CN105227068B - 水上光伏板支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水上光伏板支撑装置，包括：主浮箱(1)、马道浮箱(9)，所述主浮箱(1)与若干马道浮箱(9)紧固连接，主浮箱(1)的顶面上设有光伏板安装部件，中间设有镂空通道(3)。所述镂空通道(3)为至少一个从主浮箱(1)顶面贯穿至主浮箱(1)底面或侧面的通孔。本装置设置主浮箱(1)、光伏板、镂空通道(3)构成的基本封闭的系统，利用内部持续循环水冷原理实现双重持续循环冷却光伏板，提高了光伏板的输出功率，延长光伏板材料的寿命。此外，本发明中的主浮箱(1)、马道浮箱(9)采用实心结构，避免了主浮箱(1)、马道浮箱(9)日久老化开裂后而下沉，便于回收利用，也使得浮动平台更加稳固。

Description

水上光伏板支撑装置

技术领域

本发明涉及光伏发电领域，具体地，涉及一种带有马道的水上光伏板支撑装置。

背景技术

我国是世界上少数几个以煤为主要能源的国家，一次性能源生产和消费65％左右为煤炭，大量使用煤炭，使66％的中国城市大气中颗粒物含量以及22％的城市空气二氧化硫含量超过国家空气质量二级标准。煤炭、化石能源使用过程排放出大量的污染物，导致大气污染和酸雨污染，造成了中国城市空气质量的严重恶化。2001年世界银行发展报告列举的世界污染最严重的20个城市中，中国占了16个。大气污染严重的地区，呼吸道疾病总死亡率和发病率都高于轻污染区。慢性支气管炎症状随大气污染程度的增高而加重。在中国11个最大城市中，空气中的烟尘和细颗粒物每年使5万人夭折，40万人感染上慢性支气管炎。世界银行根据目前发展趋势预计，2020年中国燃煤污染导致的疾病需付出经济代价达3900亿美元，占国内生产总值的13％。这已经引起中国政府的高度重视。面对当前煤炭、化石能源消耗带来的严重环境危机，调整能源结构已迫在眉睫。

根据国家发改委的“中国光伏产业发展研究报告(2006-2007)”，如果没有新的探测，目前全球石油仅够用45年，而中国仅够用15年；全球天然气仅够用61年，而中国仅够用30年；全球煤仅够用230年，而中国仅够用81年；甚至作为核电的铀矿全球仅够用71年，而中国仅够用50年。中国作为最大的发展中国家，能源紧缺的问题更加严重。所以急需寻找替代能源，太阳能作为一种丰富、洁净和可再生的新能源，它的开发利用对缓解能源危机、保护生态环境和保证经济的可持续发展意义重大。

对于占地较广的大型光伏电站而言，日照时间长且拥有大片廉价荒漠化土地的西部地区无疑是第一选择。但是由于西部地区远离负荷中心，因此部分地区光伏电站的弃光问题一直没有很好地解决。而在东部地区发展光伏电站，虽然不愁并网，但是东部地区人口稠密、稀缺的土地资源成为制约大型光伏电站发展绕不过去的坎。因此，需要寻找一种不占用耕地、商业用地等有用土地资源的方式来发展光伏。而水上光伏电站模式可以很好的解决土地资源稀缺这一棘手问题，我国很多地区丰富的河流弯道、湖泊、鱼塘、水库等资源让人口密集、土地稀缺、用电负荷较大的地方发展光伏发电成为可能。

