一种采用柔性结构的海上漂浮式光伏系统的制作方法

1.本实用新型涉及海上光伏发电技术领域，具体涉及一种采用柔性结构的海上漂浮式光伏系统。


背景技术：

2.随着近年光伏行业的发展，可用于建设光伏电站的土地资源越来越紧张。传统水上漂浮式光伏发电系统布置在湖泊、河流、水库、鱼塘等内陆水域，受到国家划定生态红线、湖泊保护名录、生活饮用水地表水源地等限制，此外还由于内陆水域不规则使得方阵布置面积受限。海上光伏布置在海洋上，水域辽阔不受限制，且沿海城市电力消纳能力高，海上光伏可直接向主要负荷区供电，无消纳问题。在“碳达峰，碳中和”背景下，海洋新能源必将迎来爆发性发展。
3.现有海上光伏方案采用刚性浮体基础，用于抵抗海浪的作用力。如公告号为cn110450916a的中国发明专利，公开了“一种抗风浪漂浮式海上光伏发电平台”，其使用平台桁架、浮子、支柱为光伏组件在海上工作提供支撑。该实用新型采用钢桁架结构将光伏组件抬高到水面之上，整体结构需满足强度大，防止结构变形的要求。此种方案虽能满足设计要求，但是存在结构用钢量大，成本高昂的问题。另外，系泊采用桩基础形式，需打桩设备施工。光伏电站所用面积较大，打桩数量多，工作量较大，且会对海洋环境有一定影响。
4.海上光伏电站对比内陆水上光伏电站，具有风浪条件恶劣、高盐雾、易腐蚀等特点，与一般水上光伏电站区别较大。为推进海上光伏行业的发展，开发新型的、成本低廉且具有安全性的海上光伏系统对推进中国绿色发展具有重要意义。
5.基于上述情况，本实用新型提出了一种采用柔性结构的海上漂浮式光伏系统，可有效解决以上问题。


