一种利用垂荡抗浪减摇的海上光伏浮体阵列的制作方法

1.本发明涉及海上光伏技术领域，具体涉及一种利用垂荡抗浪减摇的海上光伏浮体阵列。


背景技术：

2.传统化石能源储量有限，并且对环境的污染相对比较大，因此可再生新型能源是当前的热点研究领域。光伏是新能源领域最重要发展方向之一，其在我国陆地广泛使用，相关技术也较为成熟，但我国土地资源紧缺，地面光伏电站挤占耕地、林地和草地等国土资源的问题日益显著，因此我国陆上光伏的发展受到一定限制，更多研究人员开始把眼光投向海上光伏领域。
3.海上光伏不占用土地资源，且易于向东部沿海区域输送电力，具有很大的发展前景。但海上光伏相关技术发展并不成熟，目前依然有许多技术困难未能很好的解决，海洋恶劣的风浪环境和腐蚀是海上浮式光伏面临的最大挑战。
4.海上浮式光伏是采用漂浮式的浮体来承载光伏板，由于海上环境复杂，经常会有较大的风浪，导致海面处于剧烈的波动状态，波浪作用会导致浮体周期性大幅纵摇运动，使得光伏板偏离最佳受光方向、日光自动追踪难度增加，严重影响发电效率，且加剧了装置倾覆的风险。因此，现提出一种能够抵抗风浪、减小纵摇的海上光伏浮体阵列。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种利用垂荡抗浪减摇的海上光伏浮体阵列，使得浮体只能发生垂荡方向的相对运动，有效提高了海上光伏浮体的抗浪减摇能力，并能稳定光伏的朝向。
6.为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种利用垂荡抗浪减摇的海上光伏浮体阵列，包括多个浮体和多个连接体，多个浮体通过连接体相互连接形成浮体阵列，浮体阵列的底部连接有多个系泊装置，每个浮体均能够相对其连接的连接体做垂荡运动。
8.进一步的，连接体包括连接体主体和顶板，连接体主体上对称设有四个光轴，顶板位于四个光轴顶部，顶板可拆卸连接在连接体主体顶部。
9.进一步的，浮体包括浮体主体，浮体主体的四个角处均设有连接轴承，连接轴承滑动连接在光轴上。
10.进一步的，连接轴承包括轴承座和直线轴承，轴承座固定连接在浮体主体的四个角处，直线轴承安装在轴承座上，直线轴承滑动连接在光轴上。
11.进一步的，轴承座的侧壁为凹弧形，连接体主体在光轴处设有与轴承座的凹弧形相配合的弧形面。
12.进一步的，连接体呈圆柱状，浮体主体的四个角均为凹弧形，浮体主体的凹弧形与连接体的侧壁相配合。
13.进一步的，顶板通过螺栓连接在连接体主体顶部。
14.进一步的，系泊装置包括多根系泊缆，多根系泊缆的顶端与浮体阵列中选定的连接体相连接，多根系泊缆的下端扭转绕成一根总系泊缆，总系泊缆的两端分别通过集束连接器固定，总系泊缆的底端锚固在海底。
15.进一步的，连接体主体的底部设有钩耳，系泊缆的顶端设有自锁钩，自锁钩与钩耳连接。
16.进一步的，集束连接器内部设有多个扭转通道，扭转通道的扭转角度与系泊缆的扭转角度一致。
17.总的说来，本发明具有如下优点：
18.一、本发明将多个浮体通过连接体相互连接形成浮体阵列，对各个方向的入射波都具有良好的抗浪减摇效果，能够应对复杂多变的海上环境。每个浮体仅能够相对其连接的连接体做垂荡运动。当海浪入射时，离散的浮体独立升沉来响应自由水面变化，将整体的纵摇运动转换为浮体间的垂荡运动，能够达到抗浪减摇效果，并稳定其上承载的光伏板，同时垂荡运动不引起倾斜，不影响光伏板的朝向。
19.二、本发明的轴承座的侧壁与连接体主体之间为弧形配合，浮体主体与连接体的侧壁之间也为弧形配合，弧形配合使得浮体和连接体发生相对垂荡运动的过程更加顺滑，避免结构出现卡死。
20.三、本发明的系泊装置可以锚定指定阵列区域内的多个浮体，通过多个关键系缆点上浮力的叠加维持系泊缆静平衡，解决了单一浮体浮力不足的问题；通过对浮体阵列上关键系缆点的恰当选取，能够实现仅用少量系泊缆控制整个浮体阵列的目的，有效控制系泊成本。
21.四、本发明的基础部件仅有浮体和连接体，生产加工简单，并且浮体和连接体的安装简单方便，若浮体阵列中的单个浮体或连接体发生损坏，可以直接进行更换，能够有效降低装置的安装和维护成本，工程应用范围广，具有广阔的应用前景。
附图说明
22.图1是本发明的浮体与连接体连接的结构示意图。
23.图2是本发明的连接体的结构示意图。
24.图3是本发明的浮体的结构示意图。
