水上光伏系统及其布阵方法与流程

本发明涉及太阳能光伏系统，尤其涉及一种水上光伏系统及其布阵方法。

背景技术：

太阳能光伏发电是通过使用太阳能光伏组件子系统所形成的阵列接受入射的太阳光，通过光伏转换将光能转换为电能，并收集所产生的电能以供使用的技术。为了更好地使光伏组件子系统接收太阳光照，本领域中已经实现了光伏组件子系统的太阳跟踪系统。通过实时地跟踪太阳运动，调整光伏组件子系统机架的朝向，以使得太阳光直射至光伏组件子系统的受光平面，可以增加光伏组件子系统所能接收到的太阳辐射量，提高太阳能光伏发电系统的总体发电量。

此外，无遮掩的水面或者沙漠地带也是光伏系统利用太阳能的理想场地。例如，图1所示的第201510717718.7号中国发明专利申请公开了一种水上光伏发电装置的基础，它包括一种光伏支架支撑单元，该光伏支架支撑单元包括四个浮筒1、设置于该四个浮筒1之间向上布置的支撑单元座2、以及设置于该支撑单元座2上的用以安装光伏组件的安装座3。但是，如果仅仅依靠浮筒1的浮力和支撑单元座2的互相牵制将光伏阵列布阵在水面上，当遇到强风暴雨的恶劣气候时，光伏阵列很可能会发生被漂浮到浅滩搁浅或者被撞到岸边造成损坏的事故。

再如，第201310048961.5号中国发明专利申请公开了一种水上光伏组件承载单元方阵及使用其的发电系统，该发电系统除了类似上述浮筒的浮动平台外，还设置有外围防护系统，后者包括打入水体底部的水底桩、以及带圆环的钢构轨道和防护箱。其中，防护箱经钢缆固定在钢构轨道上，钢构轨道上的圆环活动地套设在水底桩上，由此，漂浮在水面上的光伏部件可以随着水位的变化上下纵向移动，并通过水底桩进行水平方向的定位。但是，在水体底部打入水底桩的难度较高，尤其是在水位较深的水域施工及其困难，而且，其整个外围防护系统的结构比较复杂，制作成本较高。因此，还需要提供一种水上光伏系统及其布阵方法，它不仅能够将水上光伏阵列牢牢地固定在规定的水域水面上，有效抵御强风暴雨等恶劣气候环境的袭击，而且要求制作成本低，施工方便，布阵合理。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种水上光伏系统及其布阵方法。

根据本发明的一个方面，提供一种水上光伏系统，包括至少一个光伏阵列，所述光伏阵列包括光伏组件，用以支承该光伏组件的光伏支架，以及用以将所述光伏支架架设在水面上的浮筒，所述浮筒对应地设置在所述光伏组件的下面，其中，所述光伏系统还包括用以将所述光伏阵列固定在水域中的锚，所述锚设置在所述光伏阵列的对角位置的水面下，且所述锚通过锚链连接到位于所述光伏阵列中央位置的光伏支架上。

如上所述的水上光伏系统，其中，所述光伏阵列配置成，使位于所述光伏阵列外围的所述浮筒的高度较低于位于所述光伏阵列内圈的所述浮筒的高度。

如上所述的系统，其中，所述光伏阵列进一步配置成，使位于所述光伏阵列对角位置最外侧的浮筒的高度较低于位于所述光伏阵列外围的其它浮筒的高度。

如上所述的系统，其中，所述光伏支架包括安装在所述浮筒上的立柱，固定在所述立柱上的连接座，以及套设在所述连接座上的绑绳环。

如上所述的系统，其中，所述锚链沿着所述光伏阵列的对角线连接到位于所述光伏阵列中央位置的所述浮筒的连接座上的绑绳环上。

如上所述的系统，其中，所述浮筒的筒体采用阻燃泡沫材料，且所述筒体包裹有玻璃布，所述玻璃布与所述筒体之间涂刷有黏合剂。

根据本发明的另一方面，提供一种水上光伏系统的布阵方法，所述水上光伏系统包括至少一个光伏阵列，所述光伏阵列包括光伏组件，用以支承该光伏组件的光伏支架，以及用以将所述光伏支架架设在水面上的浮筒，所述浮筒对应地设置在所述光伏组件的下面，所述方法包括如下步骤：

