倾角可调插拔式水面光伏发电系统及安装方法与流程

本发明涉及光伏发电领域，具体地指一种结构简单、安装便捷、加工难度低的倾角可调插拔式水面光伏发电系统及安装方法。

背景技术：

太阳能作为人类理想的清洁能源，对构建低碳社会做出了重要贡献。随着光伏技术的不断成熟，光伏发电日渐成为新能源发电的主力军。但由于光伏电站占地面积大，不能合理配置土地资源，因此利用水面空间建设水上光伏是对资源的优化利用，既可合理利用土地资源、提高发电量，又可保护水体环境、减少浮尘。

水面漂浮式光伏电站利用浮管、浮箱等作为浮体，将其本身作为支架或在浮体上搭建支架，将光伏组件支撑起一定角度从而实现发电功能。由于水面漂浮光伏电站建成后常年漂浮于水面上，浮体和支架材料在潮湿环境下容易受到腐蚀损坏，影响浮体的完整性；为保证浮体的耐腐蚀性和寿命，水面浮体采用高密度聚乙烯材料，相对于地面光伏电站这增加了不少成本，降低了电站的收益率；水上浮体主要生产方式包括吹塑和滚塑两种，但由于滚塑技术的产品质量较差、生产效率低、用料成本较高，因此应用较少。而吹塑技术产品质量与产品的线型、表面平整度等因素有关，因此产品设计方案对产品生产、质量和经济性有很大影响；水面漂浮式光伏电站的部分安装和维护工作需要在水面进行，相对增加了光伏电站的安装难度和工作量。这些都是水面光伏电站发展中亟待解决的问题。

目前，国内外提出许多水面光伏发电系统设计方案，解决了以上部分问题，但从浮体安全性、经济性的角度而言，这些设计方案还存在许多问题。如cn201520671619.5公开了一种水上光伏组件载体，浮体两端支撑台具有一定的高度差用以将光伏组件支撑起一定角度，支撑台的下部具有至少一个用于承载光伏组件的开口，可配合安装连接支撑件以固定光伏组件。但该专利高位、低位支撑台与主浮体一体成型，在组件倾角较大时可能会造成高位支撑台凸起较高，吹塑过程中可能造成局部壁厚过薄，产生安全隐患；并且浮体高位、低位支撑台处的开口为内凹卡扣，产品难以脱模，强脱模可能会造成产品损坏或产生裂纹。cn201520606080.5公开了一种水上漂浮光伏电站浮体，浮体两侧设置有至少一组相对的沟槽。与上述专利类似，此专利的设计方案也存在生产过程中吹塑壁厚不均和倒扣强脱模的情况，产生质量隐患。cn201520911191.7公开了一种水面光伏浮体，浮体两端设有不同高度的内嵌型连接板，用以安装光伏组件。这种设计方案也可能出现生产过程中吹塑壁厚不均的情况，并且在倾角较大时连接板长度较长，出现强度不足的问题。wo2012/139998a2、cn201620133888.0、cn201520618986.9、cn201510610856.5等专利公开了一种水面光伏浮体，利用上表面两端预设的不同材料的导轨、螺栓、卡槽等部件实现了光伏组件的固定，避免了可能出现的强脱模问题，也优化了表面结构，防止了吹塑壁厚不均。但预设部件又引入了新的问题，首先预设部件需单独制作，且吹塑过程中需提前放置在模具中，可能会增加产品生产周期，降低产品生产效率；其次预设部件与浮体本体非一体成型，两者之间连接紧固性降低，影响产品使用寿命，特别当预设部件为金属材料时，预设部件与浮体本体材料的物理性质差别较大，环境条件下两种材料变化的不一致性可能导致预设部件失效。cn201620418220.0公开了一种多耳式水上漂浮浮体，通过增加浮体连接耳数量达到更强的连接稳定性；光伏组件使用金属支架支撑并夹固。此专利安装简便，浮体间连接牢固，但存在以下问题：光伏组件支撑主浮体左右边分别连接在不同的走道浮体上，两个走道浮体的受力不同可能会导致主浮体左右形变不同步，造成光伏组件的损坏；浮体种类过多，开模成本较高，可能会降低生产效率；光伏组件长金属支架之间无固定支撑，易导致两个支架变形不同步，造成光伏组件损坏。

