离散型走道浮体与支架组合式水面光伏发电装置及方法与流程

本发明涉及到光伏发电的技术领域，更加具体来说是离散型走道浮体与支架组合式水面光伏发电装置及方法。

背景技术：

与传统的地面光伏电站相比，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。

我国水资源丰富，湖泊、水库众多，发展水面漂浮式光伏电站市场前景广阔。

目前各种水面漂浮式光伏电站的设计建造方案众多，以浮体加组件设计和浮体、支架加组件设计为主，其中浮体、支架加组件形式又以全浮体走道与支架结合为主，但均处于试验阶段，普遍具有结构复杂、承载不均、工业通用性差、施工工艺复杂、造价高、工程寿命较短、后期维护困难等技术经济特征，无法大规模推广使用。如采用浮体加组件的设计方案，所有浮力、结构受力均由浮体提供和承载，对浮体要求较高，主要问题是造价高，非最佳倾角发电，浮体易变形、易老化、易应力开裂，表面硬度低，易刮伤，光伏组件安装和拆卸都困难，工程寿命较短等；采用走道浮体、主浮体与钢支架组合式或全浮体走道与钢支架组合设计，即由浮体提供浮力，结构受力均使用钢支架构件受力，主要问题是承载不均且浮体、钢构用量过多，连接复杂且连接处易锈蚀，钢支架抗水汽腐蚀能力差，浮体和光伏组件更换困难等。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于克服上述背景技术的不足之处，而提出离散型走道浮体与支架组合式水面光伏发电装置。

本发明的第一目的如下技术方法来实施的：离散型走道浮体与支架组合式水面光伏发电装置，它由若干个光伏组件单元组成，其特征在于：所述的光伏组件单元沿横向和纵向等间距排列，沿纵向排列的两个相邻的光伏组件单元的中间设置有电缆架桥，所述的电缆架桥位于所述的支架主梁上，

在每个所述的光伏组件单元的同侧的下方沿纵向设置有两个横杆，内侧的所述的横杆通过低连接件与下方的支架主梁固定，外侧所述的横杆通过高连接件与下方的支架固定；

每个所述的光伏组件的一侧铺设有格栅，所述的格栅的铺设在两根走道支架的上方，在两根所述的走道支架的下方设置有走道浮体，所述的走道浮体等间距安装在所述的走道支架的下方；在外围一圈的走道浮体的下方设置有配重块并通过钢丝绳与岸边锚固并留有10米的余量；

所述的走道支架耳板为工厂整体预制成型或在施工现场通过螺栓将角型连接件拼接而成；所述的螺柱为工厂整体预制成型或现场安装而成；所述的走道支架与走道浮体连接紧固件外表面均为耐腐蚀复合材料，内表面与螺柱材料相同；

螺柱高度与走道浮体上通孔厚度相等，走道浮体连接紧固件上端部分与垫片可将螺柱包裹密封。

所述的走道支架、第一连接件、第二连接件、第三连接件、第四连接件、第五连接件、走道浮体连接紧固件采用镀锌等耐腐蚀钢件，第一连接件、第二连接件、第三连接件、第四连接件、第五连接件、走道浮体连接紧固件都用耐腐蚀的复合材料保护套包裹密封；

所述的走道支架、第一连接件、第二连接件、第三连接件、第四连接件、第五连接件、走道浮体连接紧固件采用玻璃钢等复合材料构件，第一连接件、第二连接件、第三连接件、第四连接件、第五连接件、走道浮体连接紧固件内芯材料为钢件，自带内螺纹孔；第一螺栓、第二螺栓、第三螺栓、挂扣、弹性部件、第四螺栓的头部均安装复合材料保护套。

在上述技术方案中：所述的高连接件的高度大于所述的低连接件，所述的高连接件的顶点与所述的低连接件的顶点连线形成的倾斜线与所述的水平面之间的夹角为0度-15度之间；所述的第三连接件与所述的高连接件、低连接件上均设置有通孔；

所述的横杆的两侧均通过第三螺栓、第三连接件与下方的高连接件和低连接件固定。

在上述技术方案中：在所述的走道支架的一侧设置有走道支架耳板，所述的走道支架耳板预先设置有螺柱，在所述的走道浮体上走道浮体耳板预先设置有若干通孔，连接紧固件的上端自带有螺纹孔，所述的连接紧固件穿过所述的通孔并与螺柱配合套接锁紧。

