一种抗风浪的浮式光伏装置及控制方法

1.本发明涉及海上光伏发电平台领域，具体地说是一种抗风浪的浮式光伏装置及控制方法。


背景技术：

2.作为一种新型的可再生能源，太阳能因其无可替代的优越性被大力发展， 目前太阳能光伏板被广泛应用于陆地上，但是在陆地上发展太阳能发电有着一定的局限性，不仅占用了大量宝贵的土地资源，还需要安装在采光条件好的地区。我国拥有的海洋国土面积为299.7万平方公里，在海上建设光伏电站，可以有效地节约土地资源，且对海洋生态环境影响较小。
3.在目前相关技术中，首先，浮式光伏装置大多仅考虑浮体的柔性连接，对于光伏组件本身仍采取刚性桁架固定，若光伏组件朝向太阳斜向布置，光伏组件将受到较大的风荷载，极易对刚性桁架产生疲劳破坏，若光伏组件平铺布置，则光伏组件无法正对太阳，发电效率将大幅降低。其次，当浮式光伏装置处于恶劣环境时，常规结构受风或受浪面积较大，容易对局部应力集中区域的光伏组件形成破坏，从而影响整体光伏装置的抗风浪性能，造成较大的经济损失。
4.因此，有必要提供一种抗风浪的浮式光伏装置及控制方法解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种抗风浪的浮式光伏装置及控制方法，通过三浦折叠结构实现浮式光伏装置的折叠与展开，利用自锁撑杆与拉索控制浮式光伏装置的姿态。
6.为了达到上述目的，本发明提供了一种抗风浪的浮式光伏装置及控制方法，包括折叠板架，弹性撑腿，浮筒和自锁撑杆，所述的折叠板架包括多个单元框架并通过三浦折叠方式张开与折叠，相邻的单元框架通过铰接机构连接，折叠板架朝向太阳一侧设有光伏板，所述的弹性撑腿安装于折叠板架背向太阳一侧峰线两侧的加强梁下方；所述的浮筒通过铰接节点与十字底座安装于折叠板架正面峰线底端的下方，光伏板排列方向相邻的两个浮筒间通过自锁撑杆与拉索连接；所述的自锁撑杆包括圆管滑轨一，圆管滑轨二与圆管滑轨三。
7.所述的折叠板架包括多个单元框架，所述的单元框架呈平行四边形，单元框架四边均安装有铰接机构，位于折叠板架正面的单元框架内部安装有光伏板，位于折叠板架背面的单元框架内部钝角的连线处安装有加强梁，所述的加强梁内部的等分点处穿过防滑梯杆，所述的防滑梯杆平行于单元框架的上下两边，防滑梯杆两端固定于单元框架两侧，挡风板安装于折叠板架最后排背面的单元框架上。
8.所述的弹性撑腿包括v形撑杆与u形撑杆，所述的v形撑杆底部交点铰接于上铰接底座，所述的u形撑杆底部铰接于下铰接底座，v形撑杆与u形撑杆可改变开口大小，v形撑杆与u形撑杆左右两端分别相交并铰接于加强梁下方，所述的上铰接底座底部设有垂直向下的滑杆，所述的滑杆穿过弹簧一与下铰接底座，滑杆底端设有圆形防脱落挡板，所述的弹簧
一位于上铰接底座下表面与下铰接底座上表面间。
9.所述的浮筒包括动力浮筒，中间浮筒与从动浮筒，所述的动力浮筒与从动浮筒分别位于折叠板架最外侧相对的两角处并通过铰接节点与十字底座安装于折叠板架下方，动力浮筒与从动浮筒底部通过悬链线系泊固定至海底，所述的十字底座主体为柱体，十字底座主体四周设有四块呈十字布置的三角形肋板，所述的动力浮筒包括安装于顶部的传感器，动力浮筒顶部朝向从动浮筒的一侧安装有圆管滑轨一，圆管滑轨一与动力浮筒中央的十字底座之间设有滑轮。
10.所述的动力浮筒还包括安装于内部的卷筒，所述的卷筒轴向与圆管滑轨一轴向垂直，拉索穿过圆管滑轨一并经过滑轮连接至卷筒，电机安装于动力浮筒内部且轴向与卷筒轴向平行，卷筒通过传动带与电机连接。
11.所述的中间浮筒位于动力浮筒与从动浮筒之间，中间浮筒顶部中央设有十字底座与铰接节点，中间浮筒顶部的铰接节点与相交的两块单元框架中靠近动力浮筒的一块连接，中间浮筒顶部沿动力浮筒与从动浮筒的连线方向设有圆管滑轨二。
12.所述的从动浮筒顶部朝向动力浮筒的一侧安装有圆管滑轨三，十字底座与铰接节点安装于从动浮筒顶部中央，圆管滑轨三与从动浮筒中央的十字底座之间设有固定底座，拉索穿过圆管滑轨三并固定于固定底座。
