通道主浮体与支撑浮体耦合式水面光伏发电系统的制作方法

本实用新型涉及光伏发电领域，具体地指一种通道主浮体与支撑浮体耦合式水面光伏发电系统。

背景技术：

太阳能作为人类理想的清洁能源，对构建低碳社会做出了重要贡献。随着光伏技术的不断成熟，光伏发电日渐成为新能源发电的主力军。但由于光伏电站占地面积大，不能合理配置土地资源，因此利用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。

水面漂浮式光伏电站利用浮管、浮箱等作为浮体，将其本身作为支架或在浮体上搭建支架，将光伏组件支撑起一定角度从而实现发电功能。由于水面漂浮光伏电站建成后常年漂浮于水面上，因此对浮体和支架材料的防水防腐蚀要求较高，加之水面漂浮式光伏电站建设、运维难度相对较大，造成水面漂浮式光伏电站项目综合开发成本高。这成为了遏制水面漂浮式光伏电站推广和发展的瓶颈。此外，目前已建成的水面漂浮式光伏电站大都地处内陆湖泊、水库、鱼塘等静止水面地区，而对于河流、海上等地区的漂浮式光伏电站，如何在流动水面情况下保证光伏电站的稳定性和安全性也是非常关键的问题。

目前，水面漂浮式光伏电站浮体专利已经有很多，但大都未解决以上所提出的问题。如CN103516298A公开了一种用于平静水面的浮体光伏系统，利用浮箱及支架将光伏组件支撑在水面上。但该专利仅提供了浮体的概念设计，并未详细描述浮体的连接方式、稳定性、可维护性等重要特征；CN105119558A公开了一种模块化水上光伏阵列，利用在浮体上安装连接机构支撑光伏组件，但该专利未考虑光伏组件维护通道，不利于电站的后期维护；CN105790682A、CN204886790、CN204947966U、CN204947983U、CN105162399A、CN205105144U、CN204836054U等专利公开的水面光伏发电系统类似，均将浮体与支架合并构成一体化的光伏组件支撑结构，并设计了人行通道便于维护，但这些专利中每个光伏组件平均占用了3块甚至更多的浮体结构，使得光伏电站成本增加，不利于水面漂浮式光伏电站的商业化推广应用；申请号为2016103175562的中国发明专利公开了一种L型水面光伏发电系统的浮体，这种浮桶采用左右支撑光伏组件的形式，并利用钢材与钢管紧固形成阵列，增强了浮体系统的整体稳定性。但此专利中钢材位置处于水面附近，容易对钢结构产生腐蚀损坏，并且浮体结构过道单薄且间隔较大，不易于施工和维护；US2014224165A1、CN105186968A公开了一种光伏浮体，利用连接耳将第一组件支撑浮体与第二组件支撑浮体相互连接，形成了水面光伏电站的浮体与通道，并都利用轨道式卡件将光伏组件固定于第一组件支撑浮体上。但这种光伏浮体的第一组件支撑浮体体积较大，制造成本较高；连接耳连接方式中，连接耳作为应力集中点，承载了浮体之间全部应力，容易损坏；浮体设计倾角较低，难以适用于高维度地区；平均每块光伏组件需要安装16个零部件，安装过程复杂，人工成本高；浮体未考虑放置电缆功能，使用过程中需额外铺设大量浮体作为电缆通道，平均每块光伏组件占用浮体总质量约20.8kg，成本较高。

目前水面光伏电站建设成本较高，且水上安装难度较地面更大，因此如何简化浮体结构，降低浮体、部件及安装成本，提高光伏电站的可维护性，合理设置电缆通道是目前水面漂浮式光伏电站持续发展中需要考虑和解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术的缺陷，提供一种结构简单、安装便宜、成本低、稳定性好、更换方便的通道主浮体与支撑浮体耦合式水面光伏发电系统通道主浮体与支撑浮体耦合式水面光伏发电系统。

