本發(fā)明涉及一種海上懸浮式光伏平臺及發(fā)電方法，屬于海上光伏發(fā)電領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代，由于化石燃料的大量應(yīng)用，地球生態(tài)環(huán)境遭遇了嚴(yán)重的破壞，溫室效應(yīng)越來越嚴(yán)重，并且化石燃料為不可再生能源，人類需要更環(huán)保、可再生的新能源，太陽能是人們最佳的選擇，由于人口持續(xù)增長，可利用的陸地面積越來越小，而太陽能的利用需要大量的空間，因此面積廣闊，杳無人煙的大海無疑是太陽能發(fā)電最佳的場所，現(xiàn)有的海上光伏發(fā)電平臺較為成熟，但光能利用率低，光伏發(fā)電設(shè)備也容易受到空氣中的鹽分腐蝕，此外，海浪的起伏對光伏平臺的震動，都致使光伏發(fā)電設(shè)備壽命短，使水上光伏發(fā)電的長期成本居高不下，成為制約水上光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大因素。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種海上懸浮式光伏平臺及發(fā)電方法。該海上懸浮式光伏平臺及發(fā)電方法將海上光伏發(fā)電設(shè)備在夜間無法利用太陽能發(fā)電的時間段或外界天氣惡劣的情況下密封并下沉至海面下，從而減少了光伏發(fā)電設(shè)備受腐蝕以及海浪震動的時間，由于夜晚大約占全天的一半，因此本發(fā)明可以有效的將光伏發(fā)電設(shè)備受腐蝕的時間和受震蕩時間減半，從而大大延長光伏發(fā)電設(shè)備的壽命。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種海上懸浮式光伏平臺，包括多根豎直設(shè)置的主桿和設(shè)置在主桿上且位于海面下的可調(diào)浮力的懸浮裝置；多根主桿相互通過連桿連接；多個承載葉片繞主桿分布設(shè)置；承載葉片上表面排列設(shè)置有多塊光伏面板；多個承載葉片可以主桿為轉(zhuǎn)動中心上下轉(zhuǎn)動并相互抵靠圍合成密封空腔使光伏面板位于密封空腔內(nèi)。

其中，所述主桿包括通過萬向節(jié)連接的上主桿和下主桿；所述下主桿上固定套設(shè)有圓形平臺；圓形平臺上繞下主桿均勻分布有多個鉸接在圓形平臺上的第一液壓裝置；第一液壓裝置的推桿鉸接在上主桿上；所述上主桿上還設(shè)置有一重心調(diào)節(jié)裝置；所述重心調(diào)節(jié)裝置包括一垂直上主桿的橫桿；所述橫桿轉(zhuǎn)動套設(shè)在上主桿上，所述橫桿兩端向外延伸且分別設(shè)置有可沿橫桿移動的重力小車；重力小車與橫桿通過齒輪齒條配合；所述橫桿的轉(zhuǎn)動和重力小車的移動分別由一伺服電機(jī)驅(qū)動。

其中，所述上主桿上部從上至下依次套設(shè)固定塊和滑動塊；多個承載葉片一端分別鉸接在滑動塊上；承載葉片與固定塊之間還連接有一支桿；支桿一端鉸接在固定塊上，另一端鉸接在承載葉片上；滑動塊由一第二液壓裝置驅(qū)動沿上主桿上下移動。

其中，所述懸浮裝置設(shè)置在下主桿的下部，包括自動充吸氣泵、壓縮儲氣罐以及水平間距設(shè)置的下平板和上平板；下平板固定套設(shè)在下主桿上，上平板滑動套設(shè)在下主桿上；下平板與上平板之間連接有繞下主桿布置的氣囊；所述壓縮儲氣罐、自動充吸氣泵以及氣囊依次通過氣管連通；所述氣管上設(shè)置有電磁閥。

