基于液压及光伏发电的水面综合发电单元、水面发电模块和水面发电装置

技术领域

本申请涉及发电技术领域，特别涉及一种基于液压及光伏发电的水面综合发电单元、水面发电模块和水面发电装置。

背景技术

水面发电装置可分为光伏发电和波浪发电，光伏发电装置可应用与各种水面；波浪发电装置多用于海洋。目前应用于海洋和湖泊等水面发电装置多为光伏发电装置，光伏板以漂浮状态(海洋)或安装于专用固定支架上(湖泊)。应用于海洋的波浪发电装置多为漂浮发电装置，波浪势能通过漂浮体、连接杆等装置转化为机械能，机械能经发电装置转化为电能。

目前应用于水面的发电装置发电形式单一，多为光伏发电或者波浪发电的一种，达不到能源综合利用的效果。针对这一缺点，本发明提出一种多功能波浪发电装置解决方案，同时利用光伏、波浪势能进行发电，可提升综合能量利用率，两者共用部分基础设施，从而降低单位投资成本和综合发电成本。

因此，如何避免水面发电装置达不到能源综合利用的效果是本技术领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种基于液压及光伏发电的水面综合发电单元、水面发电模块和水面发电装置，能提高水面发电的能源综合利用效果。

为实现上述目的，本发明提供一种基于液压及光伏发电的水面综合发电单元，用于控制水面和光伏两者中发电量较大的一者进行发电，包括：

漂浮板，用于安装光伏板；

发电单元支撑框架，漂浮板可旋转的设置在发电单元支撑框架内部，且发电单元支撑框架内侧壁设置有固定轴承座，用于旋转连接漂浮板，发电单元支撑框架外侧壁上设有第一钢缆固定锚点；

摆动液压缸，设于发电单元支撑框架内侧壁上，与固定轴承座相对，用于配合固定轴承座支撑漂浮板，摆动液压缸内设置有摆角测量装置，摆动液压缸设有摆动液压缸出油管和摆动液压缸回油管，摆动液压缸出油管通过摆动液压缸出油软管连接至集成式分配阀，摆动液压缸回油管通过摆动液压缸回油软管连接至集成式分配阀；

浮箱支撑框架，背离光伏板设置于发电单元支撑框架，用于安装浮箱；

往复液压缸，通过连杆与发电单元支撑框架连接，且位于浮箱支撑框架同侧，往复液压缸内设置有位移测量装置以及位移限位装置，往复液压缸通过往复液压缸出油管和往复液压缸回油管连接至集成式分配阀；

往复液压缸固定框架，设有往复液压缸固定底座，往复液压缸固定底座与往复液压缸固定连接，集成式分配阀设于往复液压缸固定框架上，用于集中并分配摆动液压缸和往复液压缸中的液体；

液压发电机，设于往复液压缸固定框架上，且设有液压发电机进油管和液压发电机出油管，液压发电机进油管和液压发电机出油管均与集成式分配阀连接。

优选的，发电单元支撑框架在背离光伏板的一侧以及往复液压缸背离往复液压缸固定底座的一端均设有呈圆柱形的关节轴承底座，连杆两端设有呈球形的关节轴承，关节轴承与关节轴承底座配合连接。

