離散型走道浮體與支架組合式水面光伏發電裝置及方法與流程

本發明涉及到光伏發電的技術領域，更加具體來說是離散型走道浮體與支架組合式水面光伏發電裝置及方法。

背景技術：

與傳統的地面光伏電站相比，漂浮式光伏電站將光伏發電組件安裝在水面浮體上，具有不占用土地資源、減少水量蒸發、抑制藻類生長的作用，同時水體對光伏組件及電纜的冷卻也可有效提高發電效率。

我國水資源豐富，湖泊、水庫眾多，發展水面漂浮式光伏電站市場前景廣闊。

目前各種水面漂浮式光伏電站的設計建造方案眾多，以浮體加組件設計和浮體、支架加組件設計為主，其中浮體、支架加組件形式又以全浮體走道與支架結合為主，但均處于試驗階段，普遍具有結構復雜、承載不均、工業通用性差、施工工藝復雜、造價高、工程壽命較短、后期維護困難等技術經濟特征，無法大規模推廣使用。如采用浮體加組件的設計方案，所有浮力、結構受力均由浮體提供和承載，對浮體要求較高，主要問題是造價高，非最佳傾角發電，浮體易變形、易老化、易應力開裂，表面硬度低，易刮傷，光伏組件安裝和拆卸都困難，工程壽命較短等；采用走道浮體、主浮體與鋼支架組合式或全浮體走道與鋼支架組合設計，即由浮體提供浮力，結構受力均使用鋼支架構件受力，主要問題是承載不均且浮體、鋼構用量過多，連接復雜且連接處易銹蝕，鋼支架抗水汽腐蝕能力差，浮體和光伏組件更換困難等。

技術實現要素：

本發明的第一目的在于克服上述背景技術的不足之處，而提出離散型走道浮體與支架組合式水面光伏發電裝置。

本發明的第一目的如下技術方法來實施的：離散型走道浮體與支架組合式水面光伏發電裝置，它由若干個光伏組件單元組成，其特征在于：所述的光伏組件單元沿橫向和縱向等間距排列，沿縱向排列的兩個相鄰的光伏組件單元的中間設置有電纜架橋，所述的電纜架橋位于所述的支架主梁上，

在每個所述的光伏組件單元的同側的下方沿縱向設置有兩個橫桿，內側的所述的橫桿通過低連接件與下方的支架主梁固定，外側所述的橫桿通過高連接件與下方的支架固定；

每個所述的光伏組件的一側鋪設有格柵，所述的格柵的鋪設在兩根走道支架的上方，在兩根所述的走道支架的下方設置有走道浮體，所述的走道浮體等間距安裝在所述的走道支架的下方；在外圍一圈的走道浮體的下方設置有配重塊并通過鋼絲繩與岸邊錨固并留有10米的余量；

所述的走道支架耳板為工廠整體預制成型或在施工現場通過螺栓將角型連接件拼接而成；所述的螺柱為工廠整體預制成型或現場安裝而成；所述的走道支架與走道浮體連接緊固件外表面均為耐腐蝕復合材料，內表面與螺柱材料相同；

螺柱高度與走道浮體上通孔厚度相等，走道浮體連接緊固件上端部分與墊片可將螺柱包裹密封。

所述的走道支架、第一連接件、第二連接件、第三連接件、第四連接件、第五連接件、走道浮體連接緊固件采用鍍鋅等耐腐蝕鋼件，第一連接件、第二連接件、第三連接件、第四連接件、第五連接件、走道浮體連接緊固件都用耐腐蝕的復合材料保護套包裹密封；

所述的走道支架、第一連接件、第二連接件、第三連接件、第四連接件、第五連接件、走道浮體連接緊固件采用玻璃鋼等復合材料構件，第一連接件、第二連接件、第三連接件、第四連接件、第五連接件、走道浮體連接緊固件內芯材料為鋼件，自帶內螺紋孔；第一螺栓、第二螺栓、第三螺栓、掛扣、彈性部件、第四螺栓的頭部均安裝復合材料保護套。

在上述技術方案中：所述的高連接件的高度大于所述的低連接件，所述的高連接件的頂點與所述的低連接件的頂點連線形成的傾斜線與所述的水平面之間的夾角為0度-15度之間；所述的第三連接件與所述的高連接件、低連接件上均設置有通孔；

所述的橫桿的兩側均通過第三螺栓、第三連接件與下方的高連接件和低連接件固定。

在上述技術方案中：在所述的走道支架的一側設置有走道支架耳板，所述的走道支架耳板預先設置有螺柱，在所述的走道浮體上走道浮體耳板預先設置有若干通孔，連接緊固件的上端自帶有螺紋孔，所述的連接緊固件穿過所述的通孔并與螺柱配合套接鎖緊。

