漂浮式光伏锚固系统及方法与流程

本发明属于水面漂浮式光伏发电，涉及一种漂浮式光伏锚固系统及方法。

背景技术：

1、随着漂浮式光伏的快速发展，锚固系统成为漂浮式光伏稳定运行的关键设施。传统的水库漂浮光伏系统普遍采用分布式锚固方案，即通过在水底打入数百根桩基，并利用对应数量的缆绳以网格状或放射状方式将大规模浮体阵列进行多点、分散式固定。

2、这一传统模式在实际应用中面临显著挑战：其一，工程量巨大且施工复杂，数百根桩基的钻孔、打桩作业受水下地形与地质条件制约，施工周期长、成本高昂，而大量缆绳的布设与调校也需高精度水上作业，进一步增加了建设难度；其二，系统可靠性与稳定性问题突出，数量庞大的锚固点构成一个高次静不定力学体系，局部桩基位移、缆绳松弛或断裂极易引发应力重分布和连锁反应，导致浮体阵列变形甚至系统性失效风险；其三，长期运维成本高企，分布广泛的水下及水线锚固点使得日常巡检、状态监测与维修极为不便，故障定位与修复需依赖特种设备与船舶，维护效率低且安全风险大；其四，对水库水位的频繁及大幅变化适应能力不足，分散锚固下的各浮体单元只能被动、独立地响应水位波动，易导致整个阵列在升降过程中出现不均匀变形、倾斜或扭曲，产生额外内应力，影响结构整体稳定与光伏发电效率。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种漂浮式光伏锚固系统及方法，采用集中导向立柱基础与设置在环形导轨上的集中系泊点，取代传统漂浮光伏中数百根分散的缆绳与桩基，从而极大简化锚固结构、降低工程复杂度。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种漂浮式光伏锚固系统，它包立柱基础、外部环形环绕结构、齿轮滑动结构、缆绳结构、光伏阵列结构和连接结构；所述外部环形环绕结构套设于立柱基础的立柱外部并沿其轴向上下移动，齿轮滑动结构安装于外部环形环绕结构的圆环形滑轨上，缆绳结构连接外部环形环绕结构和光伏阵列结构，连接结构连接固定圆环形滑轨和光伏阵列结构。

3、所述立柱下半部分为空心结构，内部灌注配重材料；立柱上半部分为实心或加厚壁管结构。

4、所述外部环形环绕结构包括圆环形滑轨下部的圆柱体浮筒，位于圆环形滑轨上侧面设置多个系泊孔。

5、所述齿轮滑动结构包括齿轮、立柱上齿条、圆环内齿条和齿轮紧固件；立柱上齿条沿立柱外表面轴向设置，圆环内齿条设置于外部环形环绕结构的圆环形滑轨内侧面，齿轮紧固件固定于圆环形滑轨上且与齿轮配合，齿轮与立柱上齿条和圆环内齿条啮合。

6、所述缆绳结构包括缆绳及缆绳紧固件；缆绳的两端分别与外部环形环绕结构的系泊孔和光伏阵列结构连接，通过缆绳紧固件锁紧。

7、所述光伏阵列结构包括光伏浮筒、光伏板、支柱和连接凹槽；光伏浮筒上设置有连接凹槽，多个光伏浮筒通过连接凹槽相互卡合连接，支柱设置在光伏浮筒上与光伏板连接；多个光伏板电性连接形成发电单元。

8、所述圆环形滑轨由四个弧形环通过四组连接结构连接而成；圆柱体浮筒固定于圆环形滑轨下部。

9、所述连接结构包括六角头螺栓、螺母和连接板；弧形环两侧的断面皆设置有连接板，相邻的两个弧形环之间的两个连接板相互错位，螺栓穿过两个连接板后通过螺母锁紧连接。

10、所述漂浮式光伏锚固系统的自适应方法，包括如下步骤：

11、s1，组装，在陆上完成预制与组装后，通过运输工具运至水域安装区域；

12、s2，锚固，将多个立柱下半部分锚固在水域底基层；此步骤中，圆柱体浮筒提供的浮力与系统自重达到平衡；

13、s3，系泊，缆绳一端通过缆绳紧固件固定于系泊孔，另一端以放射状锚固于光伏阵列结构上，实现集中系泊；

14、s4，当水位上升时，浮力增大，圆柱体浮筒推动外部环形环绕结构沿立柱上浮，齿轮沿双齿条滚动，保证升降顺滑且同步；

15、s5，当水位下降时，系统在净重力作用下沿立柱平顺下沉；

16、在整个升降过程中，齿轮与立柱上齿条和圆环内齿条的啮合有效限制结构的水平晃动与扭转，提高运动稳定性。

17、缆绳通过系泊孔集中系泊，将水平载荷传递至立柱，简化传统多点多缆的锚固方式；若需扩展相邻光伏阵列，共享已有立柱，仅需在新增阵列的开放侧增设新立柱，原有立柱的系泊孔同时用于新旧阵列的缆绳锚固，实现“一杆多用”。