为实现上述目的，本实用新型提供的一种通道主浮体与支撑浮体耦合式水面光伏发电系统，所述水面光伏发电系统由多个光伏发电单元拼接而成，所述光伏发电单元包括两个主浮体和组件支撑浮体且主浮体和组件支撑浮体采用插槽-连接耳方式进行深度耦合连接，所述组件支撑浮体安装于两个主浮体之间，所述主浮体为封闭的方体，所述主浮体长度方向的两端表面分别设置有高位限位板和低位限位板，所述主浮体的高位限位板与另一个主浮体的低位限位板配合固定，所述组件支撑浮体为顶面敞开的方体，所述组件支撑浮体的两端面为弓形面，所述弓形面的两端设置有咬合柱，所述主浮体宽度方向的两个侧壁均开设有与弓形面配合凹面，所述凹面两侧开设有用于安装咬合柱的圆弧槽，所述组件支撑浮体一端的弓形面顶部两端分别设置有高位立柱，另一端的弓形面顶部两端分别设置有倒L形压块，所述高位立柱和倒L形压块上设置有光伏组件。所述光伏组件通过插槽-反扣式连接固定于组件支撑浮体上，所述主浮体作为人行通道，主浮体之间耦合相连，保证通道的连续性。

倒L形压块厚度不宜超过20mm，防止遮挡光伏组件。光伏组件也可通过轨道式卡件、压片式等多种连接方式与支撑件固定支撑。

进一步地，所述咬合柱外壁与组件支撑浮体侧壁形成整体平面，所述咬合柱内壁为半弧面，所述咬合柱内壁与弓形面连接形成凹弧面，所述咬合柱顶部设置有连接耳，且所述连接耳外壁与咬合柱外壁重合，所述咬合柱下端设置有凸起。连接耳和凸起可增加主浮体与组件支撑浮体之间的咬合体积，增强了整体稳定性；

再进一步地，所述圆弧槽的形状与咬合柱相同，所述圆弧槽顶部设置有与连接耳配合固定的固定耳，所述圆弧槽和凹面底部设置有压台，所述圆弧槽底部的压台上开设有插孔，所述插孔固定凸起。起部分高度略大于插孔深度，防止意外脱扣；咬合柱与圆弧槽配合可增加主浮体与组件支撑浮体之间的咬合体积，增强了整体性和稳定性；咬合部分体积占比以5％至20％为宜，过小会造成应力集中，过大会影响组件支撑浮体浸水体积，影响浮力；

再进一步地，所述主浮体一侧的长度方向的两端设置有一对限位块，所述高位限位板和低位限位板上对称开设有两个固定孔。限位挡块对光伏组件限位，限位挡块厚度设置不宜超过50mm，防止遮挡光伏组件；

再进一步地，所述主浮体底部的中轴线上开设有一条凹条，所述圆弧槽两侧的主浮体底部设置有垂直于凹条的凹槽。凹条和凹槽可加固下表面结构、增加浮体亲水面积，并可作为流水孔，减小风浪对浮体的动载荷。

再进一步地，所述组件支撑浮体两侧壁的顶部表面均开设有条形槽，所述组件支撑浮体两侧壁的顶部表面开设有多个垂直于条形槽的沉降凹槽。沉降凹槽可放置电缆，并设置沉降凹槽便于铺设板状过道；

再进一步地，所述条形槽上铺设有通道栅格板。通道栅格板保证人行通道的连续性；

再进一步地，所述组件支撑浮体两侧壁的底面垂直于侧壁的开设有多个弧形凹槽。弧形凹槽可加固下表面结构、增加浮体亲水面积，并可作为流水孔，减小风浪对浮体的动载荷。

再进一步地，所述高位立柱的顶部为斜面，所述高位立柱顶部外壁上设置有倾斜的反扣板，所述反扣板与高位立柱顶面形成一条隙缝，所述光伏组件的侧壁上对称设置有与反扣板配合固定的限位螺栓，所述反扣板上开设有螺栓孔。