13.所述的圆管滑轨一的底座固定于动力浮筒，圆管滑轨一指向圆管滑轨二的一端伸出动力浮筒，圆管滑轨一伸出端的内部安装有管状卡槽；所述的圆管滑轨二穿过十字底座且两端伸出中间浮筒，圆管滑轨二靠近动力浮筒的一端安装有自锁装置，圆管滑轨二靠近从动浮筒的一端设有管状卡槽；所述的圆管滑轨三的底座固定于从动浮筒，圆管滑轨三指向圆管滑轨二的一端伸出从动浮筒，圆管滑轨三伸出端安装有自锁装置。
14.所述的管状卡槽开口处呈喇叭状，管状卡槽喇叭状开口的外圈直径大于自锁装置外径，管状卡槽喇叭状开口的内圈直径等于自锁装置外径，管状卡槽喇叭状开口最内侧的正上方沿管长方向向内设有矩形卡槽，管状卡槽与圆管滑轨相接处设有向管状卡槽开口方向伸出的顶管，所述的顶管长度小于管状卡槽长度，顶管外径小于自锁装置内径且大于拉索外径，顶管内径等于拉索外径，顶管开口处呈喇叭状，顶管喇叭状开口的外圈直径等于顶管外径，顶管喇叭状开口的内圈直径等于顶管内径。
15.所述的自锁装置主体呈圆管状，管状滑槽固定于自锁装置内部，自锁装置开口处设有固定环，固定环内径大于顶管外径且小于自锁装置内径，所述的自锁装置与圆管滑轨三、圆管滑轨二的相接处设有垫片，所述垫片内部设有可穿过拉索的通孔，管状滑槽靠近垫片的一端设有滑槽，所述的滑槽为矩形长条状滑槽，滑槽分别布置于管状滑槽上下两侧，滑槽开口处两侧分别设有卡齿一与卡齿二，所述的卡齿一与卡齿二一侧与管状滑槽轴向平行，另一侧为斜向滑坡，滑槽底部设有卡块，卡块正对自锁装置顶部的矩形通孔，所述的管状滑槽与垫片间设有弹簧二与滑管一，管状滑槽与固定环间设有弹簧三与滑管二。
16.所述的滑管一主体为管状，滑管一的外径等于管状滑槽的内径，滑管一的内径大于拉索的外径，滑管一靠近管状滑槽的一端设有卡齿三，所述的卡齿三与卡齿一形状相同且方向相反，卡齿三凸出滑管一，两个卡齿三外壁的间距等于管状滑槽外径，两个卡齿三可滑入滑槽，滑管一靠近垫片一端设有外径等于自锁装置内径的环形滑块，滑管一与垫片之间安装有弹簧二；
所述的滑管二主体为管状，滑管二的外径等于管状滑槽的内径，滑管二的内径大于拉索的外径，滑管二靠近管状滑槽的一端设有卡齿四，卡齿四凸出滑管二，卡齿四所围成的圆环外径大于管状滑槽的内径且小于管状滑槽的外径，管状滑槽内部设有可供卡齿四滑动的开槽，上下两侧的卡齿四可沿滑槽滑动，滑管二远离垫片的一端设有外径等于自锁装置内径的环形滑块，滑管二环形滑块的底部设有可穿过拉索的锥形顶块，滑管二与管状滑槽之间安装有弹簧三。
17.所述的一种抗风浪的浮式光伏装置的控制方法，包括以下步骤：步骤a，当抗风浪的浮式光伏装置处于恶劣海况时，传感器接收环境信息并传递至电机，电机带动卷筒卷起拉索，拉索使动力浮筒与从动浮筒相互靠近并使浮式光伏装置横向收缩，折叠板架将拉索拉力传递并使浮式光伏装置的纵向同时收缩，浮式光伏装置收缩到自锁撑杆限制长度时，相邻自锁撑杆接触端相互挤压并锁紧；步骤b，当抗风浪的浮式光伏装置由恶劣海况变为常规海况时，传感器控制电机拉紧拉索，相邻自锁撑杆接触端相互挤压并解锁，电机缓慢反转松开拉索，弹性撑腿使折叠板架张开至拉索限制的大小。
18.与相关技术相比，本发明有益效果如下：（1）所述的折叠板架通过三浦折叠方式设置，折叠板架张开时，底部浮筒通过拉索柔性连接，加之折叠板架通过铰接机构转动而产生的柔性，使得浮式光伏装置可以更好地适应波浪摆动，具有良好的消波效果；（2）所述的折叠板架张开时铺设光伏板的一面具有一定的倾斜角度，同时两排光伏板之间具有一定的间隔距离，在结构上极为契合光伏板的铺设要求，使得光伏板朝向太阳而又不相互遮挡，提高了光伏板的发电效率；（3）所述的折叠板架折叠后，相邻光伏板间的夹角减小，前排光伏板遮住后排光伏板，极大程度上减小了受风面积，同时三浦折叠结构可将局部应力传递至整体结构，提高了装置的抗风浪性能；（4）所述的单元框架可通过铰接机构将相邻的单元框架快速组装，相邻的单元框架可共用部分浮筒，且多组单元框架可共用一个动力浮筒，提高了装置的便捷性。