目前,国外国内基本都是采用大型地面光伏电站发电以及屋顶光伏发电的模式，几乎没有利用水面资源进行光伏发电，而仅有的设计为，在水面上搭建一个由若干个小浮体组成的基本没有缝隙的浮动平台，光伏板直接铺在浮动平台上或者再在浮动平台上搭建金属支架，用于安装光伏板，这样的设计方案因抗风压、抗风浪效果不好，利用风冷原理，导致光伏板的发电效率不高，一直限制了水上光伏电站的运用和发展。现在的水上电站平台装置均由空心的塑料浮箱构成，随着使用时间的增加，空心的塑料浮箱存在老化开裂的问题，破损后的塑料浮箱由于内部灌水使其浮力下降，甚至出现下沉的危险。以这种空心塑料浮箱作为水上光伏电站的浮子，使用寿命短，不利于回收，因此需要对水上光伏板支撑装置进行发明设计，推出一款加工简单、价格低廉、节能环保、方便安装、易于操作、能二次回收利用的浮动平台装置，推进水上光伏电站的运用发展，促进光伏行业的技术进步，突破光伏电站建设场地的限制。

因此，设计一款加工简单、价格低廉、节能环保、方便安装、易于操作、能二次回收利用的浮动平台装置，并且能够抗强风压、抗强风浪，以及能实现光伏板与主浮箱形成的闭合空间内部持续循环冷却的水上光伏板支撑装置。

解决水上光伏电站的抗风压、抗风浪、抗腐蚀以及光伏板的冷却问题，延长光伏电站的使用寿命及提高功率输出。推进水上光伏电站的运用发展，促进光伏行业的技术进步，突破光伏电站建设场地的限制。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种带有马道的水上光伏板支撑装置。

根据本发明提供的水上光伏板支撑装置，包括：主浮箱、所述主浮箱设置有光伏板安装部件，所述主浮箱内部为实心结构，且所述主浮箱设置有若干镂空通道。

优选地，所述主浮箱为实心的轻质材料制成，且所述镂空通道的两端通道开口中的一端通道开口位于主浮箱的顶面，另一端通道开口部分或全部位于主浮箱的吃水线下方。

优选地，所述镂空通道的两端通道开口中的一端通道开口位于主浮箱的顶面，另一端通道开口位于主浮箱的底面和/或侧面。

优选地，所述光伏板安装部件包括：第一基座、第二基座，所述第一基座、第二基座分别位于所述主浮箱顶面的一侧、另一侧；且所述第一基座、第二基座包括倒U型槽、压块、夹持卡扣中的任一种或者几种结构，所述第一基座、第二基座为高度可调节部件。

优选地，主浮箱的顶面为倾斜面，当主浮箱静止浮于水面时，主浮箱的倾斜面与水平面之间的倾角范围为0至40度，制作所述主浮箱的轻质材料包括：塑料、高分子材料、轻质金属材料、无机非金属材料中的任一种或任多种的组合。

优选地，所述主浮箱的倾斜面上设有用于支撑光伏板的支撑件，且所述支撑件为高度可调节部件；所述主浮箱的一侧端部上设置有第一连接件，所述主浮箱的另一侧端部上设置有第二连接件。

优选地，还包括马道浮箱，所述主浮箱与若干马道浮箱紧固连接，所述马道浮箱的四个角区域均设置有第三连接件，所述主浮箱通过第一连接件、第二连接件与若干马道浮箱的连接件匹配连接；其中，所述马道浮箱为塑料、高分子材料、轻质金属材料、无机非金属材料中的任一种或任多种材料制成的实心浮子。

优选地，所述主浮箱的周边上设有若干条凸块或者凹槽，所述马道浮箱的周边设有对应的若干凹槽或者凸块，即主浮箱的周边上的凸块与马道浮箱的周边上的凹槽匹配连接，所述主浮箱的周边上的凹槽与马道浮箱的周边上的凸块匹配连接。

优选地，所述马道浮箱的某一侧端上的凸块还能够与相邻马道浮箱某一侧端上对应的凹槽匹配连接，所述马道浮箱的某一侧端上的凹槽还能够与相邻马道浮箱某一侧端上对应的凸块匹配连接。