在所述光伏阵列的对角位置的水面下设置用以将所述光伏阵列固定在水域中的锚；

在位于所述光伏阵列的中央位置的浮筒中，选择若干浮筒上的光伏支架作为锚链接点；

将所述锚链连接到所述锚链接点。

如上所述的方法，其中，所述选择锚链接点的步骤包括，沿着所述光伏阵列的对角线，将位于所述光伏阵列中央位置的所述浮筒上的光伏支架选择为锚链接点。

如上所述的方法还包括：

在所述浮筒上的光伏支架上设置连接座；

在所述连接座上套设绑绳环；以及

将所述绑绳环作为锚链接点。

如上所述的方法还包括：

在所述光伏阵列的内圈设置筒体高度为最高的浮筒；以及

在所述光伏阵列的外围设置筒体高度为次高的浮筒。

根据本发明的水上光伏系统及其布阵方法，它不仅能够将水上光伏阵列牢牢地固定在规定的水域水面上，有效抵御强风暴雨等恶劣气候环境的袭击，而且，整个系统的制作成本低，施工方便，布阵合理。

附图说明

图1是表示现有技术的水上光伏系统的示意图。

图2是表示根据本发明的一个实施例的水上光伏系统的一个布阵平面示意图。

图3是表示图2所示水上光伏系统的一个局部立体示意图。

图4a和4b分别是表示图2所示本发明的水上光伏系统的一个锚的结构示意图。

图5是表示根据本发明的水上光伏系统的光伏支架的一个局部示意图。

图6是图5所示光伏支架中一个连接座和绑绳环的局部放大图。

图7a和7b是表示根据本发明的水上光伏系统的光伏支架的一个绑绳环的示意图。

图8a和8b是表示根据本发明的水上光伏系统的光伏支架的一个连接座的示意图。

图9是表示图7a和7b所示的绑绳环安装在图8a和8b所示的光伏支架的连接座上的示意图。

图10和图11分别是表示根据本发明的水上光伏系统的一个实施例的浮筒的筒体的透视图和剖面图。

图12a和12b分别是表示根据本发明的水上光伏系统的一个实施例的浮筒的浮筒盖的仰视图和立体图。

图12c和12d分别是表示根据本发明的水上光伏系统的另一个实施例的浮筒的浮筒盖的仰视图和立体图。

图13是表示根据本发明的水上光伏系统的一个较佳实施例的浮筒立柱的立体示意图。

图14a和14b分别是表示根据本发明的水上光伏系统的一个实施例的浮筒的装配结构的侧视图和立体示意图。

图15是表示根据本发明的水上光伏系统的一个过桥浮筒的示意图。

具体实施方式

结合参考在附图中示出和在以下描述中详述的非限制性实施例，可以更完整地理解本申请的多个技术特征和细节。并且，以下描述忽略了对公知的原始材料、处理技术、部件以及设备的描述，以免不必要地混淆本申请的技术要点。然而，本领域技术人员将会理解到，在下文中描述本申请的实施例时，描述和特定示例仅作为说明而非限制的方式来给出。

