环境友好型一体多用泡沫水面光伏发电系统的制作方法

本发明涉及光伏发电技术领域，具体地指一种环境友好型一体多用泡沫水面光伏发电系统。

背景技术：

光伏发电系统利用太阳光能、采用特殊材料诸如晶硅板、逆变器等电子元件组成发电体系，是环保、安全、可靠的绿色能源。光伏电站是目前属于国家鼓励力度最大的绿色电力开发能源项目，对构建低碳社会做出了重要贡献。但由于光伏发电能量密度低，相同容量配置下占地面积大，因此陆地光伏难以合理配置土地资源。而我国水库、湖泊、采矿塌陷区数量众多，利用其闲置的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。

水面漂浮光伏电站所处环境潮湿，结构部件易腐蚀，为保证漂浮物的耐腐蚀性和寿命，一般采用中空吹塑高密度聚乙烯浮体为水面光伏电站提供浮力。

中空吹塑高密度聚乙烯浮体耳板处厚度较薄，抗拉抗剪能力相对较弱，是整个中空吹塑高密度聚乙烯浮体的最薄弱环节，最易发生破损导致整个浮体失效，影响浮体总体寿命。如何优化浮体耳板强度及耐老化性提高其抗拉及抗剪能力，是中空吹塑浮体产品保证电站寿命要求的关键问题。

中空吹塑产品的结构形式对生产效率、质量有很大影响，厚薄均匀的扁平状结构最有利于吹塑成型为壁厚均匀的浮体。而光伏电站需要利用漂浮物将光伏组件支撑起一定角度，这对浮体又产生了特殊的形状要求。目前国内外绝大多数浮体结构仅考虑了满足发电的倾角要求，而忽略了因此对生产和质量控制带来的不利因素。如何优化设计浮体结构使其既满足使用要求又利于生产是目前需要解决的问题。

2015年以来，我国水面光伏技术发展迅速，特别是在两淮地区采煤塌陷区，目前已完成了多座水面光伏电站的建设。而塌陷区水域面积有限，难以满足水面光伏电站的建设需求，许多水面光伏电站逐渐向水库、湖泊等水面区域发展。而与塌陷区不同的是，水库、湖泊等水域集成了供水、养殖等诸多功能，若采用与塌陷区类似的浮体形式，会造成水面区域被大面积遮挡，阻碍了空气、阳光与水的接触，引起水体缺氧导致水生生物死亡。因此，在保证浮体质量、功能和稳定性的前提下降低其对水面的遮挡，提高浮体的透光性和亲水性是水面光伏技术发展需要解决的问题。

相较于平静的采煤塌陷区，湖泊、江河等水域环境更为恶劣，风、浪、流载荷较大，浮体与浮体之间的连接是否能适应严苛的水面环境，是否能释放浪、流作用在浮体上所积累的能量，是亟待解决的问题之一。

目前，中空吹塑高密度聚乙烯浮体内部填充泡沫的形式(简称泡沫浮体)在市场上崭露头角，但应用较少，虽能解决浮体破损、漏水的问题，却仍然存在上述的各种难题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述背景技术的不足之处，而提出一种环境友好型一体多用泡沫水面光伏发电系统，该系统具有结构简单、安装便捷、亲水性好、寿命长、利于生产、易于组装、便于拓展的特点。