其中，所述下主桿上上下間距設(shè)置有兩限位塊；所述兩限位塊之間的下主桿上滑動套設(shè)有連接塊；所述連桿兩端分別與相鄰的下主桿上的連接塊連接。

其中，所述海上懸浮式光伏平臺還包括控制器；所述控制器控制第一液壓裝置、伺服電機(jī)、第二液壓裝置的啟停和行程，控制自動充吸氣泵的啟停，控制電磁閥的開閉。

其中，所述海上懸浮式光伏平臺還包括一根伸出海面的桅桿；所述桅桿上端設(shè)置有陽光角度感應(yīng)器、陽光強(qiáng)度感應(yīng)器和風(fēng)力感應(yīng)器；上主桿上端設(shè)置有重力感應(yīng)器；所述陽光角度感應(yīng)器、陽光強(qiáng)度感應(yīng)器、風(fēng)力感應(yīng)器和重力感應(yīng)器分別與控制器電信號連接。

其中，所述氣囊整體為圓環(huán)形且具有波浪形可折疊側(cè)面的伸縮氣囊，所述懸浮裝置還包括位移傳感器；所述位移傳感器與控制器電信號連接。

其中，所述承載葉片沿其周邊設(shè)置有楔形的密封膠墊；所述密封膠墊的窄端朝向承載葉片圍合方向，多個承載葉片圍合成的形狀為豎直的紡錘形；所述下主桿下端設(shè)置有圓錐形的重心穩(wěn)定塊。

一種海上發(fā)電方法，包括發(fā)電模式和自我保護(hù)模式，分別包括以下依序進(jìn)行的步驟：

發(fā)電模式：

①陽光強(qiáng)度感應(yīng)器感應(yīng)陽光強(qiáng)度，并將信號發(fā)送給控制器，判斷為有陽光；風(fēng)力感應(yīng)器感應(yīng)風(fēng)力大小，并將信號發(fā)送給控制器，判斷為可以工作；

②陽光角度感應(yīng)器感應(yīng)陽光角度，并將信號發(fā)送給控制器，控制器控制各主桿的自動充吸氣泵向氣囊內(nèi)充氣，氣囊膨脹，浮力增大上浮，帶動主桿上移，直至承載葉片懸空于海面以上；并且根據(jù)陽光入射角度，各承載葉片在海面上呈朝向陽光一側(cè)的階梯狀排布；

③控制器控制第二液壓裝置驅(qū)動滑動塊上移，從而促使承載葉片展開；

④控制器根據(jù)陽光角度控制各第一液壓裝置的啟停和行程，從而使上主桿相對下主桿偏轉(zhuǎn)，保持使承載葉片朝向陽光入射方向的傾角；再這一過程中，控制器根據(jù)重力感應(yīng)器感應(yīng)的傾斜變化控制伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而控制橫桿的轉(zhuǎn)動角度和兩重力小車的位置，從而保持光伏平臺的重心穩(wěn)定。

自我保護(hù)模式：

①風(fēng)力感應(yīng)器感應(yīng)海面風(fēng)力、陽光強(qiáng)度感應(yīng)器感應(yīng)陽光強(qiáng)度，并將信號發(fā)送給控制器，判斷海面風(fēng)力過大不適合工作或外界為黑夜；

②控制器控制第一液壓裝置回復(fù)，使上主桿回復(fù)豎直，同時控制伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)使光伏平臺的重心穩(wěn)定；

③控制器控制第二液壓裝置驅(qū)動滑動塊下移，從而促使承載葉片合攏成紡錘形的密封空腔，使光伏面板位于密封空腔內(nèi)；

④控制器控制自動充吸氣泵吸取氣囊內(nèi)的空氣并壓縮至儲氣罐中，氣囊體積縮小，浮力減小下沉，帶動主桿下移，直至承載葉片位于海面以下；

⑤位移傳感器感應(yīng)主桿下沉至設(shè)定深度后，控制器分別控制自動充吸氣泵的啟停和電磁閥的開閉，調(diào)節(jié)氣囊的體積，從而使平臺懸浮在海中。