优选地，所述主浮箱与若干马道浮箱紧固连接后通过沉锚、打地桩、铁链中的任一种或者任多种方式固定浮在水面上。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明中的装置加工简单、方便安装、易于操作、节能环保、能够回收利用的运用于水上的浮动平台装置，突破了光伏电站安装场地的限制，节约了土地资源，促进了光伏行业的发展。

2、本发明中的装置在适合的水面运用的光伏发电浮动平台装置后，能够方便的在负荷中心建立起合适的水上光伏电站，减少光伏电力长距离输电的损失。

3、本发明中的装置利用一个主浮箱对应一块光伏板的设计，且光伏板固定于主浮箱的斜面上，紧贴于水面，增加了抗风浪的性能，相对于传统的水上光伏平台更抗腐蚀，延长电站整体寿命，降低成本。

4、本发明中的装置利用光伏板正面进行风冷，背面利用光伏板与主浮箱形成的闭合空间内部持续循环水冷原理，双重持续循环冷却光伏板，极大的提高光伏板的输出功率，以及延长光伏板材料本身的衰减周期，增加使用寿命。

5、本发明中的装置上的水上光伏电站覆盖在水体上，能够阻挡藻类植物进行光合作用，抑制藻类的生长，减少水体污染；并且水上光伏板支撑装置与光伏板形成一个封闭循环系统，减少水分蒸发到空气中，故能增强水体环境的水分保有量。

6、传统的空心浮箱随着使用时间的增加，容易出现破损、开裂问题，因此浮箱内部灌水，浮力下降，浮箱下沉，更为严重的是整体电站沉入水下，从而影响水上电站平台的稳定性；本发明将主浮箱和马道浮箱设置为实心的结构，采用轻质的材料制成，便于回收再利用，也避免了传统的空心浮箱易破损、易老化开裂的问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的水上光伏板支撑装置的主浮箱俯视图；

图2为本发明提供的水上光伏板支撑装置的主浮箱侧视图；

图3为本发明提供的水上光伏板支撑装置的马道浮箱俯视图；

图4为本发明提供的水上光伏板支撑装置的马道浮箱侧视图；

图5为本发明提供的水上光伏板支撑装置将主浮箱与马道浮箱紧固连接时的俯视图；

图6为本发明提供的水上光伏板支撑装置将主浮箱与马道浮箱紧固连接时的侧视图。

图中：

1-主浮箱；

2-主浮箱的倾斜面；

3-镂空区域；

4-第一基座；

5-第一连接件；

6-第二连接件；

7-第二基座；

8-支撑件；

9-马道浮箱；

10-第三连接件。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的水上光伏板支撑装置，如图1、图2所示，包括：主浮箱1、马道浮箱9，所述主浮箱1与若干马道浮箱9紧固连接，所述主浮箱1的顶面上设有用于安装光伏板的部件，且所述主浮箱1的中间设有镂空通道3。

所述主浮箱1顶面上的用于安装光伏板的部件包括：第一基座4、第二基座7，所述第一基座4、第二基座7分别位于所述主浮箱1顶面的一侧、另一侧；且所述第一基座4、第二基座7包括倒U型槽、压块、夹持卡扣中的任一种或者几种结构，所述第一基座4、第二基座7之间的高度差能够调节。

所述镂空通道3为至少一个从主浮箱1顶面贯穿至主浮箱1底面和/或侧面的用于光伏板散热的通孔；

当光伏板通过第一基座4、第二基座7紧固安装在主浮箱1顶面上时，光伏板覆盖所述镂空通道3，即光伏板、主浮箱1以及位于进入镂空通道3内的水面构成了一个基本封闭的空间。这里的封闭空间并非密闭，光伏板与主浮箱1的顶面之间留有空隙，这是为了更好的通风散热，当气温较高时，水面的蒸发作用较强，此时水面蒸发的水汽一部分随空气散失，另一部分会受阻于光伏板的背板，并最终凝结为水滴，此时部分水滴会继续受热蒸发带走光伏板的热量，另一部分滴落回水中，从而实现循环降温的功能。