优选的，关节轴承与关节轴承底座的连接处可拆卸的设有关节轴承防水套。

优选的，往复液压缸的两端均设有往复液压缸防水套。

优选的，漂浮板内部设置为中空结构，且为非金属材质制造。

本发明还提供一种水面发电模块，包括钢缆，还包括若干如上述的基于液压及光伏发电的水面综合发电单元，若干基于液压及光伏发电的水面综合发电单元通过钢缆柔性连接。

本发明还提供一种水面发电装置，包括固定框架和固定架，还包括水面发电模块。

优选的，固定框架内侧壁设置有第二钢缆固定锚点，固定框架与水面发电模块之间通过钢缆柔性连接。

优选的，固定架固定连接于固定框架内的底部，且固定架和往复液压缸固定框架固定连接，用于防止基于液压及光伏发电的水面综合发电单元发生起伏。

相对于上述背景技术，本发明提供的基于液压及光伏发电的水面综合发电单元，用于控制水面和光伏两者中发电量较大的一者进行发电，基于液压及光伏发电的水面综合发电单元包括：漂浮板，发电单元支撑框架，摆动液压缸，浮箱支撑框架，往复液压缸，往复液压缸固定框架和液压发电机。具体地，漂浮板用于安装光伏板；发电单元支撑框架内部设有可旋转的漂浮板，且发电单元支撑框架内侧壁上设置有固定轴承座，用于旋转连接漂浮板，发电单元支撑框架外侧壁上设有第一钢缆固定锚点；摆动液压缸设于发电单元支撑框架内侧壁上，与固定轴承座相对，用于配合固定轴承座支撑漂浮板，摆动液压缸内设置有摆角测量装置，且摆动液压缸具有摆角限位功能，摆动液压缸设有摆动液压缸出油管和摆动液压缸回油管，摆动液压缸出油管通过摆动液压缸出油软管连接至集成式分配阀，摆动液压缸回油管通过摆动液压缸回油软管连接至集成式分配阀；浮箱支撑框架背离光伏板设置于发电单元支撑框架，用于安装浮箱；往复液压缸通过连杆与发电单元支撑框架连接，且位于浮箱支撑框架同侧，往复液压缸内设置有位移测量装置以及位移限位装置，往复液压缸通过往复液压缸出油管和往复液压缸回油管连接至集成式分配阀；往复液压缸固定框架上设有往复液压缸固定底座，集成式分配阀设于往复液压缸固定框架上，用于集中并分配摆动液压缸和往复液压缸中的液体；液压发电机设于往复液压缸固定框架上，且通过液压发电机进油管与液压发电机出油管与集成式分配阀连接。

也就是说，漂浮于水面的发电单元中的光伏板在阳光照射下进行发电，同时漂浮发电单元受波浪的浮力，在波浪的浮力及其本身重力的作用下，漂浮发电单元发生往复摆动及发电单元的平移和上下位移。浮箱在海水浮力、波浪力及自身重力作用下，同样会发生上下位移，同漂浮发电单元动作一致。漂浮发电单元的往复摆动可带动摆动液压缸进行往复摆动，进而将回油口进入的低压液体加压产生高压液体。

发电单元在浮力作用下，发生上下位移，并且通过连杆带动往复液压缸的进行往复运动，往复液压缸向上运动时，会产生高压液体，当往复液压缸回位时，使往复液压缸进油口处的低压液体进入液压缸。

摆动液压缸出油管连接各个摆动液压缸出油口，摆动液压缸出油口高压液体经摆动液压缸出油管汇总后经摆动液压缸出油软管进入集成式分配阀。往复液压缸出油管连接所布置的往复液压缸出油口，高压液体经往复液压缸出油口汇总后进入集成式分配阀。由集成式分配阀汇总往复液压缸及摆动液压缸产生的高压液体后由液压发电机进油管进入液压发电机，推动液压发电机旋转产生电能，完成从机械能到液压能再到电能的转换，高压液体压力降低成为低压液体。低压液体经液压发电机出油管进入集成式分配阀，进而通过布置的往复液压缸回油管进入各往复液压缸，通过摆动液压缸回油软管摆动液压缸回油管进入摆动液压缸，完成液体的循环。

综上，采用上述设置方式能够解决水面发电装置达不到能源综合利用的效果，从而水面发电装置的发电效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中的基于液压及光伏发电的水面综合发电单元的结构示意图；