在上述技术方案中：在每个所述的走道支架上首尾均设置有走道支架对接耳板，在所述的走道支架对接耳板上设置有通孔，自带螺纹的第一连接件穿过相邻所述的走道支架上的走道支架对接耳板的通孔并在尾部通过第一螺栓锁紧。

在上述技术方案中：当光伏组件为多晶硅带铝合金边框时，所述的光伏组件的两边通过压块固定在所述的横杆上；当所述的光伏组件为双玻或单玻时，所述的光伏组件的背面与挂扣的正面粘接，所述的挂扣的槽口与呈“[”的所述的横杆顶部翼缘板扣接，所述的挂扣尾部设置有弹性部件，所述的弹性部件顶住所述的横杆的下端板形成张力自锁；所述的横杆的内侧槽内开有与所述的挂扣上相匹配的条形孔；第四连接件穿过条形孔并在尾部通过第四螺栓固定。

在上述技术方案中：所述的支架主梁的两端均与沿纵向布置的走道支架连接，在每个所述的支架主梁一侧与所述的走道支架的连接处设置有通孔并用第二螺栓和第二连接件内螺纹配合连接，每个所述的支架主梁的另一侧通过第二连接件固定在所述的走道支架上。

在上述技术方案中：所述的支架主梁沿纵向等间距铺设在所述的光伏组件的下方且横向布置的支架主梁首尾对接延伸。

在上述技术方案中：所述的走道支架首尾相接的部位于所述的相邻的走道浮体之间。

在上述技术方案中：一个光伏组件单元内单个走道浮体所需提供的计算浮力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；其中光伏组件串与其支架、连接件及维护人员重量设置为G₁；设计安全系数设置为r；首尾两端之间的距离为L，单个走道浮体长为l₁，相邻的走道浮体之间的间距d，走道浮体的数量n，单个走道浮体沿横向走道方向的长为l₁；h₂为走道浮体的干舷高。

本发明的第二目的在于提供了一种方法即为离散型走道浮体与支架组合式水面光伏发电装置的方法。

本发明的方法离散型走道浮体与支架组合式水面光伏发电装置的方法，其特征在于：它包括如下步骤；

A:将若干光伏组件沿横向和纵向等间距排列，沿纵向布置的所述的光伏组件的同侧两边的下方安装有横杆，沿纵向布置的两列所述的光伏组件之间设置有电缆桥架，所述的电缆桥架安装在支架主梁的上方；

B:所述的支架主梁在横向延伸对接，所述的支架主梁等间距的安装在所述的横杆的下方，所述的支架主梁与所述的横杆互相垂直安装；

C:在内侧的所述的横杆与所述的支架主梁相交处设置有低连接件，在外侧的所述的横杆与所述的支架主梁相交处设置有高连接件，所述的高连接件的上顶点与所述的低连接件的顶点之间的连线形成的倾斜线与水平面之间多的夹角为0度-15度之间；

D:在所述的光伏组件的外侧安装有互相平行的走道支架，在所述的走道支架上铺设有格栅供工人行走与维修，在所述的走道支架的下方中间安装有走道浮体，所述的走道支架两侧的走道支架耳板与所述的走道浮体两侧的耳板之间通过连接紧固件与螺柱固定连接，所述的螺柱位于所述的走道支架耳板的下表面上；

E:相邻的走道浮体之间通过走道支架连接，并且所述肚饿走道支架连接处位于所述的走道浮体之间；在所述的走道浮体下设置有配重块并通过钢丝绳与岸边锚固。

在上述技术方案中：当光伏组件为多晶硅带铝合金边框时，所述的光伏组件的两边通过压块固定在所述的横杆上；当所述的光伏组件为双玻或单玻时，所述的光伏组件的背面与挂扣的正面粘接，所述的挂扣的槽口与呈“[”的所述的横杆顶部翼缘板扣接，所述的挂扣尾部设置有弹性部件，所述的弹性部件顶住所述的横杆的下端板形成张力自锁。

本发明包括如下技术优点：1、通过设置相邻走道浮体的合理间距，不仅可减少浮体数量，而且可充分利用浮体的潜力；通过提出走道浮体与走道支架及走道支架与支架主梁的插拔紧固组合连接形式，使走道浮体主体受力，大大减小浮体耳板的受力强度，提高浮体使用寿命，同时便于浮体安装与更换。本系统结构简单、通用性强且造价低、易更换。

