CN117104398B - 一种以抗浪板为基础的水下海上光伏发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及海上光伏发电设备技术领域,特别是涉及一种以抗浪板为基础的水下海上光伏发电装置,包括抗浪单元、水下系泊单元和光伏发电单元,光伏发电单元设置在抗浪单元的上侧,水下系泊单元连接在抗浪单元的下侧,抗浪单元包括抗浪板,抗浪板为上表面凸起的板状结构置,抗浪板的横截面为下方水平上方凸起的形状,抗浪板整体位于水面以下,抗浪板的上凸起面的圆周边缘上围绕连接有挡板。本发明采用上述一种以抗浪板为基础的水下海上光伏发电装置,有效的减缓二阶漂移力对于装置的影响,可以有效地减少系泊装置的安装,极大的降低了海上光伏装置的安装成本,提高装置的经济适用性。

Description

一种以抗浪板为基础的水下海上光伏发电装置
技术领域
本发明涉及海上光伏发电装置技术领域,特别是涉及一种以抗浪板为基础的水下海上光伏发电装置。
背景技术
相比于其他种类的可再生能源,太阳能具有能量储备多、分布范围广等诸多优点,太阳能来源相对稳定,可投产地域广泛,海上支撑系泊装置的使用则能有效节约土地资源,二者的有机结合将为新能源领域的发展开辟新的应用市场。然而,现有的海上光伏发电装置无法满足目前的市场需求,装置抗波浪性能不佳,无法在多风、多浪的海洋环境中保持稳定的能源输出,甚至可能被损毁。尤其是波浪的二阶漂移力,对于海洋结构物而言,锚泊系统所提供的水平运动回复力可能比较小,低频波浪二阶漂移力的频率可能与系统较低的水平运动固有频率接近而产生共振从而产生相当大的水平运动,在锚泊系统中引起很大的附加应力。这种应力可能损害锚泊系统,导致锚泊系统失效甚至使海洋结构物发生损坏。所以减小二阶漂移力的影响显得十分重要。
海上光伏装置在抗浪性上的性能缺陷已经严重阻碍了海上可再生能源的发展。因而投入一款以抗浪板为基础的水下海上光伏发电装置在当下具有重要价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种以抗浪板为基础的水下海上光伏发电装置,有效的减缓二阶漂移力对于装置的影响,可以有效地减少系泊装置的安装,极大的降低了海上光伏装置的安装成本,提高装置的经济适用性。
为实现上述目的,本发明提供了一种以抗浪板为基础的水下海上光伏发电装置,包括抗浪单元、水下系泊单元和光伏发电单元,光伏发电单元设置在抗浪单元的上侧,水下系泊单元连接在抗浪单元的下侧,抗浪单元包括抗浪板,抗浪板为上表面凸起的板状结构置,抗浪板的横截面为下方水平上方凸起的形状,抗浪板整体位于水面以下,抗浪板的上凸起面的圆周边缘上围绕连接有挡板。
优选的,抗浪板整体位于水下30~50cm处。
优选的,抗浪板上凸起面的公式为:
在直角坐标系中为
在极坐标系中为
其中,α为表面形状参数,α越大,上凸起面凸起幅度越大。
优选的,光伏发电单元包括光伏板,光伏板粘贴在抗浪板的上表面并设置在挡板内侧。
优选的,水下系泊单元包括系泊挂钩和系泊缆,系泊缆通过系泊挂钩与抗浪板下面的最低点连接。
优选的,光伏板与抗浪板之间通过高分子防水胶进行粘贴。
优选的,抗浪板材料为高性能复合发泡材料,且抗浪板表面涂有抗腐蚀防晒涂层。
优选的,水下系泊单元的材料为高性能复合材料,且水下系泊单元的表面涂有抗腐蚀涂层。
本发明的机理:
由于抗浪板特定形状的曲面,确保了曲面有特定折射率,这种折射率分布将确保弯曲平面对平面的传播特性的模拟,从而使弯曲平面对限制在该表面的波不可见,实现对波的屏蔽作用,在一定程度上避免二阶漂移力的影响。曲面形状与折射率的获得是通过将光线穿过具有均匀折射率的平面时的光程长度与两条正交路径的折射率取决于角度的旋转对称曲面上的光程相等来计算的。
由于波解的物理系统被允许具有许多共同的性质,因此可以预期变换光学方法适用于任何具有形式不变控制方程的波系统,这一点在水波中已经得到证实。因此基于以上理论,本发明公开的阻尼板通过利用弯曲的几何形状实现各向同性的、全向的对波的屏蔽作用,使表面的曲率看起来不可见,从而有效减小二阶漂移力的影响。
本发明的有益效果:
本发明以抗浪板为基架,既可以安装太阳能光伏板,又可以在海浪中保持装置的稳定。抗浪板的上表面为凸面,可以保证光伏发电装置在海水波浪中的稳定性,有效的减缓二阶漂移力对于装置的影响,减少系泊装置的安装,从而降低海上光伏装置的安装成本,提高海上光伏装置的适用范围。光伏板位于海平面以下,可以利用海水对装置进行有效降温,从而避免装置过热,在保护装置的同时也提高装置的工作效率。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明一种以抗浪板为基础的水下海上光伏发电装置实施例的示意图;
图2是本发明一种以抗浪板为基础的水下海上光伏发电装置抗浪板的示意图;
图3是本发明一种以抗浪板为基础的水下海上光伏发电装置抗浪板的前视图;
图4是本发明一种以抗浪板为基础的水下海上光伏发电装置光伏板的示意图。
附图标记:
1、抗浪单元;11、抗浪板;12、挡板;2、水下系泊单元;21、系泊挂钩;22、系泊缆;3、光伏发电单元;31、光伏板。
具体实施方式