主浮箱1的顶面为倾斜面，主浮箱1静止浮于水上时，主浮箱的倾斜面2与水平面之间的倾角范围为0至40度。

所述主浮箱的倾斜面2上设有用于支撑光伏板的支撑件8，且所述支撑件8的高度能够调节。具体地，支撑件8为横跨在倾斜面2上的两端可调节高度的长杆；在变化例中，支撑件8也可以为一段支撑柱，所述支撑柱的高度可以调节。

所述主浮箱1的一侧端部上设置有第一连接件5，所述主浮箱1的另一侧端部上设置有第二连接件6。

如图3、图4所示，所述马道浮箱9的四个角区域均设置有第三连接件10，且所述主浮箱1通过第一连接件5、第二连接件6与若干马道浮箱9的两个相邻角区域的第三连接件10匹配连接。

所述主浮箱1的周边上设有若干条凸块或者凹槽，所述马道浮箱9的周边设有对应的若干凹槽或者凸块，即主浮箱1的周边上的凸块与马道浮箱9的周边上的凹槽匹配连接，主浮箱1的周边上的凹槽与马道浮箱9的周边上的凸块匹配连接。

所述主浮箱1与若干马道浮箱9紧固连接后通过沉锚或者打地桩的方式固定在水面上。

更为具体地，如图1、图3所示，主浮箱1的顶面设置为倾斜面，所述主浮箱1的中间设有镂空通道3，所述主浮箱1的两端设置有安装光伏板的第一基座4、第二基座7，所述主浮箱1的四个角上设置有第一连接件5、第二连接件6，所述主浮箱斜面上设置有支撑件8。所述马道浮箱9设计有四个第三连接件10，所述主浮箱1与马道浮箱9通过第一连接件5、第二连接件6与第三连接件10相互连接，组成一套浮动平台装置，若干套浮动平台装置构成整个光伏电站浮动平台系统。

所述第一基座4、第二基座7可以设置多种方式，如可设计为预制的倒U型槽，以便对光伏板的侧边进行固定。也可以设置为活动的压块方式，灵活的对不同厚度的光伏板进行夹持。另外，图1中示出的第一基座4、第二基座7均为一整段，而在变化例中，所述第一基座4、第二基座7可设置为多段。

具体工作时，光伏板安装到所述主浮箱1的顶面上，所述主浮箱1与所述一个或多个马道浮箱9通过第三连接件10连接并固定，形成一套浮动平台装置，若干套浮动平台装置互相连接构成整个浮动平台系统，该浮动平台系统的四周通过铁链、沉锚、打地桩中的任一种或者任多种方式把整个浮动平台系统固定住。

在每一个主浮箱1上，均覆盖有一块光伏板，光伏板在接收太阳光发电时，因为受到阳光的热辐射以及内部能量的转换，光伏板自身的温度会升高。

此外，光伏板在吸收太阳能时，自身的半导体电路温度会升高，则会影响光伏板的工作效率。原因是决定开路电压大小的是半导体的禁带宽度和费米能级，由于温度越高，其费米能级越靠近价带，所以温度越高其开路电压越小；温度与短路电流的关系是温度越高短路电流越大，值得注意的是这里短路电流升高的趋势要小于上面提到的开路电压下降的趋势；因为温度升高的时候开路电压下降很厉害，其幅度比短路电流升高的幅度要大，所以在温度升高的时候光伏板的总输出功率是下降的。所以需要对在工作中的光伏板进行冷却处理，减低其工作温度，提高其功率的输出。

针对上述问题，将主浮箱1的中间设计为镂空区，并被光伏板全部或者部分覆盖，光伏板在工作时，水面蒸发吸收热量，周围环境及光伏板的温度降低，另外，当水汽在上升过程中遇上光伏板的背面时会凝结成水珠，一部分水珠蒸发，带走热量，再一次给光伏板降温，一部分水珠则滑落回到水面。整个过程完成了液-气-液的状态转换，使光伏板最大程度的降低工作温度，提高功率输出。而且，光伏板与主浮箱基本形成了一个全封闭系统，水面蒸发的水汽最后还是会回到原来的水体环境中，让水体环境最大限度的保持水分，减少水分的挥发。