技术实现要素：

本发明目的在于针对现有技术存在缺陷，提供一种结构简单、安装便捷、加工难度低的倾角可调插拔式水面光伏发电系统及安装方法。

为实现上述目的，本发明提供的一种倾角可调插拔式水面光伏发电系统，所述水面光伏发电系统由多个光伏发电单元组成，所述光伏发电单元包括走道浮体、连接浮体和光伏组件，所述连接浮体连接在两个平行走道浮体侧壁上，所述连接浮体上倾斜设置有光伏组件；

所述走道浮体为矩形体且其长边侧面的中段向内凹陷形成凹陷面，所述凹陷面与走道浮体长边侧面为弧形过渡，所述凹陷面中间设置有水平平台，所述水平平台两端对称设置有凸片，所述走道浮体两端四角设置有两对高低不同的连接耳，

所述连接浮体为矩形体且连接浮体一侧设置有矩形块，另一侧中间设置有水平片，所述矩形块的上表面与连接浮体上表面持平，所述矩形块固定在走道浮体一侧的水平平台上，所述水平片固定在另一个走道浮体另一侧的水平平台上；所述矩形块的上表面竖直开设有插槽，所述插槽与连接浮体的侧面平行，所述水平片中间设置有条形凸台，所述条形凸台两侧的水平片上开设有安装孔。

进一步地，所述插槽为条形或波纹形。

再进一步地，所述插槽中间设置有条形或波纹形凸台，所述凸台两侧的连接浮体侧壁和矩形块内壁上配合设置有多个凸凹卡口，所述凸台两端的插槽底面对称开设有固定孔。所述支架的材质为高密度聚乙烯、铝合金或不锈钢。

再进一步地，所述插槽内插入有用于支撑光伏组件的支架；所述支架底部中间设置有固定在凸台上的凹槽，所述凹槽上部支架两侧壁上配合设置有与凹凸卡口固定的插拔件，所述凹槽两侧插槽底面对称设置有螺杆，所述支架上部中间开设有的倒凸形通风槽，所述通风槽两侧的支架顶面中心线上对称设置有竖直固定板，所述固定板外端上水平设置有两个安装孔，靠近连接浮体的固定板侧壁上设置有加强筋且所述加强筋在安装孔内侧；所述插槽两侧壁上还设置有多个加强筋槽。

再进一步地，所述插槽为开设在矩形块两端面上矩形槽，所述插槽底面均开设有固定孔。

再进一步地，所述插槽内插入有用于支撑光伏组件的支架；所述支架两侧壁底部配合设置有与凹凸卡口固定的插拔件，所述插槽两端底面对称设置有螺杆，所述支架上部中间开设有的倒凸形通风槽，通风槽可减小受风面积；

所述通风槽两侧的支架顶面中心线上对称设置有竖直固定板，所述固定板外端上水平设置有两个安装孔，靠近连接浮体的固定板侧壁上设置有加强筋且所述加强筋在安装孔内侧；所述插槽两侧壁上还设置有多个加强筋槽。

再进一步地，所述安装孔将上安装件固定在固定板侧壁上，所述上安装件包括与固定板配合重合的竖直辐板，所述竖直辐板上对称开设与安装孔配合的辐板孔，所述竖直辐板顶部设置有倾斜板，所述倾斜板上表面设置有分割板，所述分割板将倾斜板分为上板和下板，所述下板设置有倒t形凹槽，所述上板上开设有上板孔。