下面结合实施例,对本发明进一步描述。除非另外定义,本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明提到的上述特征或具体实例提到的特征可以任意组合,这些具体实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
请参阅图1至图4,如图所示,本发明提供了一种以抗浪板为基础的水下海上光伏发电装置,包括抗浪单元1、水下系泊单元2和光伏发电单元3,光伏发电单元3设置在抗浪单元1的上侧,水下系泊单元2连接在抗浪单元1的下侧。抗浪单元1包括抗浪板11,抗浪板11为上表面凸起的板状结构,抗浪板11的横截面为上方凸起下方水平的结构,抗浪板11整体位于水面下30-50cm处。
抗浪板11上凸起面的公式为:
在直角坐标系中为
在极坐标系中为
其中,α为表面形状参数,α越大,上凸起面凸起幅度越大。α的大小与波浪的大小成正相关。
抗浪板11的弯曲几何形状实现各向同性的、全向的对波的屏蔽作用,使表面的曲率看起来不可见,从而有效减小二阶漂移力的影响。有效减少波浪带来的扰动,降低海上光伏装置对于系泊装置的依赖,有效节省海上光伏装置的安装成本。抗浪板11材料为高性能复合发泡材料,且抗浪板11表面涂有抗腐蚀防晒涂层,使其具有优异的抗腐蚀性能,且材料的使用寿命相比普通材料大大增加,且材料抗水性能优异质量轻,漂浮特性稳定从而可以降低水下系泊单元2的压力。
光伏发电单元3包括光伏板31,抗浪板11的上凸起面的圆周边缘上围绕连接有挡板12,光伏板31粘贴在抗浪板11的上表面并设置在挡板12内侧,挡板12对光伏板31起保护作用。使用时,将装置整体放置在水下30-50厘米深度,既可以保证光伏板31的采光,又可以保证装置免受海面波浪以及海风影响。光伏板31与抗浪板11之间通过高分子防水胶进行粘贴,保证二者不会发生分离。
水下系泊单元2包括系泊挂钩21和系泊缆22,系泊缆22通过系泊挂钩21与抗浪板11下面的最低点连接。可以极大地提升了抗浪板11的稳定性,且限制了抗浪板11的移动范围,保证光伏装置空间位置稳定性。水下系泊单元2的材料为高性能复合材料,且水下系泊单元2的表面涂有抗腐蚀涂层,保证在强度达标的情况下,极大减少系泊装置的腐蚀,增加系泊装置的使用寿命了,降低成本。
使用时,将装置整体放置在水下30-50厘米深度,光伏板31向上设置,在海浪经过上凸起面抗浪板11之后,由于地形的改变,散射波强度会大大降低,使装置整体受到波浪的影响大大降低,降低了光伏发电装置对于系泊单元的依赖。
实施例2
制作4个不同形状的上凸面抗浪板,并按实施例1的方式将其制成光伏发电装置,4个抗浪板的x、y均相同,分别取表面形状参数α=0.5、1、1.5、2,然后将4个抗浪板分别在不同的模拟海域环境下进行测试,具体如下:
模拟不同波浪大小的模拟海域环境,波浪的波长分别约为3、4、5、6,将4个光伏发电装置按编号为A1、A2、A3、A4,然后将4个光伏发电装置均放入到不同波浪大小的模拟海域环境,观察其受波浪的影响,结果见表1。
表1不同光伏发电装置在不同海域环境下的屏蔽效果
由此可见,表面形状参数α越小,上凸起面凸起幅度越小,凸起面的半径越大,适应的波长越长,对波浪的屏蔽效果越好,表面形状参数α的大小与波长成正相关。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制,尽管参照较佳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:其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种以抗浪板为基础的水下海上光伏发电装置,其特征在于:包括抗浪单元、水下系泊单元和光伏发电单元,光伏发电单元设置在抗浪单元的上侧,水下系泊单元连接在抗浪单元的下侧,抗浪单元包括抗浪板,抗浪板为上表面凸起的板状结构置,抗浪板的横截面为下方水平上方凸起的形状,抗浪板整体位于水面以下,抗浪板的上凸起面的圆周边缘上围绕连接有挡板;
抗浪板上凸起面的公式为:
在直角坐标系中为
在极坐标系中为
其中,x为x轴上的数值,y为y轴上的数值,e自然对数函数的底数,z为空间上的高度位置,σ为一个正的常数,ρ为极径,θ为极角,α为表面形状参数,α越大,上凸起面凸起幅度越大。
2.根据权利要求1所述的一种以抗浪板为基础的水下海上光伏发电装置,其特征在于:光伏发电单元包括光伏板,光伏板粘贴在抗浪板的上表面并设置在挡板内侧。
3.根据权利要求1所述的一种以抗浪板为基础的水下海上光伏发电装置,其特征在于:水下系泊单元包括系泊挂钩和系泊缆,系泊缆通过系泊挂钩与抗浪板下面的最低点连接。
4.根据权利要求2所述的一种以抗浪板为基础的水下海上光伏发电装置,其特征在于:光伏板与抗浪板之间通过高分子防水胶进行粘贴。
5.根据权利要求1所述的一种以抗浪板为基础的水下海上光伏发电装置,其特征在于:抗浪板材料为高性能复合发泡材料,且抗浪板表面涂有抗腐蚀防晒涂层。
6.根据权利要求1所述的一种以抗浪板为基础的水下海上光伏发电装置,其特征在于:水下系泊单元的材料为高性能复合材料,且水下系泊单元的表面涂有抗腐蚀涂层。
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