技术实现要素：

6.针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种采用柔性结构的海上漂浮式光伏系统。本实用新型具有浮力高，稳定性好，用钢量少，成本低，波浪抵抗力强的特点。
7.为解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案实现：
8.一种采用柔性结构的海上漂浮式光伏系统，包括光伏组件和上表面固设有光伏组件且能够漂浮于海面上的柔性浮体基础，所述柔性浮体基础外侧环向设有环形桁架，所述环形桁架外侧设有使得环形桁架能够漂浮于海面上的环形浮体，所述环形桁架通过若干系泊缆与对应布置于海底的锚固体连接。
9.优选的是，所述柔性浮体基础包括柔性气垫和分布于所述柔性气垫四周用于连接柔性气垫和环形桁架的若干连接绳。
10.进一步优选的是，所述柔性气垫外侧壁和环形桁架之间形成有环形间隙，各所述连接绳环向间隔的分布于该环形间隙内，且各所述连接绳均处于张紧状态。
11.更进一步优选的是，所述环形桁架顶部与所述连接绳连接，且所述环形桁架顶部高于所述柔性气垫整体高度。
12.进一步优选的是，所述柔性气垫内部被分割为多个独立的气舱。
13.进一步优选的是，所述柔性气垫和环形桁架均为圆形结构。
14.进一步优选的是，所述柔性气垫采用密封防水不透气材料。
15.优选的是，所述环形浮体包括外环形浮管和并排固设于外环形浮管径向内侧的内环形浮管。
16.优选的是，所述环形桁架包括若干层水平桁架和固定连接各层水平桁架的若干竖直桁架。
17.本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
18.采用充气式柔性气垫作为光伏组件的浮体基础，完全隔绝底部波浪上升，避免海水淹没柔性气垫顶部的电气设备。在内部气压满足的条件下，柔性气垫顶部可供运维人员行走，方便海上运维，并且气垫顶部面积大，安全性较好。
19.相比刚性结构，柔性气垫不用另外增强整体结构刚度用于避免浮体结构产生形变。在波浪作用下，柔性气垫底部会随着波浪产生一定的变形，该变形不对柔性气垫性能产生影响。在内部气体的缓冲下，处于柔性气垫顶部表面的变形相对底部变形较小，不对光伏组件产生影响。
20.环形桁架结构作为柔性气垫外围保护结构，避免柔性气垫与漂浮物碰撞导致破损。桁架采用钢材制作，结构刚度大，环形桁架不作为支撑光伏组件的主要受力结构，节省建造用钢量。
21.系泊缆连接在环形桁架上而非柔性气垫上，避免在大风大浪环境下，由于系泊缆的拉力导致柔性气垫变形过大而产生破损。环形桁架能承受的极限荷载大，变形小，不易产生破坏。
附图说明
22.图1是本实用新型的柔性结构海上漂浮式光伏系统整体结构示意图；
23.图2是本实用新型的海上漂浮式光伏系统锚固结构示意图；
24.图3是本实用新型的柔性气垫和光伏组件装配结构示意图；
25.图4是本实用新型的柔性气垫和连接绳装配结构示意图；
26.图5是本实用新型的环形桁架和环形浮体装配结构示意图；
27.图6是本实用新型的环形桁架结构示意图；
28.图7是本实用新型的环形浮体结构示意图。
29.附图标记：1-光伏组件，2-柔性浮体基础，3-环形桁架，4-环形浮体，5-系泊缆，6-锚固体，2.1-柔性气垫，2.2-连接绳，3.1-水平桁架，3.2-竖直桁架，4.1-外环形浮管，4.2-内环形浮管。
具体实施方式
30.为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例对本实用新型的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理
解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
31.如图1和图2所示，本实用新型是一种采用柔性结构的海上漂浮式光伏系统，涉及海上光伏发电领域。该系统包括光伏组件1、柔性浮体基础2、环形桁架3、环形浮体4、系泊缆5、锚固体6。多个光伏组件1按照设计要求组成阵列形状，并平铺在柔性浮体基础2上。系泊缆5顶部固定在环形桁架3上，底部与锚固体6相连。锚固体6为帮助整个海上漂浮式光伏系统抵抗风、浪、流的作用力，避免海上漂浮式光伏系统在环境作用力的影响下产生过大的偏移。锚固体可采用锚固体、锚桩或者船锚等结构形式。系泊缆5可采用锚链、钢丝绳、复合材料等材质。
32.如图3所示，光伏组件1平铺在柔性浮体基础2上，按照柔性浮体基础2的形状以及电气线路连接方案形成光伏阵列。为避免光伏组件承受较大的风荷载导致光伏组件1脱落和柔性浮体基础2破坏，光伏组件1的倾斜角为0。光伏组件1背部粘贴工业用胶与柔性气垫2.1直接相连，或者在柔性气垫2.1顶部表面安装支架，光伏组件固定在支架上。柔性气垫2.1正常工作时内部充满空气支撑光伏组件1，气垫内部结构分为多个独立气舱，外表面受损时，仅单个气舱受损失去浮体，避免整个柔性气垫2.1失效。柔性气垫2.1底部接触水面，顶部高于水面，柔性气垫浮力大于自身以及光伏组件1的重力。柔性气垫2.1可选用密封防水不透气材料，如橡胶或复合材料。在柔性气垫2.1的顶部和底部适当进行加强，防止底部遭受撞击或摩擦产生破坏，增强顶部结构也有利于人员运维和支撑光伏组件1。在海上漂浮式电站运营期间，柔性气垫2.1需不定时采用鼓风机往其内部充气，保持内部气压可支撑光伏组件角度保持水平，避免空气泄露从而导致气垫内部气压不够、光伏阵列塌陷、浮体不够等问题。在波浪环境中，柔性气垫2.1在波浪载荷的作用下，随波浪形状产生一定的变形，由于整个气垫采用的是柔性材料，这种变形不对气垫的整体结构产生破坏，使得柔性气垫2.1能在较大的波浪环境中正常工作。
33.如图4所示，柔性气垫2.1周围均匀布置连接绳2.2，该连接绳2.2与环形桁架3相连，所述连接绳例如可以是钢丝绳、锚链或复合材料。柔性气垫2.1与连接绳2.2的接触部位采取增强措施，避免柔性气垫破损。在无风、浪、流的静止情况下，柔性气垫2.1和环形桁架3处于一个相对平衡的状态，连接绳2.2均匀受力。在风、浪、流环境中，由于柔性气垫2.1体积大，载荷承受面积相对环形桁架3更大，因此柔性气垫2.1的所受环境载荷更大，运动更加激烈。当柔性气垫2.1产生一个方向位移趋势时，相应方向上的连接绳2.2会将力传递给环形桁架3，使得环形桁架3与柔性气垫2.1保持相对位置，不产生碰撞，从而避免光伏组件1和电气设备在频繁碰撞中脱落或损坏。
34.如图5所示，环形浮体4固定在环形桁架3外围。环形浮体4为环形桁架3提供浮力，使得两者漂浮在水中。环形浮体4的整体浮力大于环形桁架3的重力，水面处于环形浮体4中部。环形浮体与环形桁架连接在一起，为环形桁架提供浮力，使得环形桁架顶部高于柔性气垫顶部，使得连接绳处于张紧状态。当环形桁架3在波浪中上下浮动时，环形浮体4有足够的浮力使得环形桁架3恢复到原有平衡位置环形浮体4和环形桁架3的连接方式可以为卡扣式的刚性固定，也可以是采用绳索的柔性连接。
35.如图6所示，环形桁架3由水平桁架3.1和竖直桁架3.2焊接成为一个整体，桁架材
料为钢材。水平桁架3.1顶部用于紧固连接绳2.2，水平桁架3.2底部用于连接系泊缆5。竖直桁架3.2将3个水平桁架3组装成一个整体，并传递载荷。
36.如图7所示，环形浮体4分为外环形浮管4.1和内环形浮管4.2，两者可采用卡扣或绑扎形式进行固定。并排浮管可为运维人员提供站立的地方，方便查看和维修柔性气垫2.1四周情况。环形浮体可采用高密度聚乙烯材料，使用热熔焊接工艺拼接。
37.以上所述仅仅是本实用新型的优选实施方案，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方案。在本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干修改、补充或改用类似的方法替代，这些也应视作本实用新型的保护范围。
38.尽管本实用新型较多地使用了：光伏组件1，柔性浮体基础2，环形桁架3，环形浮体4，系泊缆5，锚固体6，柔性气垫2.1，连接绳2.2，水平桁架3.1，竖直桁架3.2，外环形浮管4.1，内环形浮管4.2等术语，但并不能排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型的精神相违背的。
39.依据本实用新型的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本实用新型的一种采用柔性结构的海上漂浮式光伏系统，并且能够产生本实用新型所记载的积极效果。
40.如无特殊说明，本实用新型中，若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此本实用新型中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合附图，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。
41.除非另有明确的规定和限定，本实用新型中，若有术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
42.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。