本發(fā)明涉及光伏發(fā)電領(lǐng)域，具體地指一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝便捷、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、成本低的一體化拼裝式水面光伏發(fā)電系統(tǒng)及其安裝方法。

背景技術(shù)：

太陽(yáng)能作為人類理想的清潔能源，對(duì)構(gòu)建低碳社會(huì)做出了重要貢獻(xiàn)。隨著光伏技術(shù)的不斷成熟，光伏發(fā)電日漸成為新能源發(fā)電的主力軍。但由于光伏電站占地面積大，不能合理配置土地資源，因此利用水面空間建設(shè)水上光伏是對(duì)資源的優(yōu)化利用，既可合理利用土地資源、提高發(fā)電量，又可保護(hù)水體環(huán)境、減少浮塵。

水面漂浮式光伏電站利用浮管、浮箱等作為浮體，將其本身作為支架或在浮體上搭建支架，將光伏組件支撐起一定角度從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電功能。對(duì)于浮體與支架結(jié)合的水面光伏發(fā)電系統(tǒng)，由于支架處于近水面上方，容易造成支架的腐蝕損壞，因此對(duì)支架材料要求較高；全浮體式水面光伏發(fā)電系統(tǒng)，浮體既提供浮力，又可作為光伏組件支撐件，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和安裝程序，也提高了光伏發(fā)電系統(tǒng)的抗腐蝕能力。目前全浮體式水面漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)方案大都采用分體式水面漂浮浮體，包括支撐主浮體和走道副浮體，這就增加了浮體間的連接工作量，造成人力成本上升、時(shí)間成本增加。

目前，水面漂浮式光伏電站浮體專利已經(jīng)有很多，但大都未解決以上所提出的問(wèn)題。如CN105119558A公開(kāi)了一種模塊化水上光伏陣列，利用在浮體上安裝連接機(jī)構(gòu)支撐光伏組件，但該專利未考慮光伏組件維護(hù)通道，不利于電站的后期維護(hù)；CN105790682A、CN204886790、CN204947966U、CN204947983U、CN105162399A、CN205105144U、CN204836054U、US2014224165A1、CN105186968A等專利公開(kāi)的水面光伏發(fā)電系統(tǒng)類似，均將浮體與支架合并構(gòu)成一體化的光伏組件支撐結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)了人行通道便于維護(hù)，但這些光伏浮體的第一組件支撐浮體體積較大，制造成本較高；浮體設(shè)計(jì)傾角較低，難以適用于高維度地區(qū)；平均每塊光伏組件需要安裝零部件數(shù)量較多，安裝過(guò)程復(fù)雜，人工成本高；浮體未考慮放置電纜功能，使用過(guò)程中需額外鋪設(shè)大量浮體作為電纜通道，平均每塊光伏組件占用浮體材料較多，成本較高；CN2016103175562公開(kāi)了一種L型水面光伏發(fā)電系統(tǒng)的浮體，這種浮桶采用左右支撐光伏組件的形式，并利用鋼材與鋼管緊固形成陣列，增強(qiáng)了浮體系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。但此專利中鋼材位置處于水面附近，容易對(duì)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕損壞，并且浮體結(jié)構(gòu)過(guò)道單薄且間隔較大，不易于施工和維護(hù)；CN105227061A、CN105227062A、CN105227063A、CN105227064A、CN105227065A、CN105245161A等專利群公開(kāi)了一種水面漂浮式光伏支架系統(tǒng)，利用兩個(gè)浮箱構(gòu)成一個(gè)支架單元，中間通過(guò)連接件連接，浮箱兩側(cè)可安裝光伏組件支撐件，光伏組件兩側(cè)分別安裝于兩個(gè)浮箱上。此專利群提出的設(shè)想雖可省去專門(mén)的光伏組件支撐浮體，提高光伏板背水面積，但專利中系統(tǒng)、部件或安裝方法的描述過(guò)于抽象，無(wú)法考量其穩(wěn)定性、成本和安裝量等工程方案，不具有工程可操作性；CN105129041A公開(kāi)了一種變傾角全水域水面光伏電站模塊化雙船體一體式漂浮裝置，包括長(zhǎng)方體通道及組件支撐斜面，實(shí)現(xiàn)了易擴(kuò)展的模塊化水面漂浮式發(fā)電裝置。但該專利中浮體結(jié)構(gòu)較大，運(yùn)輸成本較高，且組件平均安裝量較大，增大了施工工作量，不利于推廣利用。