在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。

图2是表示根据本发明的一个实施例的水上光伏系统的一个布阵平面示意图。图3是表示图2所示水上光伏系统的一个局部立体示意图。结合参见图2和图3,根据本发明的水上光伏系统，包括至少一个光伏阵列。图2示出了一个10×10的光伏阵列，本领域的技术人员可以理解，该光伏阵列也可以是其它数目的矩阵阵列，包括方阵阵列。该光伏阵列包括光伏组件21，用以支承该光伏组件21的光伏支架22，以及用以将所述光伏支架22架设在水面上的浮筒23，所述浮筒23对应地设置在所述光伏组件21的下面。根据本发明的实施例，所述光伏系统还包括用以将所述光伏阵列固定在水域中的锚24，所述锚24设置在所述光伏阵列的对角位置的水面下，且所述锚24通过锚链25连接到光伏支架22上，由此将所述的光伏阵列牢牢地固定在指定的水域。根据本发明的一个较佳实施例，锚链24例如采用直径12mm的铁链，长度例如为30米，节距例如为78mm。本领域的技术人员可以理解，锚链24的具体尺寸可以根据光伏阵列的具体情况而定，而锚链24的材料也可以根据具体的水域情况而定，例如，对于腐蚀性较强的水域也可以采用不锈钢材料。

根据本发明的另一个实施例，例如，可以在锚链25的两侧分别设置一条尼龙绳29。尼龙绳29的直径例如为12mm，尼龙绳29的一端连接到锚24，另一端绑定在位于光伏阵列中央位置的浮筒23上的光伏支架22上，以辅助牵制整个光伏阵列，不使其位移。

图4a和4b分别是表示图2所示本发明的水上光伏系统的一个锚的结构示意图。结合参见图4a和4b，本发明的锚24例如采用截面为梯形的锚身241(见图4a)，锚身241的底面例如为方形(见图4b)，锚身241也可以例如为圆形、椭圆形或者三角形(未图示)等等。锚身241的周边和底部例如设置了栏栅2411，锚身241的外围底部例如设置了多个锚爪242。使用时，例如可以在锚身241的内部充填石块、水泥块或者金属块等重物，栏栅2411可以拦挡锚身内部重物外流，当将锚24沉入水底时，能够利用锚爪242插入水底泥层，从而使其固定在水底下。

本领域的技术人员可以理解，根据本发明的实施例，锚24的锚身241和锚爪242可以用金属材料制成，也可以采用其它硬质材料制成。根据本发明的构思，其中的锚爪242也可以设置成倒钩状，当其插入水底泥层后，可以增强其抓地力。本领域的技术人员还可以理解，根据本发明的构思，也可以将现有技术的船锚用于本发明。

仍然参见图2和图3，在光伏支架22中设置若干个锚链接点，例如，可以在沿光伏阵列对角线的光伏支架22的位置上设置4个锚链接点26，利用锚链25将锚24连接到锚链接点26上。即，将锚链25的一端固定在锚身241上，将锚链25的另一端绑定在光伏阵列的锚链接点26上。其中，锚链接点26与放锚点的水面距离例如设置在30米左右，本领域的技术人员可以理解，该距离可以根据光伏阵列的大小和环境地理合理设置。本领域的技术人员还可以理解，也可以在光伏支架22中合理地选择多个(例如，4个以上的)锚链接点。

根据本发明的上述锚24与光伏阵列的布阵，例如相邻的两个光伏阵列的方阵(未图示)在邻接的一侧可以共用一个锚24。根据本发明的水上光伏系统，其中，锚链25可以采用金属，例如合金钢制成。作为一种变换，锚链25也可以采用非金属材料制成，只要其能够承受足够的拉力就行。根据本发明的水上光伏系统，在光伏阵列四周布下锚24后，锚24在水底下的抓地力例如可以承受7吨以上的拉力，足以抵抗强风暴雨的恶劣气候条件，保障水上光伏系统的安全。

图5是表示根据本发明的水上光伏系统的光伏支架的一个局部示意图,图6是图5所示光伏支架中一个连接座和绑绳环的局部放大图。结合参见图5和图6，光伏支架22包括线槽221，例如包括交叉分布的东西向线槽和南北向线槽，后者例如通过连接座222固定在立柱227上。立柱227例如固定在浮筒23上。绑绳环224例如套设在连接座222上，较佳地，例如在光伏支架22的每个连接座222上都套设一个绑绳环224，并且通过缆绳228将所述光伏阵列的例如所有立柱227上的绑绳环224牵引在一起并予以固定。如此，例如套设在位于光伏阵列中央的立柱227上的绑绳环224将等分地在例如四个方向上都连接了缆绳228。