在上述技術方案中：在每個所述的走道支架上首尾均設置有走道支架對接耳板，在所述的走道支架對接耳板上設置有通孔，自帶螺紋的第一連接件穿過相鄰所述的走道支架上的走道支架對接耳板的通孔并在尾部通過第一螺栓鎖緊。

在上述技術方案中：當光伏組件為多晶硅帶鋁合金邊框時，所述的光伏組件的兩邊通過壓塊固定在所述的橫桿上；當所述的光伏組件為雙玻或單玻時，所述的光伏組件的背面與掛扣的正面粘接，所述的掛扣的槽口與呈“[”的所述的橫桿頂部翼緣板扣接，所述的掛扣尾部設置有彈性部件，所述的彈性部件頂住所述的橫桿的下端板形成張力自鎖；所述的橫桿的內側槽內開有與所述的掛扣上相匹配的條形孔；第四連接件穿過條形孔并在尾部通過第四螺栓固定。

在上述技術方案中：所述的支架主梁的兩端均與沿縱向布置的走道支架連接，在每個所述的支架主梁一側與所述的走道支架的連接處設置有通孔并用第二螺栓和第二連接件內螺紋配合連接，每個所述的支架主梁的另一側通過第二連接件固定在所述的走道支架上。

在上述技術方案中：所述的支架主梁沿縱向等間距鋪設在所述的光伏組件的下方且橫向布置的支架主梁首尾對接延伸。

在上述技術方案中：所述的走道支架首尾相接的部位于所述的相鄰的走道浮體之間。

在上述技術方案中：一個光伏組件單元內單個走道浮體所需提供的計算浮力F₁＝G₁·r/n；其中n＝2L/(d+l₁)+2；h＝h₁+h₂；l₁≤d＜4m；1.1≤r≤2.5；2/3h≥h₂≥1/4h；其中光伏組件串與其支架、連接件及維護人員重量設置為G₁；設計安全系數設置為r；首尾兩端之間的距離為L，單個走道浮體長為l₁，相鄰的走道浮體之間的間距d，走道浮體的數量n，單個走道浮體沿橫向走道方向的長為l₁；h₂為走道浮體的干舷高。

本發明的第二目的在于提供了一種方法即為離散型走道浮體與支架組合式水面光伏發電裝置的方法。

本發明的方法離散型走道浮體與支架組合式水面光伏發電裝置的方法，其特征在于：它包括如下步驟；

A:將若干光伏組件沿橫向和縱向等間距排列，沿縱向布置的所述的光伏組件的同側兩邊的下方安裝有橫桿，沿縱向布置的兩列所述的光伏組件之間設置有電纜橋架，所述的電纜橋架安裝在支架主梁的上方；

B:所述的支架主梁在橫向延伸對接，所述的支架主梁等間距的安裝在所述的橫桿的下方，所述的支架主梁與所述的橫桿互相垂直安裝；

C:在內側的所述的橫桿與所述的支架主梁相交處設置有低連接件，在外側的所述的橫桿與所述的支架主梁相交處設置有高連接件，所述的高連接件的上頂點與所述的低連接件的頂點之間的連線形成的傾斜線與水平面之間多的夾角為0度-15度之間；

D:在所述的光伏組件的外側安裝有互相平行的走道支架，在所述的走道支架上鋪設有格柵供工人行走與維修，在所述的走道支架的下方中間安裝有走道浮體，所述的走道支架兩側的走道支架耳板與所述的走道浮體兩側的耳板之間通過連接緊固件與螺柱固定連接，所述的螺柱位于所述的走道支架耳板的下表面上；

E:相鄰的走道浮體之間通過走道支架連接，并且所述肚餓走道支架連接處位于所述的走道浮體之間；在所述的走道浮體下設置有配重塊并通過鋼絲繩與岸邊錨固。

在上述技術方案中：當光伏組件為多晶硅帶鋁合金邊框時，所述的光伏組件的兩邊通過壓塊固定在所述的橫桿上；當所述的光伏組件為雙玻或單玻時，所述的光伏組件的背面與掛扣的正面粘接，所述的掛扣的槽口與呈“[”的所述的橫桿頂部翼緣板扣接，所述的掛扣尾部設置有彈性部件，所述的彈性部件頂住所述的橫桿的下端板形成張力自鎖。