图2为本申请实施例中的水面发电装置的结构示意图；

图3为图2所示水面发电装置的局部放大结构示意图；

其中：

100-基于液压及光伏发电的水面综合发电单元；

110-漂浮板；

120-光伏板；

130-发电单元支撑框架、131-固定轴承座、132-第一钢缆固定锚点、133-关节轴承底座；

140-摆动液压缸、141-摆动液压缸出油管、142-摆动液压缸回油管、143-摆动液压缸出油软管、144-集成式分配阀、145-摆动液压缸回油软管；

150-浮箱支撑框架、151-浮箱；

160-往复液压缸、161-连杆、162-往复液压缸出油管、163-往复液压缸回油管、164-关节轴承、165-关节轴承防水套、166-往复液压缸防水套；

170-往复液压缸固定框架、171-往复液压缸固定底座；

180-液压发电机、181-液压发电机进油管、182-液压发电机出油管；

200-发电装置；

210-钢缆；

220-固定框架、221-第二钢缆固定锚点；

230-固定架。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

需要说明的是，下文涉及的“上端、下端、左侧、右侧”等方位词都是基于说明书附图所定义的。

请参阅图1至图3，本申请实施例所提供的基于液压及光伏发电的水面综合发电单元100，用于控制水面和光伏两者中发电量较大的一者进行发电，水面综合发电单元100包括：漂浮板110，发电单元支撑框架130，摆动液压缸140，浮箱支撑框架150，往复液压缸160，往复液压缸固定框架170和液压发电机180。具体地，漂浮板110用于安装光伏板120；发电单元支撑框架130内部设有可旋转的漂浮板110，且发电单元支撑框架130内侧壁上设置有固定轴承座131，用于旋转连接漂浮板110，发电单元支撑框架130外侧壁上设有第一钢缆固定锚点132；摆动液压缸140设于发电单元支撑框架130内侧壁上，与固定轴承座131相对，用于配合固定轴承座131支撑漂浮板110，摆动液压缸140内设置有摆角测量装置，摆动液压缸140具有摆角限位功能，摆动液压缸140设有摆动液压缸出油管141和摆动液压缸回油管142，摆动液压缸出油管141通过摆动液压缸出油软管143连接至集成式分配阀144，摆动液压缸回油管142通过摆动液压缸回油软管145连接至集成式分配阀144；浮箱支撑框架150背离光伏板120设置于发电单元支撑框架130，用于安装浮箱151；往复液压缸160通过连杆161与发电单元支撑框架130连接，往复液压缸160内设置有位移测量装置以及位移限位装置，往复液压缸160通过往复液压缸出油管162和往复液压缸回油管163连接至集成式分配阀144；往复液压缸固定框架170上设有往复液压缸固定底座171，集成式分配阀144设于往复液压缸固定框架170上，用于集中并分配摆动液压缸140和往复液压缸160中的液体；液压发电机180设于往复液压缸固定框架170上，且通过液压发电机进油管181与液压发电机出油管182与集成式分配阀144连接。

需要说明的是，在本实施例中，为了能够充分利用太阳能，水面综合发电单元100设置有若干光伏板120与漂浮板110，其中，光伏板120固定安装在漂浮板110上，漂浮板110一边连接固定轴承座131，另一边连接摆动液压缸140，所以，固定轴承座131和摆动液压缸140的数量与漂浮板110和光伏板120的数量对应。本实施例中的光伏板120经过强化封装、绝缘处理，耐绝缘、耐海水腐蚀，在海水中具有可靠的绝缘能力，同时经特殊处理后，使其具有耐水生生物附着的能力。光伏板120由海水进行冷却，可增加光伏板120的单位面积发电功率，提升功率密度。另外，发电单元支撑框架130可以圆形或者多边形，本实施例优选为矩形，漂浮板110和光伏板120为了能更好的适应也设置为矩形。

在本实施例中，在波浪浮力的作用下带动摆动液压缸140摆动，产生高压液体进而进行发电。摆动液压缸140具有摆角测量装置及摆角限位装置，在摆动角度超过设定值时，可通过摆角限位装置进行限位或锁死。这样设置可避免因摆动角度过大导致漂浮板110与浮箱151发生碰撞，造成设备损坏。往复液压缸160具有位移测量装置及位移限位装置，在位移量超过设定值时，可通过位移限位装置进行限位或锁死，避免因位移过大导致装置损坏。除此之外，本实施例发电单元100控制系统会优先选择发电量较大的发电方式，由于光伏发电能力受阳光照射角度影响较大，在阳光照射充足、海浪较小时，光伏发电量大于液压发电时，应该优先保证光伏发电而限制摆角角度。

