一种伸缩式浮动光伏结构

本发明属于漂浮式光伏发电，尤其涉及一种伸缩式浮动光伏结构。

背景技术：

1、漂浮式光伏发电系统是将光伏发电装置布置于水面上的一种新型清洁能源开发形式，主要适用于水库、湖泊、采矿沉陷区及近海受控水域等水域环境，其核心优势在于不占用土地资源，兼具抑制水体蒸发、改善组件散热条件、提升发电效率等附加效益。目前主流技术路线以模块化浮体结构为基础，通常由高分子浮体、光伏组件支架系统、连接构件及锚固系泊系统构成。浮体多采用高密度聚乙烯（hdpe）材料成型，单体之间通过插接或螺栓连接形成连续浮岛，光伏组件以固定倾角安装于浮体上方的支架上，系统整体通过缆绳与岸边或水底锚固。该结构属于典型的浮筒-框架式受力体系，具有模块化、轻量化和快速安装的优势。

2、但传统结构在实际应用中暴露出诸多不足，其中高密度聚乙烯（hdpe）浮体整体刚度较低，在风浪作用下易产生较大相对位移和变形，组件阵列的整体协同受力能力有限，抗极端风浪能力严重不足，在台风、风暴潮等恶劣天气下存在结构失效甚至倾覆的风险；浮体与支架连接部位长期处于交变荷载和湿热环境中，易发生疲劳损伤、松动或老化，影响长期耐久性；传统结构多适用于内陆静水或小风浪水域，在中高风浪、复杂流场或近海环境中适应性较差。此外，现有结构在整体受力机理、抗碰撞与冗余安全设计方面相对薄弱，一旦局部失效，可能引发连锁破坏。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种伸缩式浮动光伏结构，以解决传统漂浮式光伏结构整体刚度低、抗风浪能力不足，在恶劣海况下易发生结构失效甚至倾覆的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明一种伸缩式浮动光伏结构的具体技术方案如下：

3、一种伸缩式浮动光伏结构，包括浮体平台、设置于浮体平台上的光伏模块组、为整体结构提供浮力的浮体构件，以及用于锚定平台的系泊系统；所述光伏模块组包括固定设置于浮体平台中心的中心光伏模块，以及分布于中心光伏模块四周的若干外围光伏模块；

4、所述浮体平台上对应各外围光伏模块设置有活动滑槽系统，外围光伏模块滑动装配于活动滑槽系统上；

5、所述浮体平台上还设置有伸缩驱动装置，所述伸缩驱动装置用于驱动各外围光伏模块沿活动滑槽系统向靠近或远离中心光伏模块的方向水平平动，使外围光伏模块在完全展开的发电状态与叠放于中心光伏模块上方的收缩防护状态之间切换；

6、所述浮体构件为四个圆柱形浮筒，分别固定安装于浮体平台的四个角部。

7、进一步，所述外围光伏模块与中心光伏模块均为矩形结构，中心光伏模块的面积小于外围光伏模块；光伏模块组上可布设多块光伏板，光伏模块组表面开设有若干排水缝，用于排出表面积水并补偿热胀冷缩形变；各外围光伏模块的边缘设置有非金属材质的滑轮，外围光伏模块通过滑轮嵌装于活动滑槽系统内形成滑动配合。

8、进一步，所述活动滑槽系统包括活动滑槽，活动滑槽为上下分层设置的横向滑槽与纵向滑槽组成，活动滑槽整体焊接固定于浮体平台上，采用耐腐蚀钢材质；横向滑槽与纵向滑槽之间设置有弹性缓冲垫，所述弹性缓冲垫采用耐海水橡胶、聚氨酯或弹簧阻尼垫，用于在模块叠放与波浪冲击过程中发生弹性变形，吸收冲击能量。

9、进一步，所述活动滑槽系统端部设置有限位器，所述限位器为电磁卡扣结构，由伸缩驱动装置统一控制，用于在外围光伏模块叠放到位后触发锁定，形成模块间的刚性限位连接；所述活动滑槽系统的端部下侧与浮体平台之间设置有防脱限位块。

10、进一步，所述伸缩驱动装置设置于中心光伏模块的下方，装置外部包覆有防水耐腐蚀外壳；所述伸缩驱动装置采用电机驱动丝杆的传动方式，带动外围光伏模块沿活动滑槽系统完成平动伸缩。

