CN105897139B - 水上太阳能发电用复合材料浮体架台系统及其制作流程 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水上太阳能发电用复合材料浮体架台系统及其制作流程，该浮体架台系统包括复合材料浮体单元和复合材料支架系统；所述复合材料浮体单元主体部分为格构腹板增强复合材料泡沫夹芯层，其中泡沫化学成分为聚氨酯、聚氯乙烯或者聚醚酰亚胺，主体部分的中间开设贯通的矩形孔洞，孔洞四个角落各留出浮体部分不掏空，复合材料浮体单元四周预埋对接螺栓孔，将多个复合材料浮体单元沿纵、横向连成整体；所述复合材料支架系统为复合材料立柱支架系统或复合材料圆柱支架系统，由复合材料拉挤型材组成。本发明适用于水上光伏电站的建设，提高了整个浮体架台系统的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及浮动平台技术领域，具体说是一种应用广泛、绿色环保、维护费用低、用于水上太阳能发电的复合材料浮体架台系统及其制作流程。
背景技术
随着我国经济社会的发展，我国光伏发电进入飞速发展阶段，据统计截至2015年底，我国光伏发电累计装机容量达到4300万千瓦，超越德国成为全球规模最大的光伏市场。光伏电站的缺点之一是能量分散，占地面积大，因此，我国严格限制光伏电站占用耕地，鼓励光伏采用戈壁、沙漠、荒山。与传统地面光伏电站相比，浮动式光伏电站将光伏发电组件安装在水面浮体上，具有不占用土地资源、减少水量蒸发、抑制藻类生长的作用，同时水体对光伏组件及电缆的冷却也可有效提高发电效率。
作为水面光伏电站的重要支撑平台，浮体架台是关系到整个光伏电站能否正常运行发电的重要环节。目前光伏电站的全生命周期为25年，浮体架台必须具有良好的抗腐蚀性能、低密度、抗冻胀、抗风浪等特性来与之匹配。现有浮体架台中的浮体单元通常采用高密度聚乙烯材料，其使用寿命在15年左右，难以满足光伏电站全生命周期25年的要求；支架通常采用镀锌钢支架，其耐腐蚀性能一般，每隔3-5年需要重新镀锌，维护费用较高。而复合材料浮体架台系统使用寿命可达50年以上，且耐腐蚀性能优异，维护费用非常低，很好地解决了以上问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术问题，提出了一种水上太阳能发电用复合材料浮体架台系统及其制作流程，其绿色环保、耐腐蚀性能优异，使用寿命可达50年以上，满足光伏电站全生命周期25年的要求，可很好地应用于水上光伏电站的建设。
本发明采用的技术方案为：一种水上太阳能发电用复合材料浮体架台系统，该浮体架台系统包括复合材料浮体单元和复合材料支架系统；
所述复合材料浮体单元主体部分为格构腹板增强复合材料泡沫夹芯层，其中泡沫化学成分为聚氨酯、聚氯乙烯或者聚醚酰亚胺，主体部分的中间开设贯通的矩形孔洞，孔洞四个角落各留出适当大小浮体部分不掏空，复合材料浮体单元四周预埋对接螺栓孔，将多个复合材料浮体单元沿纵、横向连成整体；
所述复合材料支架系统为复合材料立柱支架系统或复合材料圆柱支架系统，由复合材料拉挤型材组成；
所述复合材料立柱支架系统包括复合材料立柱、复合材料纵向连接梁和复合材料横向连接梁，所述复合材料立柱预埋在复合材料浮体单元孔洞的四个角落预留的浮体上，复合材料纵向连接梁、复合材料横向连接梁与复合材料立柱之间采用螺栓相连，太阳能电池板通过Z型连接件固定在复合材料横向连接梁上；
所述复合材料圆柱支架系统包括复合材料次梁、复合材料主梁、复合材料竖向支撑、复合材料圆柱和复合材料抱箍，所述复合材料抱箍通过螺栓固定在复合材料圆柱上，复合材料竖向支撑与复合材料抱箍之间通过螺栓连接，复合材料主梁通过螺栓与复合材料竖向支撑相连，复合材料主梁上每隔一段距离通过螺栓连接固定一根复合材料次梁，太阳能电池板通过Z型连接件固定在复合材料次梁上。
作为优选，所述复合材料为树脂基纤维增强复合材料，纤维可采用玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维或者芳纶纤维，树脂可采用不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂或者环氧树脂。
