一体化拼装式水面光伏发电系统及其安装方法与流程

本发明涉及光伏发电领域，具体地指一种结构简单、安装便捷、结构稳定、成本低的一体化拼装式水面光伏发电系统及其安装方法。

背景技术：

太阳能作为人类理想的清洁能源，对构建低碳社会做出了重要贡献。随着光伏技术的不断成熟，光伏发电日渐成为新能源发电的主力军。但由于光伏电站占地面积大，不能合理配置土地资源，因此利用水面空间建设水上光伏是对资源的优化利用，既可合理利用土地资源、提高发电量，又可保护水体环境、减少浮尘。

水面漂浮式光伏电站利用浮管、浮箱等作为浮体，将其本身作为支架或在浮体上搭建支架，将光伏组件支撑起一定角度从而实现发电功能。对于浮体与支架结合的水面光伏发电系统，由于支架处于近水面上方，容易造成支架的腐蚀损坏，因此对支架材料要求较高；全浮体式水面光伏发电系统，浮体既提供浮力，又可作为光伏组件支撑件，简化了系统结构和安装程序，也提高了光伏发电系统的抗腐蚀能力。目前全浮体式水面漂浮式光伏发电系统方案大都采用分体式水面漂浮浮体，包括支撑主浮体和走道副浮体，这就增加了浮体间的连接工作量，造成人力成本上升、时间成本增加。

目前，水面漂浮式光伏电站浮体专利已经有很多，但大都未解决以上所提出的问题。如CN105119558A公开了一种模块化水上光伏阵列，利用在浮体上安装连接机构支撑光伏组件，但该专利未考虑光伏组件维护通道，不利于电站的后期维护；CN105790682A、CN204886790、CN204947966U、CN204947983U、CN105162399A、CN205105144U、CN204836054U、US2014224165A1、CN105186968A等专利公开的水面光伏发电系统类似，均将浮体与支架合并构成一体化的光伏组件支撑结构，并设计了人行通道便于维护，但这些光伏浮体的第一组件支撑浮体体积较大，制造成本较高；浮体设计倾角较低，难以适用于高维度地区；平均每块光伏组件需要安装零部件数量较多，安装过程复杂，人工成本高；浮体未考虑放置电缆功能，使用过程中需额外铺设大量浮体作为电缆通道，平均每块光伏组件占用浮体材料较多，成本较高；CN2016103175562公开了一种L型水面光伏发电系统的浮体，这种浮桶采用左右支撑光伏组件的形式，并利用钢材与钢管紧固形成阵列，增强了浮体系统的整体稳定性。但此专利中钢材位置处于水面附近，容易对钢结构产生腐蚀损坏，并且浮体结构过道单薄且间隔较大，不易于施工和维护；CN105227061A、CN105227062A、CN105227063A、CN105227064A、CN105227065A、CN105245161A等专利群公开了一种水面漂浮式光伏支架系统，利用两个浮箱构成一个支架单元，中间通过连接件连接，浮箱两侧可安装光伏组件支撑件，光伏组件两侧分别安装于两个浮箱上。此专利群提出的设想虽可省去专门的光伏组件支撑浮体，提高光伏板背水面积，但专利中系统、部件或安装方法的描述过于抽象，无法考量其稳定性、成本和安装量等工程方案，不具有工程可操作性；CN105129041A公开了一种变倾角全水域水面光伏电站模块化双船体一体式漂浮装置，包括长方体通道及组件支撑斜面，实现了易扩展的模块化水面漂浮式发电装置。但该专利中浮体结构较大，运输成本较高，且组件平均安装量较大，增大了施工工作量，不利于推广利用。

