一种水上光伏发电用复合材料浮体系统及其拼装方法与流程

本发明涉及浮动平台技术领域，具体说是一种绿色环保、全生命周期长、维护费用低、用于水上光伏发电用复合材料浮体系统及其制作流程。

背景技术：

随着我国经济社会的发展，我国光伏发电进入飞速发展阶段，据统计截至2015年底，我国光伏发电累计装机容量达到4300万千瓦，超越德国成为全球规模最大的光伏市场。光伏电站的缺点之一是能量分散，占地面积大，因此，我国严格限制光伏电站占用耕地，鼓励光伏采用戈壁、沙漠、荒山。与传统地面光伏电站相比，漂浮式光伏电站将光伏发电组件安装在水面浮体上，具有不占用土地资源、减少水量蒸发、抑制藻类生长的作用，同时水体对光伏组件及电缆的冷却也可有效提高发电效率。

作为水面光伏电站的重要支撑平台，浮动平台是关系到整个光伏电站能否正常运行发电的重要环节。目前光伏电站的全生命周期为25年，浮动平台必须具有良好的抗腐蚀性能、低密度、抗冻胀、抗风浪等特性来与之匹配。现有浮动平台中的浮体单元通常采用高密度聚乙烯材料，其使用寿命在15年左右，难以满足光伏电站全生命周期25年的要求。而复合材料水上浮动平台使用寿命可达50年以上，很好地解决了以上问题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术问题，提出了一种水上光伏发电用复合材料浮体系统及其拼装方法，其绿色环保、耐腐蚀性能优异，使用寿命可达50年以上，满足光伏电站全生命周期25年的要求，可很好地应用于水上光伏电站的建设。

本发明采用的技术方案为：一种水上光伏发电用复合材料浮体系统，该浮体系统包括复合材料浮体主梁、复合材料浮体次梁和复合材料拉挤型材；

复合材料浮体主梁上表面每隔一段距离预埋带有螺栓孔的钢板，复合材料浮体次梁搁置在浮体主梁上，通过螺栓与复合材料浮体主梁连接，将多个复合材料浮体主梁沿横向连成整体；复合材料浮体主梁两侧预埋钢片，预埋钢片之间通过螺栓连接将复合材料浮体主梁沿纵向连成整体；所述复合材料拉挤型材包括复合材料支架次梁、复合材料支架主梁、复合材料支架竖向支撑、复合材料浮体水平支撑；复合材料浮体水平支撑和复合材料支架竖向支撑通过螺栓固定在复合材料浮体次梁上，复合材料支架主梁通过螺栓与复合材料支架竖向支撑及复合材料浮体次梁连接，复合材料支架主梁上每隔一段距离通过螺栓连接固定一根复合材料支架次梁，太阳能电池板通过Z型连接件固定在复合材料支架次梁上。

作为优选，所述复合材料为树脂基纤维增强复合材料，纤维可采用玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维，树脂可采用不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂或者环氧树脂。

作为优选，所述复合材料浮体主梁包括复合材料面层、复合材料格构腹板和泡沫芯材，泡沫化学成分可以是聚氨酯、聚氯乙烯或者聚醚酰亚胺。

作为优选，所述复合材料浮体次梁可采用两根复合材料拉挤型材胶接而成，也可采用复合材料拉挤型材、复合材料夹芯梁、格构增强复合材料夹芯梁、镀锌钢梁。

作为优选，所述复合材料支架次梁的截面形状是方管型、U型或者槽型，复合材料支架主梁、支撑的截面形状是槽型、L型或者方管型。

作为优选，所述复合材料浮体主梁的长度为8-15米，复合材料浮体次梁的长度为9-12米。

上述水上光伏发电用复合材料浮体系统的拼装方法，包括以下步骤：

a、采用拉挤成型工艺制备复合材料拉挤型材；选定纤维及树脂种类，使纤维增强材料在牵引装置的拉引下，依次经过树脂浸渍装置、预成型模、加热到给定温度的钢制主成型模和后处理炉，以制得所需复合材料拉挤型材；选择截面形状为方管型的复合材料拉挤型材，通过胶接得到复合材料浮体次梁；

b、采用真空导入工艺制作复合材料浮体主梁；首先根据设计参数要求将泡沫切割成需要的尺寸，在每个切割成型的泡沫四周包裹玻璃纤维布，然后将包裹玻璃纤维布的泡沫摆放整齐，每隔一段距离预埋带有螺栓孔的钢板，在其四周再铺设玻璃纤维布并铺设真空袋，利用真空泵抽出空气产生负压将树脂吸入，经进料孔充分浸渍玻璃纤维布，形成复合材料上、下面层及格构腹板，固化、脱模得到复合材料浮体主梁；

c、复合材料浮体次梁搁置在浮体主梁上，通过螺栓与复合材料浮体主梁连接，将多个复合材料浮体主梁沿横向连成整体；复合材料浮体主梁两侧预埋钢片，预埋钢片之间通过螺栓连接将复合材料浮体主梁沿纵向连成整体；复合材料浮体水平支撑和复合材料支架竖向支撑通过螺栓固定在复合材料浮体次梁上，复合材料支架主梁通过螺栓与复合材料支架竖向支撑连接，复合材料支架主梁上每隔一段距离通过螺栓连接固定一根复合材料支架次梁，太阳能电池板通过Z型连接件固定在复合材料支架次梁上。

