CN216834187U - 一种采用多立柱式浮体基础的海上漂浮式光伏系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用多立柱式浮体基础的海上漂浮式光伏系统，该光伏系统，包括纵横向阵列间隔布置的多个浮体基础单元和设于各浮体基础单元顶部的光伏组件，每相邻两个浮体基础单元之间通过柔性连接缆相连；每个浮体基础单元包括用于安装光伏组件的刚性桁架和布置于桁架底部的多个柱状浮体，浮体能够依靠自身浮力使得桁架和光伏组件漂浮于海平面以上。本实用新型浮体基础采用分布式柱状浮体，具有吃水深、水线面面积小的特点；浮体在刚性桁架四周对称布置，使得浮体基础具备较好稳性，小水线面使得浮体基础承受的波浪载荷较小，保证了结构的安全性。

Description

一种采用多立柱式浮体基础的海上漂浮式光伏系统

技术领域

本实用新型涉及海上光伏发电技术领域，具体涉及一种采用多立柱式浮体基础的海上漂浮式光伏系统。

背景技术

水面光伏技术将光伏组件放置在浮体基础上，使其漂浮在水面之上，避免对农田、林地等地块的破坏。但是水面光伏的发展同样受到国家划定生态红线、湖泊保护名录、生活饮用水地表水源地等限制，由于内陆许多水域受地形影响，水面形状不规则，较多狭长水域，不利于光伏阵列的布置和集电线路的敷设。

海洋水域面积大，远离居民地，在海洋建设光伏项目能提高海洋空间综合利用率；同时沿海地区用电需求大，在海洋建设光伏电站距离用电负荷中心近，减少电力长距离输送的损耗；海洋水域宽广，光伏阵列的布置不受水域形状的影响，能较规整的布置光伏阵列。

海洋建设光伏项目具有诸多优势，但是因为海洋环境相比内陆更加恶劣，因此也带来了一定的挑战。海洋环境平均风速高，更容易形成波浪，受地形、水深、洋流和风的影响，波浪情况复杂；受环境条件约束，采用桩基础的固定式光伏在海中施工成本较高，同时海底施工容易对海洋的生态环境造成破坏；在风、浪、流的影响下，漂浮式海上光伏可能产生相互碰撞问题，对光伏组件或浮体基础造成损伤。因此，在海上发展漂浮式海上光伏电站，需要开发一种成本低、抗风浪、抗碰撞的浮体基础，保护光伏组件在极端天气情况下能正常工作。

实用新型内容

针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种采用多立柱式浮体基础的海上漂浮式光伏系统。本实用新型具有稳性好，防撞能力强，结构简单轻便，易于施工安装的优点。

为解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案实现：

一种采用多立柱式浮体基础的海上漂浮式光伏系统，包括纵横向阵列间隔布置的多个浮体基础单元和设于各所述浮体基础单元顶部的光伏组件，每相邻两个所述浮体基础单元之间通过柔性连接缆相连；每个所述浮体基础单元包括用于安装所述光伏组件的刚性桁架和布置于所述桁架底部的多个柱状浮体，所述浮体能够依靠自身浮力使得桁架和光伏组件漂浮于海平面以上。

优选的是，所述桁架包括正多边形边框和用于支撑光伏组件的至少两条支撑桁材，所述支撑桁材横向连接于所述边框的两个平行边上，各所述支撑桁材之间互相平行且间隔布置。

进一步优选的是，所述桁架还包括横向连接边框的两个平行边且与各所述支撑桁材垂直连接的连接桁材。

进一步优选的是，各所述浮体等间距固定于所述边框底部。

进一步优选的是，所述边框设为正八边形结构。

进一步优选的是，两个相邻桁架对立侧的边框外壁上设有至少一个防撞柱，所述防撞柱与其相邻桁架的边框之间存在间隙。

更进一步优选的是，所述防撞柱包括防撞悬绳和横向布置的缓冲柱，所述防撞悬绳穿过开设于缓冲柱中部的孔洞将其固定在所述边框外壁上，使得所述缓冲柱与该边框处于同一水平面上。

再进一步优选的是，所述连接缆的两个端部分别固定于两个相邻桁架对立侧的边框上，所述连接缆与边框的至少一个固定点和所述防撞悬绳与边框的固定点重合。

进一步优选的是，所述连接缆的数量设为两条，两条所述连接缆分别位于所述防撞柱的左右两侧。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

1、浮体基础采用分布式柱状浮体，具有吃水深、水线面面积小的特点；浮体在刚性桁架四周对称布置，使得浮体基础具备较好稳性，小水线面使得浮体基础承受的波浪载荷较小，保证了结构的安全性。

2、一个浮体基础为两块光伏组件提供浮力支撑，因此浮体基础尺寸不大，所受载荷小，浮体可采用高密度聚乙烯等强度相对较低的材料，节省浮体基础的建造成本。

3、刚性桁架采用八边形结构而非四边形结构，在保证为光伏组件提供足够的支撑结构以及结构强度的前提下，减少刚性桁架的用钢量。

4、防撞柱的布置，可以有效避免光伏组件以及浮体基础之间的相互碰撞；防撞柱布置在与刚性桁架同一水平面位置，在浮体基础之间产生碰撞时，冲击力作用在结构强度较好的刚性桁架上而非浮体上，避免浮体因撞击受损。

