适应大变幅、高流速水域的水面光伏锚固系统的制作方法

本实用新型涉及光伏发电技术领域，具体地指一种适应大变幅、高流速水域的水面光伏锚固系统。

背景技术：

随着国内两淮采煤沉陷区开始大规模建设水面光伏电站，漂浮式水面光伏电站的稳定性及其锚固系统的设计备受瞩目。目前，多数漂浮式水面光伏电站的锚固系统都是仿照船舶系泊系统进行“经验式照搬”，无论是打桩锚固还是抛锚锚固都缺少可靠的计算依据。锚固的设计多是试验性地逐渐增加锚固系统的强度，或是无法保证极限工况下光伏阵列的稳定性，或是设计过于保守，无法满足电站的经济性要求。

随着水面光伏电站的迅猛发展，漂浮式水面光伏电站逐渐从平静的采煤沉陷区及水库水面发展到水位变幅大、水流速度快的河流水面，水面光伏阵列锚固系统面临更为严峻的考验。锚块在流速较大的水域中，受到较大的风浪流冲击，极易发生走锚等情况，无法保障光伏阵列稳定性。光伏阵列会随着水位的变化而上升、下降，水位变幅较大时光伏阵列存在一定的不稳定隐患。目前已有的锚固系统一般通过预留锚绳余量的方法来适应水位的变化，但锚绳余量过大可能会导致阵列发生严重的偏转、偏移，影响阵列的稳定性及发电量，若阵列间距过小甚至有可能发生碰撞。因此研究一种适应大变幅、高流速水域的水面光伏锚固系统是十分重要的。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有背景技术不足之处，提出一种适应大变幅、高流速水域的水面光伏锚固系统，浮体受力均匀，光伏阵列震荡、偏转较小，可应用于水位变化大、水流流速高的水域，在严苛的环境条件下仍能有效保障水面光伏电站的整体稳定性。

为达到上述目的，本实用新型提及的一种适应大变幅、高流速水域的水面光伏锚固系统，其特殊之处在于，包括设置于光伏阵列四周水域中的管桩，所述管桩上设置有限位滑轮组件，所述限位滑轮组件与设置于光伏阵列外侧的钢支架通过锚绳连接。

进一步地，所述限位滑轮组件包括漂浮支撑、限位滑轮和连接滑轮，所述漂浮支撑为设置于管桩外周的框架结构，所述限位滑轮具有在管桩表面滑动的滚轮，并且所述滚轮与漂浮支撑的内侧固定连接，所述连接滑轮通过固定连接件与漂浮支撑的外侧固定连接，所述锚绳绕过连接滑轮与两个钢支架连接。

更进一步地，所述光伏阵列沿对角线方向外围四角分散均匀布置若干根管桩，管桩数量n满足1≤n≤5。

更进一步地，所述漂浮支撑为封闭几何形状的框架结构，所述漂浮支撑的特征长度大于管桩直径的3％～40％。

更进一步地，所述连接滑轮外围设置有供锚绳放置的锚绳滑动轨道，锚绳滑动轨道靠近漂浮支撑的一侧设置有固定环防止锚绳脱落。

更进一步地，所述锚绳为回折成两部分的一根锚绳，其两端分别连接于光伏阵列外侧的两个钢支架，回折部分位于限位滑轮组件的锚绳滑动轨道内，回折点位于固定环处，两部分的锚绳具有夹角θ，θ的取值范围应在10°～90°之间。

更进一步地，所述漂浮支撑外围对称设置有两个连接滑轮，每个连接滑轮分别通过锚绳与一个光伏阵列连接。此方案可以使两个光伏阵列共用一组管桩，节约成本。

本实用新型具有以下有益效果：

(1)管桩桩端进入持力层一定深度，为光伏阵列提供稳定的抗风、抗浪、抗流的能力；桩位固定不动，能够有效限制光伏阵列的偏移，同时可以有效避免锚固系统在高流速中偏移设计位置、不能达到设计作用效果；