本發明包括如下技術優點：1、通過設置相鄰走道浮體的合理間距，不僅可減少浮體數量，而且可充分利用浮體的潛力；通過提出走道浮體與走道支架及走道支架與支架主梁的插拔緊固組合連接形式，使走道浮體主體受力，大大減小浮體耳板的受力強度，提高浮體使用壽命，同時便于浮體安裝與更換。本系統結構簡單、通用性強且造價低、易更換。

2、提出了單個組件串內走道浮體數量與單個走道浮體計算浮力的計算方法，同時提出了相鄰走道浮體間距以及走道浮體干舷高的取值范圍，有利于選取合理的浮力數量和尺寸，使浮體成本最優化，同時保證水面漂浮光伏發電單元的穩定性。

3、通過對不同組件類型設置合理的固定方式，有效解決了小傾角、低重心光伏組件安裝與拆卸困難的問題。

4、通過設計緊固件或鎖緊連接件(帶內螺紋)與螺柱和螺栓(帶外螺紋)的配合形式，在緊固部位采用復合材料保護等密封包裹，有效延長了連接件、緊固件等的使用壽命；尤其是采用玻璃鋼等復合材料支架后，提高了整體浮體架臺的使用壽命，解決了目前浮體架臺使用壽命難以與光伏電站全生命周期相匹配問題。

5、通過在水面漂浮光伏發電單元外圍設置合理的配重塊和錨固形式，并考慮水面漲落留有余量，防止電站擱淺，不僅提高了電站系統的整體穩定性，而且提高了系統經濟性和可靠性。

附圖說明

圖1為離散型走道浮體與支架組合式水面光伏發電裝置的單側簡圖。

圖2為離散型走道浮體與支架組合式水面光伏發電裝置的結構示意圖。

圖3為走道浮體與走道支架的連接分解示意圖；

圖4為走道浮體與走道支架的連接合并示意圖

圖5為走道支架與走道支架的連接示意圖；

圖6為支架主梁與走道支架的連接示意圖；

圖7為橫桿與支架主梁的連接示意圖；

圖8為光伏組件與橫桿的固定連接分解示意圖；

圖9為光伏組件與橫桿的固定連接合并示意圖；

圖中：光伏組件1、走道浮體2、格柵3、走道支架4、支架主梁6、電纜橋架7、高轉接件8、橫桿9、低轉接件10、壓塊11、螺柱12、走道支架耳板13、走道浮體耳板14、通孔14.1、走道支架與走道浮體連接緊固件15、走道支架對接耳板16、第一連接件17、第一螺栓18、第二螺栓19、第二連接件20、第三連接件21、第四連接件22、第三螺栓24、掛扣25、彈性部件25.1、第四螺栓26、第五連接件27。

具體實施方式

下面結合附圖詳細說明本發明的實施情況，但它們并不構成對本發明的限定，僅作舉例而已，同時通過說明本發明的優點將變得更加清楚和容易理解。

參照圖1-9所示：離散型走道浮體與支架組合式水面光伏發電裝置，它由若干個光伏組件單元A組成，其特征在于：所述的光伏組件單元A沿橫向和縱向等間距排列，沿縱向排列的兩個相鄰的光伏組件單元A的中間設置有電纜架橋7，所述的電纜架橋7位于所述的支架主梁6上，

在每個所述的光伏組件單元A的同側的下方沿縱向設置有兩個橫桿9，內側的所述的橫桿9通過低連接件10與下方的支架主梁6固定，外側所述的橫桿9通過高連接件8與下方的支架6固定；每個所述的光伏組件A的一側鋪設有格柵3，所述的格柵3的鋪設在兩根走道支架4的上方，在兩根所述的走道支架4的下方設置有走道浮體2，所述的走道浮體2等間距安裝在所述的走道支架4的下方；在外圍一圈的走道浮體2的下方設置有配重塊并通過鋼絲繩與岸邊錨固并留有10米的余量；

所述的走道支架耳板13為工廠整體預制成型或在施工現場通過螺栓將角型連接件拼接而成；所述的螺柱12為工廠整體預制成型或現場安裝而成；所述的走道支架與走道浮體連接緊固件15外表面均為耐腐蝕復合材料，內表面可與螺柱12材料相同；

螺柱12高度與走道浮體2上通孔14.1厚度相等，走道浮體連接緊固件15上端部分與墊片可將螺柱12包裹密封。

所述的走道支架4、第一連接件17、第二連接件20、第三連接件21、第四連接件22、第五連接件27、走道浮體連接緊固件15采用鍍鋅等耐腐蝕鋼件，第一連接件17、第二連接件20、第三連接件21、第四連接件22、第五連接件27、走道浮體連接緊固件15都用耐腐蝕的復合材料保護套包裹密封。