19.（5）自锁撑杆通过自锁结构实现了相邻撑杆的快速锁定与分离，同时自锁撑杆锁定后增加了浮式光伏装置折叠时的结构强度，提高了装置的灵活性与可靠性。
附图说明
20.图1为本发明一种抗风浪的浮式光伏装置张开状态的三维示意图；图2为本发明一种抗风浪的浮式光伏装置折叠状态的三维示意图；图3为本发明一种抗风浪的浮式光伏装置张开状态的主视图；图4为本发明动力浮筒的三维示意图；图5为本发明弹性撑腿的主视图；图6为图2中a部分的局部放大图；图7为本发明自锁撑杆锁定时的部分剖视图；图8为本发明自锁装置的零件爆炸图；图9为本发明自锁撑杆的运动原理图一；
图10为本发明自锁撑杆的运动原理图二；图11为本发明一种抗风浪的浮式光伏装置组合状态的三维示意图；图中标记如下：1-折叠板架，2-弹性撑腿，3-浮筒，4-自锁撑杆，101-光伏板，102-单元框架，103-铰接机构，104-防滑梯杆，105-加强梁，106-挡风板，201-v形撑杆，202-上铰接底座，203-弹簧一，204-u形撑杆，205-下铰接底座，206-滑杆，301-动力浮筒，302-传感器，303-中间浮筒，304-从动浮筒，305-十字底座，306-铰接节点，307-卷筒，308-电机，309-传动带，310-悬链线系泊，401-固定底座，402-圆管滑轨三，403-圆管滑轨二，404-拉索，405-圆管滑轨一，406-滑轮，407-锥形顶块，408-管状卡槽，409-矩形卡槽，410-卡块，411-顶管，412-管状滑槽，413-滑槽，414-卡齿一，415-卡齿三，416-滑管一，417-弹簧二，418-卡齿四，419-弹簧三，420-滑管二，421-垫片，422-固定环，423-卡齿二，424-自锁装置。
具体实施方式
21.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
22.如图1-3所示，一种抗风浪的浮式光伏装置包括折叠板架1，弹性撑腿2，浮筒3和自锁撑杆4，折叠板架1包括多个单元框架102并通过三浦折叠方式张开与折叠，相邻的单元框架102通过铰接机构103连接，折叠板架1朝向太阳一侧设有光伏板101；弹性撑腿2安装于折叠板架1背向太阳一侧峰线两侧的加强梁105下方；浮筒3通过铰接节点306与十字底座305安装于折叠板架1正面峰线底端的下方，横向光伏板排列方向相邻的两个浮筒3间通过自锁撑杆4与拉索404连接。
23.如图2所示，折叠板架1包括多个单元框架102，单元框架102呈平行四边形，单元框架102四边均安装有铰接机构103，光伏板101安装于折叠板架1正面的单元框架102内部，加强梁105安装于折叠板架1背面的单元框架102内部钝角的连线处，加强梁105内部的等分点处穿过防滑梯杆104，防滑梯杆104平行于单元框架102的上下两边，防滑梯杆104两端固定于单元框架102的两侧，挡风板106安装于折叠板架1最后排背面的单元框架102上。
24.如图3-4所示，浮筒3包括动力浮筒301，中间浮筒303与从动浮筒304，动力浮筒301与从动浮筒304分别位于折叠板架1最外侧相对的两角处并通过铰接节点306与十字底座305安装于折叠板架1下方，动力浮筒301与从动浮筒304底部通过悬链线系泊310固定至海底，十字底座305主体为柱体，十字底座305主体四周设有四块呈十字布置的三角形肋板，传感器302安装于动力浮筒301的顶部，动力浮筒301顶部朝向从动浮筒304的一侧安装有圆管滑轨一405，圆管滑轨一405与动力浮筒301中央的十字底座305之间设有滑轮406，卷筒307安装于动力浮筒301的内部，卷筒307轴向与圆管滑轨一405轴向垂直，拉索404穿过圆管滑轨一405并经过滑轮406连接至卷筒307，电机308安装于动力浮筒301内部且轴向与卷筒307轴向平行，卷筒307通过传动带309与电机308连接。中间浮筒303位于动力浮筒301与从动浮