再进一步地，所述水平片上对称设置有通孔，所述通孔在连接浮体侧壁与安装孔之间，所述通孔固定有下安装件，所述下安装件包括“l”型固定架，所述固定架底面中间设置有直角三角形固定支架，所述固定支架两侧的固定架底面开设有与通孔配合的下安装孔，所述固定架顶部设置有倾斜的下安装板，所述下安装板上表面设置有分线板，所述分线板将下安装板分为上装板和下装板，所述上装板上设置有倒t形凹槽，所述下装板上开设有小孔。

再进一步地，所述下安装件上设置有压块，所述压块呈型，包括上压板和下压板，所述上压板底面设有t形槽，所述t形槽与倒t形凹槽配合且t形槽与倒t形凹槽间固定有光伏组件，所述t形槽与倒t形凹槽内设置有工形防滑橡胶垫，所述下压板为设置有倒u形槽，所述下压板的表面开设有压板孔。

再进一步地，所述走道浮体一侧的凸片之间的水平平台台面上对称设置有定位块；所述矩形块底面设置有与定位块配合固定的定位槽。

再进一步地，所述走道浮体上表面有防滑纹，所述走道浮体底面横纵设置有多条流水槽。其可减小波浪载荷，也可增强浮体的结构稳定性。

再进一步地，所述连接浮体中间设置有上下贯穿的中孔，减轻浮体质量的同时增强了浮体结构强度；所述连接浮体上表面设置有一圈沉降槽。

再进一步地，所述连接浮体四周上表面中部开设有放置槽，所述连接浮体的放置槽分别与矩形块和条形凸台的放置槽形成整体的放置槽，所述连接浮体底面设置有不同方向的槽道。槽道作为流水槽和通风槽，以减轻波浪载荷和风载荷，并增强浮体结构强度，上表面放置槽可作为电缆槽放置电缆，防止电缆落水；

再进一步地，所述凸片设置有插孔；所述插孔、固定孔、连接耳和安装孔为梅花孔，所述插孔和固定孔通过螺杆固定，所述一个走道浮体连接耳与另一个走道浮体的连接耳通过固定螺栓固定，所述插孔与安装孔通过固定螺栓固定，所述螺杆下端和固定螺栓的螺杆下端均设有螺纹，两个螺杆上端外壁对称设有防转凸起。

上述倾角可调插拔式水面光伏发电系统的安装方法，包括以下步骤：

1)将光伏组件上安装件与支架通过螺栓固定，下安装件与连接浮体通过螺栓固定；

2)将走道浮体的插孔与连接浮体固定孔重合，其另一个走道浮体的插孔与连接浮体安装孔通过固定螺栓固定，

3)将支架插入插槽中，将螺杆穿过走道浮体的插孔与连接浮体固定孔进行固定；

4)将工形防滑橡胶垫推入t形槽与倒t形凹槽中，将光伏组件一端固定在上安装件上，光伏组件另一端通过压块压紧并固定在下安装件上，形成光伏发电单元；

5)将光伏发电单元的连接耳与另一个光伏发电单元的连接耳通过固定螺栓固定，得到倾角可调插拔式水面光伏发电系统。

本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的一种倾角可调插拔式水面光伏发电系统，利用支架系统固定支撑光伏组件的一侧，以保持光伏组件的最佳倾角。与背景技术中提到的专利相比，本发明通过简单地改变支架的支撑高度或光伏组件上连接件的辐板长度即可满足不同的倾角需求，解决了以上专利中需倾角不可变的难题。

2、针对背景技术中由于光伏组件倾角要求造成的浮体薄厚不均的问题，本发明利用插拔式独立支架，既可满足光伏组件最佳倾角要求，又避免了浮体薄厚不均造成的生产问题，保证了浮体的生产质量和生产效率。

