一种浮板阵列式的光伏消波支撑结构及安装施工方法与流程

1.本发明涉及海上光伏发电技术领域，具体涉及一种浮板阵列式的光伏消波支撑结构及安装施工方法。


背景技术：

2.海上太阳光照充足，海洋面积广阔，是未来光伏发电的重点发展方向。但随着海上光伏电站往深远海发展，桩基固定式光伏施工难度不断增大，成本不断提升，无法满足大水深适应条件。因而，海上漂浮式光伏电站将成为深远海光伏的主要形式。但恶劣的海洋风浪流将对光伏支撑结构造成极大的载荷，常规高分子材料的内陆水面光伏浮体或无法满足结构强度要求；并在周期性波浪载荷下，浮块间的螺栓固定连接形式会遭受明显的疲劳损伤，浮体阵列连接的可靠性下降。
3.如专利号【202022003304.7】公开的一种漂浮式海上光伏支架，其中的固定装置和连接装置在波浪疲劳载荷作用下可靠性较低。如专利号【202023040558.2】公开的一种水面光伏组件用安装基座，其中支撑浮体之间的连接组件采用铰接，可以在来浪时适应浮体间转动，但抗扭性较差。如专利号【202023158449.0】公开的一种高寒地区漂浮式水面光伏阵列多维柔性连接系统，其阵列单元通过卸扣相连，同样抗扭能力较差。如专利号【202122033740.3】公开的一种水平板消浪结构，其中的相邻浮板间通过开孔靠球在防止撞击，但由于靠球与相邻浮块间距较小，其磨损较为严重。
4.因而，针对恶劣的海洋环境，或选择安全可靠的环境适应型支撑结构形式，或采取消波减浪方案，是发展海上浮式光伏的重点。同时，针对海上光伏施工面积大的特点，整体柔性、局部刚性的支撑形式是目前可行的技术方案，但为了应对恶劣的波浪冲击和疲劳载荷，提出一种简单可靠的连接形式和支撑结构尤为重要。


技术实现要素：

5.本发明的第一目的在于，提供一种简单且可靠的连接形式以及对波浪进行消波、并为海上浮式光伏组件提供放置位置以及可平稳放置在海面上的支撑结构。为此，本发明采用以下技术方案：
6.一种浮板阵列式的光伏消波支撑结构，包括阵列式排布的浮板组，所述浮板组与水下泥面之间设置柔性连接的限位消波结构，所述浮板组包括多个支撑浮板和柔性连接件；阵列式排布的所述浮板组在来浪方向上进行布置；通过阵列式排布的所述浮板组阻隔在来浪的后方海域为光伏组件提供放置位置，以及可通过将所述光伏组件安放在所述支撑浮板上；多个所述限位消波结构将所述浮板组的四周进行围设，使来浪时通过所述浮板组对入射波呈消波状态；所述柔性连接件连接于相邻的所述支撑浮板之间，使相邻的所述支撑浮板之间存在柔性波动空间；所述支撑浮板外表面四周设置防撞垫。
7.进一步地：所述限位消波结构包括系泊缆索和锚固桩；所述锚固桩固定设置于水下泥面内，所述系泊缆索连接于所述支撑浮板与所述锚固桩之间。
8.进一步地：所述限位消波结构设置于所述浮板组四周的所述支撑浮板上。
9.进一步地：所述支撑浮板顶部面板的四周竖立设置吊耳，所述吊耳内贯穿设置通孔；所述柔性连接件通过相邻所述支撑浮板上相配对的所述吊耳将相邻所述支撑浮板进行连接。
10.进一步地：所述吊耳两侧设置加筋肘板。
11.进一步地：所述支撑浮板底部设置减小所述浮板组垂向运动作用的垂荡板，所述垂荡板内设置与其垂直的透水孔；所述支撑浮板与所述垂荡板之间设置有支撑杆。
12.进一步地：阵列式排布的所述浮板组按照目标海域的波浪特点，确定波浪波长范围，并依据波浪最大的波长值，确定所述浮板组在来浪方向上的宽度，其中所述浮板组在来浪方向的布置宽度不小于波浪的半波长。