(2)管桩设置限位滑轮结构，使连接管桩和光伏阵列的锚绳始终位于水平方向，随水位变化上升或下降，无需预留大量锚绳，即可适应大幅的水位变化，且避免了因水位变化导致锚固系统不稳定；

(3)通过滑轮将锚绳的受力一分为二，连接于光伏阵列上，使光伏阵列连接点受力均匀，避免应力集中导致浮体破损，有助于延长浮体的使用寿命，提高系统整体稳定性；

(4)限位滑轮结构通过若干个滚轮与管桩侧表面相切，减小其与管桩侧表面的摩擦，有助于延长限位滑轮结构的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型适应大变幅、高流速水域的水面光伏锚固系统示意图；

图2为光伏阵列及其锚固系统适应水位变化图；

图3为限位滑轮结构连接俯视图；

图4为限位滑轮结构侧视图；

图5为相邻光伏阵列共桩锚固系统示意图。

图中：最高水位水边线A，最低水位水边线B，施工水位水边线C，最高水位水边线与最低水位水边线间距L1，阵列靠近河岸一侧的管桩距离当时水边线的距离L2，管桩与阵列的水平间距L3，L4为光伏阵列边长。

光伏阵列1，管桩2，管桩桩顶3，目标水域最高水位4，限位滑轮组件5，最低水位6，锚绳7，钢支架8，漂浮支撑9，限位滑轮10，连接滑轮11，走道浮体12，固定连接件13，固定环14，锚绳滑动轨道15。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本实用新型的限制。

如图1～图4所示，本实用新型一种适应大变幅、高流速水域的水面光伏锚固系统，包括设置于光伏阵列1四周水域中的管桩2，管桩2上设置有限位滑轮组件5，限位滑轮组件5与设置于光伏阵列1外侧的钢支架8通过锚绳7连接。光伏阵列1四角位置为整个光伏阵列1中受力较大的位置，为了均匀锚绳7的受力，在沿光伏阵列1对角线方向分别布置1根或者多根管桩。钢支架8通过刚性螺栓与光伏阵列1最外围走道浮体12上表面连接。钢支架8的材料可为不锈钢、镀锌钢等，结构形式可为独立型钢、焊接组合成型的钢结构。本实施例中钢支架8采用不锈钢角钢，长度为可连接单个浮体一侧两个耳板的距离。

管桩2与光伏阵列1通过水平方向锚绳7连接，锚绳7通过限位滑轮组件5与管桩2相连、通过钢支架8与光伏阵列1相连，限位滑轮组件5嵌套于管桩上，贴合管桩2侧面上下移动。限位滑轮组件5包括漂浮支撑9、限位滑轮10和连接滑轮11，漂浮支撑9为设置于管桩2外周的框架结构，限位滑轮10具有在管桩2表面滑动的滚轮，并且滚轮与漂浮支撑9的内侧固定连接，连接滑轮11通过固定连接件13与漂浮支撑9的外侧固定连接，锚绳7绕过连接滑轮11与两个钢支架8连接。限位滑轮10与连接滑轮11的材料为防腐蚀材料，可为镀锌钢、不锈钢、塑料等。连接滑轮11的数量可以为任意个，当光伏阵列1的锚固系统采用共桩方案时，应至少在限位滑轮组件5的某对面两侧分别设置两个连接滑轮11。

漂浮支撑9为封闭几何形状的框架结构，可为正方形、圆形等形状，漂浮支撑9的特征长度，如正方形的边长、圆形的直径等，应大于管桩2直径的3％～40％。漂浮支撑材料可为高密度聚乙烯、泡沫混凝土等轻质、可漂浮材料，可随水位的升降发生高低变化，始终与光伏阵列1保持在同一水平面上。