图7a和7b是表示根据本发明的水上光伏系统的光伏支架的一个绑绳环224的示意图。图8a和8b是表示根据本发明的水上光伏系统的光伏支架的一个连接座222的示意图。结合参见图7a、7b和图8a、8b，绑绳环224例如沿圆周等分地设置4个连接位2241，用以使缆绳228例如通过扎接、焊接、铆接或者套接等方式连接在绑绳环224上。较佳地，绑绳环224上例如可活动地套设有4个链扣(未图示)，缆绳228例如为铁链，其端部可以连接到该链扣上。连接座222在相对立柱227的外侧例如设置有凹槽2221，绑绳环224的内侧一部分例如套设在连接座222的凹槽2221中(详见图6)。

图9是表示绑绳环224安装在光伏支架的连接座222上的示意图。参见图9，连接座222例如通过螺钉将光伏阵列的线槽221(例如东西向和/或南北向线槽)固定在立柱227上，绑绳环224则套设在连接座222外侧的凹槽2221中。由于缆绳228沿绑绳环224圆周等分地连接在绑绳环224上，故即使在强风暴雨的恶劣环境下，缆绳所承受的力都均匀分布到每根立柱227上所设置的绑绳环224上，只要绑绳环224足够坚固，就不会对连接座222，进而不会对整个光伏支架造成破坏，保护了光伏阵列的安全使用。

结合参见图2和图3，如前所述，例如，可以在沿光伏阵列对角线的光伏支架22的位置上设置4个锚链接点26，利用锚链25将锚24连接到锚链接点26上。即，将锚链25的一端固定在锚身241上，将锚链25的另一端绑定在光伏阵列的锚链接点26上。其中，锚链接点26例如沿光伏阵列的对角线选择位于光伏阵列靠近中心的位置上，例如，图2所示，该锚链接点26选择位于从光伏阵列的对角起沿对角线向光伏阵列中央的第4个浮筒23’的位置。亦即，安装在该浮筒23’的立柱227上的绑绳环224被选择为锚链接点26。

较佳地，作为锚链接点26的绑绳环224的材料的直径比套设在光伏支架其它位置的立柱227上的绑绳环224的材料的直径更大，即，前者比后者更粗，例如，前者的材料的直径为30mm，后者的材料的直径为20mm，由此，光伏阵列的锚链接点26可以承受从锚链25传递的更大的拉力。

图10和图11分别示出根据本发明的一个实施例的浮筒23的筒体231的透视图和剖面图。具体地，图11示出图10中的筒体231的纵向剖面图。如图所示，筒体231可呈现圆柱体的形状，并且在其中心处可设置有贯穿筒体的孔232。在例如10×10光伏阵列的实施例中，筒体231的直径例如可以是1100mm，并且其高度例如可以是750mm、550mm、或者450mm。本领域的技术人员可以理解，筒体231的直径和高度并非仅限于以上所述，它还可以采用其它的尺寸。

在一个实施例中，浮筒作为承载整个水上光伏阵列的载体，在其设计过程中需要考虑其浮力和自身强度等因素。出于浮力的考虑，可采用泡沫(eps)材料来制作筒体。考虑到设计安全问题，在此可采用阻燃eps材料来制作筒体。泡沫筒体本身的强度较差，因此出于持久性的考虑，筒体例如可被包裹有含玻璃钢原材料的玻璃布(未示出)，并且涂刷黏合剂(例如，无溶剂环氧树脂)使玻璃布和筒体黏合，从而增加筒体的表面强度。在该涂刷过程中，黏合剂可添加有阻燃剂以保障安全。在一个实施例中，玻璃布的厚度约为1mm，并且待固化后即可达到对浮桶23的强度要求。对本领域技术人员将是显而易见的是，无溶剂环氧树脂只是黏合剂的一个示例，并且本发明不限于此。

