CN117842291A - 一种海上漂浮式光伏平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种海上漂浮式光伏平台，包括浮力模块、系泊模块、光伏板模块、以及排水模块，所述系泊模块设置在海水中、且与浮力模块连接，用于浮力模块在一定范围内运动；所述光伏板模块设置在浮力模块中，用于吸收太阳能并转化成电能；所述排水模块设置在浮力模块中，用于排出浮力模块中的海水。本发明中的膜结构下表面与水完全贴合，可以随着波浪进行运动，这种柔性结构可以使得平台在强风强浪强海流情况下稳定运行，不会翻倒或刚性变形，具备优良的适航性。

Description

一种海上漂浮式光伏平台

技术领域

本发明涉及海上发电设备技术领域，特别是涉及一种海上漂浮式光伏平台。

背景技术

我国新能源产业正在大踏步的向前发展，其中以风电和光伏的发展最为迅速，但目前两者结合在一起的技术和项目较少，若可以合理利用风电和光伏的产品和技术，将其有效的结合在一起，协同发展有效优化投资成本，则可以有效的提高整体投资收益。

光伏以太阳能为能量来源，光伏平台主要可分为固定式光伏平台和漂浮式光伏平台两种。固定式光伏平台主要集中在陆地和沿海滩涂地域，通过固定连接不发生位移和运动，目前陆地上的光伏技术已经成熟，但受限于建设光伏电站的土地资源约束，且远离用电高峰地域，在效益规模化上具备一定的困难。漂浮式光伏平台依托浮体材料和锚固系统使得平台漂浮在水面上进行发电，目前漂浮式光伏技术已在湖泊、水库、近海等多种场景下应用，针对海洋环境应用场景，受益于沿海省市丰富的海洋资源，可利用的海域面积广阔，海洋光伏的发电效率在相同光照条件下，较地面光伏有一定增益。

风电以风能为能量来源，风电平台主要可分为固定式风电平台和漂浮式风电平台两种。针对海洋环境，固定式风电发展迅速，我国已经完成固定式风电场商业化运行，但由于风机机组间的距离限制，风电场中有广阔的海域未能完全利用起来，造成了资源的浪费。

目前漂浮式光伏平台在海洋环境中，风浪抵抗力和系泊结构设计主要有以下几个问题：

1、关于风浪抵抗力，由于受到海浪的作用，海水容易进入到平台上，浸没光伏板，降低发电量，而且使得整体重量增加，有平台整体沉入到水底的风险。目前使用的主要技术手段主要是两种，一种是增加一个电动的抽水泵将进入到平台上的水抽出，但如果出现电能供给不及时或者抽水设备发生损坏的情况，则面临着平台整体沉入水底的风险；另一种是使用钢结构材料，保证整体的浮力和抗风浪能力，但钢结构的存在使得投资成本大幅增加，较难产生工程效益。

2、关于系泊结构，漂浮式平台须要通过系泊固定在一定位置，保持平台在有限范围内进行运动，一般系泊系统需要三组或四组系泊链和锚固，以此保持漂浮式平台稳定，但这种系泊结构技术难度较高，且成本高昂。

因此有必要提供一种适用于海洋环境的海上漂浮式光伏平台，来解决现有海上漂浮式光伏平台波浪环境适用性低、造价成本高和发电损失的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种环境适用性高、造价成本低、发电损失小的海上漂浮式光伏平台，用于解决现有技术中海上漂浮式光伏平台波浪环境适用性低、造价成本高和发电损失大的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种海上漂浮式光伏平台，包括浮力模块、系泊模块、光伏板模块、以及排水模块，所述系泊模块设置在海水中、且与浮力模块连接，用于浮力模块在一定范围内运动；所述光伏板模块设置在浮力模块中，用于吸收太阳能并转化成电能；所述排水模块设置在浮力模块中，用于排出浮力模块中的海水。

优选的，所述浮力模块包括浮力结构和膜结构，所述浮力结构包括环状浮力结构、以及十字浮力结构，所述环状浮力结构为管形，所述十字浮力结构设置在环状浮力结构的下端；所述膜结构设置在环状浮力结构和十字浮力结构构成的空间中。

优选的，所述环状浮力结构包括上部环、下部环、以及连接件，所述上部环设置在下部环的上方侧、且上部环和下部环之间通过连接件固定连接；所述十字浮力结构与下部环固定连接。