本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明將海上光伏發(fā)電設(shè)備在夜間無法利用太陽能發(fā)電的時間段或外界天氣惡劣的情況下密封并下沉至海面下，從而減少了光伏發(fā)電設(shè)備受腐蝕以及海浪震動的時間，由于夜晚大約占全天的一半，因此本發(fā)明可以有效的將光伏發(fā)電設(shè)備受腐蝕的時間和受震蕩時間減半，從而大大延長光伏發(fā)電設(shè)備的壽命。

2、本發(fā)明的連桿和連接塊可以保障各主桿以及桅桿之間平行，且具有穩(wěn)定的相對間距，同時各主桿又可獨立的上下移動，使各桿上的承載葉片之間形成階梯狀分布，避免相互阻擋陽光，提高承載葉片上光伏面板的受光率。

3、本發(fā)明的承載葉片可圍合成密封的紡錘形空腔，可以將光伏面板等重要的發(fā)電元件密封起來，有效的保護(hù)光伏面板等重要的發(fā)電元件，延長其使用壽命，承載葉片的形狀有利于提高光伏面板的延展分布，提高受光率，且形成必要的空間，并防止空間過大造成浮力過大，阻礙下潛。

4、本發(fā)明通過滑動塊、固定塊以及支桿的作用實現(xiàn)承載葉片的穩(wěn)定開合，結(jié)構(gòu)簡單，承載葉片的動作具有同步性，有效減小故障率。

5、本發(fā)明設(shè)置上主桿和下主桿通過萬向節(jié)連接，并且設(shè)置有第一液壓裝置，可以通過多個第一液壓裝置的協(xié)調(diào)作用實現(xiàn)上主桿的傾斜，從而使光伏面板更準(zhǔn)確的朝向陽光入射的方向，提高受光率和發(fā)電效率。

6、本發(fā)明設(shè)置有重心調(diào)節(jié)裝置，可以有效的平衡因上主桿和承載葉片傾斜產(chǎn)生的重心偏移，保障平臺的穩(wěn)定。

7、本發(fā)明采用伺服電機(jī)驅(qū)動橫桿轉(zhuǎn)動和重力小車移動，從而可以實現(xiàn)從各角度精確的調(diào)整重心。

8、本發(fā)明設(shè)置有氣囊、自動充吸氣泵和儲氣罐，可以快速的實現(xiàn)浮力的調(diào)整，從而實現(xiàn)上浮、下潛以及懸浮等動作和狀態(tài)。

9、本發(fā)明的氣囊具有波浪形側(cè)邊且可伸縮，其結(jié)構(gòu)利于精確控制膨脹收縮大小。

10、本發(fā)明設(shè)置有陽光強(qiáng)度感應(yīng)器，可以有效的感知白天和黑夜，便于平臺采取發(fā)電模式或自我保護(hù)模式。

11、本發(fā)明設(shè)置有陽光角度感應(yīng)器，可以有效的感知陽光入射角度，便于控制光伏面板朝向陽光入射方向，提高光伏面板的受光率。

12、本發(fā)明設(shè)置有風(fēng)力感應(yīng)器，可以有效的感知海面風(fēng)力狀況，從而有助于判斷海面環(huán)境是否適合發(fā)電，是否需要切換自我保護(hù)模式。

13、本發(fā)明設(shè)置有位移傳感器，可以有效的感知平臺的上升或下潛位移，方便精確控制平臺的位置。

14、本發(fā)明設(shè)置有桅桿，可實時感知海面狀況，同時其受風(fēng)受浪面積小，海面環(huán)境不會因其對平臺造成不利的影響。

15、本發(fā)明設(shè)置有控制器和各種傳感器，使光伏平臺的狀態(tài)和動作智能化，無需過多的人力參與。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明承載葉片迎向陽光入射角度時平臺的示意圖；