在本实施例中，为了能提高发电为提升发电功率及发电效率，布置有浮箱支撑框架150和浮箱151。浮箱151优选为非金属材质，但也可以是中空的金属材质，具有一定的机械强度，经特殊处理后可以耐海水的腐蚀以及耐水生生物附着。

也就是说，漂浮于水面的发电单元100中的光伏板120在阳光照射下进行发电，同时发电单元100受波浪的浮力，在波浪的浮力及其本身重力的作用下，发电单元100的漂浮板110发生往复摆动及发电单元100的上下位移。浮箱151在海水浮力、波浪力及自身重力作用下，同样会发生上下位移，同发电单元100动作一致。发电单元100的往复摆动可带动摆动液压缸140进行往复摆动，进而将回油口进入的低压液体加压产生高压液体。

发电单元100在浮力作用下，发生上下位移，并且通过连杆161带动往复液压缸160的进行往复运动，往复液压缸160向上运动时，会产生高压液体，当往复液压缸160回位时，使往复液压缸160进油口处的低压液体进入液压缸。

摆动液压缸出油管141连接各个摆动液压缸140出油口，摆动液压缸140出油口高压液体经摆动液压缸出油管141汇总后经摆动液压缸出油软管143进入集成式分配阀144。往复液压缸出油管162连接所布置的往复液压缸160出油口，高压液体经往复液压缸160出油口汇总后进入集成式分配阀144。由集成式分配阀144汇总往复液压缸160及摆动液压缸140产生的高压液体后由液压发电机进油管181进入液压发电机180，推动液压发电机180旋转产生电能，完成从机械能到液压能再到电能的转换，高压液体压力降低成为低压液体。低压液体经液压发电机出油管182进入集成式分配阀144，进而通过布置的往复液压缸回油管163进入各往复液压缸160，通过摆动液压缸回油软管145和摆动液压缸回油管142进入摆动液压缸140，完成液体的循环。

综上，采用上述设置方式能够解决水面发电装置200达不到能源综合利用的效果，从而提升水面发电装置200的发电效率。

在一些实施例中，发电单元支撑框架130在背离光伏板120的一侧以及往复液压缸160背离往复液压缸固定底座171的一端均设有呈圆柱形的关节轴承底座133，连杆161两端设有呈球形的关节轴承164，关节轴承164并与关节轴承底座133配合连接。

具体来说，连杆161的两端都设有关节轴承164，而与连杆161相连的位置都设有与关节轴承164相配合的关节轴承底座133，其中，关节轴承164呈球形，与之相配合的关节轴承底座133为圆柱形。

可以理解的是，发电单元100在使用过程中，在波浪的作用下，发电单元支撑框架130以及其上设置安装零部件会发生平移，平移会通过连杆161传递到往复液压缸160，会造成往复液压缸160的损坏。因此，通过设置在连杆161的两端设置呈球形的关节轴承164，当有平移时，关节轴承164会在关节轴承底座133中旋转，能够吸收发电单元支撑框架130产生的平移，这样设置保护了往复液压缸160，延长往复液压缸160的使用寿命，降低了发电装置200的制造成本。

需要说明的是，在本实施例中通过设置关节轴承164以及关节轴承底座133配合来吸收发电单元支撑框架130产生的平移，但根据实际需要也可以选择其他结构来保护往复液压缸160不被破坏。