本实用新型还提供了一种通道主浮体与支撑浮体耦合式水面光伏发电系统的安装方法，包括以下步骤：

a主浮体的高位限位板与另一个主浮体的低位限位板配合，并高位限位板的固定孔与低位限位板的固定孔通过螺栓连接固定；形成多排主浮体组件；

b将组件支撑浮体一端的弓形面与主浮体一侧面的凹面配合安装并固定在压台上，弓形面两端的咬合柱插入圆弧槽内，咬合柱下端设置有凸起插入插孔内并用螺栓固定，连接耳与固定耳重合并通过螺栓固定，倒L形压块与限位块配合并在同一水平上；组件支撑浮体部分下表面位于主浮体压台之上，将部分受力转移至主浮体上，降低了组件支撑浮体的强度需求；弓形面与主浮体相配合，提高整体稳定性；连接耳与固定耳通过螺栓连接，将主浮体与组件支撑浮体稳定连接。

c将组件支撑浮体另一端的弓形面与另一个主浮体另一侧面的凹面配合安装并固定在压台上，弓形面两端的咬合柱插入圆弧槽内，咬合柱下端设置有凸起插入插孔内并用螺栓固定，连接耳与固定耳重合并通过螺栓固定，

d所述光伏组件长边一侧与高位立柱上部反扣板配合，另一侧插入组件支撑浮体低位立柱插槽，并将限位螺栓与螺栓孔固定，即得到通道主浮体与支撑浮体耦合式水面光伏发电系统。限制光伏组件上下方向的移动，并利用限位螺栓固定光伏组件，限制光伏组件前后方向的移动，利用主浮体上的限位挡块限制光伏组件左右方向的移动，实现了光伏组件的紧固。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提供了通道主浮体与支撑浮体耦合式水面光伏发电系统通道主浮体与支撑浮体耦合式水面光伏发电系统及方法，利用水面漂浮式浮体，形成结构简单、安装便宜、成本低、稳定性好的水面光伏发电系统，其有益效果如下：

1、本实用新型提供的水面漂浮式光伏电站发电系统，利用了一种水面漂浮式浮体，包括主浮体及组件支撑浮体。主浮体与组件支撑浮体采用插槽-连接耳方式进行深度耦合连接，浮体间面接触避免了点接触引起的应力集中问题，在增强整体稳定性的同时增加了浮体的耐用性。

2、本实用新型提供的组件支撑浮体下端以插槽形式与主浮体配合，插槽部分位于主浮体之上，将部分受力转移至主浮体上，降低了组件支撑浮体的强度要求，可简化组件支撑浮体的形式，降低造价。

3、本实用新型提供的组件支撑浮体形式增加了主浮体与组件支撑浮体之间的咬合体积，使其相互之间连接更为紧密，增强了水面光伏发电系统的整体稳定性，可减弱光伏组件的摆动幅度，提高发电量。

4、本实用新型提供的主浮体与组件支撑浮体采用下部插槽、上部连接耳的连接方式，可实现浮体间的快速定位与连接，大大减少了单块光伏组件的平均零件安装数目，节约人力成本。

5、本实用新型提供的光伏组件支撑形式，通过高位立柱上的反扣与低位立柱上与光伏组件边缘相配合的倒L形压块将光伏组件固定于扶梯上，并在限位孔中安装限位螺栓限制光伏组件的移动，配合主浮体上表面的限位挡块对光伏组件在前后、左右、上下六个方向进行固定。此固定方式简化了光伏组件安装过程，便于光伏组件的安装和维护。

6、主浮体作为人行通道，可为水面漂浮式光伏电站提供安装、检修、维护空间，利于光伏电站的前期安装和后期运维。

7、本实用新型提供的光伏浮体连接件上表面设置多个凹槽，可作为电缆槽分类放置电缆，合理利用了光伏组件下方空间；高低位立柱与附近的立式连接耳形成的凹槽可作为少量电缆放置槽，防止电缆落水。