2、提出了单个组件串内走道浮体数量与单个走道浮体计算浮力的计算方法，同时提出了相邻走道浮体间距以及走道浮体干舷高的取值范围，有利于选取合理的浮力数量和尺寸，使浮体成本最优化，同时保证水面漂浮光伏发电单元的稳定性。

3、通过对不同组件类型设置合理的固定方式，有效解决了小倾角、低重心光伏组件安装与拆卸困难的问题。

4、通过设计紧固件或锁紧连接件(带内螺纹)与螺柱和螺栓(带外螺纹)的配合形式，在紧固部位采用复合材料保护等密封包裹，有效延长了连接件、紧固件等的使用寿命；尤其是采用玻璃钢等复合材料支架后，提高了整体浮体架台的使用寿命，解决了目前浮体架台使用寿命难以与光伏电站全生命周期相匹配问题。

5、通过在水面漂浮光伏发电单元外围设置合理的配重块和锚固形式，并考虑水面涨落留有余量，防止电站搁浅，不仅提高了电站系统的整体稳定性，而且提高了系统经济性和可靠性。

附图说明

图1为离散型走道浮体与支架组合式水面光伏发电装置的单侧简图。

图2为离散型走道浮体与支架组合式水面光伏发电装置的结构示意图。

图3为走道浮体与走道支架的连接分解示意图；

图4为走道浮体与走道支架的连接合并示意图

图5为走道支架与走道支架的连接示意图；

图6为支架主梁与走道支架的连接示意图；

图7为横杆与支架主梁的连接示意图；

图8为光伏组件与横杆的固定连接分解示意图；

图9为光伏组件与横杆的固定连接合并示意图；

图中：光伏组件1、走道浮体2、格栅3、走道支架4、支架主梁6、电缆桥架7、高转接件8、横杆9、低转接件10、压块11、螺柱12、走道支架耳板13、走道浮体耳板14、通孔14.1、走道支架与走道浮体连接紧固件15、走道支架对接耳板16、第一连接件17、第一螺栓18、第二螺栓19、第二连接件20、第三连接件21、第四连接件22、第三螺栓24、挂扣25、弹性部件25.1、第四螺栓26、第五连接件27。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已，同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

参照图1-9所示：离散型走道浮体与支架组合式水面光伏发电装置，它由若干个光伏组件单元A组成，其特征在于：所述的光伏组件单元A沿横向和纵向等间距排列，沿纵向排列的两个相邻的光伏组件单元A的中间设置有电缆架桥7，所述的电缆架桥7位于所述的支架主梁6上，

在每个所述的光伏组件单元A的同侧的下方沿纵向设置有两个横杆9，内侧的所述的横杆9通过低连接件10与下方的支架主梁6固定，外侧所述的横杆9通过高连接件8与下方的支架6固定；每个所述的光伏组件A的一侧铺设有格栅3，所述的格栅3的铺设在两根走道支架4的上方，在两根所述的走道支架4的下方设置有走道浮体2，所述的走道浮体2等间距安装在所述的走道支架4的下方；在外围一圈的走道浮体2的下方设置有配重块并通过钢丝绳与岸边锚固并留有10米的余量；

所述的走道支架耳板13为工厂整体预制成型或在施工现场通过螺栓将角型连接件拼接而成；所述的螺柱12为工厂整体预制成型或现场安装而成；所述的走道支架与走道浮体连接紧固件15外表面均为耐腐蚀复合材料，内表面可与螺柱12材料相同；

螺柱12高度与走道浮体2上通孔14.1厚度相等，走道浮体连接紧固件15上端部分与垫片可将螺柱12包裹密封。

所述的走道支架4、第一连接件17、第二连接件20、第三连接件21、第四连接件22、第五连接件27、走道浮体连接紧固件15采用镀锌等耐腐蚀钢件，第一连接件17、第二连接件20、第三连接件21、第四连接件22、第五连接件27、走道浮体连接紧固件15都用耐腐蚀的复合材料保护套包裹密封。

所述的走道支架4、第一连接件17、第二连接件20、第三连接件21、第四连接件22、第五连接件27、走道浮体连接紧固件15采用玻璃钢等复合材料构件，第一连接件17、第二连接件20、第三连接件21、第四连接件22、第五连接件27、走道浮体连接紧固件15内芯材料为钢件，自带内螺纹孔。