更进一步地，可以有一个主浮箱1与一个马道浮箱9匹配连接，构成一套浮动平台装置；也可以一个主浮箱1与两个马道浮箱9，构成一套浮动平台装置；主浮箱的斜面倾角范围为0至40度，以增强太阳光的接收量；主浮箱1与马道浮箱9除了通过第三连接件10固定以外，还可以在主浮箱1的周边增加若干条凸起部位，在马道浮箱9的周边增加若干条凹陷部位，主浮箱1的凸起与马道浮箱9的凹陷形成良好配合，增强固定作用。马道浮箱9的一边设计有若干条凸起部位，另一边设计若干条凹陷部位，左右马道浮箱9在相互连接时，不仅通过连接件固定，也通过凸起与凹陷的良好配合来增强相互固定。主浮箱1斜面中部的支撑件8，其长度可根据需要设置为与光伏板同长或者分为较短的两段。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种水上光伏板支撑装置，其特征在于，包括：主浮箱(1)，所述主浮箱(1)设置有光伏板安装部件，所述主浮箱(1)内部为实心结构，且所述主浮箱(1)设置有若干镂空通道(3)，所述光伏板安装部件包括：第一基座(4)、第二基座(7)，所述第一基座(4)、第二基座(7)分别位于所述主浮箱(1)顶面的一侧、另一侧；且所述第一基座(4)、第二基座(7)包括倒U型槽、压块、夹持卡扣中的任一种或者几种结构，所述第一基座(4)、第二基座(7)为高度可调节部件；还包括马道浮箱(9)，所述主浮箱(1)与若干马道浮箱(9)紧固连接，所述马道浮箱(9)的四个角区域均设置有第三连接件(10)，所述主浮箱(1)通过第一连接件(5)、第二连接件(6)与若干马道浮箱(9)的连接件(10)匹配连接；其中，所述马道浮箱(9)为高分子材料、轻质金属材料、无机非金属材料中的任一种或任多种材料制成的实心浮子。

2.根据权利要求1所述的水上光伏板支撑装置，其特征在于，所述主浮箱(1)为实心的轻质材料制成，且所述镂空通道(3)的两端通道开口中的一端通道开口位于主浮箱(1)的顶面，另一端通道开口部分或全部位于主浮箱(1)的吃水线下方。

3.根据权利要求2所述的水上光伏板支撑装置，其特征在于，所述镂空通道(3)的两端通道开口中的一端通道开口位于主浮箱(1)的顶面，另一端通道开口位于主浮箱(1)的底面和\或侧面。

4.根据权利要求1所述的水上光伏板支撑装置，其特征在于，主浮箱(1)的顶面为倾斜面，当主浮箱(1)静止浮于水面时，主浮箱的倾斜面(2)与水平面之间的倾角范围为0至40度，制作所述主浮箱(1)的轻质材料包括：高分子材料、轻质金属材料、无机非金属材料中的任一种或任多种的组合。

5.根据权利要求1所述的水上光伏板支撑装置，其特征在于，所述主浮箱(1)的周边上设有若干条凸块或者凹槽，所述马道浮箱(9)的周边设有对应的若干凹槽或者凸块，即主浮箱(1)的周边上的凸块与马道浮箱(9)的周边上的凹槽匹配连接，所述主浮箱(1)的周边上的凹槽与马道浮箱(9)的周边上的凸块匹配连接。

6.根据权利要求1所述的水上光伏板支撑装置，其特征在于，所述主浮箱(1)与若干马道浮箱(9)紧固连接后通过沉锚、打地桩、铁链中的任一种或者任多种方式固定浮在水面上。