附图说明

图1为本实用新型的通道主浮体与支撑浮体耦合式水面光伏发电系统整体图；

图2为主浮体的立体图；

图3为图2的仰视图；

图4为组件支撑浮体的立体图；

图5为图4的仰视图；

图6为组件支撑浮体与通道栅格板的组合图；

图7为主浮体和组件支撑浮体的组合图；

图8为光伏发电单元的示意图；

图9为图8的侧面图；

图10为光伏组件细节图；

图11为光伏组件安装示意图；

图12为光伏组件安装细节图；

图中，主浮体1、高位限位板1.1、低位限位板1.2、凹面1.3、圆弧槽1.4、固定耳1.41、压台1.5、插孔1.51、限位块1.6、凹条1.7、凹槽1.8、固定孔1.9、组件支撑浮体2、弓形面2.1、咬合柱2.2、连接耳2.21、凸起2.22、高位立柱2.3、倒L形压块2.4、条形槽2.5、沉降凹槽2.6、弧形凹槽2.7、反扣板2.8、螺栓孔2.81、隙缝2.9、光伏组件3、限位螺栓3.1、通道栅格板4。

具体实施方式

为了更好地解释本实用新型，以下结合具体实施例进一步阐明本实用新型的主要内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于以下实施例。

如图1～9所示：一种通道主浮体与支撑浮体耦合式水面光伏发电系统，水面光伏发电系统由多个光伏发电单元拼接而成，光伏发电单元包括两个主浮体1和组件支撑浮体2，组件支撑浮体2安装于两个主浮体1之间，主浮体1为封闭的方体，主浮体1长度方向的两端表面分别设置有高位限位板1.1和低位限位板1.2，主浮体1的高位限位板1.1与另一个主浮体1的低位限位板1.2配合固定，组件支撑浮体2为顶面敞开的方体，组件支撑浮体2的两端面为弓形面2.1，弓形面2.1的两端设置有咬合柱2.2，主浮体1宽度方向的两个侧壁均开设有与弓形面2.1配合凹面1.3，凹面1.3两侧开设有用于安装咬合柱2.2的圆弧槽1.4，组件支撑浮体2一端的弓形面2.1顶部两端分别设置有高位立柱2.3，另一端的弓形面2.1顶部两端分别设置有倒L形压块2.4，高位立柱2.3和倒L形压块2.4上设置有光伏组件3。

咬合柱2.2外壁与组件支撑浮体2侧壁形成整体平面，咬合柱2.2内壁为半弧面，咬合柱2.2内壁与弓形面连接形成凹弧面，咬合柱2.2顶部设置有连接耳2.21，且连接耳2.21外壁与咬合柱2.2外壁重合，咬合柱2.2下端设置有凸起2.22。

圆弧槽1.4的形状与咬合柱2.2相同，圆弧槽1.4顶部设置有与连接耳2.21配合固定的固定耳1.41，圆弧槽1.4和凹面1.3底部设置有压台1.5，圆弧槽1.4底部的压台1.5上开设有插孔1.51，插孔1.51固定凸起2.22。

主浮体1一侧的长度方向的两端设置有一对限位块1.6，高位限位板1.1和低位限位板1.2上对称开设有两个固定孔1.9。

主浮体1底部的中轴线上开设有一条凹条1.7，圆弧槽1.4两侧的主浮体1底部设置有垂直于凹条1.7的凹槽1.8。

组件支撑浮体2两侧壁的顶部表面均开设有条形槽2.5，组件支撑浮体2两侧壁的顶部表面开设有多个垂直于条形槽2.5的沉降凹槽2.6。条形槽2.5上铺设有通道栅格板4。