所述的走道支架4、第一連接件17、第二連接件20、第三連接件21、第四連接件22、第五連接件27、走道浮體連接緊固件15采用玻璃鋼等復合材料構件，第一連接件17、第二連接件20、第三連接件21、第四連接件22、第五連接件27、走道浮體連接緊固件15內芯材料為鋼件，自帶內螺紋孔。

第一螺栓18、第二螺栓19、第三螺栓24、掛扣(25)、彈性部件25.1、第四螺栓26的頭部均安裝復合材料保護套。

每個所述的光伏組件A的一側鋪設有格柵3，所述的格柵3的鋪設在兩根走道支架4的上方，在兩根所述的走道支架4的下方設置有走道浮體2，所述的走道浮體2等間距安裝在所述的走道支架4的下方；在外圍一圈的走道浮體2的下方設置有配重塊并通過鋼絲繩與岸邊錨固。

本發明中考慮到電站所在水面的漲落，與岸邊錨固的鋼絲繩留有余量，可確保水面漂浮光伏發電單元隨著水面漲落的偏移量為10m。

所述的高連接件8的高度大于所述的低連接件10，所述的高連接件8的頂點與所述的低連接件10的頂點連線形成的傾斜線與所述的水平面之間的夾角為0度-15度之間；所述的第四連接件22與所述的高連接件8、低連接件10上均設置有通孔14.1，

所述的橫桿9的兩側均通過第三螺栓24、第四連接件22與下方的高連接件8和低連接件10固定。

在所述的走道支架4的一側設置有走道支架耳板13，所述的走道支架耳板13預先設置有螺柱12，在所述的走道浮體2上走道浮體耳板14預先設置有若干通孔14.1，連接緊固件15的上端自帶有螺紋孔，所述的連接緊固件15穿過所述的通孔14.1并與螺柱12配合套接鎖緊。

在每個所述的走道支架4上首尾均設置有走道支架對接耳板16，在所述的走道支架對接耳板16上設置有通孔14.1，自帶螺紋的第一連接件17穿過相鄰所述的走道支架4上的走道支架對接耳板16的通孔14.1并在尾部通過第一螺栓18鎖緊。

當光伏組件1為多晶硅帶鋁合金邊框時，所述的光伏組件1的兩邊通過壓塊11固定在所述的橫桿9上；當所述的光伏組件1為雙玻或單玻時，所述的光伏組件1的背面與掛扣25的正面粘接，所述的掛扣25的槽口與呈“[”的所述的橫桿9頂部翼緣板扣接，所述的掛扣25尾部設置有彈性部件25.1，所述的彈性部件25.1頂住所述的橫桿9的下端板形成張力自鎖；所述的橫桿9的內側槽內開有與所述的掛扣25上相匹配的條形孔；第五連接件27穿過條形孔并在尾部通過第四螺栓26固定；本發明中掛扣25下端彈性部件豎向高度大于橫桿9上下翼緣板凹槽內高，掛扣25下端彈性部件橫向寬度小于橫桿9上下翼緣板內寬。

所述的支架主梁6的兩端均與沿縱向布置的走道支架4連接，在每個所述的支架主梁6一側與所述的走道支架4的連接處設置有通孔14.1并用第二螺栓19和第二連接件20內螺紋配合連接，每個所述的支架主梁6的另一側通過第三連接件21固定在所述的走道支架4上。

所述的支架主梁6沿縱向等間距鋪設在所述的光伏組件1的下方且橫向布置的支架主梁6首尾對接延伸。

所述的走道支架4首尾相接的部位于所述的相鄰的走道浮體2之間。

一個光伏組件單元內單個走道浮體所需提供的計算浮力F₁＝G₁·r /n；其中n＝2L/(d+l₁)+2；h＝h₁+h₂；l₁≤d＜4m；相鄰的走道浮體之間的最優距離為2米。

1.1≤r≤2.5；2/3h≥h₂≥1/4h；其中光伏組件串與其支架、連接件及維護人員重量設置為G₁；設計安全系數設置為r；首尾兩端之間的距離為L，單個走道浮體長為l₁，相鄰的走道浮體之間的間距d，走道浮體的數量n，單個走道浮體沿橫向走道方向的長為l₁；h₂為走道浮體的干舷高。