圖3為本發(fā)明單根主桿及其上結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖4為本發(fā)明承載葉片合攏且平臺下潛至海面下的示意圖；

圖5為本發(fā)明承載葉片合攏時的單根主桿及其上結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖6為本發(fā)明桅桿及其上結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖7為本發(fā)明光伏平臺的俯視示意圖；

圖8為承載葉片合攏時相鄰承載葉片的密封膠墊的水平截面示意圖。

圖中附圖標(biāo)記表示為：

1-主桿、11-連桿、12-固定塊、13-滑動塊、14-支桿、15-重心穩(wěn)定塊、16-限位塊、17-連接塊、18-上主桿、181-橫桿、182-重力小車、19-下主桿、191-圓形平臺、192-第一液壓裝置、2-懸浮裝置、21-上平板、22-下平板、23-氣囊、24-自動充吸氣泵、25-儲氣罐、3-承載葉片、31-光伏面板、4-第二液壓裝置、5-陽光角度感應(yīng)器、6-陽光強(qiáng)度感應(yīng)器、7-風(fēng)力感應(yīng)器、8-位移傳感器、9-控制器、10-重力感應(yīng)器、20-桅桿、30-萬向節(jié)、40-密封膠墊。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例來對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。

如圖1、2、7所示，一種海上懸浮式光伏平臺，包括多根豎直設(shè)置的主桿1和設(shè)置在主桿1上且位于海面下的可調(diào)浮力的懸浮裝置2；多根主桿1相互通過連桿11連接；多個承載葉片3繞主桿1分布設(shè)置；承載葉片3上表面排列設(shè)置有多塊光伏面板31，從而形成光伏平臺，該平臺對主桿1的數(shù)量沒有限制，可方便簡便的實現(xiàn)增減和更換；多個承載葉片3可以主桿1為轉(zhuǎn)動中心上下轉(zhuǎn)動并相互抵靠圍合成密封空腔使光伏面板31位于密封空腔內(nèi)，可以將光伏面板31等重要的發(fā)電元件密封起來，有效的保護(hù)光伏面板31等重要的發(fā)電元件，延長其使用壽命。

進(jìn)一步的，如圖1、2所示，所述主桿1包括通過萬向節(jié)30連接的上主桿18和下主桿19；所述下主桿19上固定套設(shè)有圓形平臺191；圓形平臺191上繞下主桿19均勻分布有多個鉸接在圓形平臺191上的第一液壓裝置192；第一液壓裝置192的推桿鉸接在上主桿18上，可以通過多個第一液壓裝置192的協(xié)調(diào)作用實現(xiàn)上主桿18的傾斜，從而使光伏面板31更準(zhǔn)確的朝向陽光入射的方向，提高受光率和發(fā)電效率。

所述上主桿18上還設(shè)置有一重心調(diào)節(jié)裝置；所述重心調(diào)節(jié)裝置包括一垂直上主桿18的橫桿181；所述橫桿181轉(zhuǎn)動套設(shè)在上主桿18上，所述橫桿181兩端向外延伸且分別設(shè)置有可沿橫桿181移動的重力小車182；重力小車182與橫桿181通過齒輪齒條配合；所述橫桿181的轉(zhuǎn)動和重力小車182的移動分別由一伺服電機(jī)驅(qū)動，從而可以實現(xiàn)從各角度精確的調(diào)整重心，有效的平衡因上主桿18和承載葉片3傾斜產(chǎn)生的重心偏移，保障平臺的穩(wěn)定。

進(jìn)一步的，如圖1、3、4、5所示，所述上主桿18上部從上至下依次套設(shè)固定塊12和滑動塊13；多個承載葉片3一端分別鉸接在滑動塊13上；承載葉片3與固定塊12之間還連接有一支桿14；支桿14一端鉸接在固定塊12上，另一端鉸接在承載葉片3上；滑動塊13由一第二液壓裝置4驅(qū)動沿上主桿18上下移動；通過滑動塊13、固定塊12以及支桿14的作用實現(xiàn)承載葉片3的穩(wěn)定開合，結(jié)構(gòu)簡單，承載葉片3的動作具有同步性，有效減小故障率。