有利的是，在采取如上措施之后，浮筒23可兼顾安全性、环保性、可靠性和经济实用性，并且泡沫加工相对简单，整体装配较为简易。另外，泡沫筒体可根据实际情况通过加工来改变大小和高度，改变后的浮筒23能够针对不同水域环境仍然具有相同的功能。

图12a和12b示出根据本发明的一个实施例的浮筒盖230的仰视图和立体图。在该实施例中，浮筒采取上下盖结构，即浮筒盖230包括上盖和下盖。在上盖和下盖的中心处均设置有与筒体的孔232相对应的孔2302。即，上盖和下盖的孔2302与筒体的孔232相对应。上盖可加强浮筒的强度，而下盖可增强其与水之间的吸附力。浮筒盖230可采用玻璃钢材质，因为这种材质坚固耐用，安全环保，可以起到保护泡沫浮筒的上下端面的作用。另外，浮筒盖230可承载大部分来自光伏支架21的立柱227的力，并且合理设计的交叉的加强筋结构234极大地增强了浮筒盖230的坚固性。

本领域的技术人员可以理解，浮筒盖230也可以仅仅是一个上盖，即，浮筒的底部例如也可以采用封闭的结构。

图12c和12d示出根据本发明的另一个实施例的浮筒盖230’的仰视图和立体图。参见图12c和12d，该浮筒盖230’与图12a和12b所示的浮筒盖230相比，已经去除了圆盘部分，而保留了加强筋234和部分底板，而浮筒的顶部和底部例如也像筒体周围表面那样处理，被包裹有含玻璃钢原材料的玻璃布(未示出)，并且涂刷黏合剂(例如，无溶剂环氧树脂)使玻璃布和筒体的顶部和底部黏合。

图13示出根据本发明的一个较佳实施例的浮筒立柱239的立体图。结合参见图10-图12d，筒体231的孔232正好容纳浮筒立柱239，并且浮筒盖230的上盖和下盖的孔2302正好容纳浮筒立柱239。

图13所示的浮筒立柱239能够贯穿浮筒，即浮筒立柱239可被安装在图10和图11所示的筒体231的孔232以及浮筒盖230的上盖和下盖的孔2302中。在一个实施例中，浮筒立柱239例如可采用铝质材料，因为铝质材料轻便耐用，在水中不容易因腐蚀生锈而遭受破坏。当然，本领域的技术人员可以理解，浮筒立柱239也可以采用其它的材料制成，只要它有足够的强度即可。浮筒立柱239例如可通过螺栓(未图示)与浮筒盖230(包括上盖和下盖)连接，即，浮筒盖230的上盖和下盖与浮筒立柱239是螺栓连接。由此浮筒立柱239形成水上光伏支架与浮筒连接的纽带。即，浮筒立柱239使得水上光伏支架与浮筒相连。

图14a和14b示出根据本发明的一个实施例的浮筒23的装配结构的侧视图和立体图。如图所示，浮筒立柱239穿过浮筒筒体231的孔232，并且分别例如通过螺栓与浮筒盖230的上盖和下盖连接，从而实现浮筒立柱239与浮筒的固定连接。本领域技术人员应当理解，螺栓连接只是浮筒立柱239和浮筒盖230连接的一种示例性方式，并且浮筒立柱239还可通过例如铆接等其他方式与浮筒盖230连接。