本发明提出一种环境友好型一体多用泡沫水面光伏发电系统，其特殊之处在于，包括四周连续运维通道，所述四周连续运维通道为封闭的矩形结构，由长度方向的长通道和宽度方向的宽通道组成，所述长通道由走道浮体和踏板交替组成，所述宽通道由连接浮体和踏板交替组成，所述四周连续运维通道内沿长度方向上间隔设置有多条运维走道，所述运维走道由连接浮体和走道浮体交替组成，所述走道浮体长度方向两端分别设置t型连接板，所述t型连接板包括横向顶端连接板与竖向连接板，所述竖向连接板的长度和高度均小于顶端连接板，竖向连接板上方形成卡槽，所述走道浮体顶面设置有防滑凸起；所述连接浮体与走道浮体相错布置，所述连接浮体为矩形方体，中间设置有上下贯穿的连接浮体中孔，所述连接浮体两端四角设置有位于中部同一高度的中位连接耳板；所述连接浮体上方铺设有格栅板；所述运维走道将四周连续运维通道内部分割成若干光伏发电区，所述若干光伏发电区内设置有发电支架网，所述发电支架网中每排连接浮体组上设置有一排光伏组件，所述光伏组件通过支架浮体和上连接件、下连接件固定在连接浮体上，所述每排连接浮体组沿宽度方向包括多个连接浮体，每列走道浮体组沿长度方向包括多个走道浮体，相邻连接浮体之间设有踏板，与走道浮体共同组成完整的安装及维护通道。

进一步地，所述走道浮体、连接浮体均为中空吹塑高密度聚乙烯外壳，内部填充泡沫材料制成。

更进一步地，所述踏板包括触水踏板与不触水踏板两种形式，材质为填充泡沫、铝合金、不锈钢。

更进一步地，所述触水踏板为矩形结构，前后两端设有矩形台阶，与设置于连接浮体前后设置的矩形凹槽相匹配，并通过束带沿踏板长度方向穿过对齐的长条孔系紧固定。

更进一步地，所述不触水踏板为矩形结构，两端中间位置设有长条孔，所述不触水踏板的两端分别嵌入两个连接浮体矩形凹槽内，并通过束带沿踏板长度方向穿过对齐的长条孔系紧固定。

更进一步地，所述支架浮体的材质为内充泡沫的中空吹塑高密度聚乙烯，所述支架浮体有三种形式，分别是：单支架浮体、双支架浮体和双支撑柱支架浮体。

更进一步地，所述单支架浮体为薄板状，底部有和连接浮体中孔内部设置的支架限位凸起配合的凹槽，所述单支架浮体顶部两侧设有固定耳板，体身上开设有椭圆状过风孔；所述光伏组件的一侧通过上连接件固定在支架浮体上，另一侧通过下连接件固定在连接浮体上。

更进一步地，所述上连接件为z型辐板，所述z型辐板包括上连接板、中间连接板与下支撑板，所述上连接板为倾斜板，设置有与光伏组件的安装孔配合固定的上组装孔；所述中间连接板设有固定孔，所述固定孔固定于连接浮体侧面；所述下支撑板支撑于固定耳板下平台。

更进一步地，所述下连接件包括z竖直辐板与l竖直辐板，所述z型辐板包括倾斜连接板与支撑脚，所述倾斜连接板设置有与光伏组件的安装孔配合固定的下组装孔；所述支撑脚与连接浮体接触；所述l竖直辐板包括竖直装配板与支撑板，所述竖直装配板设置有下固定孔，与连接浮体侧壁接触，通过膨胀螺钉与连接浮体固定，所述支撑板支撑于连接浮体中位连接耳板上。

更进一步地，所述连接浮体中孔左右两侧位置设有三角形卡件，卡件倾斜面与连接浮体上表面的夹角小于20°，用于限制单支架浮体的位置。

更进一步地，所述双支架浮体包括下支撑板、立柱、横肋、上立体限位槽，所述下支撑板底部贴合连接浮体上表面，所述立柱为两根或两根以上，用于连接下支撑板及上立体限位槽，通过不同的长度控制光伏组件不同的安装倾角；所述横肋用于加固立柱，所述上立体限位槽为c型，与光伏组件的边框配合，通过铝合金螺栓、不锈钢螺栓紧固，达到固定光伏组件的作用。

更进一步地，所述双支撑柱支架浮体包括底部支撑板、立柱本体及上固定耳板，所述底部支撑板在立柱本体底部两侧位置，呈薄板状，中间设有固定孔，通过膨胀螺钉固定于连接浮体上；所述立柱本体为长方体，所述上固定耳板通过上连接件与光伏组件连接并固定。