优选的，海床上还设置有塔筒，所述系泊模块包括卡具、以及回转机构，所述回转机构套设在塔筒的外周，所述回转机构与卡具连接、且卡具远离回转机构的端部与浮力模块固定连接。

优选的，所述塔筒的顶端还设置有风力发电模块，所述风力发电模块用于将风能转化为电能。

优选的，所述光伏板模块包括若干个分布式光伏板、电缆、以及逆变器，若干个所述分布式光伏板粘接在膜结构表面，若干个所述分布式光伏板之间通过电缆连接，所述逆变器设置在环状浮力结构上、且分布式光伏板与逆变器通过电缆连接。

优选的，所述膜结构上还可以开设有若干个滑槽，若干个所述分布式光伏板可拆卸设置在滑槽中。

优选的，所述排水模块包括主动排水系统、被动排水系统、以及支撑件，所述主动排水系统包括传感器、及抽水泵，所述传感器、抽水泵均设置在支撑件上，所述支撑件设置在环状浮力结构上；所述抽水泵的进水口处于膜结构中，所述抽水泵的出水口处于膜结构外；所述传感器与抽水泵通讯连接。

优选的，所述被动排水系统包括风轮、水轮、传动组件、压水机、以及排水管，所述传动组件设置在支撑件上，所述传动组件的数量为两个，分别位于海平面上方和海平面下方；所述风轮设置在海平面上方的传动组件顶部，所述水轮设置在海平面下方的传动组件底部；所述排水管的一端设置在膜结构中，排水管的另一端与压水机连接；所述压水机设置在支撑件上、且所述风轮和水轮均通过传动组件与压水机传动连接。

优选的，所述浮力结构的材质为聚乙烯材质。

如上所述，本发明的海上漂浮式光伏平台，具有以下有益效果：

1、本发明通过模块化设计，将系统分为四个独立模块，每个模块都有自己的功能和规格，设计和制造变得更加简单和灵活，并且提高产品的可维护性和可升级性。

2、本发明中的排水模块采用主被动结合的方式，降低了平台因为上浪后平台沉没的风险。其中被动排水系统依靠自然中的风和水流提供能量，减少了相关配套电气设备，避免了发电损失。

3、本发明中的系泊方式从现有技术中的三组或四组系泊链+锚固的形式，变为卡具和回转机构结合的方式，降低了整体造价和施工成本，并有效利用了固定式风电场中的未能开发的区域，增加了海洋能利用效率，提升了经济开发效益。

4、本发明中的膜结构下表面与水完全贴合，可以随着波浪进行运动，这种柔性结构可以使得平台在强风强浪强海流情况下稳定运行，不会翻倒或刚性变形，具备优良的适航性。

5、本发明中的膜结构可以直接在上面行人施工，避免人工水下作业，可有效提高安装施工的便利性，加快整体项目进度。

6、本发明中的浮力结构可以通过热熔对接焊完成安装，提高了安装的便利性。浮力结构中的十字浮力结构交叉布置，增加了整体的结构强度。浮力结构中的环状浮力结构增加了结构了抗碰撞能力，环状浮力结构高出水面可以抵抗波浪，减少了进入浮体的水量。

附图说明

图1为本发明海上漂浮式光伏平台的整体结构示意图。

图2为本发明海上漂浮式光伏平台的浮力模块的第一角度示意图。

图3为本发明海上漂浮式光伏平台的浮力模块的第二角度示意图

图4为本发明海上漂浮式光伏平台的系泊模块示意图。

图5为本发明海上漂浮式光伏平台的光伏板模块示意图。

图6为本发明海上漂浮式光伏平台的排水模块示意图。

附图标记说明：

1、塔筒；11、风力发电模块；2、浮力模块；21、上部环；22、十字浮力结构；23、膜结构；24、下部环；25、连接件；3、系泊模块；31、回转机构；32、卡具；4、光伏板模块；41、分布式光伏板；42、电缆；43、逆变器；5、排水模块；51、风轮；52、水轮；53、传动组件；54、压水机；55、排水管；56、传感器；57、抽水泵；58、支撑件。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1-图6所示，本发明提供一种海上漂浮式光伏平台(以下简称该光伏平台)，包括浮力模块2、系泊模块3、光伏板模块4、以及排水模块5，系泊模块3设置在海水中、且与浮力模块2连接，用于浮力模块2在一定范围内运动；光伏板模块4设置在浮力模块2中，用于吸收太阳能并转化成电能；排水模块5设置在浮力模块2中，用于排出浮力模块2中的海水。