3、本发明提供的水面光伏发电系统组件固定方案，可采用有多年运行经验的地面光伏电站金属压块方式固定支撑光伏组件，连接简单可靠、安装便捷。

4、本发明提供的水面光伏发电系统设计方案，避免了背景技术中提到的水面光伏浮体预设部件导致浮体局部部件失效的风险。

5、本发明所涉及浮体单元中，连接浮体两端平台分别放置并连接在两个走道浮体侧边平台上，形成了较强的局部稳定性和刚性，保证了光伏组件固定的牢固性。

6、本发明中连接浮体设置沉降槽，不安装光伏组件时可铺设格栅板作为通道使用，一举两得，避免了单独设置走道浮体带来开模成本增加的问题。

综上所述：倾角可调插拔式水面光伏发电系统为利用水面漂浮式浮体，形成结构简单、安装便宜、成本低、稳定性好的水面光伏发电系统。

附图说明

图1为倾角可调插拔式水面光伏发电系统示意图；

图2为倾角可调插拔式水面光伏发电单元示意图；

图3为倾角可调插拔式水面光伏发电单元铺设栅格板示意图；

图4为走道浮体立体图；

图5为走道浮体仰视图；

图6为带矩形槽的连接浮体的立体图；

图7为带矩形槽的连接浮体的俯视图；

图8为带矩形槽的连接浮体仰视图；

图9为不带矩形槽的连接浮体示意图；

图10为带波纹槽的连接浮体示意图；

图11为支架的主视图；

图12为支架的后视图；

图13为带波纹的支架示意图；

图14为与不带矩形槽的连接浮体配合的支架示意图；

图15为光伏组件上安装件示意图；

图16为光伏组件下安装件示意图；

图17为固定螺栓示意图；

图18为压块示意图；

图19为走道浮体、连接浮体和支架连接示意图；

图20为支架与连接浮体连接示意图；

图21为上安装件与支架局部连接示意图；

图22为下安装件与连接浮体局部连接示意图；

图23为通过上安装件、压块、防滑橡胶垫固定光伏组件的细节图。

图24为通过下安装件、压块、防滑橡胶垫固定光伏组件的细节图。

图中，走道浮体1、凹陷面1.1、水平平台1.2、凸片1.21、连接耳1.3、定位块1.4、防滑纹1.5、流水槽1.6、连接浮体2、矩形块2.1、插槽2.11、凸台2.11a、凸凹卡口2.11b、固定孔2.11c、水平片2.2、条形凸台2.21、安装孔2.22、通孔2.23、定位槽2.3、中孔2.4、沉降槽2.5、放置槽2.6、支架3、凹槽3.1、插拔件3.2、螺杆3.3、固定板3.4、安装孔3.41、加强筋3.42、通风槽3.5、加强筋槽3.6、上安装件4、竖直辐板4.1、辐板孔4.11、倾斜板4.2、上板4.2a、下板4.2b、上板孔4.21、分割板4.3、安装件5、固定架5.1、固定支架5.2、下安装孔5.3、下安装板5.4、上装板5.4a、下装板5.4b、小孔5.41、分线板5.5、固定螺栓6、光伏组件7、压块8、上压板8.1、t形槽8.11、下压板8.2、倒u形槽8.21、压板孔8.3、倒t形凹槽9、工形防滑橡胶垫10、螺纹11、防转凸起12、格栅板13。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

实施例1

如图所示：一种倾角可调插拔式水面光伏发电系统，

水面光伏发电系统由多个光伏发电单元组成，光伏发电单元包括走道浮体1、连接浮体2和光伏组件7，所述连接浮体2连接在两个平行走道浮体1侧壁上，所述连接浮体2上倾斜设置有光伏组件7；

走道浮体1为矩形体且其长边侧面的中段向内凹陷形成凹陷面1.1，凹陷面1.1与走道浮体1长边侧面为弧形过渡，凹陷面1.1中间设置有水平平台1.2，水平平台1.2两端对称设置有凸片1.21，走道浮体1两端四角设置有两对高低不同的连接耳1.3；