筒304之间，中间浮筒303顶部中央设有十字底座305与铰接节点306，中间浮筒303顶部的铰接节点306与相交的两块单元框架102中靠近动力浮筒301的一块连接，中间浮筒303顶部沿动力浮筒301与从动浮筒304的连线方向设有圆管滑轨二403；圆管滑轨三402安装于从动浮筒304顶部朝向动力浮筒301的一侧，十字底座305与铰接节点306安装于从动浮筒304顶部中央，圆管滑轨三402与从动浮筒304中央的十字底座305之间设有固定底座401，拉索404穿过圆管滑轨三402并固定于固定底座401。
25.如图5所示，弹性撑腿2包括v形撑杆201与u形撑杆204，v形撑杆201底部交点铰接于上铰接底座202，u形撑杆204底部铰接于下铰接底座205，v形撑杆201与u形撑杆204可改变开口大小，v形撑杆201与u形撑杆204左右两端分别相交并铰接于加强梁105下方，上铰接底座202底部设有垂直向下的滑杆206，滑杆206穿过弹簧一203与下铰接底座205，滑杆206底端设有圆形防脱落挡板，弹簧一203安装于上铰接底座202下表面与下铰接底座205上表面间。
26.如图6-8所示，圆管滑轨一405的底座固定于动力浮筒301，圆管滑轨一405指向圆管滑轨二403的一端伸出动力浮筒301，圆管滑轨一405伸出端的内部安装有管状卡槽408；圆管滑轨二403穿过十字底座305且两端伸出中间浮筒303，圆管滑轨二403靠近动力浮筒301的一端安装有自锁装置424，圆管滑轨二403靠近从动浮筒304的一端设有管状卡槽408；圆管滑轨三402的底座固定于从动浮筒304，圆管滑轨三402指向圆管滑轨二403的一端伸出从动浮筒304，圆管滑轨三402伸出端安装有自锁装置424；管状卡槽408开口处呈喇叭状，管状卡槽408喇叭状开口的外圈直径大于自锁装置424外径，管状卡槽408喇叭状开口的内圈直径等于自锁装置424外径，管状卡槽408喇叭状开口最内侧的正上方沿管长方向向内设有矩形卡槽409，管状卡槽408与自锁装置相接处设有向管状卡槽408开口方向伸出的顶管411，所述的顶管411长度小于管状卡槽408长度，顶管411外径小于自锁装置424内径且大于拉索404外径，顶管411内径等于拉索404外径，顶管411开口处呈喇叭状，顶管411喇叭状开口的外圈直径等于顶管411外径，顶管411喇叭状开口的内圈直径等于顶管411内径；自锁装置424主体呈圆管状，自锁装置424开口处设有固定环422，管状滑槽412固定于自锁装置424内部，固定环422内径大于顶管411外径且小于自锁装置424内径，自锁装置424与圆管滑轨三402、圆管滑轨二403的相接处设有垫片421，垫片421内部设有可穿过拉索404的通孔，管状滑槽412靠近垫片421的一端设有滑槽413，滑槽413为矩形长条状滑槽，滑槽413分别布置于管状滑槽412上下两侧，滑槽413开口处两侧分别设有卡齿一414与卡齿二423，卡齿一414与卡齿二423一侧与管状滑槽412轴向平行，另一侧为斜向滑坡，滑槽413底部设有卡块410，卡块410正对自锁装置424顶部的矩形通孔，管状滑槽412与垫片421间安装有滑管一416，管状滑槽412与固定环422间安装有滑管二420，滑管一416主体为管状，滑管一416的外径等于管状滑槽412的内径，滑管一416的内径大于拉索404的外径，滑管一416靠近管状滑槽412的一端设有卡齿三415，卡齿三415与卡齿一414形状相同且方向相反，卡齿三415凸出滑管一416，两个卡齿三415外壁的间距等于管状滑槽412外径，两个卡齿三415可滑入滑槽413，滑管一416靠近垫片421一端设有外径等于自锁装置424内径的环形滑块，滑管一416与垫片421之间安装有弹簧二417；滑管二420主体为管状，滑管二420的外径等于管状滑槽412的内径，滑管二420的内径大于拉索404的外径，滑管二420靠近管状滑槽412的一端设有卡齿四418，卡齿四418凸出滑管二420，卡齿四418所围成的圆环外径大于管状滑槽412的内径且小
