太阳能板在水平面上各个方向的朝向，从而实现追光的目的。
在海况极端恶劣的情况下，收缩杆组件中的反光镜底座支撑杆、收缩弹簧端、收缩杆、收缩弹簧组成的杆件就会随着反光镜组件的下移而缩短，使得太阳能板组件重心下移，避免恶劣环境的损坏。
有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：
1、太阳能板组件实现有效追光，最大化利用光能，一方面能够降低海上安装作业的困难，另一方面能够实现太阳能板的追光功能；
2、设置垂直振动发电机、海流发电装置等多个波浪能收集装置，既可以降低整体装置的结构重心，也可以实现波浪能的收集，降低波浪对平台结构的冲击；
3、光的反射与折射组合结构，二次利用照射的光能，也可以将最后没能吸收完的光能反射进入水面，尽量不影响水面及水底的生物光合作用；
4、太阳能板的相对运动，以及相对转动，使用可收张式太阳能板支撑结构，实现太阳能板平行展开；
5、使用感光浮标结构及柔性调节索，使得组合太阳能板平衡工作状态；
6、收缩杆组件底部使用不倒翁型可调节压载水的重心调节浮子，调节整体结构的重心以及实现光伏结构的暴风规避。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明太阳能板组件1的结构示意图。
图3是本发明反光镜组件2的结构示意图。
图4是本发明收缩杆组件3的结构示意图。
图5是本发明波浪能发电机39的结构示意图。
图6是本发明不倒翁基础组件4的结构示意图。
图7是本发明不倒翁底座41的剖视图。
图8是本发明海流发电装置42的结构示意图。
图9是本发明垂直振动发电机48的结构示意图。
图10是本发明旋转外环45的局部放大图。
图11是本发明感光调节组件5的结构示意图。
图12是本发明感光调节组件5与旋转外环45的连接示意图。
图13是本发明太阳能板组件1在太阳光垂直照射时的状态示意图。
图14是本发明太阳能板组件1在太阳光倾斜照射时的状态示意图。
图15是本发明太阳能板组件1在太阳光水平照射时的状态示意图。
具体实施方式
如图1，光-波协同作用的海上发电装置用于海上光能及波浪能的拾取，并转化为电能，包括太阳能板组件1、反光镜组件2、收缩杆组件3、不倒基础组件4、感光调节组件5。太阳能板组件1置于反光镜组件2的上部，反光镜组件2安装在收缩杆组件3的上部，不倒翁基础组件4与收缩杆组件3采用可转动式铰接形式进行连接。不倒基础组件4与感光调节组件5相连。太阳能板组件1在反光镜组件2的驱动下能够绕中心处360°旋转，并且，太阳能板组件1自身的夹角可调。
如图2，太阳能板组件1包括太阳能板11、支撑杆12、旋转轴13、柔性调节索14、旋转板15。支撑杆12围合成长方形形状，中间隔成八个小长方形，对称放置2根旋转轴13，旋转轴13置于每个小长方体的中部，太阳能板11为光伏板，其面积略小于小长方形的面积，也是长方形形状，两两对称设置。太阳能板11使用的主要材料是硅，表面材质(PET/ETFE/玻璃)+EVA+太阳能电池片+EVA+背面材质(PCB/TPT)进行生产制造。支撑杆12穿过太阳能板11，支撑杆12与太阳能板11的相交处设置能够带动太阳能板11转动的旋转轴13，旋转板15的一端与反光镜组件2铰接，另一端支撑杆12相连。支撑杆12与柔性调节索14固定连接，柔性调节索14与不倒翁基础组件4滑动连接。
如图3，反光镜组件2包括喇叭形反光镜21、旋转型反光镜22、反光镜底座23、旋转板支撑24、旋转板转轴25。旋转型反光镜22与反光镜底座23转动连接。旋转板支撑24和反光镜底座23焊接固连，旋转板转轴25和旋转板支撑24上的孔通过轴承配合连接，旋转板支撑24上安装有提供旋转的电机，电机的输出轴与旋转板转轴25通过联轴器相连。喇叭形反光镜21与反光镜底座23焊接固连。旋转型反光镜22通过轴及轴承与旋转板轴承25进行连接，可通过电机的转动带动旋转板转轴25进行转动。旋转板支撑24与反光镜底座23垂直连接。