目前水面光伏电站建设成本较高，且水上安装难度较地面更大，因此如何简化浮体结构和连接，降低浮体、部件及安装成本，提高光伏电站的可维护性是目前水面漂浮式光伏电站持续发展中需要考虑和解决的问题。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的缺陷，提供一种结构简单、安装便宜、成本低、稳定性好、便于更换的一体化拼装式水面光伏发电系统及安装方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的一体化拼装式水面光伏发电系统，所述水面光伏发电系统包括多个拼接的光伏发电单元而成，所述光伏发电单元包括一体化主浮体和倾斜设置在一体化主浮体上表面的光伏组件，所述一体化主浮体包括并排设置的中空的光伏组件支撑框架和人行通道，所述光伏组件支撑框架一侧和人行通道一侧重合连接整体形成矩形体，所述光伏组件支撑框架另一侧壁上设置有上延板，所述上延板上表面与光伏组件支撑框架上表面重合，所述上延板下表面高于光伏组件支撑框架下表面，所述人行通道另一侧壁上设置有下延板，所述下延板下表面与人行通道下表面重合，所述下延板上表面低于人行通道上表面，所述上延板、光伏组件支撑框架、人行通道和下延板组成一体化主浮体，所述一体化主浮体的上延板与另一个一体化主浮体的下延板上下重合连接，所述光伏组件支撑框架内壁上表面开设有一圈沉降槽，所述光伏组件支撑框架两端面均对称贯穿螺栓孔，所述螺栓孔设置在沉降槽上方，所述一体化主浮体的长度方向通过螺栓孔与另一个一体化主浮体连接，所述上延板上表面对称设置有多个连接支撑件；所述光伏组件一侧固定在连接支撑件上，所述光伏组件另一侧放置在光伏组件支撑框架一侧的沉降槽上，且该侧沉降槽对应的光伏组件支撑框架上边沿设置有顶盖，所述光伏组件插入沉降槽和顶盖间。

进一步地，所述连接支撑件包括上半段的矩形体和下半段的圆柱体，所述矩形体顶面为斜面，所述矩形体顶面中央开设有圆形凹槽，其内带有内螺纹的圆管，可为压块紧固装置的螺栓提供紧固功能。圆管材质可以是不锈钢、碳钢等材料。所述圆柱体底端对称设置有梅花销。

再进一步地，所述上延板和下延板均设置有多个梅花通孔，所述上延板和下延板上下面均为平面，所述，所述一体化主浮体的上延板与另一个一体化主浮体的下延板重合连接时，相互配合连接的接触面为凹凸面，且所述上延板和下延板的梅花通孔完全重合，并且连接支撑件的圆柱体插入上延板和下延板的梅花通孔内，通过梅花销与梅花通孔配合固定。

再进一步地，所述上延板和下延板的宽度相同均为10～20cm，厚度为1～10cm。

再进一步地，所述圆形凹槽内安装有用于固定光伏组件的压块紧固装置，所述压块紧固装置包括“[”型固定框，所述固定框上下面均开设有螺纹柱，所述固定框放在矩形体顶面上，所述螺纹柱穿过固定框螺旋入圆形凹槽内，所述固定框与螺纹柱形成固定光伏组件的卡口。

再进一步地，所述沉降槽为1～5cm，其与光伏组件支撑框架上表面的距离为1～5cm。

再进一步地，所述光伏组件与水平方向夹角范围是5～50°，所述光伏组件支撑框架一侧设置有光伏组件的沉降槽和顶盖的表面与水平方向夹角范围是5～50°。

再进一步地，所述拼接的光伏发电单元四周无人行通道的三边外均连接有一体化主浮体，所述光伏组件支撑框架的沉降槽上铺设有板状过道。

再进一步地，所述一体化浮体人行通道上表面有防滑花纹。

本发明还提供了一种一体化拼装式水面光伏发电系统的安装方法，包括以下步骤：

a.将一体化主浮体的上延板与另一个一体化主浮体的下延板上下重合连接，用连接支撑件贯穿连接两个浮体的梅花通孔，并旋转一定的角度，保证连接支撑件顶面倾角方向与光伏组件倾角方向保持一致；