组件支撑浮体2两侧壁的底面垂直于侧壁的开设有多个弧形凹槽2.7。

高位立柱2.3的顶部为斜面，高位立柱顶部外壁上设置有倾斜的反扣板2.8，反扣板2.8与高位立柱顶面形成一条隙缝2.9，光伏组件3的侧壁上对称设置有与反扣板2.8配合固定的限位螺栓3.1，反扣板2.8上开设有螺栓孔2.81。

上述通道主浮体与支撑浮体耦合式水面光伏发电系统的安装方法，包括以下步骤：

a.主浮体1的高位限位板1.1与另一个主浮体1的低位限位板1.2配合，并高位限位板1.1的固定孔1.9与低位限位板1.2的固定孔1.9通过螺栓连接固定；形成多排主浮体1组件；

b.将组件支撑浮体2一端的弓形面2.1与主浮体1一侧面的凹面1.3配合安装并固定在压台1.5上，弓形面2.1两端的咬合柱2.2插入圆弧槽1.4内，咬合柱2.2下端设置有凸起2.22插入插孔1.51内并用螺栓固定，连接耳2.21与固定耳1.41重合并通过螺栓固定，倒L形压块2.4与限位块1.6配合并在同一水平上；

c.将组件支撑浮体2另一端的弓形面2.1与另一个主浮体1另一侧面的凹面1.3配合安装并固定在压台1.5上，弓形面2.1两端的咬合柱2.2插入圆弧槽1.4内，咬合柱2.2下端设置有凸起2.22插入插孔1.51内并用螺栓固定，连接耳2.21与固定耳1.41重合并通过螺栓固定；

d.所述光伏组件3长边一侧与高位立柱2.3上部反扣板2.8配合，另一侧插入组件支撑浮体低位立柱插槽2.4，并将限位螺栓3.1与螺栓孔2.81固定，即得到通道主浮体与支撑浮体耦合式水面光伏发电系统。

浮力计算：

本实施例采用功率260Wp，尺寸为992mm×1650mm的多晶硅组件，以88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：20Kg/块×88＝1760kg；

浮体自重：主浮体：7.86Kg/块×117块＝919.62kg；组件支撑浮体：6.77kg/块×104块＝704.08kg；人行通道板：10kg/块×16块＝160kg；

安装检修人员：按8人×75Kg/人＝600Kg。

若考虑2.0的安全系数，总承重约8287.4kg。

水面光伏发电系统总浮力：

根据浮力公式，主浮体可提供浮力为147kg/块，组件支撑浮体可提供浮力为68kg/块，则总浮力为：147kg/块×117块+68kg/块×104块＝24271kg。

因此，本实施例可充分保证水面光伏发电系统的浮力需求。

安装件工作量计算：

本实施例以88块光伏组件为一个单元计算其安装件数目如下：

主浮体连接螺栓：9排×24颗/排＝216颗

主浮体与组件支撑浮体连接螺栓：9排×52颗/排＝468颗

组件限位螺栓：88块×2颗/块＝176颗

安装件总量为860件，浮体及组件安装件工作量平均到每块光伏组件的数量约为9.77件。

与专利US2014224165A1相比，单位光伏组件安装件工作量下降了约6件。因此，本实施例可降低安装件工作量，节约人工成本。

浮体成本计算：

本实施例以88块光伏组件为一个单元计算单块光伏组件所需浮体材料，其中浮体壁厚和主浮体高度取值与专利US2014224165A1、CN105186968A类似，分别为：

浮体壁厚：上表面5mm，其余部分3mm

浮体高度：200mm

单个浮体所需材料：

主浮体：8.67kg/个，组件支撑浮体：6.77kg/个

每个光伏单元所需浮体材料为：117个×8.67kg/个+104×6.77kg/个＝1718.47kg

平均单块光伏组件所需材料为：1718.47kg/88＝19.5kg

则与专利US2014224165A1、CN105186968A相比，单块光伏组件节约材料约1.3kg。因此，本实施例可降低材料用量，节约成本。

其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本实用新型做出了详尽的描述，但它仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本实用新型保护范围。