進(jìn)一步的，如圖3所示，所述懸浮裝置2設(shè)置在下主桿19的下部，包括自動充吸氣泵24、壓縮儲氣罐25以及水平間距設(shè)置的下平板21和上平板22；下平板21固定套設(shè)在下主桿19上，上平板22滑動套設(shè)在下主桿19；下平板21與上平板22之間連接有繞下主桿19布置的氣囊23；所述壓縮儲氣罐25、自動充吸氣泵24以及氣囊23依次通過氣管連通；所述氣管上設(shè)置有電磁閥（圖中未示出），可以快速的實現(xiàn)浮力的調(diào)整，從而實現(xiàn)上浮、下潛以及懸浮等動作和狀態(tài)。

進(jìn)一步的，如圖1所示，所述下主桿19上上下間距設(shè)置有兩限位塊16；所述兩限位塊16之間的下主桿19上滑動套設(shè)有連接塊17；所述連桿11兩端分別與相鄰的下主桿19上的連接塊17連接；可以保障各主桿1之間平行，且具有穩(wěn)定的相對間距，同時各主桿1又可獨立的上下移動，如圖2所示，當(dāng)各主桿1在陽光入射相反方向上依次升高時，使各主桿1上的承載葉片3之間形成階梯狀分布，避免相互阻擋陽光，提高承載葉片3上光伏面板31的受光率。

進(jìn)一步的，如圖1、2、4所示，所述海上懸浮式光伏平臺還包括控制器9；所述控制器9控制第一液壓裝置192、伺服電機(jī)、第二液壓裝置4的啟停和行程，控制自動充吸氣泵24的啟停，控制電磁閥的開閉。

進(jìn)一步的，如圖1、2、4、6、7所示，所述海上懸浮式光伏平臺還包括一根伸出海面的桅桿20，桅桿20部分懸浮在海面上至少其上端保持位于海面以上；所述桅桿20上端設(shè)置有陽光角度感應(yīng)器5、陽光強(qiáng)度感應(yīng)器6和風(fēng)力感應(yīng)器7；上主桿18上端設(shè)置有重力感應(yīng)器10；所述陽光角度感應(yīng)器5、陽光強(qiáng)度感應(yīng)器6、風(fēng)力感應(yīng)器7和重力感應(yīng)器10分別與控制器9電信號連接；陽光強(qiáng)度感應(yīng)器6可以有效的感知白天和黑夜，便于平臺在工作時采取懸浮海面以上的發(fā)電模式或潛入海面以下的自我保護(hù)模式；陽光角度感應(yīng)器5可以有效的感知陽光入射角度，便于控制光伏面板31朝向陽光入射方向，提高光伏面板31的受光率；風(fēng)力感應(yīng)器7可以有效的感知海面風(fēng)力狀況，從而有助于判斷海面環(huán)境是否適合發(fā)電，是否需要下潛采取自我保護(hù)模式，各感應(yīng)器設(shè)置在桅桿20上端，桅桿20上端實時伸出海面，可實時感知海面狀況，同時其受風(fēng)受浪面積小，海面環(huán)境不會因其對平臺造成不利的影響；設(shè)置在上主桿18的重力感應(yīng)器可用于感應(yīng)承載葉片3的轉(zhuǎn)動角度，從而使控制器9控制重心調(diào)節(jié)裝置平衡重心。

控制器9和各種傳感器的設(shè)置，使光伏平臺的狀態(tài)和動作智能化，無需過多的人力參與；控制器9也設(shè)置在桅桿20上，通過防水信號線或無線傳輸控制分別控制各主桿1上的各動力件和閥門。