目前水面光伏電站建設(shè)成本較高，且水上安裝難度較地面更大，因此如何簡(jiǎn)化浮體結(jié)構(gòu)和連接，降低浮體、部件及安裝成本，提高光伏電站的可維護(hù)性是目前水面漂浮式光伏電站持續(xù)發(fā)展中需要考慮和解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝便宜、成本低、穩(wěn)定性好、便于更換的一體化拼裝式水面光伏發(fā)電系統(tǒng)及安裝方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的一體化拼裝式水面光伏發(fā)電系統(tǒng)，所述水面光伏發(fā)電系統(tǒng)包括多個(gè)拼接的光伏發(fā)電單元而成，所述光伏發(fā)電單元包括一體化主浮體和傾斜設(shè)置在一體化主浮體上表面的光伏組件，所述一體化主浮體包括并排設(shè)置的中空的光伏組件支撐框架和人行通道，所述光伏組件支撐框架一側(cè)和人行通道一側(cè)重合連接整體形成矩形體，所述光伏組件支撐框架另一側(cè)壁上設(shè)置有上延板，所述上延板上表面與光伏組件支撐框架上表面重合，所述上延板下表面高于光伏組件支撐框架下表面，所述人行通道另一側(cè)壁上設(shè)置有下延板，所述下延板下表面與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、光伏組件支撐框架、人行通道和下延板組成一體化主浮體，所述一體化主浮體的上延板與另一個(gè)一體化主浮體的下延板上下重合連接，所述光伏組件支撐框架內(nèi)壁上表面開(kāi)設(shè)有一圈沉降槽，所述光伏組件支撐框架兩端面均對(duì)稱貫穿螺栓孔，所述螺栓孔設(shè)置在沉降槽上方，所述一體化主浮體的長(zhǎng)度方向通過(guò)螺栓孔與另一個(gè)一體化主浮體連接，所述上延板上表面對(duì)稱設(shè)置有多個(gè)連接支撐件；所述光伏組件一側(cè)固定在連接支撐件上，所述光伏組件另一側(cè)放置在光伏組件支撐框架一側(cè)的沉降槽上，且該側(cè)沉降槽對(duì)應(yīng)的光伏組件支撐框架上邊沿設(shè)置有頂蓋，所述光伏組件插入沉降槽和頂蓋間。

進(jìn)一步地，所述連接支撐件包括上半段的矩形體和下半段的圓柱體，所述矩形體頂面為斜面，所述矩形體頂面中央開(kāi)設(shè)有圓形凹槽，其內(nèi)帶有內(nèi)螺紋的圓管，可為壓塊緊固裝置的螺栓提供緊固功能。圓管材質(zhì)可以是不銹鋼、碳鋼等材料。所述圓柱體底端對(duì)稱設(shè)置有梅花銷(xiāo)。

再進(jìn)一步地，所述上延板和下延板均設(shè)置有多個(gè)梅花通孔，所述上延板和下延板上下面均為平面，所述，所述一體化主浮體的上延板與另一個(gè)一體化主浮體的下延板重合連接時(shí)，相互配合連接的接觸面為凹凸面，且所述上延板和下延板的梅花通孔完全重合，并且連接支撐件的圓柱體插入上延板和下延板的梅花通孔內(nèi)，通過(guò)梅花銷(xiāo)與梅花通孔配合固定。

再進(jìn)一步地，所述上延板和下延板的寬度相同均為10～20cm，厚度為1～10cm。

再進(jìn)一步地，所述圓形凹槽內(nèi)安裝有用于固定光伏組件的壓塊緊固裝置，所述壓塊緊固裝置包括“[”型固定框，所述固定框上下面均開(kāi)設(shè)有螺紋柱，所述固定框放在矩形體頂面上，所述螺紋柱穿過(guò)固定框螺旋入圓形凹槽內(nèi)，所述固定框與螺紋柱形成固定光伏組件的卡口。