13.本发明的第二目的在于，提供一种简单施工即可对支撑结构进行可靠连接、并未光伏组件提供稳定放置位置的安装施工方法。为此，本发明采用以下技术方案：
14.一种浮板阵列式的光伏消波安装施工方法，其特征在于：采用所述的一种浮板阵列式的光伏消波支撑结构进行安装以及施工处理，其安装实施方式如下：
15.s1：在陆地上完成所述支撑浮板柱体的焊接；
16.s2：在陆地上进一步完成所述吊耳、所述支撑杆和所述垂荡板之间的焊接；
17.s3：在陆地上完成对钢结构外部防腐涂层的喷涂；
18.s4：在陆地上完成所述支撑浮体四周所述防撞垫的安装；
19.s5：在陆地上进行所述浮板组的模块化预组装，即通过所述锚链将一定规模的所述支撑浮板进行连接；
20.s6：通过拖船将预组装完成的模块化所述浮板组拖至目标海域；
21.s7：下放第一套模块化的所述浮板组，并进行单侧的所述系泊缆索和所述锚固桩安装；
22.s8：继续下放模块化的所述浮板组，每下水一套所述浮板组，用所述柔性连接件将该套模块化所述浮板组与之前的所述浮板组阵列完成连接；
23.s9：下放并通过所述柔性连接件连接所有模块化的所述浮板组后，进行另一侧所述系泊缆索和所述锚固桩的安装；
24.s10：进行光伏平台上光伏组阿件的阵列安装，以及对其电气系统进行布置。
25.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
26.本发明提供的浮板阵列式的光伏消波支撑结构，可以有效减缓海洋波浪带来的支撑结构间的挤压碰撞和拉力，同时可以避免疲劳和浮板组弯曲时造成的连接结构破坏。其次，本发明可以根据目标海域波浪特点，设置垂荡板的水下深度，减缓波浪对浮板阵列的垂向作用力。以及本发明通过整体柔性、局部刚性的形式设计，一方面使得浮板组自身具有较好的环境适应性能，可作为一定容量光伏面板的支撑结构，另一方面也可以降低来浪波高，使得浮板组后方的水域具有较平稳的海况，更适合布置浮式光伏。
附图说明
27.图1为本发明浮板阵列式的光伏消波支撑结构系统的结构示意图；
28.图2为本发明浮板组形式的结构示意图；
29.图3为本发明吊耳的结构示意图；
30.图4为本发明相邻支撑浮体间连接形式的结构示意图；
31.图5为本发明相邻支撑浮体间连接部分的放大结构示意图；
32.图6为本发明垂荡板的结构示意图；
33.图7为本发明浮板组在来浪时一字型排布方式的结构示意图；
34.图8为本发明所应用的某一波高工况下的浮板阵列消波效果计算结果图；
35.图9为本发明浮板组在来浪时回字型排布方式的结构示意图；
36.图10为本发明浮板组在来浪时方型排布方式的结构示意图。
37.附图中的标记为：1-浮板组；11-支撑浮板；12-防撞垫；13-支撑杆；14-垂荡板；15-吊耳；16-柔性连接件；2-系泊缆索；3-锚固桩；4-逆变器平台；a-入射波；b-透射波。
具体实施方式
38.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
39.如图1-8所示，一种浮板阵列式的光伏消波支撑结构，包括阵列式排布且漂浮在海面上的浮板组1，浮板组1与水下泥面之间设置柔性连接的限位消波结构，浮板组1包括多个支撑浮板11和柔性连接件16；阵列式排布的浮板组1在沿来浪方向上进行布置；通过阵列式排布的浮板组1阻隔在来浪的后方海域为光伏组件提供放置位置，以及可通过将光伏组件安放在支撑浮板11上；多个限位消波结构将浮板组1的四周进行围设，使来浪时通过浮板组1对入射波a呈消波状态；柔性连接件16连接于相邻的支撑浮板11之间，使相邻的支撑浮板11之间存在柔性波动空间，柔性波动空间的间距在入射波a经过浮板组1排出透射波b后，通过限位消波结构的柔性拉扯对柔性波动空间呈快速回复状态；支撑浮板11外表面四周设置防撞垫12。