连接浮体2为矩形体且连接浮体2一侧设置有矩形块2.1，另一侧中间设置有水平片2.2，矩形块2.1的上表面与连接浮体2上表面持平，矩形块2.1固定在走道浮体1一侧的水平平台1.2上，水平片2.2固定在另一个走道浮体1另一侧的水平平台1.2上；矩形块2.1的上表面竖直开设有插槽2.11，插槽2.11与连接浮体2的侧面平行，水平片2.2中间设置有条形凸台2.21，条形凸台2.21两侧的水平片2.2上开设有安装孔2.22。

插槽2.11为条形；插槽2.11中间设置有条形或波纹形凸台2.11a，凸台2.11a两侧的连接浮体2侧壁和矩形块2.1内壁上配合设置有多个凸凹卡口2.11b，凸台2.11a两端的插槽2.11底面对称开设有固定孔2.11c。

插槽2.11内插入有用于支撑光伏组件7的支架3；支架3底部中间设置有固定在凸台上的凹槽3.1，凹槽3.1上部支架3两侧壁上配合设置有与凹凸卡口2.11b固定的插拔件3.2，凹槽3.1两侧插槽2.11底面对称设置有螺杆3.3，支架3上部中间开设有的倒凸形通风槽3.5，通风槽3.5两侧的支架3顶面中心线上对称设置有竖直固定板3.4，固定板3.4外端上水平设置有两个安装孔3.41，靠近连接浮体2的固定板3.4侧壁上设置有加强筋3.42且加强筋3.42在安装孔3.41内侧；插槽2.11两侧壁上还设置有多个加强筋槽3.6。

安装孔3.41将上安装件4上固定在远离连接浮体2的固定板3.4侧壁上，上安装件4包括与固定板3.4配合重合的竖直辐板4.1，竖直辐板4.1上对称开设与安装孔3.41配合的辐板孔4.11，竖直辐板4.1顶部设置有倾斜板4.2，倾斜板4.2上表面设置有分割板4.3，分割板4.3将倾斜板4.2分为上板4.2a和下板4.2b，下板4.2b设置有倒t形凹槽9，上板4.2a上开设有上板孔4.21。

水平片2.2上对称设置有通孔2.23，通孔2.23在连接浮体2侧壁与安装孔2.22之间，通孔2.23固定有下安装件5，下安装件5包括“l”型固定架5.1，固定架5.1底面中间设置有直角三角形固定支架5.2，固定支架5.2两侧的固定架5.1底面开设有与通孔2.23配合的下安装孔5.3，固定架5.1顶部设置有倾斜的下安装板5.4，下安装板5.4上表面设置有分线板5.5，分线板5.5将下安装板5.4分为上装板5.4a和下装板5.4b，上装板5.4a上设置有倒t形凹槽9，下装板5.4b上开设有小孔5.41。

下安装件5上设置有压块8，压块8呈型，包括上压板8.1和下压板8.2，上压板底面设有t形槽8.11，t形槽8.11与倒t形凹槽9配合且t形槽8.11与倒t形凹槽间固定有光伏组件7，t形槽8.11与倒t形凹槽9内设置有工形防滑橡胶垫10，下压板8.2为设置有倒u形槽8.21，下压板8.2的表面开设有压板孔8.3。

走道浮体1一侧的凸片1.21之间的水平平台1.2台面上对称设置有定位块1.4；矩形块2.1底面设置有与定位块1.4配合固定的定位槽2.3。

走道浮体1上表面有防滑纹1.5，走道浮体1底面横纵设置有多条流水槽1.6。

连接浮体2中间设置有上下贯穿的中孔2.4，减轻浮体质量的同时增强了浮体结构强度；连接浮体2上表面设置有一圈沉降槽2.5。如若不安装光伏组件，沉降槽2.5可铺设格栅板9作为通道。