再進(jìn)一步地，所述沉降槽為1～5cm，其與光伏組件支撐框架上表面的距離為1～5cm。

再進(jìn)一步地，所述光伏組件與水平方向夾角范圍是5～50°，所述光伏組件支撐框架一側(cè)設(shè)置有光伏組件的沉降槽和頂蓋的表面與水平方向夾角范圍是5～50°。

再進(jìn)一步地，所述拼接的光伏發(fā)電單元四周無(wú)人行通道的三邊外均連接有一體化主浮體，所述光伏組件支撐框架的沉降槽上鋪設(shè)有板狀過(guò)道。

再進(jìn)一步地，所述一體化浮體人行通道上表面有防滑花紋。

本發(fā)明還提供了一種一體化拼裝式水面光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝方法，包括以下步驟：

a.將一體化主浮體的上延板與另一個(gè)一體化主浮體的下延板上下重合連接，用連接支撐件貫穿連接兩個(gè)浮體的梅花通孔，并旋轉(zhuǎn)一定的角度，保證連接支撐件頂面傾角方向與光伏組件傾角方向保持一致；

b.將一體化主浮體的左右側(cè)面分別于其它一體化主浮體的左右側(cè)面通過(guò)螺栓連接；

c.將光伏組件一側(cè)插入光伏組件支撐框架一側(cè)的沉降槽內(nèi)，另一側(cè)通過(guò)壓塊緊固裝置固定于卡口內(nèi)。

本發(fā)明的有益效果在于：

1、本發(fā)明中浮體為一體化拼裝式浮體，安裝連接非常簡(jiǎn)單，可大大減少施工工作量，易安裝、易拆卸；

2、本發(fā)明中一體化拼裝式浮體前后側(cè)面采用咬合式連接，增大了浮體間的接觸受力面積，避免了浮體連接部位的應(yīng)力集中；

3、本發(fā)明中一體化拼裝式浮體光伏組件支撐框架中心為鏤空狀設(shè)計(jì)，可增大水面對(duì)光伏組件背板的冷卻面積，有利于提高發(fā)電效率；

4、本發(fā)明中浮體連接件與光伏組件支撐件采用一體化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了安裝的同時(shí)，又巧妙地利用光伏組件固定螺栓限值了光伏組件支撐件的旋轉(zhuǎn)，保證下半段梅花銷(xiāo)處于緊固狀態(tài)；

5、本發(fā)明中浮體外形規(guī)則，利于浮體的裝載和運(yùn)輸，提高了運(yùn)輸效率。

6、本發(fā)明中浮體也可鋪設(shè)板狀過(guò)道，可單獨(dú)作為人行通道或電纜通道使用，提高了浮體的通用性和功能，可降低水面光伏發(fā)電系統(tǒng)的綜合成本。

綜上所述：本發(fā)明一體化拼裝式水面光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝便宜、成本低、穩(wěn)定性好。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一體化拼裝式水面光伏發(fā)電系統(tǒng)的立體圖；

圖2為發(fā)電單元組裝圖；

圖3為一體化主浮體的立體圖；

圖4為圖3的細(xì)節(jié)圖；

圖5為圖3的底面細(xì)節(jié)圖；

圖6為沉降槽的細(xì)節(jié)圖

圖7為連接支撐件的細(xì)節(jié)圖；

圖8為光伏組件壓塊緊固裝置；

圖9為兩個(gè)一體化主浮體的連接圖；

圖10為圖9的底面細(xì)節(jié)圖；

圖11為光伏發(fā)電單元的細(xì)節(jié)圖；

圖中，一體化主浮體 1、人行通道 1.1、光伏組件支撐框架 1.2、頂蓋 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、防滑花紋 1.8、連接支撐件 2、圓柱體 2.1、矩形體 2.2、圓形凹槽 2.3、梅花銷(xiāo) 2.4、光伏組件 3、壓塊緊固裝置 4、固定框 4.1、螺紋柱 4.2、卡口 4.3、板狀過(guò)道 5。