本发明涉及的海上漂浮式光伏平台，系泊模块3与浮力模块2连接，浮力模块2可以在一定范围内漂浮移动，光伏板模块4用于将太阳能转化为电能，实现海上发电的目的。浮力模块2上还设置有排水模块5，能够及时将浮力模块2上的海水进行排出。

在本实施例中，浮力模块2为该光伏平台提供浮力，使该光伏平台漂浮在水面上。系泊模块3为该光伏平台提供系泊功能呢，使该光伏平台绕塔筒1进行一定范围的运动。光伏板模块4为该光伏平台提供电力制造功能，使该光伏平台完成电力的生产和汇集。排水模块5为该光伏平台提供排水功能，使该光伏平台不会积水。

优选的，如图2、图3所示，浮力模块2包括浮力结构和膜结构23，浮力结构包括环状浮力结构、以及十字浮力结构22，环状浮力结构为管形，十字浮力结构22设置在环状浮力结构的下端；膜结构23设置在环状浮力结构和十字浮力结构22构成的空间中。进一步的，环状浮力结构包括上部环21、下部环24、以及连接件25，上部环21设置在下部环24的上方侧、且上部环21和下部环24之间通过连接件25固定连接；十字浮力结构22与下部环24固定连接。

在本实施例中，环状浮力结构由高密度聚乙烯管状材料通过热熔对焊组装而成，入水后浮在水面以上，上部环21高于水面，作为防碰撞结构和抗风浪结构。下部环24处于海水中，且下部环24与十字浮力结构22固定连接，十字浮力结构22用于增强环状浮力结构的整体强度，保证风浪条件下的结构形态不发生破坏。膜结构23通过绑扎的方式连接在环状浮力结构和十字浮力结构22中，十字浮力结构22位于膜结构23的下部，起到一定的支撑作用。膜结构23下部充分与水接触，完全贴合海水，可以随着波浪进行运动，这种柔性结构可以使得海上漂浮式光伏平台在强风强浪强海流情况下稳定运行，具备优良的适航性。光伏板模块4设置在膜结构23的上部。

在本实施例中，环状浮力结构组成一个圆圈，将整体结构包围。环状浮力结构浮出水面，在提供浮力的同时，可以抵抗一定的风浪，避免海水灌入膜结构23中，也作为防碰撞结构，避免海生物、船舶或其它物体对平台的损伤。十字浮力结构22交叉布置于水下，位于膜结构23下方，一方面可以提供一定的浮力，另一方面可以增加整体的结构强度。在其他实施例中，浮力结构的截面形状可以为正方型、长方形、圆角矩形和其他形状结构，以适应不同的海域。

优选的，如图1、图4所示，海床上还设置有塔筒1，系泊模块3包括卡具32、以及回转机构31，回转机构31套设在塔筒1的外周，回转机构31与卡具32连接、且卡具32远离回转机构31的端部与浮力模块2固定连接。进一步的，在本实施例中，塔筒1为固定式风电平台的一部分。回转机构31为可合并拆卸的圆环件，能够套装在塔筒1的外周面上，浮力模块2通过回转机构31可以绕塔筒1进行旋转。当该海上漂浮式光伏平台受风浪作用时，会顺应式运动，塔筒1将作为该海上漂浮式光伏平台的系泊点，使该海上漂浮式光伏平台绕塔筒1旋转。

进一步的，卡具32的形状为半弧形，能够与环状浮力结构的外周面贴合。卡具32的数量可以为一个或多个，多个卡具32可以设置在同一水平高度分别连接在上部环21或下部环24上；也可以设置在上下方向上，即若干个卡具32连接在上部环21上，若干个卡具32连接在下部环24上，从而保证一定的垂向位移，适应潮流导致的水位差。

优选的，如图1所示，塔筒1的顶端还设置有风力发电模块11，风力发电模块11用于将风能转化为电能。风力发电模块11与逆变器43之间通过电缆42连接。塔筒1属于固定式风电平台的组件。