更进一步地，所述单支架浮体为薄板状，底部有和连接浮体中孔内部设置的螺杆起配合的螺孔，所述单支架浮体顶部两侧设有固定耳板，体身上开设有椭圆状过风孔；所述光伏组件的一侧通过上连接件

固定在支架浮体上，另一侧通过下连接件固定在连接浮体上。

本发明的有益效果在于：

1、本发明专利提供的一种环境友好型一体多用泡沫水面光伏发电系统，内部非连续的浮体通道间的前后两个连接浮体之间可安装踏板，为离散型通道提供通行能力，在满足光伏发电系统安装和发电要求的前提下，增大了水面接触空气和阳光的面积，提高了浮体的透光性和亲水性，保证了水生生物的正常生长，有利于水面光伏发电系统在湖泊、水库、鱼塘等区域的推广。

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，本发明利用独立支架浮体，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浮体壁厚不均的质量问题，且支架浮体单独固定在连接浮体上，避免了其他浮体对支架浮体的作用，保证了组件一端安装在支架浮体上，另一边安装在连接浮体上的稳定性。

3、本发明所用浮体采用泡沫填充高密度聚乙烯材料，有效提高浮体寿命、提高浮体强度，为满足水面光伏电站25年寿命要求提供有力保障。

4、本发明提供的水面光伏发电系统组件固定方案，利用组件安装孔固定支撑光伏组件，连接简单可靠、安装便捷。

5、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。

6、本发明提供的浮体与浮体间束带的连接方式，减少了安装数量、简化了安装过程，施工方便；而且束带连接是比常见的螺栓连接更优越的柔性连接，可适应大风浪水域环境内的恶劣的风浪流条件。

综上所述：环境友好型一体多用泡沫水面光伏发电系统设计了一种亲水性好、透光性强、利于生产、稳定性好、寿命长的光伏浮体，形成结构简单、安装方便、成本低、稳定性好的水面光伏发电系统。