b.将一体化主浮体的左右侧面分别于其它一体化主浮体的左右侧面通过螺栓连接；

c.将光伏组件一侧插入光伏组件支撑框架一侧的沉降槽内，另一侧通过压块紧固装置固定于卡口内。

本发明的有益效果在于：

1、本发明中浮体为一体化拼装式浮体，安装连接非常简单，可大大减少施工工作量，易安装、易拆卸；

2、本发明中一体化拼装式浮体前后侧面采用咬合式连接，增大了浮体间的接触受力面积，避免了浮体连接部位的应力集中；

3、本发明中一体化拼装式浮体光伏组件支撑框架中心为镂空状设计，可增大水面对光伏组件背板的冷却面积，有利于提高发电效率；

4、本发明中浮体连接件与光伏组件支撑件采用一体化设计，简化了安装的同时，又巧妙地利用光伏组件固定螺栓限值了光伏组件支撑件的旋转，保证下半段梅花销处于紧固状态；

5、本发明中浮体外形规则，利于浮体的装载和运输，提高了运输效率。

6、本发明中浮体也可铺设板状过道，可单独作为人行通道或电缆通道使用，提高了浮体的通用性和功能，可降低水面光伏发电系统的综合成本。

综上所述：本发明一体化拼装式水面光伏发电系统结构简单、安装便宜、成本低、稳定性好。

附图说明

图1为本发明一体化拼装式水面光伏发电系统的立体图；

图2为发电单元组装图；

图3为一体化主浮体的立体图；

图4为图3的细节图；

图5为图3的底面细节图；

图6为沉降槽的细节图

图7为连接支撑件的细节图；

图8为光伏组件压块紧固装置；

图9为两个一体化主浮体的连接图；

图10为图9的底面细节图；

图11为光伏发电单元的细节图；

图中，一体化主浮体 1、人行通道 1.1、光伏组件支撑框架 1.2、顶盖 1.21、上延板 1.3、下延板 1.4、沉降槽 1.5、螺栓孔 1.6、梅花通孔 1.7、防滑花纹 1.8、连接支撑件 2、圆柱体 2.1、矩形体 2.2、圆形凹槽 2.3、梅花销 2.4、光伏组件 3、压块紧固装置 4、固定框 4.1、螺纹柱 4.2、卡口 4.3、板状过道 5。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

如图1～11所示：一体化拼装式水面光伏发电系统，水面光伏发电系统由多个光伏发电单元拼接而成，光伏发电单元包括一体化主浮体1和倾斜设置在一体化主浮体1上表面的光伏组件3，一体化主浮体1包括并排设置的中空的光伏组件支撑框架1.2和人行通道1.1，一体化浮体人行通道1.1上表面有防滑花纹1.8。

光伏组件支撑框架1.2一侧和人行通道1.1一侧重合连接整体形成矩形体，光伏组件支撑框架1.2另一侧壁上设置有上延板1.3，上延板1.3上表面与光伏组件支撑框架1.2上表面重合，上延板1.3下表面高于光伏组件支撑框架1.2下表面，人行通道1.1另一侧壁上设置有下延板1.4，下延板1.4下表面与人行通道1.1下表面重合，下延板1.4上表面低于人行通道1.1上表面，上延板1.3、光伏组件支撑框架1.2、人行通道1.1和下延板1.4组成一体化主浮体1，一体化主浮体1的上延板1.3与另一个一体化主浮体1的下延板1.4上下重合连接，光伏组件支撑框架1.2内壁上表面开设有一圈沉降槽1.5，光伏组件支撑框架1.2两端面均对称贯穿螺栓孔1.6，螺栓孔1.6设置在沉降槽1.5上方，一体化主浮体1的长度方向通过螺栓孔1.6与另一个一体化主浮体1连接，上延板1.3上表面对称设置有多个连接支撑件2；光伏组件3一侧固定在连接支撑件2上，光伏组件3另一侧放置在光伏组件支撑框架1.2一侧的沉降槽1.5上，且该侧沉降槽1.5对应的光伏组件支撑框架1.2上边沿设置有顶盖1.21，所述光伏组件3插入沉降槽1.5和顶盖1.21间。

拼接的光伏发电单元四周无人行通道1.1的三边外均连接有一体化主浮体1，所述光伏组件支撑框架1.2的沉降槽1.5上铺设有板状过道5。

连接支撑件2包括上半段的矩形体2.2和下半段的圆柱体2.1，矩形体2.2顶面为斜面，矩形体2.2顶面中央开设有圆形凹槽2.3，其内带有内螺纹的圆管，可为压块紧固装置4的螺栓提供紧固功能。圆管材质可以是不锈钢、碳钢等材料。圆柱体2.1底端对称设置有梅花销2.4。