优选的，如图5所示，光伏板模块4包括若干个分布式光伏板41、电缆42、以及逆变器43，若干个分布式光伏板41通过工业胶粘接在膜结构23表面，若干个分布式光伏板41之间通过电缆42连接，逆变器43设置在上部环21上、且分布式光伏板41与逆变器43通过电缆42连接。进一步的，在本实施例中，膜结构23上还可以开设有若干个滑槽，若干个分布式光伏板41可拆卸设置在滑槽中，分布式光伏板41设计成可拆卸式的，便于后期运维更换损坏的光伏板。

优选的，如图1、图6所示，排水模块5包括主动排水系统、被动排水系统、以及支撑件58，主动排水系统包括传感器56、及抽水泵57，传感器56、抽水泵57均设置在支撑件58上，支撑件58设置在上部环21上；抽水泵57的进水口处于膜结构23中，抽水泵57的出水口处于膜结构23外；传感器56与抽水泵57通讯连接。当膜结构23中的表面水超过限值后，传感器56向抽水泵57发出信号，抽水泵57进行工作，将膜结构23的表面水抽出到膜结构23外。在本实施例中，光伏板模块4及风力发电模块11产生的电能可以用于驱动抽水泵57的工作。

优选的，如图1、图6所示，被动排水系统包括风轮51、水轮52、传动组件53、压水机54、以及排水管55，传动组件53设置在支撑件58上，传动组件53的数量为两个，分别位于海平面上方和海平面下方；风轮51设置在海平面上方的传动组件53顶部，水轮52设置在海平面下方的传动组件53底部；排水管55的一端设置在膜结构23中，排水管55的另一端与压水机54连接；压水机54设置在支撑件58上、且风轮51和水轮52均通过传动组件53与压水机54传动连接。进一步的，在本实施例中，传动组件53包括立杆、主动轴、主动齿轮、从动轴、从动齿轮、以及链条(上述部件均未画出)，主动轴可转动的穿设在立杆的端部，风轮51、水轮52的旋转轴均与主动轴传动连接，主动齿轮套设在主动轴上，从动轴与压水机54传动连接，从轮齿轮套设在从动轴上，主动齿轮与从动齿轮之间通过链条连接；当风轮51、或水轮52转动时，主动轴转动，固定在主动轴上的主动齿轮转动，主动齿轮通过链条带动从动齿轮转动，进而从动轴转动，从动轴带动压水机54工作，压水机54将膜结构23中的表面水从排水管55排出。在其他实施例中，传动组件53也可以为其他结构组成。

在本实施例中，排水模块5的数量为三个，在其他实施例中，排水模块5的数量可以视不同等级海况的海域而定，如果海浪大，膜结构23表面容易出现海水堆积时，排水模块5的数量可以相应增加。

优选的，浮力结构的材质为高密度聚乙烯材质，膜结构23的材质为高分子耐磨抗紫外线材质。膜结构23可以在岸上预安装或者直接在水上安装，膜结构23入水后可直接在上面行人施工。

本发明涉及的海上漂浮式光伏平台，工作原理如下：

首先，操作人员按照图1-图6所示、及上述各部件的描述，对上述各部件进行生产制作。

然后，操作人员将浮力模块2与卡具32固定连接，卡具32远离浮力模块2的端部通过回转机构31套设在塔筒1的外周，塔筒1的顶部设置有风力发电模块11。其中膜结构23上设置有若干个分布式光伏板41、电缆42、逆变器43、以及排水模块5。分布式光伏板41将太阳能转化为电能，并通过电缆42汇入到逆变器43中，然后通过逆变器43进行输出。风力发电模块11将风能转化为电能，并通过电缆42输入到逆变器43中，继而通过逆变器43进行输出。

当风力吹动风轮51转动、及海洋水流驱动水轮52转动时，风轮51和水轮52通过传动组件53带动压水机54工作，压水机54工作通过排水管55将膜结构23的表面水排出到膜结构23外部，避免膜结构23的表面水堆积。当膜结构23的表面水堆积达到传感器56的感应限位时，传感器56向抽水泵57反馈信息，抽水泵57工作将膜结构23的表面水排出到膜结构23的外部。