具體實(shí)施方式

為了更好地解釋本發(fā)明，以下結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的主要內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于以下實(shí)施例。

如圖1～11所示：一體化拼裝式水面光伏發(fā)電系統(tǒng)，水面光伏發(fā)電系統(tǒng)由多個(gè)光伏發(fā)電單元拼接而成，光伏發(fā)電單元包括一體化主浮體1和傾斜設(shè)置在一體化主浮體1上表面的光伏組件3，一體化主浮體1包括并排設(shè)置的中空的光伏組件支撐框架1.2和人行通道1.1，一體化浮體人行通道1.1上表面有防滑花紋1.8。

光伏組件支撐框架1.2一側(cè)和人行通道1.1一側(cè)重合連接整體形成矩形體，光伏組件支撐框架1.2另一側(cè)壁上設(shè)置有上延板1.3，上延板1.3上表面與光伏組件支撐框架1.2上表面重合，上延板1.3下表面高于光伏組件支撐框架1.2下表面，人行通道1.1另一側(cè)壁上設(shè)置有下延板1.4，下延板1.4下表面與人行通道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、光伏組件支撐框架1.2、人行通道1.1和下延板1.4組成一體化主浮體1，一體化主浮體1的上延板1.3與另一個(gè)一體化主浮體1的下延板1.4上下重合連接，光伏組件支撐框架1.2內(nèi)壁上表面開(kāi)設(shè)有一圈沉降槽1.5，光伏組件支撐框架1.2兩端面均對(duì)稱貫穿螺栓孔1.6，螺栓孔1.6設(shè)置在沉降槽1.5上方，一體化主浮體1的長(zhǎng)度方向通過(guò)螺栓孔1.6與另一個(gè)一體化主浮體1連接，上延板1.3上表面對(duì)稱設(shè)置有多個(gè)連接支撐件2；光伏組件3一側(cè)固定在連接支撐件2上，光伏組件3另一側(cè)放置在光伏組件支撐框架1.2一側(cè)的沉降槽1.5上，且該側(cè)沉降槽1.5對(duì)應(yīng)的光伏組件支撐框架1.2上邊沿設(shè)置有頂蓋1.21，所述光伏組件3插入沉降槽1.5和頂蓋1.21間。

拼接的光伏發(fā)電單元四周無(wú)人行通道1.1的三邊外均連接有一體化主浮體1，所述光伏組件支撐框架1.2的沉降槽1.5上鋪設(shè)有板狀過(guò)道5。

連接支撐件2包括上半段的矩形體2.2和下半段的圓柱體2.1，矩形體2.2頂面為斜面，矩形體2.2頂面中央開(kāi)設(shè)有圓形凹槽2.3，其內(nèi)帶有內(nèi)螺紋的圓管，可為壓塊緊固裝置4的螺栓提供緊固功能。圓管材質(zhì)可以是不銹鋼、碳鋼等材料。圓柱體2.1底端對(duì)稱設(shè)置有梅花銷(xiāo)2.4。

上延板1.3和下延板1.4均設(shè)置有多個(gè)梅花通孔1.7，上延板1.3和下延板1.4上下面均為平面，，一體化主浮體1的上延板1.3與另一個(gè)一體化主浮體1的下延板1.4重合連接時(shí)，相互配合連接的接觸面為凹凸面，且上延板1.3和下延板1.4的梅花通孔1.7完全重合，并且連接支撐件2的圓柱體2.1插入上延板1.3和下延板1.4的梅花通孔1.7內(nèi)，通過(guò)梅花銷(xiāo)2.4與梅花通孔1.7配合固定。

上延板1.3和下延板1.4的寬度相同均為10～20cm，厚度為1～10cm。

圓形凹槽2.3內(nèi)安裝有用于固定光伏組件3的壓塊緊固裝置4，壓塊緊固裝置4包括“[”型固定框4.1，固定框4.1上下面均開(kāi)設(shè)有螺紋柱4.2，固定框放在矩形體2.2頂面上，螺紋柱4.2穿過(guò)固定框4.1螺旋入圓形凹槽2.3內(nèi)，固定框4.1與螺紋柱4.2形成固定光伏組件3的卡口4.3。