本實施例中，各主桿1成多層均勻布置在桅桿20外，桅桿20上的

進(jìn)一步的，如圖1、4所示，所述氣囊23整體為圓環(huán)形且具有波浪形可折疊側(cè)面的伸縮氣囊，其結(jié)構(gòu)利于精確控制膨脹收縮大小。所述懸浮裝置2還包括位移傳感器8；所述位移傳感器8與控制器9電信號連接；位移傳感器8可以有效的感知平臺的上升或下潛位移，方便精確控制平臺的位置。

進(jìn)一步的，如圖8所示，所述承載葉片3沿其周邊設(shè)置有楔形的密封膠墊40；所述密封膠墊40的窄端朝向承載葉片3圍合方向，多個承載葉片3圍合成的形狀為豎直的紡錘形，承載葉片3的形狀有利于提高光伏面板31的延展分布，提高受光率，且形成必要的空間，并防止空間過大造成浮力過大，阻礙下潛，并且能夠減小受力面，減少海面下海流的影響。

如圖1所示，所述下主桿19下端設(shè)置有圓錐形的重心穩(wěn)定塊15，起到壓水作用，穩(wěn)定主桿1，特別是下主桿19的姿態(tài)，從而提高平臺的穩(wěn)定性。

一種海上懸浮式光伏平臺的工作方法，包括發(fā)電模式和自我保護(hù)模式，分別包括以下依序進(jìn)行的步驟：

發(fā)電模式：

①陽光強(qiáng)度感應(yīng)器6感應(yīng)陽光強(qiáng)度，并將信號發(fā)送給控制器9，判斷為有陽光；風(fēng)力感應(yīng)器7感應(yīng)風(fēng)力大小，并將信號發(fā)送給控制器9，判斷為可以工作；

②陽光角度感應(yīng)器5感應(yīng)陽光角度，并將信號發(fā)送給控制器9，控制器9控制各主桿1的自動充吸氣泵24向氣囊23內(nèi)充氣，氣囊23膨脹，浮力增大上浮，帶動主桿1上移，直至承載葉片3懸空于海面以上；并且根據(jù)陽光入射角度，各承載葉片3在海面上呈朝向陽光一側(cè)的階梯狀排布；

③控制器9控制第二液壓裝置4驅(qū)動滑動塊13上移，從而促使承載葉片3展開；

④控制器9根據(jù)陽光角度控制各第一液壓裝置192的啟停和行程，從而使上主桿18相對下主桿19偏轉(zhuǎn)，保持使承載葉片3朝向陽光入射方向的傾角；再這一過程中，控制器9根據(jù)重力感應(yīng)器10感應(yīng)的傾斜變化控制伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而控制橫桿181的轉(zhuǎn)動角度和兩重力小車182的位置，從而保持光伏平臺的重心穩(wěn)定。

自我保護(hù)模式：

①風(fēng)力感應(yīng)器7感應(yīng)海面風(fēng)力、陽光強(qiáng)度感應(yīng)器6感應(yīng)陽光強(qiáng)度，并將信號發(fā)送給控制器9，判斷海面風(fēng)力過大不適合工作或外界為黑夜；

②控制器9控制第一液壓裝置192回復(fù)，使上主桿18回復(fù)豎直，同時控制伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)使光伏平臺的重心穩(wěn)定；

③控制器9控制第二液壓裝置4驅(qū)動滑動塊13下移，從而促使承載葉片3合攏成紡錘形的密封空腔，使光伏面板31位于密封空腔內(nèi)；

④控制器9控制自動充吸氣泵24吸取氣囊23內(nèi)的空氣并壓縮至儲氣罐25中，氣囊23體積縮小，浮力減小下沉，帶動主桿1下移，直至承載葉片3位于海面以下；

⑤位移傳感器8感應(yīng)主桿1下沉至設(shè)定深度后，控制器9分別控制自動充吸氣泵24的啟停和電磁閥的開閉，調(diào)節(jié)氣囊23的體積，從而使平臺懸浮在海中。

以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。