如图4～5，所述收缩杆组件3包括反光镜底座支撑杆31、固定支撑架32、支撑环架33、防浪墙34、收缩杆35、收缩弹簧端36、收缩弹簧37、反光镜组件支撑杆38、波浪能发电机39。反光镜底座支撑杆31安装在收缩杆组件3的正中间，固定支撑架32与反光镜底座支撑杆31呈X型焊接固连。支撑环架33与固定支撑架32的两端焊接固定。收缩杆组件3四周安装防浪墙34，防浪墙34与支撑环架33焊接，并开有长方形孔，用于安装波浪能发电机39。支撑环架33的顶端接缝处焊接安装有与收缩杆35铰接的滚轴孔，通过轴及轴承将收缩杆35与支撑环架进行连接安装。收缩杆35与收缩弹簧端36固定连接，反光镜组件支撑杆38与收缩弹簧端36固定连接，两个收缩弹簧端36之间通过收缩弹簧37与连接，反光镜组件支撑杆38的上端与喇叭形反光镜21的底部中心处铰接。由收缩杆35、收缩弹簧37、两个收缩弹簧端36、反光镜组件支撑杆38组成的部件通过受压可以缩短长度。波浪能发电机39安装在防浪墙34的长方形框架内。反光镜底座支撑杆23与反光镜底座32通过套筒连接的方式进行安装，套筒内放置弹簧阻尼缓冲装置，通过收缩弹簧37与收缩杆35之间的连接，反光镜底座支撑杆31及其上部结构朝着一边进行倾斜的时候，该收缩弹簧37的形状就会发生变化，使得上下部的收缩杆35、反光镜组件支撑杆38不在同一条轴线上，此时的阻尼缓冲装置对收缩弹簧37的变形起到一定的缓冲作用，就是使得收缩杆35在往下压缩和往上弹出的时候起到缓冲作用，缓慢运动，从而减少反光镜组件2及其上部结构的快速振动导致的损坏。波浪能发电机39用于将X、Y轴方向的波浪能转化为电能。
如图6～9，不倒翁基础组件4包括不倒翁底座41、海流发电装置42、固定圆圈43、外环固定杆44、旋转外环45、底座铰接孔46、调节滑轮47、垂直振动发电机48。不倒翁底座41是中空形式设置注水仓411，内部可进行压载水的注入与排出。不倒翁底座41的底部固定设有用于安装垂直振动发电机48的垂直振动发电机基座412，垂直振动发电机48用于将Z轴方向的波浪能转化为电能。底座铰接孔46用于反光镜底座支撑杆31的一端铰接连接。不倒翁底座41上固定连接有若干组对称设置的固定圆圈43，固定圆圈43内设置海流发电装置42，海流发电装置42用于将X、Y轴方向的波浪能转化为电能。外环固定杆44与不倒翁底座41呈圆周阵列4个进行固连，与旋转外环45滑动连接。调节滑轮47安装在旋转外环45上，调节滑轮47与柔性调节索14、感光调节组件5固连，感光调节组件5能够沿着旋转外环45滑动。通过柔性调节索14穿过调节滑轮47对支撑杆12进行拉紧和放松。
如图10，旋转外环45包括大旋转外环451、小旋转外环452和滑动滚珠453，小旋转外环452通过滑动滚珠453与大旋转外环451转动连接，使得大旋转外环451、小旋转外环452能发生相对转动。大旋转外环451与感光调节组件5的柔性绳索52固连，小旋转外环452与外环固定杆44固连。
如图11～12，感光调节组件5包括四个感光浮标51和四个柔性绳索52，两两为一组，间隔90°设置，感光浮标51通过柔性绳索52与大旋转外环451固连。感光浮标51通过远离和靠近旋转外环45产生拉力作用于柔性绳索52。
四个感光浮标51上都带有光能感应仪器，分别记为A、B、C、D。光能感应仪器A、B、C、D上同时设置有感光装置及数据信息共享感应装置，由于光照只能从一侧照相另一侧，所以四个感光浮标51中一定会有光照的区别和不同。假设太阳能板11受到左边太阳光的照射，B、C两个感光浮标51受到强光，BC的信息装置和数据实时于A、D共享，B、C两个感光浮标51就会向着左边移动，整个太阳能板11及其结构整体向左边倾斜，此时的A、D两个感光浮标51就会被受拉力朝着左边移动，直到A、B、C、D四条柔性绳索52都处于张紧状态，四个感光浮标51处于静止状态。反之，如果光照由右边照向左边，则A、D和B、C的功能刚好互补，形成以上的过程循环。
以上就是为了感光浮标51受到光照和太阳能板11的光照差异，从而感光浮标51移动使得柔性绳索52张紧，一方面带动太阳能板组件1的旋转和移动，另一方面自适应整个结构处于稳定和平衡的状态。
如图13，当太阳光正中间垂直照射的时候，太阳能板组件1平摊开来，使得太阳能板11最大面积受到光照，四个感光浮标51朝着各自方向移动，使得柔性调节索14处于绷紧状态，且四根柔性调节索14受到的力是相同的。如图14，当光照角度发生偏移时，对称的太阳能板11就会受到驱动旋转板转轴25的电机的驱动而旋转，从而发生角度偏转，同时四个感光浮标51根据光照角度进行位移调整，将柔性调节索14拉直，分配受力比例，通过调节滑轮47传递力的大小，使得太阳能板组件1处于稳定状态，实时追光。在太阳能板11发生偏转的同时，与收缩杆组件3连接的旋转板15也会发生转动，反光镜底座支撑杆31连接喇叭形反光镜21上的铰接孔也会发生转动，就可以实现改变太阳能板11在水平面上各个方向的朝向，从而实现追光的目的。