本發明中的光伏組件1按照一排布置時；

在步驟C中將單個光伏組件串與其支架、連接件及維護人員重量設置為G₁＝12860N，設計安全系數設置為γ＝1.2；設置單個組件串的長方形走道浮體閉環內環長為L＝36.72m，單個走道浮體2長為l₁＝0.5m和寬度w₁＝0.5m，選取走道浮體之間的合理間距d＝1m，確定走道浮體2的數量n＝2L/(d+l₁)+2＝48個，一個組件串內單個浮體所需提供的計算浮力F₁＝G₁·γ/n＝321.5N；

單個光伏組件串與其支架、連接件及維護人員重量設置為G₁＝12860N，設計安全系數設置為γ＝1.2；設置單個組件串的長方形走道浮體閉環內環長為L＝36.72m，單個走道浮體2長為l₁＝0.5m和寬度w₁＝0.5m，選取走道浮體之間的合理間距d＝1m，確定走道浮體2的數量n＝2L/(d+l₁)+2＝48個，一個組件串內單個浮體所需提供的計算浮力F₁＝G₁·γ/n＝321.5N；

根據計算浮力F₁，可計算出單個走道浮體2的吃水深度h₁＝0.128m，走道浮體2的干舷高(即露出水面部分)h₂＝0.172m，走道浮體2的高度h＝h₁+h₂＝0.3m；

本發明中的光伏組件1按照單個光伏組件進行布置時；將單個光伏組件串與其支架、連接件及維護人員重量設置為G₁＝12860N，設計安全系數設置為γ＝1.2；設置單個組件串的長方形走道浮體2閉環內環長為L＝18.35m，單個走道浮體2長為l₁＝0.6m和寬度w₁＝0.5m，選取走道浮體之間的合理間距d＝1m，確定走道浮體2的數量n＝2L/(d+l₁)+2＝24個，一個組件串內單個浮體所需提供的計算浮力F₁＝G₁·γ/n＝643N。

計算浮力F₁，可計算出單個走道浮體2的吃水深度h₁＝0.214m，走道浮體2的干舷高(露出水面部分)h₂＝0.186m，走道浮體2的高度h＝h₁+h₂＝0.4m。

走道支架4上的走道支架耳板13在施工現場通過螺栓將角型連接件與走道支架4連接形成走道支架耳板13；走道支架耳板13上螺柱12在現場安裝。

本發明使用的材料均為采用玻璃鋼等復合材料；連接件、緊固件內芯材料為鋼件并用耐腐蝕的復合材料保護套包裹密封；在所述的第一螺栓18、第二螺栓19、第三螺栓24、掛扣25、彈性部件25.1、第四螺栓26的頭部均安裝符合材料保護套。

本發明離散型走道浮體與支架組合式水面光伏發電裝置的方法，其特征在于：它包括如下步驟；

A:將若干光伏組件1沿橫向和縱向等間距排列，沿縱向布置的所述的光伏組件1的同側兩邊的下方安裝有橫桿9，沿縱向布置的兩列所述的光伏組件1之間設置有電纜橋架7，所述的電纜橋架7安裝在支架主梁6的上方；

B:所述的支架主梁6在橫向延伸對接，所述的支架主梁6等間距的安裝在所述的橫桿9的下方，所述的支架主梁6與所述的橫桿9互相垂直安裝；

C:在內側的所述的橫桿9與所述的支架主梁6相交處設置有低連接件10，在外側的所述的橫桿與所述的支架主梁6相交處設置有高連接件8，所述的高連接件8的上頂點與所述的低連接件10的頂點之間的連線形成的傾斜線與水平面之間多的夾角為0度-15度之間；

D:在所述的光伏組件1的外側安裝有互相平行的走道支架4，在所述的走道支架4上鋪設有格柵3供工人行走與維修，在所述的走道支架4的下方中間安裝有走道浮體2，所述的走道支架4兩側的走道支架耳板13與所述的走道浮體2兩側的走道浮體耳板14之間通過連接緊固件15與螺柱12固定連接，所述的螺柱12位于所述的走道支架耳板13的下表面上；

E:相鄰的走道浮體2之間通過走道支架4連接，并且所述肚餓走道支架4連接處位于所述的走道浮體2之間；在所述的走道浮體2下設置有配重塊并通過鋼絲繩與岸邊錨固。

當光伏組件1為多晶硅帶鋁合金邊框時，所述的光伏組件1的兩邊通過壓塊11固定在所述的橫桿9上；當所述的光伏組件1為雙玻或單玻時，所述的光伏組件1的背面與掛扣25的正面粘接，所述的掛扣25的槽口與呈“[”的所述的橫桿9頂部翼緣板扣接，所述的掛扣25尾部設置有彈性部件25.1，所述的彈性部件25.1頂住所述的橫桿9的下端板形成張力自鎖。

上述未詳細說明的部分均為現有技術。