附图说明

图1是本实用新型实施例的采用多立柱式浮体基础的海上漂浮式光伏系统省略光伏组件后的结构示意图(仅展示了横向阵列)；

图2是本实用新型实施例的一个浮体基础单元和两块光伏组件组装后的结构主视图；

图3是图2的侧视图；

图4是图2省略光伏组件后的结构示意图；

图5是本实用新型实施例的桁架结构示意图；

图6是本实用新型实施例的防撞柱结构示意图。

附图标记：1.光伏组件，2.浮体基础单元，3.组件支架，4.连接缆，21.浮体，22.桁架，23.防撞柱，221.边框，222.连接桁材，223.支撑桁材，231.防撞悬绳，232.缓冲柱。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例对本实用新型的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如图1-3所示，本实用新型提供一种采用多立柱式浮体基础的海上漂浮式光伏系统，涉及海上光伏发电领域。该系统包括多个浮体基础单元2、光伏组件1和柔性连接缆4，其中，多个浮体基础单元之间通过连接缆连接、呈纵横向阵列间隔布置。光伏组件1为常规不锈钢边框光伏组件，每个浮体基础单元2上安装2块光伏组件，以最佳倾角安装，根据阳光照射产生的阴影决定前后两块光伏组件取得间隔距离。浮体基础单元2为整个漂浮式光伏系统提供浮力，并保持整体结构在波浪中的稳定性。光伏组件1安装在浮体基础单元2顶部，且在浮体基础单元2的支撑作用下，光伏组件1在波浪中高于水面，避免受到波浪的拍击作用。组件支架3采用固定式支架，由钢材制作，抬升光伏组件1的一侧，使其固定在接受最多太阳辐射的角度。

如图4所示，浮体基础单元2包括浮体21、桁架22、防撞柱23。四个浮体21分布在桁架22四个边的中心位置，为柱状，内部中空，为整个光伏系统的浮力来源，布置形状为对称性有利于浮体基础单元21在水中的稳定性。浮体基础单元2尺寸较小，约为2.3m×2.3m，单个浮体21承受的重量和载荷较小，因此浮体21可采用轻型材料，如高密度聚乙烯(HDPE)、橡胶等，作为优选，浮体例可以是钢材包裹泡沫。浮体21顶部通过螺栓与桁架22连成整体，底部自由悬浮在水中。

如图5所示，桁架22整体采用刚性结构，作为优选，桁架例如可以是钢材或复合材料。桁架22包含边框221、连接桁材222、支撑桁材223三部分。边框221布置在桁架最外围，为八边形，相比采用四边形，八边形周长更短，可以节省用钢量降低造价成本。连接桁架222垂直连接支撑桁架223和边框221，加强整体结构强度。支撑桁架223用于安装固定光伏组件1的压块和组件支架3。

如图6所示，防撞柱23包含防撞悬绳231和缓冲柱232，防撞悬绳231采用不锈钢丝绳材料，与边框221相连。缓冲柱232为中部穿孔的圆柱形结构，材料为具备缓冲、防撞的橡胶材质。防撞悬绳231穿过缓冲柱232中部孔洞，处于张紧状态，使得缓冲柱232基本与边框221处于同一水平面，在浮体基础单元2相互之间碰撞时，冲撞力作用在缓冲柱232上后传递给桁架22结构，避免缓冲柱232将作用力传递给浮体21造成力传递到薄弱结构从而产生破坏。所述连接缆4固定在桁架22上，连接两个相邻浮体基础单元2，连接缆4长度大于缓冲柱232直径，两个相邻浮体基础单元2在水面静止情况下间隔一定距离。作为优选，缓冲柱232例如可以是橡胶材料或充气气囊。作为优选，防撞悬绳231例如可以是钢丝绳或聚酯复合材料。

如图1所示，光伏阵列采用多个浮体基础单元2相连的方式，浮体基础单元2之间通过连接缆4连接，连接缆4固定在桁架22上，固定点位置与防撞悬绳231端点固定位置一定，采用一个夹具固定两条绳子。两个浮体基础单元2之间仅包含一个防撞柱23，可节省防撞设备数量和成本。波浪作用下，浮体基础单元2之间产生相对运动，浮体基础单元2间采用刚性连接会导致连接缆抗疲劳和强度要求较高，成本高昂。采用柔性连接方式，有利于解决相对运动问题，方便施工。

为使上述海上漂浮式光伏系统在海洋环境中快速施工和安装，本实用新型还提出一种施工方法：

S1、浮体21和桁架22采用预制模块加工，在工厂将浮体21与桁架22分别加工成型，运输到施工现场；

S2、施工现场在岸边铺设钢板建成临时施工码头，由木头或钢材加工建成浮体安装平台，每个安装平台设置多个孔位与浮体21对齐，使得浮体21可以插入孔中固定，然后在浮体21上放置桁架22，通过螺栓安装固定；