限位滑轮10为四个与管桩2表面相切的滚轮，滚轮沿管桩2轴向方向滚动，四个滚轮均通过螺栓等连接件与漂浮支撑9连接；连接滑轮11位于漂浮支撑9侧边的外沿，通过固定连接件13与漂浮支撑9连接，其轴线与管桩2轴线平行，连接滑轮11滚动表面半高处位置设置内陷锚绳滑动轨道15，锚绳滑动轨道15为绕连接滑轮11滚动表面一周的圆环形，用于放置锚固锚绳7，固定锚绳7轨道，锚绳滑动轨道15靠近漂浮支撑9一侧设置有固定环14，与滑动轨道15配合，可防止锚绳7脱落，保证锚绳7稳定，均匀锚绳7受力。

如图5，此光伏电站锚固系统采用共桩方案进行锚固，因此在限位滑轮结构5的对立面两侧分别设置两个连接滑轮11。漂浮支撑9外围对称设置有两个连接滑轮11，每个连接滑轮11分别通过锚绳7与一个光伏阵列1连接。限位滑轮10与连接滑轮11的材料均为防腐蚀高密度聚乙烯材料。

锚绳7为回折成两部分的一根绳，其两端分别连接于光伏阵列1连接点位置，回折部分位于限位滑轮结构5的锚绳滑动轨道15内，回折点位于固定环14附近，两部分锚绳7具有一定夹角θ，θ的取值范围应在10°～90°之间，本实施例中，一根管桩2的两个锚固端间隔一个走道浮体12，即θ为11°。

如图2所示，当水域处于低水位6时，光伏阵列1漂浮于水面上，限位滑轮组件5由于其漂浮支撑9的作用，漂浮于水面上，锚绳7水平连接光伏阵列1与限位滑轮组件5。当水位上升至高水位4时，光伏阵列1随水面起伏而上升，限位滑轮组件5紧贴着管桩2随水面上升，光伏阵列1与限位滑轮组件5间仍通过锚绳7连接。光伏阵列1与限位滑轮组件5水平位置未变，只有竖直方向的位置发生变化。锚绳7始终保持水平连接，受力情况好。风浪流等环境载荷作用下，由管桩2为光伏阵列1提供锚固力，管桩桩端进入持力层一定深度，提供的锚固力可靠稳定。

本实用新型的设计方法与施工方法如下：

所述设计步骤包括：

1)计算管桩2数量：位于光伏阵列1每一侧的管桩2的个数计算公式为

其中F水平为光伏阵列1该侧的设计水平载荷，Qmax为单根锚绳最大设计拉力的水平分力；将光伏阵列1沿对角线方向外围四角设置分别设置管桩2，则管桩2的数量为光伏阵列1每一侧的管桩2的个数的和再加上四角管桩2个数的和；

2)设计光伏阵列1靠河岸侧边的管桩2的位置：最高水位水边线与最低水位水边线的距离为L1，光伏阵列1靠河岸侧边的管桩2距离水边线的距离为L2，满足L2≥L1，以防止阵列低水位搁浅；

3)计算管桩2与光伏阵列1的距离L3：根据太阳能光伏阴影间距公式，计算最低水位管桩2阴影不遮挡光伏板时，管桩2与阵列间的水平距离L3

4)计算锚绳7的夹角θ：

其中，L4为光伏阵列边长。

所述施工步骤包括：

5)根据靠河岸侧边的桩距离水边线的距离为L2、不同方向单侧桩的个数N，在光伏阵列四周确定位置进行打桩；

6)将预制成型的限位滑轮组件5从管桩2顶部套入，用锚绳7绕过限位滑轮组件5；

7)将钢支架8安装于光伏阵列9最外围走道浮体12的上表面，并采用刚性螺栓固定；

8)将锚绳7两自由端分别连接于两个钢支架8上，至此完成了水面光伏阵列锚固系统的安装。两个钢支架8之间的距离根据锚绳7的夹角θ确定。

尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本实用新型的保护范围内。