附图说明

图1为实施例1中环境友好型一体多用泡沫水面光伏发电系统图；

图2为实施例1中环境友好型一体多用泡沫水面光伏发电系统部件图；

图3为实施例1中走道浮体的立体图；

图4为实施例1中连接浮体的立体图；

图5为实施例1中单支架浮体形式的立体图；

图6为实施例1中连接浮体安装光伏组件的立体图正面；

图7为实施例1中连接浮体安装光伏组件的立体图背面；

图8为实施例1中上连接件的示意图；

图9为实施例1中下连接件的示意图；

图10为实施例1中连接浮体固定栅格板示意图；

图11为实施例1中触水踏板的立体图；

图12为实施例1中触水踏板的安装过程图；

图13为实施例1中触水踏板的安装图；

图14为实施例2中不触水踏板的立体图；

图15为实施例2中不触水踏板的安装过程图；

图16为实施例2中不触水踏板的安装图；

图17为实施例3中双支架浮体形式的立体图；

图18为实施例3中连接浮体安装光伏组件的立体图正面；

图19为实施例3中连接浮体安装光伏组件的立体图背面；

图20为实施例4中双支撑柱支架浮体形式的立体图；

图21为实施例4中连接浮体安装光伏组件的立体图正面；

图22为实施例4中连接浮体安装光伏组件的立体图背面；

图23为实施例5中连接浮体安装光伏组件的立体图正面；

图24为实施例5中连接浮体安装光伏组件的立体图背面；

图25为实施例5中连接浮体的立体图；

图26为实施例5中支架浮体的立体图。

其中，四周连续运维通道1a，长通道1a.1，宽通道1a.2，运维走道1b，光伏发电区1c，走道浮体1，t型连接板1.1，横向顶端连接板1.1a，竖向连接板1.1b，竖向连接板卡槽1.1c，防滑凸起1.2，连接浮体2，中位连接耳板2.1，第一中位连接耳2.1a，第二中位连接耳2.1b，第三中位连接耳2.1c，第四中位连接耳2.1d，中位连接耳长条孔2.2，矩形凹槽2.3，矩形凹槽长条孔2.3a，三角形卡件2.4，竖向支架限位凸起2.5，横向支架限位凸起2.6，格栅板支撑凸起2.7，连接浮体中孔2.8，螺杆2.9，支架浮体3，单支架浮体3.1，凹槽3.11，固定耳板3.12，椭圆状过风孔3.13，双支架浮体3.2，下支撑板3.21，立柱3.22，横肋3.23，上立体限位槽3.24，双支撑柱支架浮体3.3，底部支撑板3.31，立柱本体3.32，上固定耳板3.33，格栅板4，踏板5，触水踏板5.1，触水踏板长条孔5.1a，不触水踏板5.2，不触水踏板长条孔5.2a，光伏组件6，上连接件7，上连接板7.1，上组装孔7.1a，中间连接板7.2，固定孔7.2a，下支撑板7.3、下连接件8、z竖直辐板8.1、倾斜连接板8.11、下组装孔8.11a、支撑脚8.12、l竖直辐板8.2、竖直装配板8.21、下固定孔8.21a、支撑板8.22。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1、图2所示：一种环境友好型泡沫填充独立支架式水面光伏发电系统，系统包括封闭的矩形结构的四周连续运维通道1a，其由长度方向的长通道1a.1和宽度方向的宽通道1a.2组成，长通道1a.1由走道浮体1和踏板5沿两侧方向交替组成而成，宽通道1a.2由连接浮体2和踏板5沿两侧方向交替组成而成，宽通道1a.2的连接浮体2上方铺设有格栅板4。四周连续运维通道道1a内沿长度方向上间隔设置有多条宽度方向运维走道1b，运维走道1b由连接浮体2和走道浮体1沿两侧方向交替组成，运维走道将四周连续运维通道分割成若干光伏发电区1c，若干光伏发电区内设置有发电支架网，发电支架网包括多排连接浮体组和多列走道浮体组交叉组装而成的网状结构。每排连接浮体组沿宽度方向包括多个连接浮体2，每列走道浮体组沿长度方向包括多个走道浮体1，连接浮体2与走道浮体1相错布置。走道浮体长度方向两端分别设置有t型连接板1.1，t型连接板1.1包括横向顶端连接板1.1a与竖向连接板1.1b。竖向连接板1.1b的长度和高度均小于顶端连接板1.1a，竖向连接板1.1b上方形成卡槽1.1c。走道浮体1顶面设置有防滑凸起1.2。发电支架网中每排连接浮体组上设置有一排光伏组件6，光伏组件6通过支架浮体3、上连接件7、下连接件8固定在在连接浮体2上，每排连接浮体组的连接浮体2之间设有踏板5，与走道浮体1共同组成完整的安装及维护通道。

连接浮体2为矩形方体，中间设置有上下贯穿的连接浮体中孔2.8，减轻浮体质量的同时增强了浮体结构强度。连接浮体2两端四角设置有位于中部同一高度的中位连接耳板2.1，四个角依次为第一中位连接耳2.1a，第二中位连接耳2.1b，第三中位连接耳2.1c，第四中位连接耳2.1d。每个中位连接耳板的中间位置设有长条孔2.2，t型连接板1.1搭在前后布置的两个连接浮体中位连接耳板2.1上，通过绑扎束带进行固定，绑扎束带依次穿过前后两个连接浮体中位连接耳板的长条孔2.2，绕过t型连接板1.1后进行绑扎系紧，并放置于竖向连接板卡槽1.1c内进行限位。

如图3，走道浮体1、连接浮体2均为中空吹塑高密度聚乙烯外壳，内部填充泡沫材料制成。泡沫材料可为聚氨酯、聚苯乙烯泡沫eps等。

如图4，连接浮体中孔2.8内部四面设有凸起，沿其长度方向为竖向支架限位凸起2.5，沿其宽度方向包括横向支架限位凸起2.6、格栅板支撑凸起2.7。

如图11～13，踏板5为触水踏板5.1，触水踏板5.1为矩形结构，前后两端设有矩形台阶，与设置于连接浮体2前后设置的矩形凹槽2.3相匹配，并通过束带沿踏板长度方向穿过对齐的矩形凹槽长条孔2.3a系紧固定。触水踏板5.1的底部与水面接触以增大浮力，踏板5的材质为hdpe(填充泡沫)、铝合金、不锈钢等。