作为优选，所述复合材料次梁的截面形状可以是方管型、U型或者槽型，立柱、连接梁、主梁和竖向支撑的截面形状可以是槽型、L型或者方管型。
作为优选，所述复合材料圆柱可以是复合材料约束混凝土柱、复合材料-混凝土-钢管组合柱、复合材料约束中空夹层钢管混凝土柱、格构腹板增强复合材料轻木夹芯柱等。
作为优选，所述复合材料抱箍可以不采用，直接将复合材料竖向支撑插入复合材料圆柱中固定，圆柱上表面可以倾斜成与主梁相同的角度，主梁搁置在圆柱上表面，替代部分竖向支撑。
上述复合材料水上浮体架台系统制作流程，包括以下步骤：
c、采用拉挤成型工艺制备复合材料拉挤型材；选定纤维及树脂种类，使纤维增强材料在牵引装置的拉引下，依次经过树脂浸渍装置、预成型模、加热到给定温度的钢制主成型模和后处理炉，以制得所需复合材料拉挤型材；
d、根据所选复合材料圆柱类型选择相应制备工艺；若选格构腹板增强复合材料轻木夹芯柱，则采用真空导入工艺，先根据设计参数要求将芯材切割成需要的尺寸，在每个切割成型的芯材四周包裹纤维布，然后将包裹纤维布的芯材摆放整齐，在其四周再铺设纤维布并铺设真空袋，利用真空泵抽出空气产生负压将树脂吸入，经进料孔充分浸渍纤维布，形成复合材料上、下面层及格构腹板；其他形式复合材料柱采用手糊工艺法制备；
c、采用手糊工艺法制作复合材料浮体单元；先将轻质芯材切割成所需尺寸，并固定好需预埋的螺栓孔和复合材料柱，在芯材上涂刷含有固化物的树脂混合物，再在其上铺贴一层按要求裁剪好的纤维织物，用刷子、压辊或刮刀压挤织物，使其均匀浸渍并排除气泡后，再涂刷树脂混合物和铺贴第二层纤维织物，反复上述过程直至达到所需厚度为止，固化、脱模得到复合材料浮体单元制品；
d、复合材料纵向连接梁、横向连接梁与立柱之间采用螺栓相连，太阳能电池板通过Z型连接件固定在横向连接梁上；或者将复合材料立柱和连接梁用复合材料圆柱支架系统替代，复合材料抱箍通过螺栓固定在圆柱上，竖向支撑与抱箍之间通过螺栓连接，复合材料主梁通过螺栓与竖向支撑相连，主梁上每隔一段距离通过螺栓连接固定一根次梁，太阳能电池板通过Z型连接件固定在次梁上。
有益效果：本发明通过将传统浮体架台中的高密度聚乙烯浮体单元和镀锌钢支架分别用复合材料浮体单元和拉挤型材替代，提高了整个浮体架台系统的使用寿命，解决了目前浮体架台使用寿命难以与光伏电站全生命周期相匹配的问题。
附图说明
图1为本发明复合材料浮体架台系统形式一(无太阳能电池板)；
图2为本发明复合材料浮体架台系统形式一(安置太阳能电池板)；
图3为本发明复合材料浮体架台系统形式二(无太阳能电池板)；
图4为本发明复合材料浮体架台系统形式二(安置太阳能电池板)；
图5为本发明浮体架台系统形式一中浮体单元示意图；
图6为本发明浮体架台系统形式二中浮体单元示意图；
图7为本发明浮体架台系统形式一中复合材料立柱(方管型)；
图8为本发明浮体架台系统形式一中复合材料纵向连接梁(槽型)；
图9为本发明浮体架台系统形式一中复合材料横向连接梁(槽型)；
图10为本发明浮体架台系统形式二中复合材料主梁(方管型)；
图11为本发明浮体架台系统形式二中太阳能支架系统；
其中：1—复合材料浮体单元；2—复合材料立柱；3—复合材料纵向连接梁；4—复合材料横向连接梁；5—太阳能电池板；6—复合材料主梁；7—复合材料次梁；8—复合材料竖向支撑；9—复合材料圆柱；10—复合材料抱箍。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1-11所示：
一种水上太阳能发电用复合材料浮体架台系统，该浮体架台系统包括复合材料浮体单元和复合材料支架系统；
所述复合材料浮体单元1主体部分为格构腹板增强复合材料泡沫夹芯层，其中泡沫化学成分为聚氨酯、聚氯乙烯或者聚醚酰亚胺，主体部分的中间开设贯通的矩形孔洞，孔洞四个角落各留出适当大小浮体部分不掏空，复合材料浮体单元四周预埋对接螺栓孔，将多个复合材料浮体单元沿纵、横向连成整体；
所述复合材料支架系统为复合材料立柱支架系统或复合材料圆柱支架系统，由复合材料拉挤型材组成；
