一种模块化海上光伏平台及光伏阵列和应用

技术领域

本发明属于海上光伏发电技术领域，具体涉及一种模块化海上光伏平台及光伏阵列和应用。

背景技术

海上光伏发电是一种新的能源利用方式和资源开发模式。相较陆上光伏，海面开阔无遮挡，日照时间较长，光能利用充分，环境优势得天独厚，可显著提升发电量。我国海洋面积约300万平方公里，海上光伏资源丰富，开发潜力巨大。根据理论研究，我国可安装海上光伏的海域面积约为71万平方公里。按照1/1000的比例估算，可安装海上光伏装机规模超过70GW。

目前大规模建设的海上光伏项目大多在离岸较近的滩涂或潮间带区域，以固定桩基式为主。但是，离岸后随着水深加深，固定式的桩长必然迅速增加，海上的施工难度和桩基成本都将迅速增加。长远来看，固定桩基式海上光伏应用范围有限，未来海上光伏的大规模开发必然采用漂浮式方案。然而，目前偶尔有个别厂家涉及所谓的海上漂浮案例，主要都是近海接近岸边，其风、浪、流与内陆湖泊接近，与真正的海域上的漂浮项目差别较大，不适用于深远海海域。此外，未来海上光伏的规模化开发必然采用模块化平台方案。然而目前的模块化平台方案对波浪方向的适应性差。如中国实用新型专利CN216994784U公开了一种海上光伏平台，相邻光伏支架装置之间通过柔性铰链连接形成模块化平台，但是光伏支架装置的长度方向与海浪垂直设置，仅能承受单方向的波浪荷载。对于其它方向的波浪，不同光伏支架之间的铰接连接无法发挥卸载作用，整个光伏平台内部将形成较大跨中弯矩，危害平台安全。海上光伏的开发亟需一款安全可靠、成本低、可规模化开发的新型浮体方案。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种模块化海上光伏平台及光伏阵列和应用，解决了现有技术中海上光伏平台仅能承受单方向的波浪荷载，海上光伏平台安全性较大的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：一种模块化海上光伏平台，包括3个浮筒，3个浮筒呈等边三角形排列，浮筒上设有多根支撑立柱，支撑立柱上设有3根首尾相连的框架主梁，框架主梁上设有多根框架次梁，框架次梁上间隔设有光伏支架，相邻两个框架次梁上设有光伏板，光伏板一端设于框架次梁上，光伏板另一端设于光伏支架上。

优选的，所述多根框架次梁平行间隔设置于框架主梁上；

所述浮筒的外侧面设有铰接连接器母头和铰接连接器公头。

优选的，所述浮筒内部设有阻尼池，浮筒的形状为钻石型六边形或者正六边形，阻尼池的形状为正四边形、正五边形、正六边形的任意一种。

优选的，所述光伏板另一端与光伏支架的安装角度大于5°小于30°。

优选的，所述铰接连接器公头由双销耳和铰接限位器组成，铰接限位器设于双销耳上。

优选的，所述铰接连接器母头由单销耳和销轴组成，铰接连接器公头与铰接连接器母头通过销轴穿设于单销耳和双销耳连接。

优选的，所述支撑立柱的高度至少大于0.5m。

优选的，所述浮筒上设有系泊缆。

本发明还公开了一种光伏阵列，多个一种模块化海上光伏平台通过铰接连接器公头与铰接连接器母头铰接连接组成光伏阵列。

本发明还公开了一种模块化海上光伏平台应用于10m以上水深的海域。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：一种模块化海上光伏平台整体呈等边三角形，在等边三角形的三个顶点分别布置一个浮筒。一种模块化海上光伏平台采用等边三角形排列，有助于模块化连接，在浮筒上设有若干支撑立柱，支撑立柱用于支撑框架主梁。支撑立柱能够减小一种模块化海上光伏平台的干舷高度，减小模块化海上光伏平台的干舷高度有利于进一步降低平台造价。在极端海况下可允许甲板上浪，波浪也不会打到光伏板，光伏板仍可正常工作。采用等边三角形模块化海上光伏平台组成阵列可使得光伏阵列适应各个方向的波浪，而不会形成铰接卡死现象，利于模块化海上光伏平台的模块化布置。本发明能够满足极端条件下的稳性要求。