有益效果：本发明通过将传统浮动平台中的高密度聚乙烯浮体单元和镀锌钢支架分别用复合材料浮体单元和拉挤型材替代，提高了整个浮体系统的使用寿命，解决了目前浮动平台使用寿命难以与光伏电站全生命周期相匹配的问题。

附图说明

图1为本发明复合材料浮体系统(无太阳能电池板)；

图2为本发明复合材料浮体系统(固定太阳能电池板)；

图3为本发明复合材料浮体主梁；

图4为本发明复合材料支架主梁(L型)；

图5为本发明复合材料支架次梁(方管型)；

图6为本发明复合材料浮体次梁；

图7为本发明复合材料浮体水平支撑(L型)；

图8为本发明复合材料支架竖向支撑(L型)；

图9为本发明复合材料浮体主梁中预埋的带螺栓孔钢板；

图10为本发明复合材料浮体主、次梁连接方式示意图；

图11为本发明复合材料浮体主梁之间连接方式示意图；

图12为本发明复合材料浮体主梁内部构造示意图；

图13为本发明复合材料浮体系统总体平面拼装示意图；

其中：1—复合材料浮体主梁；2—复合材料支架主梁；3—复合材料支架次梁；4—复合材料浮体次梁；5—复合材料浮体水平支撑；6—复合材料支架竖向支撑；7—太阳能电池板；8—预埋带螺栓孔的钢板；9—泡沫芯材；10—复合材料面层；11—复合材料格构腹板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1-13所示：

一种水上光伏发电用复合材料浮体系统，该浮体系统包括复合材料浮体主梁1、复合材料浮体次梁4和复合材料拉挤型材；

复合材料浮体主梁1上表面每隔一段距离预埋带有螺栓孔的钢板8，复合材料浮体次梁4搁置在浮体主梁1上，通过螺栓与复合材料浮体主梁1连接，将多个复合材料浮体主梁1沿横向连成整体；复合材料浮体主梁1两侧预埋钢片，预埋钢片之间通过螺栓连接将复合材料浮体主梁1沿纵向连成整体；所述复合材料拉挤型材包括复合材料支架主梁2、复合材料支架次梁3、复合材料浮体水平支撑5、复合材料支架竖向支撑6；复合材料浮体水平支撑5和复合材料支架竖向支撑6通过螺栓固定在复合材料浮体次梁4上，复合材料支架主梁2通过螺栓与复合材料支架竖向支撑6和复合材料浮体次梁4连接，复合材料支架主梁2上每隔一段距离通过螺栓连接固定一根复合材料支架次梁3，太阳能电池板7通过Z型连接件固定在复合材料支架次梁3上。

所述复合材料为树脂基纤维增强复合材料，纤维可采用玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维或者芳纶纤维，树脂可采用不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂或者环氧树脂。所述复合材料浮体主梁1包括复合材料面层10、复合材料格构腹板11和泡沫芯材9，泡沫化学成分可以是聚氨酯、聚氯乙烯或者聚醚酰亚胺。所述复合材料浮体次梁4可采用两根复合材料拉挤型材胶接而成，也可采用复合材料拉挤型材、复合材料夹芯梁、格构增强复合材料夹芯梁、镀锌钢梁。所述支架主梁2、支架次梁3、浮体水平支撑5、支架竖向支撑6也可采用镀锌钢材料。所述支架次梁3的截面形状是方管型、U型或者槽型，支架主梁2、支撑5、6的截面形状是槽型、L型或者方管型。所述复合材料浮体主梁1的长度为8-15米，复合材料浮体次梁4的长度为9-12米。

上述水上光伏发电用复合材料浮体系统的拼装方法，包括以下步骤：

a、采用拉挤成型工艺制备复合材料拉挤型材；选定纤维及树脂种类，使纤维增强材料在牵引装置的拉引下，依次经过树脂浸渍装置、预成型模、加热到给定温度的钢制主成型模和后处理炉，以制得所需复合材料拉挤型材；选择截面形状为方管型的复合材料拉挤型材，通过胶接得到复合材料浮体次梁；

b、采用真空导入工艺制作复合材料浮体主梁；首先根据设计参数要求将泡沫切割成需要的尺寸，在每个切割成型的泡沫四周包裹玻璃纤维布，然后将包裹玻璃纤维布的泡沫摆放整齐，每隔一段距离预埋带有螺栓孔的钢板，在其四周再铺设玻璃纤维布并铺设真空袋，利用真空泵抽出空气产生负压将树脂吸入，经进料孔充分浸渍玻璃纤维布，形成复合材料上、下面层及格构腹板，固化、脱模得到复合材料浮体主梁；

c、复合材料浮体次梁搁置在浮体主梁上，通过螺栓与复合材料浮体主梁连接，将多个复合材料浮体主梁沿横向连成整体；复合材料浮体主梁两侧预埋钢片，预埋钢片之间通过螺栓连接将复合材料浮体主梁沿纵向连成整体；复合材料浮体水平支撑和复合材料支架竖向支撑通过螺栓固定在复合材料浮体次梁上，复合材料支架主梁通过螺栓与复合材料支架竖向支撑连接，复合材料支架主梁上每隔一段距离通过螺栓连接固定一根复合材料支架次梁，太阳能电池板通过Z型连接件固定在复合材料支架次梁上。

在上述制备工艺中：复合材料浮体主、次梁和复合材料拉挤型材的结构形式与尺寸、纤维种类、含量及铺设形式、树脂种类、螺栓的尺寸及个数均可根据需要灵活调整。

以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。