40.阵列式排布的浮板组1按照目标海域的波浪特点，确定波浪波长范围，并依据波浪最大的波长值，确定浮板组1在来浪方向上的宽度，其中浮板组1在来浪方向的布置宽度不小于波浪的半波长。
41.由图1和7可知，多个浮板组1组合后的光伏消波支撑结构系统与来浪方向布置，经过多个浮板组1组合后的光伏消波支撑结构系统后，具有较大波高的入射波将削弱为波高较小的透射波。尤其是针对目标海域的波浪特点，可将光伏消波支撑结构系统沿波浪涌入的垂直方向布设，使光伏消波支撑结构系统能够针对波浪更大且更恶劣的海况进行消波处理，并依然能够达到良好的消波效果。
42.支撑浮板11的外包钢板外侧涂敷有防腐涂层，以防止海洋环境中的盐水侵蚀。
43.如图2和5所示，防撞垫12将支撑浮板11侧边全部包覆以防止阵列间的支撑浮板11以及浮板组1发生碰撞，起抗压作用。由于海洋环境中的波浪为不规则波，浮体间的碰撞挤压不可避免，通过防撞垫12可以有效保护整个支撑浮板11。其中，防撞垫12可为耐磨橡胶或聚乙烯材质。
44.如图1所示，限位消波结构包括系泊缆索2和锚固桩3；锚固桩3固定设置于水下泥面内，系泊缆索2连接于支撑浮板11与锚固桩3之间。
45.限位消波结构设置于浮板组1四周的支撑浮板11上，以此对单个模块化的浮板组1
四个边角上的支撑浮板11进行固定，增加阵列式排布的浮板组1的稳定程度以及增加所能达到的消波效果。
46.同时限位消波结构也可用于对阵列式排布的浮板组1的排布方式以及排布位置的确定。如图7所示，阵列式排布的浮板组1可在来浪方向上对横向排布，且呈一字型布置，以使经过阵列式排布的浮板组1对入射波a进行消波处理的后透射波b输出的海域呈现相对平稳的状态，其一，使得其上海域可安放供浮式光伏组件放置的逆变器平台4，降低逆变器平台4遭受波浪冲击的频率和强度，保证浮式光伏组件的稳定性，其二，浮式光伏组件可安放在浮板组1上，通过限位消波结构也能保证浮式光伏组件在海面上的稳定程度；
47.如图9所示，阵列式排布的浮板组1可在来浪方向上呈回字形排布，以使经过多个浮板组1围设而成内部空间，其内部空间能够为逆变器平台4提供海浪相对平稳的海面，且回字形排布能够尽可能的减少四周海浪皆过高时的入射波a波高，从而全面达到保护浮式光伏组件的目的；
48.如图10所示，阵列式排布的浮板组1可呈方型的密集式排布，以使经过多个浮板组1围设成陆面式的平稳放置空间，确保为放置在浮板组1上的浮式光伏组件提供稳定支撑。
49.如图2-5所示，支撑浮板11顶部面板的四周竖立设置吊耳15，吊耳15内贯穿设置通孔；柔性连接件16通过相邻支撑浮板11上相互配对的两个吊耳15将相邻支撑浮板11进行连接，以起到防止浮板组1间支撑浮板11阵列分散，并起到抗拉的作用。柔性连接件16采用锚链。
50.吊耳15两侧焊接连接加筋肘板，通过加筋肘板可增加吊耳15的多方位的受力强度。吊耳15可以承受支撑浮板11在波峰时产生的拉力；同时由于海洋波浪为方向不定的不规则波，柔性连接件16采用锚链的形式也可承受斜向拉力，而不会产生扭力带来的结构破坏。