如图15，当太阳光水平照射的时候，支撑杆12上的太阳能板11就会形成相对的面及相对角度，适应光的照射。
在海况极端恶劣的情况下，收缩杆组件3中的反光镜底座支撑杆31、收缩弹簧端36、收缩杆35、收缩弹簧37组成的杆件就会随着反光镜组件2的下移而缩短，使得太阳能板组件1重心下移，避免恶劣环境的损坏。

Claims (9)

1.一种光-波协同作用的海上发电装置，其特征在于：包括太阳能板组件（1）、反光镜组件（2）、收缩杆组件（3）、不倒基础组件（4）和感光调节组件（5），所述太阳能板组件（1）与不倒基础组件（4）相连，所述反光镜组件（2）分别与太阳能板组件（1）、收缩杆组件（3）相连，所述收缩杆组件（3）与不倒基础组件（4）铰接，所述不倒基础组件（4）与感光调节组件（5）相连；所述收缩杆组件（3）包括反光镜底座支撑杆（31）、固定支撑架（32）、支撑环架（33）、防浪墙（34）、收缩杆（35）、收缩弹簧端（36）、收缩弹簧（37）、反光镜组件支撑杆（38）、波浪能发电机（39），所述固定支撑架（32）与反光镜底座支撑杆（31）、支撑环架（33）相连，所述支撑环架（33）远离反光镜底座支撑杆（31）的一侧设置防浪墙（34），所述防浪墙（34）上安装有波浪能发电机（39），所述支撑环架（33）与收缩杆（35）铰接，所述收缩杆（35）通过收缩弹簧（37）与收缩弹簧端（36）相连，所述反光镜组件支撑杆（38）通过收缩弹簧端（36）与收缩弹簧（37）相连；
所述反光镜组件（2）包括喇叭形反光镜（21）、旋转型反光镜（22）、反光镜底座（23）、旋转板支撑（24）、旋转板转轴（25）；所述喇叭形反光镜（21）与反光镜底座（23）焊接固连，所述旋转型反光镜（22）与反光镜底座（23）转动连接，所述旋转板支撑（24）和反光镜底座（23）焊接固连，所述旋转型反光镜（22）通过轴及轴承与旋转板转轴（25）进行连接，所述旋转板转轴（25）能够通过电机的转动带动其转动。
2.根据权利要求1所述的一种光-波协同作用的海上发电装置，其特征在于：所述反光镜底座支撑杆（31）与反光镜组件（2）通过套筒相连，所述套筒内设置弹簧阻尼缓冲装置。
3.根据权利要求1所述的一种光-波协同作用的海上发电装置，其特征在于：所述太阳能板组件（1）包括太阳能板（11）、支撑杆（12）、旋转轴（13）、柔性调节索（14）和旋转板（15）；所述支撑杆（12）穿过太阳能板（11），所述支撑杆（12）与太阳能板（11）的相交处设置能够带动太阳能板（11）转动的旋转轴（13），所述旋转板（15）的一端与反光镜组件（2）铰接，另一端支撑杆（12）相连；所述支撑杆（12）与柔性调节索（14）固定连接，所述柔性调节索（14）与不倒基础组件（4）滑动连接。
4.根据权利要求3所述的一种光-波协同作用的海上发电装置，其特征在于：所述支撑杆（12）形成长方形阵列。
5.根据权利要求3所述的一种光-波协同作用的海上发电装置，其特征在于：所述太阳能板（11）两两对称设置。
6.根据权利要求1所述的一种光-波协同作用的海上发电装置，其特征在于：所述旋转板转轴（25）和旋转板支撑（24）上的孔通过轴承配合连接，所述旋转板支撑（24）上设置电机，所述电机的输出轴与旋转板转轴（25）通过联轴器相连。
7.根据权利要求1所述的一种光-波协同作用的海上发电装置，其特征在于：所述不倒基础组件（4）包括不倒翁底座（41）、海流发电装置（42）、固定圆圈（43）、外环固定杆（44）、旋转外环（45）、底座铰接孔（46）、调节滑轮（47）、垂直振动发电机（48），所述不倒翁底座（41）为中空结构并能够注入与排出压载水，所述不倒翁底座（41）上设置若干固定圆圈（43）、底座铰接孔（46）和垂直振动发电机（48），所述固定圆圈（43）内设置海流发电装置（42），所述不倒翁底座（41）通过外环固定杆（44）与旋转外环（45）相连，所述调节滑轮（47）设置在旋转外环（45）上。
8.根据权利要求7所述的一种光-波协同作用的海上发电装置，其特征在于：所述底座铰接孔（46）与反光镜底座支撑杆（31）铰接，所述调节滑轮（47）与感光调节组件（5）相连。
9.根据权利要求1所述的一种光-波协同作用的海上发电装置，其特征在于：所述感光调节组件（5）包括感光浮标（51）和柔性绳索（52），所述感光浮标（51）通过柔性绳索（52）与不倒基础组件（4）相连。
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