11、进一步，所述浮体平台为圆形钢管搭建的桁架结构，整体呈矩形轮廓，用于减轻结构自重、提升整体抗风浪刚度，同时圆形钢管截面可降低风荷载阻力。

12、进一步，所述圆柱形浮筒采用高密度聚乙烯材质，内部为空心结构；各圆柱形浮筒内集成有可变压载及浮力补偿机构，所述可变压载及浮力补偿机构包括压载水仓、水泵或电磁阀组、液位传感器以及连通管路，压载水仓内置于圆柱形浮筒内部或与浮筒一体成型。

13、进一步，还包括分级控制器，所述分级控制器分别与伸缩驱动装置、可变压载及浮力补偿机构信号连接；分级控制器根据外围光伏模块的当前位置、平台倾角、波浪入射方向以及各圆柱形浮筒吃水状态，调控水泵或电磁阀组调节各压载水仓的水量：在需要降低整体重心或提高复原力矩时，控制外周或迎浪侧圆柱形浮筒进水；在平台发生单侧倾斜时，控制对应侧圆柱形浮筒排水或对侧圆柱形浮筒进水，使各圆柱形浮筒吃水差保持在允许范围内，抵消模块叠放导致的重心抬升。

14、进一步，所述外围光伏模块的外侧边缘下方设置有环境感知单元，所述环境感知单元与分级控制器信号连接，用于实时采集风速、波高、波浪周期、平台倾角以及各浮筒液位参数；所述分级控制器内置四级防护状态控制逻辑，结合实时采集参数、预设海况阈值或外部天气预报信息划分防护等级：

15、0级为正常展开状态，外围光伏模块完全展开发电；

16、ⅰ级为预警收缩状态，控制外围光伏模块沿滑槽向中心收缩第一预设距离；

17、ⅱ级为防护收缩状态，控制外围光伏模块继续向中心光伏模块方向移动，形成部分叠放；

18、ⅲ级为极端防护状态，控制外围光伏模块完全叠放于中心光伏模块上方，并同步触发限位器锁定与压载浮力补偿动作。

19、进一步，所述系泊系统包括系泊缆绳与水底系泊点，系泊缆绳上端连接于圆柱形浮筒的底部，下端固定于水底系泊点；所述系泊缆绳采用尼龙绳或铁链材质，用于约束浮体平台的平面位移，适应水位变化。

20、本发明一种伸缩式浮动光伏结构具有以下优点：

21、通过将光伏模块划分为中心固定模块与外围可滑动模块，外围模块在极端海况下可沿滑槽向中心平动叠放，大幅减小光伏阵列的迎风面积和波浪拍击面积，从而有效降低风荷载和波浪荷载对结构的冲击。与现有折叠或升降回收方案相比，水平向心叠放的运动方式无需设置凹槽或复杂铰接机构，叠放后外围模块完整覆盖于中心模块上方，形成多层结构防护，避免了光伏板长期浸泡受潮的风险，消除了铰接部位在海浪摇摆下松脱的隐患，提高了系统在台风、风暴潮等极端天气下的抵抗能力。

22、通过设置滑槽平动驱动方式相对于齿轮折叠或升降回收机构更为简洁高效，滑轮与滑槽的配合结构摩擦力小、传动稳定，采用耐腐蚀钢和耐海水橡胶等材料，具有良好的耐候性和耐腐蚀性。各功能模块划分清晰，便于工厂预制、现场快速拼装和后期维护更换，降低了制造和运维成本，适合大规模推广应用。

23、本结构设置有环境感知单元和四级防护状态控制逻辑，能够根据实时采集的风速、波高、波浪周期等参数判定海况等级，分级控制外围模块的收缩程度，实现从完全展开发电、预警收缩到完全叠放的阶梯式防护响应。相较于现有方案的简单开关式控制，分级策略在保障安全的同时兼顾了发电效率，避免过度收缩影响正常发电收益。

24、本发明整体结构采用模块化设计，光伏模块、活动滑槽、浮体平台和浮筒均可独立预制和组合，既便于运输和安装，也可根据实际水域条件和发电容量需求灵活调整规模。既适用于内陆水库、湖泊等静水环境，也能适应近海等风浪复杂水域，具有广泛的应用前景和良好的经济性。