进一步地，在浮筒内部开设有阻尼池，阻尼池的存在减小了平台的用钢量或混凝土用量，降低了建造成本；另一方面，阻尼池的存在增大了模块化海上光伏平台的附加阻尼，提高了模块化海上光伏平台的运动性能。浮筒外形呈现为钻石型六边形或者正六边形，避免浮筒外边缘出现尖锐角，可防止浮筒边缘尖角发生碰撞而损坏。阻尼池的形状为正四边形、正五边形、正六边形的任意一种，避免出现锐角，锐角在内部加工很难操作，方便阻尼池内壁的加工制作，同时也降低了建造成本。

进一步地，光伏板另一端与光伏支架的安装角度大于5°小于30°，增加了一种模块化海上光伏平台的自清洁能力，同时一定的倾斜角度可使得海鸟粪便从光伏板上滑落。

进一步地，铰接连接器公头和铰接连接器母头的设置使得一种模块化海上光伏平台组成光伏阵列时，连接更加方便。

进一步地，支撑立柱具有一定的高度，可防止波浪抨击或飞溅到光伏板上。

进一步地，浮筒通过系泊缆系泊在海床上，使得一种模块化海上光伏平台能够固定于海面上，防止被浪冲走。

本发明能够应用于10m以上水深的海域，捕获海上光伏资源，将海上太阳能转换为电能。

附图说明

图1为一种模块海上光伏平台的三维图；

图2为一种模块海上光伏平台的结构示意图；

图3为光伏板放大图；

图4为浮筒放大图；

图5为实施例1的架构示意图；

图6为实施例2的架构示意图；

其中：1-光伏板；2-系泊缆；3-支撑立柱；4-铰接连接器母头；5-铰接连接器公头；6-光伏支架；7-框架主梁；8-阻尼池；9-浮筒；10-框架次梁；11-双销耳；12-铰接限位器；13-单销耳；14-销轴。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，一种模块化海上光伏平台，包括3个浮筒9，3个浮筒9呈等边三角形排列，浮筒9上设有多根支撑立柱3，支撑立柱3上设有3根首尾相连的框架主梁7，参见图3，框架主梁7上设有多根平行间隔的框架次梁10，框架次梁10上间隔设有光伏支架6，相邻两个框架次梁10上设有光伏板1，光伏板1一端设于框架次梁10上，光伏板1另一端设于光伏支架6上。

参见图2，浮筒9的外侧面设有铰接连接器母头4和铰接连接器公头5，参见图4，铰接连接器公头5由双销耳11和铰接限位器12组成，铰接限位器12设于双销耳11上，铰接连接器母头4由单销耳13和销轴14组成，铰接连接器公头5与铰接连接器母头4通过销轴14穿设于单销耳13和双销耳11连接。

浮筒9可由钢筋混凝土制作，也可由钢结构焊接而成。在浮筒9上表面焊接或预埋有若干支撑立柱3。浮筒9内部开设有正四边形、正五边形、正六边形的任意一种，孔洞即为阻尼池8。

光伏板1另一端与光伏支架6的安装角度大于5°小于30°，增加了一种模块化海上光伏平台的自清洁能力，同时一定的倾斜角度可使得海鸟粪便从光伏板上滑落。

光伏支架的高度与光伏平台布置的海域地理位置有关，光伏支架的适宜高度可使得发电量最大。光伏支架的适宜高度是根据最佳倾角确定的。最佳倾角使得光伏板在该倾角下倾斜面所接收到的年总辐射量最大。计算最佳倾角需要当地的经纬度来确定太阳各时刻的高度角和方位角，需要年辐射数据，最好是多年平均的年辐射数据来确定当地太阳辐射的特性。根据辐射数据及经纬度计算并累加得到不同倾角光伏方阵的年总辐射接收量，从中选择年总辐射量最大的倾角作为最佳倾角。采用PVsyst等软件方便快捷的进行最佳倾角计算。

实施例1

参见图5，四个一种模块化海上光伏平台通过铰接连接器连接组成等边三角形的光伏阵列，铰接连接器释放了一种模块化海上光伏平台沿着平台一边的转动约束，使得相邻两个模块化海上光伏平台可产生相对转动，从而释放弯矩荷载，降低对结构强度的要求，达到降低模块化海上光伏平台造价的目的。铰接限位器的存在可限制销轴的转动在<20°范围内，防止极端海况下模块化海上光伏平台发生较大的转动而碰撞。采用等边三角形模块化海上光伏平台组成阵列可使得光伏阵列适应各个方向的波浪，而不会形成铰接卡死现象，利于模块化海上光伏平台的阵列布置。

实施例2

六个一种模块化海上光伏平台通过铰接连接器连接组成正六边形的光伏阵列，参见图6，实现一种模块化海上光伏平台在海上的漂浮，一种模块化海上光伏平台通过系泊缆2系泊在海床上。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。