18、本发明的主要有益效果在于：

19、通过少数大型立柱与集成式浮动单元，取代了传统分散的数百根桩基与缆绳，依靠系统自重与浮筒浮力的动态平衡及齿轮齿条的机械导向，实现光伏阵列整体的顺畅、同步升降，自适应水库水位变化。

20、针对系统的系泊与扩展问题，依托立柱环形导轨上集中系泊点的简化方案，单根立柱可服务多个相邻光伏阵列单元，实现“一杆多用”，在扩容时显著减少新增桩基数量，形成模块化、可扩展的布局。

21、结构简洁、功能集成，无需复杂电控即可实现自动、可靠的随动与稳定，大幅降低了施工、维护成本及系统复杂度，提高了整体工程可行性与环境适应性。

22、通过纯机械传动与浮力驱动相结合的方式，确保光伏阵列能够顺畅、同步地随水位升降，且无需外部主动控制系统。

23、圆柱体浮筒作为整个浮动平台的基础浮力与缓冲结构，为整个系统的垂直升降提供主要浮力，具备良好的弹性与耐疲劳特性，在风浪载荷作用下通过自身弹性形变有效吸收并缓冲部分冲击能量，增强整体结构的抗浪性与稳定性。

1.一种漂浮式光伏锚固系统，其特征是：它包立柱基础（1）、外部环形环绕结构（2）、齿轮滑动结构（3）、缆绳结构（4）、光伏阵列结构（5）和连接结构（6）；所述外部环形环绕结构（2）套设于立柱基础（1）的立柱（11）外部并沿其轴向上下移动，齿轮滑动结构（3）安装于外部环形环绕结构（2）的圆环形滑轨（21）上，缆绳结构（4）连接外部环形环绕结构（2）和光伏阵列结构（5），连接结构（6）连接固定圆环形滑轨（21）和光伏阵列结构（5）。

2.根据权利要求1所述的漂浮式光伏锚固系统，其特征是：所述立柱（11）下半部分为空心结构，内部灌注配重材料；立柱（11）上半部分为实心或加厚壁管结构。

3.根据权利要求1所述的漂浮式光伏锚固系统，其特征是：所述外部环形环绕结构（2）包括圆环形滑轨（21）下部的圆柱体浮筒（22），位于圆环形滑轨（21）上侧面设置多个系泊孔（23）。

4.根据权利要求1所述的漂浮式光伏锚固系统，其特征是：所述齿轮滑动结构（3）包括齿轮（31）、立柱上齿条（32）、圆环内齿条（33）和齿轮紧固件（34）；立柱上齿条（32）沿立柱（11）外表面轴向设置，圆环内齿条（33）设置于外部环形环绕结构（2）的圆环形滑轨（21）内侧面，齿轮紧固件（34）固定于圆环形滑轨（21）上且与齿轮（31）配合，齿轮（31）与立柱上齿条（32）和圆环内齿条（33）啮合。

5.根据权利要求1所述的漂浮式光伏锚固系统，其特征是：所述缆绳结构（4）包括缆绳（41）及缆绳紧固件（42）；缆绳（41）的两端分别与外部环形环绕结构（2）的系泊孔（23）和光伏阵列结构（5）连接，通过缆绳紧固件（42）锁紧。

6.根据权利要求1所述的漂浮式光伏锚固系统，其特征是：所述光伏阵列结构（5）包括光伏浮筒（51）、光伏板（52）、支柱（53）和连接凹槽（54）；光伏浮筒（51）上设置有连接凹槽（54），多个光伏浮筒（51）通过连接凹槽（54）相互卡合连接，支柱（53）设置在光伏浮筒（51）上与光伏板（52）连接；多个光伏板（52）电性连接形成发电单元。

7.根据权利要求1所述的漂浮式光伏锚固系统，其特征是：所述圆环形滑轨（21）由四个弧形环通过四组连接结构（6）连接而成；圆柱体浮筒（22）固定于圆环形滑轨（21）下部。

8.根据权利要求7所述的漂浮式光伏锚固系统，其特征是：所述连接结构（6）包括六角头螺栓（61）、螺母（62）和连接板（63）；弧形环两侧的断面皆设置有连接板（63），相邻的两个弧形环之间的两个连接板（63）相互错位，螺栓（61）穿过两个连接板（63）后通过螺母（62）锁紧连接。

9.根据权利要求1~8任一项所述的漂浮式光伏锚固系统的自适应方法，其特征是，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的漂浮式光伏锚固系统的自适应方法，其特征是：缆绳（41）通过系泊孔（23）集中系泊，将水平载荷传递至立柱（11），简化传统多点多缆的锚固方式；若需扩展相邻光伏阵列，共享已有立柱（11），仅需在新增阵列的开放侧增设新立柱，原有立柱（11）的系泊孔（23）同时用于新旧阵列的缆绳锚固，实现“一杆多用”。