第一螺栓18、第二螺栓19、第三螺栓24、挂扣(25)、弹性部件25.1、第四螺栓26的头部均安装复合材料保护套。

每个所述的光伏组件A的一侧铺设有格栅3，所述的格栅3的铺设在两根走道支架4的上方，在两根所述的走道支架4的下方设置有走道浮体2，所述的走道浮体2等间距安装在所述的走道支架4的下方；在外围一圈的走道浮体2的下方设置有配重块并通过钢丝绳与岸边锚固。

本发明中考虑到电站所在水面的涨落，与岸边锚固的钢丝绳留有余量，可确保水面漂浮光伏发电单元随着水面涨落的偏移量为10m。

所述的高连接件8的高度大于所述的低连接件10，所述的高连接件8的顶点与所述的低连接件10的顶点连线形成的倾斜线与所述的水平面之间的夹角为0度-15度之间；所述的第四连接件22与所述的高连接件8、低连接件10上均设置有通孔14.1，

所述的横杆9的两侧均通过第三螺栓24、第四连接件22与下方的高连接件8和低连接件10固定。

在所述的走道支架4的一侧设置有走道支架耳板13，所述的走道支架耳板13预先设置有螺柱12，在所述的走道浮体2上走道浮体耳板14预先设置有若干通孔14.1，连接紧固件15的上端自带有螺纹孔，所述的连接紧固件15穿过所述的通孔14.1并与螺柱12配合套接锁紧。

在每个所述的走道支架4上首尾均设置有走道支架对接耳板16，在所述的走道支架对接耳板16上设置有通孔14.1，自带螺纹的第一连接件17穿过相邻所述的走道支架4上的走道支架对接耳板16的通孔14.1并在尾部通过第一螺栓18锁紧。

当光伏组件1为多晶硅带铝合金边框时，所述的光伏组件1的两边通过压块11固定在所述的横杆9上；当所述的光伏组件1为双玻或单玻时，所述的光伏组件1的背面与挂扣25的正面粘接，所述的挂扣25的槽口与呈“[”的所述的横杆9顶部翼缘板扣接，所述的挂扣25尾部设置有弹性部件25.1，所述的弹性部件25.1顶住所述的横杆9的下端板形成张力自锁；所述的横杆9的内侧槽内开有与所述的挂扣25上相匹配的条形孔；第五连接件27穿过条形孔并在尾部通过第四螺栓26固定；本发明中挂扣25下端弹性部件竖向高度大于横杆9上下翼缘板凹槽内高，挂扣25下端弹性部件横向宽度小于横杆9上下翼缘板内宽。

所述的支架主梁6的两端均与沿纵向布置的走道支架4连接，在每个所述的支架主梁6一侧与所述的走道支架4的连接处设置有通孔14.1并用第二螺栓19和第二连接件20内螺纹配合连接，每个所述的支架主梁6的另一侧通过第三连接件21固定在所述的走道支架4上。

所述的支架主梁6沿纵向等间距铺设在所述的光伏组件1的下方且横向布置的支架主梁6首尾对接延伸。

所述的走道支架4首尾相接的部位于所述的相邻的走道浮体2之间。

一个光伏组件单元内单个走道浮体所需提供的计算浮力F₁＝G₁·r /n；其中n＝2L/(d+l₁)+2；h＝h₁+h₂；l₁≤d＜4m；相邻的走道浮体之间的最优距离为2米。

1.1≤r≤2.5；2/3h≥h₂≥1/4h；其中光伏组件串与其支架、连接件及维护人员重量设置为G₁；设计安全系数设置为r；首尾两端之间的距离为L，单个走道浮体长为l₁，相邻的走道浮体之间的间距d，走道浮体的数量n，单个走道浮体沿横向走道方向的长为l₁；h₂为走道浮体的干舷高。

本发明中的光伏组件1按照一排布置时；

在步骤C中将单个光伏组件串与其支架、连接件及维护人员重量设置为G₁＝12860N，设计安全系数设置为γ＝1.2；设置单个组件串的长方形走道浮体闭环内环长为L＝36.72m，单个走道浮体2长为l₁＝0.5m和宽度w₁＝0.5m，选取走道浮体之间的合理间距d＝1m，确定走道浮体2的数量n＝2L/(d+l₁)+2＝48个，一个组件串内单个浮体所需提供的计算浮力F₁＝G₁·γ/n＝321.5N；