仍然结合参见图2和图3，根据本发明的水上光伏系统，其中，光伏阵列的浮筒23例如布置成，使位于光伏阵列外围的浮筒23的高度较低于位于该光伏阵列内圈的浮筒23的高度，并且，使位于该光伏阵列4个对角的浮筒23的高度较低于位于该光伏阵列外围的其它浮筒23的高度。例如，可以将位于光伏阵列4个对角的浮筒23的高度设置成450mm，将位于该光伏阵列外围的除了所述4个对角以外的其它浮筒23的高度设置成550mm,而将位于该光伏阵列内圈的浮筒23的高度设置成750mm。本领域的技术人员可以理解，各个浮筒23的高度可以根据光伏阵列具体的水域环境而定，它们也可以设置成同样的高度。

如前所述，例如，可以在沿光伏阵列对角线的光伏支架22的位置上设置4个锚链接点26，利用锚链25将锚24连接到锚链接点26上。即，将锚链25的一端固定在锚身241上，将锚链25的另一端绑定在光伏阵列的锚链接点26上。其中，锚链接点26例如沿光伏阵列的对角线选择位于光伏阵列靠近中心的位置上，例如，图2所示，该锚链接点26选择位于从光伏阵列的对角起沿对角线向光伏阵列中央的第4个浮筒23’的位置。亦即，安装在该浮筒23’的立柱227上的绑绳环224被选择为锚链接点26。因此，作为锚链接点26所在位置的浮筒23’的高度例如较佳地设置为比位于光伏阵列外围的浮筒23的高度要高，例如为750mm高。

图15是表示根据本发明的水上光伏系统的一个过桥浮筒的示意图。结合参见图2、图3和图15，根据本发明的水上光伏系统的一个较佳实施例，在锚链25所经过的对角线上，设置至少一个过桥浮筒(或称避锚浮筒)28。与前述的浮筒23不同，过桥浮筒28由两个筒体281组成，该两个筒体281例如由一根槽钢282相互连接在一起，且相互之间留有一定的间隙。即，槽钢282的两端分别固定在两个筒体281的浮筒立柱239上，而前述光伏支架的立柱227则固定在该槽钢282的中央，即位于两个筒体281之间间隙的位置上。锚链25从锚链接点26下垂通过该过桥浮筒28后，改往水底下走直至锚24所在位置。这样，由于锚链25是从过桥浮筒28的两个筒体281的中间穿过，故不会对筒体281本身造成碰擦和冲击等破坏，保证水上光伏系统的安全运行。

因此，根据本发明的水上光伏系统的布阵方法，所述水上光伏系统包括至少一个光伏阵列，所述光伏阵列包括光伏组件21，用以支承该光伏组件21的光伏支架22，以及用以将所述光伏支架22架设在水面上的浮筒23，所述浮筒23对应地设置在所述光伏组件21的下面，所述方法包括如下步骤：

在所述光伏阵列的对角位置的水面下设置用以将所述光伏阵列固定在水域中的锚24；

在位于所述光伏阵列的中央位置的浮筒23中，选择若干浮筒23’上的光伏支架22作为锚链接点26；

将所述锚24链连接到所述锚链接点26。

如上所述的方法，其中，所述选择锚链接点26的步骤包括，沿着所述光伏阵列的对角线，将位于所述光伏阵列中央位置的所述浮筒23’上的光伏支架22选择为锚链接点。如上所述的方法还包括：在所述浮筒23上的光伏支架22上设置连接座222；在所述连接座222上套设绑绳环224；以及将所述绑绳环224作为锚链接点26。如上所述的方法还包括：在所述光伏阵列的内圈设置筒体高度为最高的浮筒23；以及在所述光伏阵列的外围设置筒体高度为次高的浮筒23。

以上虽然已经按照优选实施例描述了本发明的水上光伏系统及其布阵方法，但根据本申请的上述构思，本领域普通技术人员可对本申请中描述的系统和方法进行多种变型而不背离本申请的概念、精神和范围。此外，可对本申请所公开的内容做出修改，并实现相同或相似的结果。对本领域普通技术人员显而易见的所有这些相似的替代和修改均被视为在由所附权利要求所限定的本申请的精神、范围以及概念以内。