连接浮体2四周上表面中部开设有放置槽2.6，连接浮体2的放置槽2分别与矩形块2.1和条形凸台2.21的放置槽2.6形成整体的放置槽2.6，连接浮体2底面设置有不同方向的槽道2.7。槽道2.7作为流水槽和通风槽，以减轻波浪载荷和风载荷，并增强浮体结构强度，上表面放置槽2.6可作为电缆槽放置电缆，防止电缆落水；

凸片1.21设置有插孔1.22；插孔1.22、固定孔2.11c、连接耳1.3和安装孔2.22为梅花孔，插孔1.22和固定孔2.11c通过螺杆3.3固定，一个走道浮体1连接耳1.3与另一个走道浮体1的连接耳1.3通过固定螺栓6固定，插孔1.22与安装孔2.22通过固定螺栓6固定，螺杆3.3下端和固定螺栓6的螺杆下端均设有螺纹11，两个螺杆上端外壁对称设有防转凸起12。

上述倾角可调插拔式水面光伏发电系统的安装方法，包括以下步骤：

1)将光伏组件上安装件4与支架3通过螺栓固定，下安装件5与连接浮体2通过螺栓固定；

2)将走道浮体1的插孔1.22与连接浮体2固定孔2.11c重合，其另一个走道浮体1的插孔1.22与连接浮体2安装孔2.22通过固定螺栓6固定；

3)将支架3插入插槽2.11中，将螺杆3.3穿过走道浮体1的插孔1.22与连接浮体2固定孔2.11c进行固定；

4)将工形防滑橡胶垫10推入t形槽8.11与倒t形凹槽9中，将光伏组件7一端固定在上安装件4上，光伏组件7另一端通过压块8压紧并固定在下安装件5上，形成光伏发电单元；

5)将光伏发电单元的连接耳1.3与另一个光伏发电单元的连接耳1.3通过固定螺栓6固定，得到倾角可调插拔式水面光伏发电系统。

插拔组装式水面光伏发电系统浮力验证计算：

本实施例采用功率290wp，尺寸为992mm×1978mm的多晶硅组件，以88块光伏组件为一个单元计算其承载能力如下：

水面光伏发电系统总承重：

光伏组件：23kg/块×88＝2024kg；

浮体自重：走道浮体：9.4kg/块×117块＝1099.8kg；连接浮体：8.4kg/块×104块＝873.6kg；支架：1.7kg/块×104块＝176.8kg；

安装检修人员：按8人×75kg/人＝600kg。

若考虑2.0的安全系数，总承重约8348.4kg，

水面光伏发电系统总浮力：

根据浮力公式，主浮体可提供浮力为152kg/块，组件支撑浮体可提供浮力为109kg/块，则总浮力为：152kg/块×117块+109kg/块×104块＝29120kg。

因此，本实施例可充分保证水面光伏发电系统的浮力需求。

实施例2

如图所示：本实施例与实施例1的结构基本相同，不同之处在于：

插槽2.11为波纹形。且插槽2.11中间设置有波纹形凸台2.11a，

实施例3

如图所示：本实施例与实施例1的结构基本相同，不同之处在于：

插槽2.11为开设在矩形块2.1两端面上矩形槽，插槽2.11底面均开设有固定孔2.11c。

插槽2.11内插入有用于支撑光伏组件7的支架3；支架3两侧壁底部配合设置有与凹凸卡口2.11b固定的插拔件3.2，插槽2.11两端底面对称设置有螺杆3.3，支架3上部中间开设有的倒凸形通风槽3.5，通风槽3.5可减小受风面积；通风槽两侧的支架3顶面中心线上对称设置有竖直固定板3.4，固定板3.4外端上水平设置有两个安装孔3.41，靠近连接浮体2的固定板侧壁上设置有加强筋3.32且加强筋3.42在安装孔3.41内侧；插槽2.11两侧壁上还设置有多个加强筋槽3.6。

其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。