如图5～7，单支架浮体3.1为薄板状，底部有和连接浮体中孔2.8内部设置的支架限位凸起配合的凹槽3.11，单支架浮体3.1顶部两侧设有固定耳板3.12，体身上开设有椭圆状过风孔3.13，以减小受风面积；光伏组件6的一侧通过上连接件7固定在支架浮体3上，另一侧通过下连接件8固定在连接浮体2上。支架浮体3的材质为内充泡沫的中空吹塑高密度聚乙烯。

如图8，上连接件7为“z”型辐板，“z”型辐板包括上连接板7.1、中间连接板7.2与下支撑板7.3，上连接板7.1为倾斜板，设置有上组装孔7.1a，上组装孔7.21a与光伏组件的安装孔配合固定；中间连接板7.2设有固定孔7.2a，固定孔7.2a通过连接件固定于连接浮体2的侧面；连接件可为铝合金螺栓、不锈钢螺栓等；下支撑板7.23支撑于支架浮体固定耳板3.12下平台。

如图9，下连接件8包括“z”竖直辐板8.1与“l”竖直辐板8.2，“z”型辐板8.1包括倾斜连接板8.11与支撑脚8.12，倾斜连接板8.11设置有下组装孔8.11a，下组装孔8.11a与光伏组件的安装孔配合固定；支撑脚8.12与连接浮体2接触；“l”竖直辐板8.2包括竖直装配板8.21与支撑板8.22，竖直装配板8.21设置有下固定孔8.21a，与连接浮体2侧壁接触，通过膨胀螺钉与连接浮体2固定，支撑板8.22支撑于连接浮体中位连接耳板2.1上。

连接浮体中孔2.8左右两侧位置设有三角形卡件2.4，卡件倾斜面与连接浮体上表面夹角不宜过大，应小于20°，用于限制单支架浮体3.1位置。

如图10，连接浮体格栅板支撑凸起2.7与竖向支架限位凸起2.5、横向支架限位凸起2.6相配合，共同支撑所述格栅板4，作为运维通道。

上述环境友好型泡沫填充插拔式水面光伏发电系统的组装方法包括如下步骤：

1)分别将上组装孔7.1a和下组装孔8.11a通过螺栓与光伏组件6安装孔固定；

2)将支架浮体3从连接浮体中孔2.8中间位置沿中孔内部凸起滑行，推至中孔顶端、越过三角形卡件2.9固定住；

3)将步骤1)中安装好组件连接件光伏组件6中上安装件7与支架浮体3相连，下安装件8与连接浮体2相连，用连接件固定；

4)将走道浮体1与步骤3)中组装好的连接浮体2按照网状结构连接起来，并用束带固定；

5)走道浮体1间空隙的前后两个连接浮体2之间安装踏板5，并用束带与前后连接浮体2固定；

6)发电阵列四周连接浮体上表面铺设栅格板4，并用膨胀螺栓将栅格板固定在连接浮体2上。

环境友好型泡沫填充插拔式水面光伏发电系统浮力验证计算：

本实施例采用功率295wp，尺寸为991mm×1650mm的多晶硅组件，以24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：19kg/块×24＝456kg；

浮体自重：走道浮体：3.4kg/块×49块＝166.6kg；连接浮体：6.4kg/块×48块＝307.2kg；支架：1.5kg/块×24块＝36kg；

安装检修人员：按4人×75kg/人＝300kg；

栅格板总重量约84kg。

踏板重量：1kg/块×40＝40kg。

若考虑2.0的安全系数，总承重约2779.6kg。

水面光伏发电系统总浮力：

根据浮力公式，走道浮体可提供浮力为38kg/块，连接浮体可提供浮力为52kg/块，支架可提供浮力7kg/块，踏板可提供浮力为8kg/块，则总浮力为：38kg/块×49块+52kg/块×48块+7kg/块×24块+8kg/块×40块＝4846kg。