沉降槽1.5為1～5cm，其與光伏組件支撐框架1.2上表面的距離為1～5cm。

光伏組件3與水平方向夾角范圍是5～50°，光伏組件支撐框架1.2一側(cè)設(shè)置有光伏組件3的沉降槽1.5和頂蓋1.21的表面與水平方向夾角范圍是5～50°。

上述一體化拼裝式水面光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝方法，包括以下步驟：

a.將一體化主浮體1的上延板1.3與另一個(gè)一體化主浮體1的下延板1.4上下重合連接，用連接支撐件2貫穿連接兩個(gè)浮體的梅花通孔1.4，并旋轉(zhuǎn)一定的角度，保證連接支撐件頂面2.3傾角方向與光伏組件3傾角方向保持一致；

b.將一體化主浮體1的左右側(cè)面分別于其它一體化主浮體1的左右側(cè)面通過(guò)螺栓連接；

c.將光伏組件3一側(cè)插入光伏組件支撐框架一側(cè)的沉降槽1.5內(nèi)，另一側(cè)通過(guò)壓塊緊固裝置4固定于卡口4.3內(nèi)。

浮力計(jì)算：

本實(shí)施例采用功率260Wp，尺寸為992mm×1650mm的多晶硅組件，以88塊光伏組件為一個(gè)單元計(jì)算其承載能力如下：

水面光伏發(fā)電系統(tǒng)總承重：

光伏組件：20Kg/塊×88＝1760kg；

浮體自重：主浮體：14.87Kg/塊×104塊＝1546.48kg；連接件：0.36kg/塊×208塊＝74.88kg；人行通道板：10kg/塊×16塊＝160kg；

安裝檢修人員：按8人×75Kg/人＝600Kg。

若考慮2.0的安全系數(shù)，總承重約8282.72kg，

水面光伏發(fā)電系統(tǒng)總浮力：

根據(jù)浮力公式，主浮體可提供浮力為197kg/塊，則總浮力為：197kg/塊×104塊＝20492.16kg。

因此，本實(shí)施例可充分保證水面光伏發(fā)電系統(tǒng)的浮力需求。

安裝件工作量計(jì)算：

本實(shí)施例以88塊光伏組件為一個(gè)單元計(jì)算其安裝件數(shù)目如下：

主浮體連接銷(xiāo)釘：192顆

連接支撐件：208顆

安裝件總量為400件，浮體及組件安裝件工作量平均到每塊光伏組件的數(shù)量約為4.5件。

與專利US2014224165A1相比，單位光伏組件安裝件工作量下降了約11件。因此，本實(shí)施例可降低安裝件工作量，節(jié)約人工成本。

浮體成本計(jì)算：

本實(shí)施例以88塊光伏組件為一個(gè)單元計(jì)算單塊光伏組件所需浮體材料，其中浮體壁厚和主浮體高度取值與專利US2014224165A1、CN105186968A類似，分別為：

浮體壁厚：上表面5mm，其余部分3mm

浮體高度：200mm

單個(gè)浮體所需材料：

主浮體：14.87kg/個(gè)，連接支撐件：0.36kg/個(gè)

每個(gè)光伏系統(tǒng)單元所需浮體材料為：104個(gè)×14.87kg/個(gè)+208×0.36kg/個(gè)＝1622.0kg

平均單塊光伏組件所需材料為：1622.0kg/88＝18.4kg

則與專利US2014224165A1、CN105186968A相比，單塊光伏組件節(jié)約材料約2.4kg。因此，本實(shí)施例可降低材料用量，節(jié)約成本。

其它未詳細(xì)說(shuō)明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。盡管上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做出了詳盡的描述，但它僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例，人們還可以根據(jù)本實(shí)施例在不經(jīng)創(chuàng)造性前提下獲得其他實(shí)施例，這些實(shí)施例都屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。