本发明涉及的海上漂浮式光伏平台，浮力模块2中的膜结构23下表面与海水完全贴合，可以随着波浪进行运动，不会翻倒或刚性变形，具有优良的适航性，适用性高，同时浮力结构的材质为高密度聚乙烯材质，膜结构23的材质为高分子耐磨抗紫外线材质，造价低。本发明中的浮力结构通过卡具32、回转机构31连接在风力发电固定平台的塔筒1外周，无需采用现有技术中的三组或四组系泊链和锚固的方式，成本降低。本发明中设置有主动排水系统和被动排水系统，可以依靠自然中的风和水流提供能量，减少了相关配套电气设备，避免了发电损失。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种海上漂浮式光伏平台，其特征在于：包括浮力模块(2)、系泊模块(3)、光伏板模块(4)、以及排水模块(5)，所述系泊模块(3)设置在海水中、且与浮力模块(2)连接，用于浮力模块(2)在一定范围内运动；所述光伏板模块(4)设置在浮力模块(2)中，用于吸收太阳能并转化成电能；所述排水模块(5)设置在浮力模块(2)中，用于排出浮力模块(2)中的海水。

2.根据权利要求1所述的海上漂浮式光伏平台，其特征在于：所述浮力模块(2)包括浮力结构和膜结构(23)，所述浮力结构包括环状浮力结构、以及十字浮力结构(22)，所述环状浮力结构为管形，所述十字浮力结构(22)设置在环状浮力结构的下端；所述膜结构(23)设置在环状浮力结构和十字浮力结构(22)构成的空间中。

3.根据权利要求2所述的海上漂浮式光伏平台，其特征在于：所述环状浮力结构包括上部环(21)、下部环(24)、以及连接件(25)，所述上部环(21)设置在下部环(24)的上方侧、且上部环(21)和下部环(24)之间通过连接件(25)固定连接；所述十字浮力结构(22)与下部环(24)固定连接。

4.根据权利要求1所述的海上漂浮式光伏平台，其特征在于：海床上还设置有塔筒(1)，所述系泊模块(3)包括卡具(32)、以及回转机构(31)，所述回转机构(31)套设在塔筒(1)的外周，所述回转机构(31)与卡具(32)连接、且卡具(32)远离回转机构(31)的端部与浮力模块(2)固定连接。

5.根据权利要求4所述的海上漂浮式光伏平台，其特征在于：所述塔筒(1)的顶端还设置有风力发电模块(11)，所述风力发电模块(11)用于将风能转化为电能。

6.根据权利要求2所述的海上漂浮式光伏平台，其特征在于：所述光伏板模块(4)包括若干个分布式光伏板(41)、电缆(42)、以及逆变器(43)，若干个所述分布式光伏板(41)粘接在膜结构(23)表面，若干个所述分布式光伏板(41)之间通过电缆(42)连接，所述逆变器(43)设置在环状浮力结构上、且分布式光伏板(41)与逆变器(43)通过电缆(42)连接。

7.根据权利要求6所述的海上漂浮式光伏平台，其特征在于：所述膜结构(23)上还可以开设有若干个滑槽，若干个所述分布式光伏板(41)可拆卸设置在滑槽中。

8.根据权利要求2所述的海上漂浮式光伏平台，其特征在于：所述排水模块(5)包括主动排水系统、被动排水系统、以及支撑件(58)，所述主动排水系统包括传感器(56)、及抽水泵(57)，所述传感器(56)、抽水泵(57)均设置在支撑件(58)上，所述支撑件(58)设置在环状浮力结构上；所述抽水泵(57)的进水口处于膜结构(23)中，所述抽水泵(57)的出水口处于膜结构(23)外；所述传感器(56)与抽水泵(57)通讯连接。

9.根据权利要求8所述的海上漂浮式光伏平台，其特征在于：所述被动排水系统包括风轮(51)、水轮(52)、传动组件(53)、压水机(54)、以及排水管(55)，所述传动组件(53)设置在支撑件(58)上，所述传动组件(53)的数量为两个，分别位于海平面上方和海平面下方；所述风轮(51)设置在海平面上方的传动组件(53)顶部，所述水轮(52)设置在海平面下方的传动组件(53)底部；所述排水管(55)的一端设置在膜结构(23)中，排水管(55)的另一端与压水机(54)连接；所述压水机(54)设置在支撑件(58)上、且所述风轮(51)和水轮(52)均通过传动组件(53)与压水机(54)传动连接。

10.根据权利要求1所述的海上漂浮式光伏平台，其特征在于：所述浮力结构的材质为聚乙烯材质。