S3、防撞悬绳231贯穿缓冲柱232，两端通过钢丝绳卡扣与桁架22固定连接，然后安装光伏组件1；

S4、采用起吊设备将浮体基础单元1吊起并运输到码头靠近水面位置；

S5、在码头将浮体基础单元1并排摆放形成小型光伏阵列，采用固定长度的连接缆3将多个浮体基础单元1连接，此时连接缆3处于松弛状态；

S6、在海中采用多个拖船，通过多根缆绳连接光伏阵列最靠近海水的一侧浮体基础单元1，将其缓慢拖入水中，直至整个光伏阵列全部入水，然后从另一个方向将光伏阵列浮体基础单元1之间的间距增大，使得连接缆3处于初步张紧状态的；

S7、光伏阵列整体施加布置拖航缆绳，由拖轮将整个阵列拖到指定工作海域并与事先施放的锚固系统连接。

本实用新型提供了一种四立柱式漂浮式海上光伏基础，该基础采用细长柱状浮体作为提供浮力的构件，减小了浮体承受的波浪载荷，立柱的分布排列为漂浮式海上光伏系统提供了优良的稳定性和安全性。浮体基础之间采用柔性连接方式，避免了连接构件强度要求高，易疲劳破坏的缺点，同时采用防撞柱解决浮体间可能存在的相互碰撞的问题，很好的保护了光伏组件。施工方案简单便捷，避免大型施工装备的采用，降低了施工难度，提升了施工效率。本方案设计简单，模块化程度高，便于施工和安装。

以上所述仅仅是本实用新型的优选实施方案，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方案。在本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干修改、补充或改用类似的方法替代，这些也应视作本实用新型的保护范围。

尽管本实用新型较多地使用了：光伏组件1，浮体基础单元2，组件支架3，连接缆4，浮体21，桁架22，防撞柱23，边框221，连接桁材222，支撑桁材223，防撞悬绳231，缓冲柱232等术语，但并不能排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型的精神相违背的。

Claims (9)

1.一种采用多立柱式浮体基础的海上漂浮式光伏系统，其特征在于：包括纵横向阵列间隔布置的多个浮体基础单元(2)和设于各所述浮体基础单元(2)顶部的光伏组件(1)，每相邻两个所述浮体基础单元(2)之间通过柔性连接缆(4)相连；每个所述浮体基础单元(2)包括用于安装所述光伏组件(1)的刚性桁架(22)和垂直布置于所述桁架(22)底部的多个柱状浮体(21)，所述浮体(21)能够依靠自身浮力使得桁架(22)和光伏组件(1)漂浮于海平面以上。

2.根据权利要求1所述的一种采用多立柱式浮体基础的海上漂浮式光伏系统，其特征在于：所述桁架(22)包括正多边形边框(221)和用于支撑光伏组件(1)的至少两条支撑桁材(223)，所述支撑桁材(223)横向连接于所述边框(221)的两个平行边上，各所述支撑桁材(223)之间互相平行且间隔布置。

3.根据权利要求2所述的一种采用多立柱式浮体基础的海上漂浮式光伏系统，其特征在于：所述桁架(22)还包括横向连接边框(221)的两个平行边且与各所述支撑桁材(223)垂直连接的连接桁材(222)。

4.根据权利要求2所述的一种采用多立柱式浮体基础的海上漂浮式光伏系统，其特征在于：各所述浮体(21)等间距固定于所述边框(221)底部。

5.根据权利要求2所述的一种采用多立柱式浮体基础的海上漂浮式光伏系统，其特征在于：所述边框(221)设为正八边形结构。

6.根据权利要求1或2所述的一种采用多立柱式浮体基础的海上漂浮式光伏系统，其特征在于：两个相邻桁架(22)对立侧的边框(221)外壁上设有至少一个防撞柱(23)，所述防撞柱(23)与其相邻桁架(22)的边框(221)之间存在间隙。

7.根据权利要求6所述的一种采用多立柱式浮体基础的海上漂浮式光伏系统，其特征在于：所述防撞柱(23)包括防撞悬绳(231)和横向布置的缓冲柱(232)，所述防撞悬绳(231)穿过开设于缓冲柱(232)中部的孔洞将其固定在所述边框(221)外壁上，使得所述缓冲柱(232)与该边框(221)处于同一水平面上。

8.根据权利要求7所述的一种采用多立柱式浮体基础的海上漂浮式光伏系统，其特征在于：所述连接缆(4)的两个端部分别固定于两个相邻桁架(22)对立侧的边框(221)上，所述连接缆(4)与边框(221)的至少一个固定点和所述防撞悬绳(231)与边框(221)的固定点重合。

9.根据权利要求7所述的一种采用多立柱式浮体基础的海上漂浮式光伏系统，其特征在于：所述连接缆(4)的数量设为两条，两条所述连接缆(4)分别位于所述防撞柱(23) 的左右两侧。

Images