25.图4是本发明的系泊装置与浮体阵列连接的结构示意图。
26.图5是本发明的系泊装置的结构示意图。
27.图6是本发明的集束连接器的结构示意图。
28.图7是本发明的浮体阵列在受到横向波时各部件相对垂荡运动的效果图。
29.图8是本发明的浮体阵列在受到横向波时各部件相对垂荡运动的正视图。
30.图9是本发明的浮体阵列在受到斜向波时各部件相对垂荡运动的效果图。
31.图10是本发明的浮体阵列在受到斜向波时各部件相对垂荡运动的正视图。
32.其中：1为连接体，1-1为连接体主体，1-2为顶板，1-3为光轴，1-4为钩耳，2为浮体，2-1为浮体主体，2-2为连接轴承，2-2-1为轴承座，2-2-2为直线轴承，3为系泊装置，3-1为系泊缆，3-2为集束连接器，3-3为总系泊缆，3-4为自锁钩。
具体实施方式
33.下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
34.如图1至图10所示，一种利用垂荡抗浪减摇的海上光伏浮体阵列，包括多个浮体和多个连接体，多个浮体通过连接体相互连接形成浮体阵列，浮体阵列的底部连接有多个系泊装置，每个浮体均能够相对其连接的连接体做垂荡运动。每个浮体仅能够相对其连接的连接体做垂荡运动。当海浪入射时，离散的浮体独立升沉响应自由水面变化，将整体的纵摇运动转换为浮体间的垂荡运动，能够实现抗浪减摇效果，并稳定其上承载的光伏板，不影响光伏板的朝向。浮体阵列在应对各个方向来的入射波时，都能表现出良好的抗浪减摇效果，能够应对复杂多变的海上环境。
35.如图1至图3所示，连接体包括连接体主体和顶板，连接体主体上对称设有四个光轴，顶板位于四个光轴顶部，顶板可拆卸连接在连接体主体顶部。在本实施方式中，顶板通过螺栓连接在连接体主体顶部。浮体包括浮体主体，浮体主体的四个角处均设有连接轴承，连接轴承滑动连接在光轴上。使用时，将顶板取下，将浮体主体上的连接轴承套装在连接体主体的光轴上，然后再用螺栓将顶板连接固定在连接体主体顶部。
36.如图3所示，连接轴承包括轴承座和直线轴承，轴承座固定连接在浮体主体的四个角处，直线轴承安装在轴承座上，直线轴承滑动连接在光轴上。直线轴承可在光轴上上下滑动，使得浮体主体可以相对于连接体主体做垂荡运动。
37.如图1至图3所示，轴承座的侧壁为凹弧形，连接体主体在光轴处设有与轴承座的凹弧形相配合的弧形面。连接体呈圆柱状，浮体主体的四个角均为凹弧形，浮体主体的凹弧形与连接体的侧壁相配合。轴承座的侧壁与连接体主体之间为弧形配合，浮体主体与连接体的侧壁之间也为弧形配合，弧形配合使得浮体和连接体发生相对垂荡运动的过程更加顺滑，避免结构出现卡死。
38.如图4至图6所示，系泊装置包括多根系泊缆，多根系泊缆的顶端与浮体阵列中选定的连接体相连接，在本实施方式中，连接体主体的底部设有钩耳，系泊缆的顶端设有自锁钩，自锁钩与钩耳连接，将系泊缆顶端与连接体主体连接在一起；多根系泊缆的下端扭转绕成一根总系泊缆，总系泊缆的两端分别通过集束连接器固定，集束连接器内部设有多个扭转通道，扭转通道的扭转角度与系泊缆的扭转角度一致，使得多根系泊缆的下端能够扭转状态，总系泊缆的底端锚固在海底。
39.通过系泊装置可以锚定指定阵列区域内的多个浮体，多根系泊缆的顶端与浮体阵列中选定的连接体相连接，多个关键系缆点上浮力的叠加维持系泊缆静平衡，即多个系缆点共同承担静平衡浮力，解决了单一浮体浮力不足的问题。通过对浮体阵列上关键系缆点的恰当选取，能够实现仅用少量系泊缆控制整个浮体阵列的目的，有效控制系泊成本。
40.本发明的工作原理如下：
41.将多个浮体通过连接体相互连接形成浮体阵列，将浮体阵列划分为多个小阵列区域，每个小阵列区域的底部连接有一个系泊装置，每个小阵列区域通过一个系泊装置进行锚固，最终实现对整个浮体阵列的锚固；通过系泊装置可以锚定指定的小阵列区域内的多个浮体，通过多个关键系缆点上浮力的叠加维持系泊缆静平衡，解决了单一浮体浮力不足的问题；通过对浮体阵列上关键系缆点的恰当选取，能够实现仅用少量系泊缆控制整个浮体阵列的目的，有效控制系泊成本。
42.每个浮体上均承载有光伏板，每个浮体仅能够相对其连接的连接体做垂荡运动。当海浪入射时，离散的浮体独立升沉来响应自由水面变化，将整体的纵摇运动转换为浮体间的垂荡运动，能够达到抗浪减摇效果，并稳定其上承载的光伏板，同时垂荡运动不引起倾斜，不影响光伏板的朝向。