于管状滑槽412的外径，管状滑槽412内部设有可供卡齿四418滑动的开槽，上下两侧的卡齿四418可沿滑槽413滑动，滑管二420远离垫片421的一端设有外径等于自锁装置424内径的环形滑块，滑管二420环形滑块的底部设有可穿过拉索404的锥形顶块407，滑管二420与管状滑槽412之间安装有弹簧三419。
27.如图9-10所示，当相邻自锁撑杆4相互挤压时，滑管二420向左侧沿着滑槽413移动，弹簧三419收缩，卡齿四418运动到管状滑槽412最左端，将卡齿三415顶起，弹簧二417收缩，滑管一416受到弹簧二417施加的推力，使卡齿三415沿着卡齿一414的斜面滑至卡齿四418与卡齿一414相交处，当浮筒3停止运动时，滑管二420受到弹簧419作用而向右滑动，卡齿三415在弹簧二417的作用下随着卡齿四418移动至滑槽413最右端，卡齿三415将卡块410顶起，卡块410右端顶住滑槽413内卡齿四418的顶面。
28.如图11所示，当多组抗风浪的浮式光伏装置组合时，横向两浮式光伏装置组合处以中间浮筒303替代动力浮筒301与从动浮筒304，横向的浮式光伏装置共用一个动力浮筒301与从动浮筒304，纵向相邻的两排浮式光伏装置中，后排的浮式光伏装置与前排的浮式光伏装置共用一组浮筒3。
29.在本实施方案中，折叠板架1通过三浦折叠方式设置，折叠板架1张开时，底部浮筒3通过拉索404柔性连接，加之折叠板架1通过铰接机构103转动而产生的柔性，使得浮式光伏装置可以更好地适应波浪摆动，具有良好的消波效果；折叠板架1张开时铺设光伏板101的一面具有一定的倾斜角度，同时两排光伏板101之间具有一定的间隔距离，在结构上极为契合光伏板101的铺设要求，使得光伏板101朝向太阳而又不相互遮挡，提高了光伏板的发电效率；折叠板架1折叠后，相邻光伏板101间的夹角减小，前排光伏板101遮住后排光伏板101，极大程度上减小了受风面积，同时折叠板架1的三浦折叠结构可将局部应力传递至整体结构，提高了装置的抗风浪性能；单元框架102可通过铰接机构103将相邻的单元框架102快速组装，相邻的单元框架102可共用部分浮筒3，且多组单元框架102可共用一个动力浮筒301，提高了装置的便捷性。自锁撑杆4通过自锁结构实现了相邻撑杆的快速锁定与分离，同时自锁撑杆4锁定后增加了浮式光伏装置折叠时的结构强度，提高了装置的灵活性与可靠性。
30.一种抗风浪的浮式光伏装置的控制方法如图1-11所示，包括以下步骤：步骤a，当抗风浪的浮式光伏装置处于恶劣海况时，传感器302接收环境信息并传递至电机308，电机308带动卷筒307卷起拉索404，拉索404使动力浮筒301与从动浮筒304相互靠近并使浮式光伏装置横向收缩，折叠板架1将拉索404拉力传递并使浮式光伏装置的纵向同时收缩，浮式光伏装置收缩到自锁撑杆4限制长度时，相邻自锁撑杆4接触端相互挤压并锁紧；步骤b，当抗风浪的浮式光伏装置由恶劣海况变为常规海况时，传感器302控制电机308拉紧拉索404，相邻自锁撑杆4接触端相互挤压并解锁，电机308缓慢反转松开拉索404，弹性撑腿2使折叠板架1张开至拉索404限制的大小。
31.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，上述说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
32.本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。