上延板1.3和下延板1.4均设置有多个梅花通孔1.7，上延板1.3和下延板1.4上下面均为平面，，一体化主浮体1的上延板1.3与另一个一体化主浮体1的下延板1.4重合连接时，相互配合连接的接触面为凹凸面，且上延板1.3和下延板1.4的梅花通孔1.7完全重合，并且连接支撑件2的圆柱体2.1插入上延板1.3和下延板1.4的梅花通孔1.7内，通过梅花销2.4与梅花通孔1.7配合固定。

上延板1.3和下延板1.4的宽度相同均为10～20cm，厚度为1～10cm。

圆形凹槽2.3内安装有用于固定光伏组件3的压块紧固装置4，压块紧固装置4包括“[”型固定框4.1，固定框4.1上下面均开设有螺纹柱4.2，固定框放在矩形体2.2顶面上，螺纹柱4.2穿过固定框4.1螺旋入圆形凹槽2.3内，固定框4.1与螺纹柱4.2形成固定光伏组件3的卡口4.3。

沉降槽1.5为1～5cm，其与光伏组件支撑框架1.2上表面的距离为1～5cm。

光伏组件3与水平方向夹角范围是5～50°，光伏组件支撑框架1.2一侧设置有光伏组件3的沉降槽1.5和顶盖1.21的表面与水平方向夹角范围是5～50°。

上述一体化拼装式水面光伏发电系统的安装方法，包括以下步骤：

a.将一体化主浮体1的上延板1.3与另一个一体化主浮体1的下延板1.4上下重合连接，用连接支撑件2贯穿连接两个浮体的梅花通孔1.4，并旋转一定的角度，保证连接支撑件顶面2.3倾角方向与光伏组件3倾角方向保持一致；

b.将一体化主浮体1的左右侧面分别于其它一体化主浮体1的左右侧面通过螺栓连接；

c.将光伏组件3一侧插入光伏组件支撑框架一侧的沉降槽1.5内，另一侧通过压块紧固装置4固定于卡口4.3内。

浮力计算：

本实施例采用功率260Wp，尺寸为992mm×1650mm的多晶硅组件，以88块光伏组件为一个单元计算其承载能力如下：

水面光伏发电系统总承重：

光伏组件：20Kg/块×88＝1760kg；

浮体自重：主浮体：14.87Kg/块×104块＝1546.48kg；连接件：0.36kg/块×208块＝74.88kg；人行通道板：10kg/块×16块＝160kg；

安装检修人员：按8人×75Kg/人＝600Kg。

若考虑2.0的安全系数，总承重约8282.72kg，

水面光伏发电系统总浮力：

根据浮力公式，主浮体可提供浮力为197kg/块，则总浮力为：197kg/块×104块＝20492.16kg。

因此，本实施例可充分保证水面光伏发电系统的浮力需求。

安装件工作量计算：

本实施例以88块光伏组件为一个单元计算其安装件数目如下：

主浮体连接销钉：192颗

连接支撑件：208颗

安装件总量为400件，浮体及组件安装件工作量平均到每块光伏组件的数量约为4.5件。

与专利US2014224165A1相比，单位光伏组件安装件工作量下降了约11件。因此，本实施例可降低安装件工作量，节约人工成本。

浮体成本计算：

本实施例以88块光伏组件为一个单元计算单块光伏组件所需浮体材料，其中浮体壁厚和主浮体高度取值与专利US2014224165A1、CN105186968A类似，分别为：

浮体壁厚：上表面5mm，其余部分3mm

浮体高度：200mm

单个浮体所需材料：

主浮体：14.87kg/个，连接支撑件：0.36kg/个

每个光伏系统单元所需浮体材料为：104个×14.87kg/个+208×0.36kg/个＝1622.0kg

平均单块光伏组件所需材料为：1622.0kg/88＝18.4kg

则与专利US2014224165A1、CN105186968A相比，单块光伏组件节约材料约2.4kg。因此，本实施例可降低材料用量，节约成本。

其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。