在一些实施例中，关节轴承164与关节轴承底座133连接处可拆卸的设有关节轴承防水套165。

可以理解的是，关节轴承164与关节轴承底座133一般工作情况下处于水面以下，水里面的杂质很容易进入其中，影响关节轴承164的旋转；除此之外，如果关节轴承164直接和海水接触也会影响关节轴承164的正常工作，关节轴承164以及关节轴承底座133还很容易生锈，不仅阻碍关节轴承164的旋转，还会减少关节轴承164的使用寿命。

在本实施例中，优选的在关节轴承164与关节轴承底座133连接处设置可拆卸的关节轴承防水套165，这样设置就可以在保证关节轴承164正常工作的前提下，保护了关节轴承164。

在一些实施例中，往复液压缸160的两端均设有往复液压缸防水套166。

在本实施例中，为防止海水进入往复液压缸160，影响液压缸的正常工作，优选的在液压缸的两端设置了往复液压缸防水套166。

需要说明的是，本实施例对往复液压缸防水套166的具体材质不做具体限定，只要能够起到保护往复液压缸160不进水就可以。

在一些实施例中，漂浮板110内部设置为中空结构，且为非金属材质制造。

在本实施例中，漂浮板110采用尼龙、ABS塑料等非金属材质制造，通过内部设置中空结构使其密度小于水并增加结构强度，这样设置当光伏板120与漂浮板110固定为一体，使其可以漂浮于水面，便于光伏板120进行发电。

此外，本申请还提供了一种水面发电模块，包括钢缆210，还包括若干上述的基于液压及光伏发电的水面综合发电单元100，若干基于液压及光伏发电的水面综合发电单元100通过钢缆210柔性连接。

发电单元支撑框架130四周安装有第一钢缆固定锚点132，其数量可以根据发电单元100的实际尺寸合理布置。若干个发电单元100的发电单元支撑框架130之间通过第一钢缆固定锚点132与钢缆210相互连接为一整体，组成了水面发电模块。

需要说明的是，上文所描述的钢缆210为柔性的钢缆210，选用柔性钢缆210可以吸收发电单元100之间起伏产生的平移。

除此之外，本申请还提供了一种水面发电装置200，包括固定框架220和固定架230，还包括上述的水面发电模块。

需要说明的是，固定框架220的尺寸以及形状可以根据实际情况进行调整，在本实施例中，固定框架220优选为矩形，这样可以与本实施例中的水面综合发电单元100相适配，减少固定框架220内空间的浪费，从而降低了成本。

在一些实施例中，固定框架220内侧壁设置有第二钢缆固定锚点221，固定框架220与水面发电模块之间通过钢缆210柔性连接。

可以理解的是，水面发电模块在波浪的作用下，很容易随波浪起伏不定，水面发电模块整体会产生平移，为增加水面发电模块中往复液压缸160的使用寿命，固定框架220与水面发电模块之间通过柔性的钢缆210进行连接。

在一些实施例中，固定架230固定连接于固定框架220内的底部，且固定架230和往复液压缸固定框架170固定连接，用于防止发电单元100发生起伏。

在本实施例中，为了能使水面发电装置200固定于海床或者湖底或者河床上，在固定框架220的底部设置了固定架230；固定架230与发电单元100的往复液压缸固定框架170刚性连接，可以提高往复液压缸160的发电效率。

综上，本申请提供的基于液压及光伏发电的水面综合发电单元100主要包括光伏发电与波浪发电两部分。光伏发电主要由发电单元支撑框架130内设置的漂浮板110上的光伏板120进行；波浪发电主要由液压发电机180通过摆动液压缸140与往复液压缸160产生的高压液体进行发电，摆动液压缸140通过漂浮板110的摆动把低压液体转化成高压液体，往复液压缸160通过水面综合发电单元100的上下起伏带动往复液压缸160中活塞的上下移动把低压液体转化成高压液体，高压液体最终由集成式分配阀144汇总后经液压发电机进油管181进入液压发电机180，推动液压发电机180发电，完成液压能到电能的转换。这样一来，本申请的水面综合发电单元100可同时利用太阳能及波浪能进行发电，对光伏发电及波浪发电进行结合，提升了能量利用率。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。