重力与浮力比重约为57.4％。

光伏发电区透光率计算：

根据图21测算有效透光面积为22.07m²，总面积为104.14m²，透光率为21.19％。

实施例2

如图14～16所示：本实施例的结构与实施例1基本相同，不同之处在于：

实施例2种踏板5采用不触水踏板5.2，不触水踏板5.1为矩形结构，两端中间位置设有长条孔，不触水踏板5.1的两端分别嵌入两个连接浮体2矩形凹槽内，通过连接件固定，连接件可为铝合金螺栓、不锈钢螺栓等，并通过束带沿踏板长度方向穿过对齐的长条孔系紧固定。

实施例2浮力验证计算：

本实施例采用功率295wp，尺寸为991mm×1650mm的多晶硅组件，以24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：19kg/块×24＝456kg；

浮体自重：走道浮体：3.4kg/块×49块＝166.6kg；连接浮体：6.4kg/块×48块＝307.2kg；支架：1.5kg/块×24块＝36kg；

安装检修人员：按4人×75kg/人＝300kg；

栅格板总重量约84kg。

踏板重量：0.66kg/块×40＝26.4kg。

若考虑2.0的安全系数，总承重约2752.4kg。

水面光伏发电系统总浮力：

根据浮力公式，走道浮体可提供浮力为38kg/块，连接浮体可提供浮力为52kg/块，支架可提供浮力7kg/块，则总浮力为：38kg/块×49块+52kg/块×48块+7kg/块×24块＝4526kg。

重力与浮力比重约为60.8％。

光伏发电区透光率计算与实施例1相同。

实施例3

如图17～19所示：本实施例的结构与实施例1基本相同，不同之处在于：

实施例3中支架采用双支架浮体3.2，包括下支撑板3.21、立柱3.22、横肋3.23、上立体限位槽3.24。下支撑板3.21底部贴合连接浮体2上表面，用于支撑整个双支架浮体3.2。立柱3.22为两根或两根以上，用于连接下支撑板3.21及上立体限位槽3.24，通过不同的长度控制光伏组件6不同的安装倾角。横肋3.23用于加固立柱3.22，防止立柱3.22长期受力弯曲，上立体限位槽3.24为c型，与光伏组件6的边框配合，通过铝合金螺栓、不锈钢螺栓紧固，达到固定光伏组件6的作用。

实施例3浮力验证及透光率计算与实施例1相同。

实施例4

如图20～22所示：本实施例的结构与实施例1基本相同，不同之处在于：

实施例4中支架采用双支撑柱支架浮体3.3，包括底部支撑板3.31、立柱本体3.32及上固定耳板3.33。底部支撑板3.31在立柱本体3.32底部两侧位置，呈薄板状，中间设有固定孔，通过膨胀螺钉固定于连接浮体2上；立柱本体3.32为长方体，上固定耳板3.33通过上连接件7与光伏组件6连接并固定，上固定耳板3.33及上连接件7与单支架浮体3.1形式中相应部分相同。光伏组件6一侧通过两个上连接件7分别固定在两个立柱本体3.32上，另一侧通过下连接件8固定在连接浮体2上。

实施例4浮力验证及透光率计算与实施例1相同。

实施例5

如图23～26所示：本实施例的结构与实施例1基本相同，不同之处在于：

实施例5中连接浮体与支架浮体的连接方式为螺杆紧固式。单支架浮体3.1为薄板状，底部有和连接浮体中孔2.8内部设置的螺杆2.10配合的螺孔3.1a，连接浮体中孔2.8内部侧面设有螺杆2.9，与单支架浮体3.1侧面中间位置设置的螺孔3.1a相互配合，通过螺帽固定。

实施例5浮力验证及透光率计算与实施例1相同。

因此，本发明专利在充分保证水面光伏发电系统的浮力需求的前提下可提供多种透光率及浮力需求方案。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明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发明的启示下，在不脱离本发明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，这些均属于本发明的保护范围内。