所述复合材料立柱支架系统包括复合材料立柱2、复合材料纵向连接梁3和复合材料横向连接梁4，所述复合材料立柱2预埋在复合材料浮体单元1孔洞的四个角落预留的浮体上，复合材料纵向连接梁3、复合材料横向连接梁4与复合材料立柱2之间采用螺栓相连，太阳能电池板5通过Z型连接件固定在复合材料横向连接梁4上；
所述复合材料圆柱支架系统包括复合材料次梁7、复合材料主梁6、复合材料竖向支撑8、复合材料圆柱9和复合材料抱箍10，所述复合材料抱箍10通过螺栓固定在复合材料圆柱9上，复合材料竖向支撑8与复合材料抱箍10之间通过螺栓连接，复合材料主梁6通过螺栓与复合材料竖向支撑8相连，复合材料主梁6上每隔一段距离通过螺栓连接固定一根复合材料次梁7，太阳能电池板5通过Z型连接件固定在复合材料次梁7上。
所述复合材料为树脂基纤维增强复合材料，纤维可采用玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维或者芳纶纤维，树脂可采用不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂或者环氧树脂。所述复合材料次梁7的截面形状可以是方管型、U型或者槽型，立柱、连接梁、主梁和竖向支撑的截面形状可以是槽型、L型或者方管型。所述复合材料圆柱9可以是复合材料约束混凝土柱、复合材料-混凝土-钢管组合柱、复合材料约束中空夹层钢管混凝土柱、格构腹板增强复合材料轻木夹芯柱等。所述复合材料抱箍可以不采用，直接将复合材料竖向支撑插入复合材料圆柱中固定，圆柱上表面可以倾斜成与主梁相同的角度，主梁搁置在圆柱上表面，替代部分竖向支撑。
上述复合材料水上浮体架台系统制作流程，包括以下步骤：
a、采用拉挤成型工艺制备复合材料拉挤型材；选定纤维及树脂种类，使纤维增强材料在牵引装置的拉引下，依次经过树脂浸渍装置、预成型模、加热到给定温度的钢制主成型模和后处理炉，以制得所需复合材料拉挤型材；
b、根据所选复合材料圆柱类型选择相应制备工艺；若选格构腹板增强复合材料轻木夹芯柱，则采用真空导入工艺，先根据设计参数要求将芯材切割成需要的尺寸，在每个切割成型的芯材四周包裹纤维布，然后将包裹纤维布的芯材摆放整齐，在其四周再铺设纤维布并铺设真空袋，利用真空泵抽出空气产生负压将树脂吸入，经进料孔充分浸渍纤维布，形成复合材料上、下面层及格构腹板；其他形式复合材料柱采用手糊工艺法制备；
c、采用手糊工艺法制作复合材料浮体单元；先将轻质芯材切割成所需尺寸，并固定好需预埋的螺栓孔和复合材料柱，在芯材上涂刷含有固化物的树脂混合物，再在其上铺贴一层按要求裁剪好的纤维织物，用刷子、压辊或刮刀压挤织物，使其均匀浸渍并排除气泡后，再涂刷树脂混合物和铺贴第二层纤维织物，反复上述过程直至达到所需厚度为止，固化、脱模得到复合材料浮体单元制品；
d、复合材料纵向连接梁、横向连接梁与立柱之间采用螺栓相连，太阳能电池板通过Z型连接件固定在横向连接梁上；或者将复合材料立柱和连接梁用复合材料圆柱支架系统替代，复合材料抱箍通过螺栓固定在圆柱上，竖向支撑与抱箍之间通过螺栓连接，复合材料主梁通过螺栓与竖向支撑相连，主梁上每隔一段距离通过螺栓连接固定一根次梁，太阳能电池板通过Z型连接件固定在次梁上。
在上述制备工艺中：复合材料浮体单元和复合材料拉挤型材的结构形式与尺寸、纤维种类、含量及铺设形式、树脂种类、螺栓的尺寸及个数均可根据需要灵活调整。
以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种水上太阳能发电用复合材料浮体架台系统，其特征在于：该浮体架台系统包括复合材料浮体单元和复合材料支架系统；
所述复合材料浮体单元主体部分为格构腹板增强复合材料泡沫夹芯层，其中泡沫化学成分为聚氨酯、聚氯乙烯或者聚醚酰亚胺，主体部分的中间开设贯通的矩形孔洞，孔洞四个角落各留出浮体部分不掏空，复合材料浮体单元四周预埋对接螺栓孔，将多个复合材料浮体单元沿纵、横向连成整体；
所述复合材料支架系统为复合材料立柱支架系统或复合材料圆柱支架系统，由复合材料拉挤型材组成；