51.如图5所示，相邻支撑浮板11之间的加强吊耳15配对布置，且加强吊耳15排列布置于支撑浮板11上，甚至可通过将加强吊耳15等间距排布来使支撑浮板11在来浪时各部位受力均匀，以至于在等间距排布的加强吊耳15下，柔性连接件16的排布相对密集。在不规则海洋波浪的作用下，支撑浮板11之间不可避免地存在拉力，而相对密排的柔性连接件16布置可以尽可能降低单根柔性连接件16所需承受的拉力。
52.如图2和6所示，支撑浮板11底部设置减小浮板组1垂向运动作用的垂荡板14，垂荡板14内设置与其垂直的透水孔，透水孔为圆形；支撑浮板11与垂荡板14之间设置有多根支撑杆13。同时，为尽可能减小波浪对浮板组1带来的垂向运动影响，可以适当增加支撑杆13的长度，以尽量增加垂荡板14的水下深度。其中，垂荡板14可选用高强度钢或高强复合材料。
53.如图8所示，本实施例针对目标海域的波浪特点，对其波长范围以及依据波浪最大的波长值进行消波计算，其中所涉及到消波效果计算数据以及所能通过总浮板组1对波浪达到的消波效果如下：
54.其中水域水深为11米，来浪为波高3米、周期5秒时，设置总浮板组1阵列宽度为20米，采用star ccm建立数值波浪水池进行计算。波浪水池长度方向为250m，共计约7倍波长。其中，造波区为1倍波长、工作区为1倍波长、消波区为5倍波长；宽度为半个波长20m；高度为20m，水深和水面以上高度均为10m。分别在浮板组1来浪后方的1米和3米处设置波高监测
点，通过对比透射波b和入射波a的波高比值以评估浮板阵列1的消波效果。由图8可知浮板组1后1米处的透射波b高为原入射波a高的0.45倍，浮板组1后3米处的透射波b高为原入射波a高的0.40倍，表明浮板组1可以消除达到一半以上的波高，具有良好的消波性能。
55.请参阅图1-8，基于上述内容，在采用一种浮板阵列式的光伏消波支撑结构并对其进行安装以及施工处理时，其具体的安装实施方式如下：
56.s1：在陆地上完成支撑浮板11柱体的焊接；
57.s2：在陆地上进一步完成吊耳15、支撑杆13和垂荡板14之间的焊接，同时支撑杆13的长度根据目标海域的波浪特点进行相应调整；
58.s3：在陆地上完成对钢结构外部进行防腐涂层的喷涂，以此进行对浮板组1进行海上防护；
59.s4：在陆地上完成支撑浮体11四周防撞垫12的安装；
60.s5：在陆地上进行浮板组1的模块化预组装，即通过柔性连接件16与吊耳15的连接，将一定规模的支撑浮板11相互连接起来；
61.s6：通过拖船将预组装完成的模块化浮板组1拖至目标海域；
62.s7：下放第一套模块化的浮板组1，并对浮板组1进行单侧的系泊缆索2和锚固桩3安装，而锚固桩3的安装位置根据预先设计的浮板组1长度进行确定并进行预埋；
63.s8：继续下放模块化的浮板组1，每下水一套浮板组1，用柔性连接件16将该套模块化浮板组1与之前的浮板组1阵列完成连接；
64.s9：下放并通过柔性连接件16连接所有模块化的浮板组1后，进行另一侧系泊缆索2和锚固桩3的安装，以使得阵列排布的浮板组1与来浪方向呈垂直布置，以此对波浪进行消波处理并降低来浪的波高峰值；
65.s10：在浮板组1阵列后方具有较平稳海况的海域以及支撑浮板11的上方，布置浮式光伏并进行光伏平台上光伏组件的阵列安装，以及对其电气系统进行布置。
66.以上实施例仅为本发明的一种较优技术方案，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的原理和本质情况下可以对实施例中的技术方案或参数进行修改或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。