单个光伏组件串与其支架、连接件及维护人员重量设置为G₁＝12860N，设计安全系数设置为γ＝1.2；设置单个组件串的长方形走道浮体闭环内环长为L＝36.72m，单个走道浮体2长为l₁＝0.5m和宽度w₁＝0.5m，选取走道浮体之间的合理间距d＝1m，确定走道浮体2的数量n＝2L/(d+l₁)+2＝48个，一个组件串内单个浮体所需提供的计算浮力F₁＝G₁·γ/n＝321.5N；

根据计算浮力F₁，可计算出单个走道浮体2的吃水深度h₁＝0.128m，走道浮体2的干舷高(即露出水面部分)h₂＝0.172m，走道浮体2的高度h＝h₁+h₂＝0.3m；

本发明中的光伏组件1按照单个光伏组件进行布置时；将单个光伏组件串与其支架、连接件及维护人员重量设置为G₁＝12860N，设计安全系数设置为γ＝1.2；设置单个组件串的长方形走道浮体2闭环内环长为L＝18.35m，单个走道浮体2长为l₁＝0.6m和宽度w₁＝0.5m，选取走道浮体之间的合理间距d＝1m，确定走道浮体2的数量n＝2L/(d+l₁)+2＝24个，一个组件串内单个浮体所需提供的计算浮力F₁＝G₁·γ/n＝643N。

计算浮力F₁，可计算出单个走道浮体2的吃水深度h₁＝0.214m，走道浮体2的干舷高(露出水面部分)h₂＝0.186m，走道浮体2的高度h＝h₁+h₂＝0.4m。

走道支架4上的走道支架耳板13在施工现场通过螺栓将角型连接件与走道支架4连接形成走道支架耳板13；走道支架耳板13上螺柱12在现场安装。

本发明使用的材料均为采用玻璃钢等复合材料；连接件、紧固件内芯材料为钢件并用耐腐蚀的复合材料保护套包裹密封；在所述的第一螺栓18、第二螺栓19、第三螺栓24、挂扣25、弹性部件25.1、第四螺栓26的头部均安装符合材料保护套。

本发明离散型走道浮体与支架组合式水面光伏发电装置的方法，其特征在于：它包括如下步骤；

A:将若干光伏组件1沿横向和纵向等间距排列，沿纵向布置的所述的光伏组件1的同侧两边的下方安装有横杆9，沿纵向布置的两列所述的光伏组件1之间设置有电缆桥架7，所述的电缆桥架7安装在支架主梁6的上方；

B:所述的支架主梁6在横向延伸对接，所述的支架主梁6等间距的安装在所述的横杆9的下方，所述的支架主梁6与所述的横杆9互相垂直安装；

C:在内侧的所述的横杆9与所述的支架主梁6相交处设置有低连接件10，在外侧的所述的横杆与所述的支架主梁6相交处设置有高连接件8，所述的高连接件8的上顶点与所述的低连接件10的顶点之间的连线形成的倾斜线与水平面之间多的夹角为0度-15度之间；

D:在所述的光伏组件1的外侧安装有互相平行的走道支架4，在所述的走道支架4上铺设有格栅3供工人行走与维修，在所述的走道支架4的下方中间安装有走道浮体2，所述的走道支架4两侧的走道支架耳板13与所述的走道浮体2两侧的走道浮体耳板14之间通过连接紧固件15与螺柱12固定连接，所述的螺柱12位于所述的走道支架耳板13的下表面上；

E:相邻的走道浮体2之间通过走道支架4连接，并且所述肚饿走道支架4连接处位于所述的走道浮体2之间；在所述的走道浮体2下设置有配重块并通过钢丝绳与岸边锚固。

当光伏组件1为多晶硅带铝合金边框时，所述的光伏组件1的两边通过压块11固定在所述的横杆9上；当所述的光伏组件1为双玻或单玻时，所述的光伏组件1的背面与挂扣25的正面粘接，所述的挂扣25的槽口与呈“[”的所述的横杆9顶部翼缘板扣接，所述的挂扣25尾部设置有弹性部件25.1，所述的弹性部件25.1顶住所述的横杆9的下端板形成张力自锁。

上述未详细说明的部分均为现有技术。