43.总的说来，本发明将多个浮体通过连接体相互连接形成浮体阵列，对各个方向的入射波都具有良好的抗浪减摇效果，能够应对复杂多变的海上环境。每个浮体仅能够相对其连接的连接体做垂荡运动。当海浪入射时，离散的浮体独立升沉来响应自由水面变化，将整体的纵摇运动转换为浮体间的垂荡运动，能够达到抗浪减摇效果，并稳定其上承载的光伏板，同时垂荡运动不引起倾斜，不影响光伏板的朝向。本发明的轴承座的侧壁与连接体主体之间为弧形配合，浮体主体与连接体的侧壁之间也为弧形配合，弧形配合使得浮体和连接体发生相对垂荡运动的过程更加顺滑，避免结构出现卡死。本发明的系泊装置可以锚定指定阵列区域内的多个浮体，通过多个关键系缆点上浮力的叠加维持系泊缆静平衡，解决了单一浮体浮力不足的问题；通过对浮体阵列上关键系缆点的恰当选取，能够实现仅用少量系泊缆控制整个浮体阵列的目的，有效控制系泊成本。本发明的基础部件仅有浮体和连接体，生产加工简单，并且浮体和连接体的安装简单方便，若浮体阵列中的单个浮体或连接体发生损坏，可以直接进行更换，能够有效降低装置的安装和维护成本，工程应用范围广，具有广阔的应用前景。
44.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种利用垂荡抗浪减摇的海上光伏浮体阵列，其特征在于：包括多个浮体和多个连接体，多个浮体通过连接体相互连接形成浮体阵列，浮体阵列的底部连接有多个系泊装置，每个浮体均能够相对其连接的连接体做垂荡运动。2.根据权利要求1所述的一种利用垂荡抗浪减摇的海上光伏浮体阵列，其特征在于：连接体包括连接体主体和顶板，连接体主体上对称设有四个光轴，顶板位于四个光轴顶部，顶板可拆卸连接在连接体主体顶部。3.根据权利要求2所述的一种利用垂荡抗浪减摇的海上光伏浮体阵列，其特征在于：浮体包括浮体主体，浮体主体的四个角处均设有连接轴承，连接轴承滑动连接在光轴上。4.根据权利要求3所述的一种利用垂荡抗浪减摇的海上光伏浮体阵列，其特征在于：连接轴承包括轴承座和直线轴承，轴承座固定连接在浮体主体的四个角处，直线轴承安装在轴承座上，直线轴承滑动连接在光轴上。5.根据权利要求4所述的一种利用垂荡抗浪减摇的海上光伏浮体阵列，其特征在于：轴承座的侧壁为凹弧形，连接体主体在光轴处设有与轴承座的凹弧形相配合的弧形面。6.根据权利要求3所述的一种利用垂荡抗浪减摇的海上光伏浮体阵列，其特征在于：连接体呈圆柱状，浮体主体的四个角均为凹弧形，浮体主体的凹弧形与连接体的侧壁相配合。7.根据权利要求2所述的一种利用垂荡抗浪减摇的海上光伏浮体阵列，其特征在于：顶板通过螺栓连接在连接体主体顶部。8.根据权利要求2所述的一种利用垂荡抗浪减摇的海上光伏浮体阵列，其特征在于：系泊装置包括多根系泊缆，多根系泊缆的顶端与浮体阵列中选定的连接体相连接，多根系泊缆的下端扭转绕成一根总系泊缆，总系泊缆的两端分别通过集束连接器固定，总系泊缆的底端锚固在海底。9.根据权利要求8所述的一种利用垂荡抗浪减摇的海上光伏浮体阵列，其特征在于：连接体主体的底部设有钩耳，系泊缆的顶端设有自锁钩，自锁钩与钩耳连接。10.根据权利要求8所述的一种利用垂荡抗浪减摇的海上光伏浮体阵列，其特征在于：集束连接器内部设有多个扭转通道，扭转通道的扭转角度与系泊缆的扭转角度一致。

技术总结
本发明涉及海上光伏技术领域，具体涉及一种利用垂荡抗浪减摇的海上光伏浮体阵列，包括多个浮体和多个连接体，多个浮体通过连接体相互连接形成浮体阵列，浮体阵列的底部连接有多个系泊装置，每个浮体均能够相对其连接的连接体做垂荡运动。本发明将多个浮体通过连接体相互连接形成浮体阵列，对各个方向的入射波都具有良好的抗浪减摇效果，能够应对复杂多变的海上环境。每个浮体仅能够相对其连接的连接体做垂荡运动。当海浪入射时，离散的浮体独立升沉来响应自由水面变化，将整体的纵摇运动转换为浮体间的垂荡运动，能够达到抗浪减摇效果，并稳定其上承载的光伏板，同时垂荡运动不引起倾斜，不影响光伏板的朝向。不影响光伏板的朝向。不影响光伏板的朝向。


技术研发人员：周斌珍 肖义 黄煦 金鹏 王婷婷 乔光全 张俊 陈旭达 魏建宇 方波 高超 王磊
受保护的技术使用者：中交第四航务工程勘察设计院有限公司
技术研发日：2022.12.15
技术公布日：2023/3/30