所述复合材料立柱支架系统包括复合材料立柱、复合材料纵向连接梁和复合材料横向连接梁，所述复合材料立柱预埋在复合材料浮体单元孔洞的四个角落预留的浮体上，复合材料纵向连接梁、复合材料横向连接梁与复合材料立柱之间采用螺栓相连，太阳能电池板通过Z型连接件固定在复合材料横向连接梁上；
所述复合材料圆柱支架系统包括复合材料次梁、复合材料主梁、复合材料竖向支撑、复合材料圆柱和复合材料抱箍；所述复合材料圆柱放置在复合材料浮体单元的两条短边向内侧伸出的小块浮体，以及复合材料浮体单元矩形孔洞之间的浮体上；所述复合材料抱箍通过螺栓固定在复合材料圆柱上，复合材料竖向支撑与复合材料抱箍之间通过螺栓连接，复合材料主梁通过螺栓与复合材料竖向支撑相连，复合材料主梁上每隔一段距离通过螺栓连接固定一根复合材料次梁，太阳能电池板通过Z型连接件固定在复合材料次梁上。
2.根据权利要求1所述的水上太阳能发电用复合材料浮体架台系统，其特征在于：所述复合材料立柱、复合材料纵向连接梁、复合材料横向连接梁、复合材料次梁、复合材料主梁、复合材料竖向支撑、复合材料圆柱和复合材料抱箍为树脂基纤维增强复合材料，纤维采用玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维或者芳纶纤维，树脂采用不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂或者环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的水上太阳能发电用复合材料浮体架台系统，其特征在于：所述复合材料次梁的截面形状是方管型、U型或者槽型，复合材料立柱、复合材料横向连接梁、复合材料纵向连接梁、复合材料主梁和复合材料竖向支撑的截面形状是槽型、L型或者方管型。
4.根据权利要求1所述的水上太阳能发电用复合材料浮体架台系统，其特征在于：所述复合材料圆柱是复合材料约束混凝土柱、复合材料-混凝土-钢管组合柱、复合材料约束中空夹层钢管混凝土柱、格构腹板增强复合材料轻木夹芯柱。
5.根据权利要求1所述的水上太阳能发电用复合材料浮体架台系统，其特征在于：所述复合材料竖向支撑插入复合材料圆柱中固定，复合材料圆柱上表面倾斜成与复合材料主梁相同的角度，复合材料主梁搁置在复合材料圆柱上表面。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的水上太阳能发电用复合材料浮体架台系统制作流程，其特征在于：包括以下步骤：
a、采用拉挤成型工艺制备复合材料拉挤型材；选定纤维及树脂种类，使纤维增强材料在牵引装置的拉引下，依次经过树脂浸渍装置、预成型模、加热到给定温度的钢制主成型模和后处理炉，以制得所需复合材料拉挤型材；
b、根据所选复合材料圆柱类型选择相应制备工艺；若选格构腹板增强复合材料轻木夹芯柱，则采用真空导入工艺，先根据设计参数要求将芯材切割成需要的尺寸，在每个切割成型的芯材四周包裹纤维布，然后将包裹纤维布的芯材摆放整齐，在其四周再铺设纤维布并铺设真空袋，利用真空泵抽出空气产生负压将树脂吸入，经进料孔充分浸渍纤维布，形成复合材料上、下面层及格构腹板；其他形式复合材料圆柱采用手糊工艺法制备；
c、采用手糊工艺法制作复合材料浮体单元；先将轻质芯材切割成所需尺寸，并固定好需预埋的螺栓孔和复合材料立柱，在芯材上涂刷含有固化物的树脂混合物，再在其上铺贴一层按要求裁剪好的纤维织物，用刷子、压辊或刮刀压挤织物，使其均匀浸渍并排除气泡后，再涂刷树脂混合物和铺贴第二层纤维织物，反复上述过程直至达到所需厚度为止，固化、脱模得到复合材料浮体单元制品；
d、复合材料纵向连接梁、复合材料横向连接梁与复合材料立柱之间采用螺栓相连，太阳能电池板通过Z型连接件固定在复合材料横向连接梁上；或者将复合材料立柱和复合材料纵向连接梁、复合材料横向连接梁用复合材料圆柱支架系统替代，复合材料抱箍通过螺栓固定在复合材料圆柱上，复合材料竖向支撑与复合材料抱箍之间通过螺栓连接，复合材料主梁通过螺栓与复合材料竖向支撑相连，复合材料主梁上每隔一段距离通过螺栓连接固定一根复合材料次梁，太阳能电池板通过Z型连接件固定在复合材料次梁上。
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