提升光伏支架基础抗冻拔效果及发电效率的热循环系统

1.本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及一种提升光伏支架基础抗冻拔效果及发电效率的热循环系统。


背景技术：

2.冻土是一种包含土颗粒、冰包裹体、未冻水和气的复杂低温地质体。在寒区建筑施工建设和后期管护中，因冻土对温度极为敏感，气温变化可造成土体不同程度冻胀变形和融化下沉，不仅给施工造成巨大困难，还为后期建筑工程使用与养护带来不便。
3.随着光伏发电站在严寒地区的推广，近些年在北方寒区光伏支架基础冻胀破坏情况时有发生。光伏支架矩阵及其基础的受力特点是竖向荷载小、冻拔敏感性高，基础冻拔使上部支架和光伏板矩阵发生变形，增加维护成本，降低使用寿命和发电效率。
4.高效的利用太阳能进行光伏发电是未来的趋势，而在冻土地区，往往会因为基础的冻胀问题导致产生不均匀变形从而使发电效率降低。现有的支架基础不能很好的解决冻土地区抗冻胀和抗冻拔的问题，不利于对光伏电站在严寒地区的推广建设和发电效率的提升，同时太阳能一部分转化为热能使光伏板温度过高，降低其发电效率。因此需要进一步优化以解决光伏电站基础冻胀及光伏板温度过高导致光伏板使用寿命短及发电效率低的问题。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种应用于严寒地区可减少支架基础冻拔效应及提高光伏发电效率的光伏集热循环系统，该系统通过pvc管内相变微胶囊相变吸热降低光伏板温度提高光伏板发电效率，pvc管的另一端与钢管螺旋桩内的u形导热铜管入口连接，将所吸收的热量传递给导热铜管，最终通过导热铜管将热量传给螺旋桩内的低熔点pcm-3石蜡，同时u型导热管的出口端与pvc管的另一端连接将桩基础中的低温石蜡热量导出形成集热循环系统，减少或消除土体的冻胀力，解决了光伏支架基础的冻拔问题。
6.本发明采用的技术方案为：一种提升光伏支架基础抗冻拔效果及发电效率的热循环系统，热循环系统包括光伏板、pvc管、钢管螺旋桩、支架、u型导热铜管；所述pvc管布设在光伏板的背面，光伏板的两端安装固定在檩条上，檩条固定在支架上；所述pvc管为两组，每组pvc管的两个底部端口与u型导热铜管连通，形成闭合回路，u型导热铜管设置在填充有pcm-3石蜡的钢管螺旋桩的上部；所述pvc管和u型导热铜管内填充相变微胶囊和防冻液，相变微胶囊的囊壁为三聚氰胺-甲醛树脂，囊芯为相变温度为16℃的石蜡，防冻液采用低冰点的乙二醇型防冻液；所述支撑架固定在钢管螺旋桩上。
7.进一步地，所述pvc管回盘后固定在光伏板的背面。
8.进一步地，所述pvc管内填充的相变微胶囊的囊壁为三聚氰胺-甲醛树脂，囊芯为相变温度为16℃的石蜡，防冻液为低冰点的乙二醇型防冻液。
9.进一步地，所述钢管螺旋桩上部为密封腔室，pcm-3石蜡灌注在该腔室内， pcm-3
石蜡为al2o3纳米颗粒石蜡，其相变温度为-3℃。
10.进一步地，所述钢管螺旋桩由钢管、叶片、桩尖及端板焊接而成，钢管螺旋桩的表面镀锌，当钢管的壁厚大于6毫米时，其镀锌厚度不小于70微米，平均厚度不小于于85微米。
11.进一步地，所述钢管螺旋桩以旋转及静压的方式旋入土层中，钢管螺旋桩标准冻深至桩端范围内安装u型导热铜管和填充pcm-3石蜡，光伏板系统通过檩条和支架固定安装在钢管螺旋桩上部。
12.进一步地，所述钢管螺旋桩的壁厚应由抗拔力及管桩单桩承载力特征值确定，且t≥6mm。
13.进一步地，为防止温度损，将支架处的pvc管和高出地面处的螺旋桩做保温处理，保温层为泡沫保温层。
14.本发明的有益效果：提供了一种应用于严寒地区可减少支架基础冻拔效应及提高光伏发电效率的光伏集热循环系统，该系统通过pvc管内相变微胶囊相变吸热降低光伏板温度提高光伏板发电效率，pvc管的另一端与钢管螺旋桩内的u形导热铜管入口连接，将所吸收的热量传递给u型导热铜管，最终通过导热铜管将热量传给螺旋桩内的低熔点pcm-3石蜡，同时u性导热管的出口端与pvc管的另一端连接将桩基础中的低温石蜡热量导出形成集热循环系统。当桩身温度降低时，pcm-3石蜡通过相变释放热量提高增加桩身及桩周土体温度，从而减少或消除土体的冻胀力，解决支架基础的冻拔问题，减少光伏基础出现冻胀破坏或不均匀沉降的可能性。该系统的结构形式简单，可进行大规模的安装，延长冻土地区光伏电池的使用寿命，保证光伏电池的发电效率，避免不必要的损失。而且具有安装便捷、施工方式简单、成本低等特点，可对原有抗冻拔桩基础直接进行改造，不改变原有的工程结构，避免过多消耗人力物力资源。
附图说明
15.图1是实施例一的主视结构示意图；图2是实施例一中光伏板的安装示意图；图3是实施例一中pvc管的回路示意图；图4是实施例一中钢管螺旋桩的结构示意图；图5是实施例一中光伏板和pvc管的布设示意图。
具体实施方式实施例
16.参照各图，一种提升光伏支架基础抗冻拔效果及发电效率的热循环系统，热循环系统包括光伏板1、pvc管2、钢管螺旋桩3、支架4、u型导热铜管5；所述pvc管布设在光伏板的背面，光伏板的两端安装固定在檩条上，檩条固定在支架上；所述pvc管为两组，每组pvc管的两个底部端口与u型导热铜管连通，形成闭合回路，u型导热铜管设置在填充有pcm-3石蜡的钢管螺旋桩的上部；所述pvc管和u型导热铜管内填充相变微胶囊和防冻液，相变微胶囊的囊壁为三聚氰胺-甲醛树脂，囊芯为相变温度为16℃的石蜡，防冻液采用低冰点的乙二醇型防冻液；所述pvc管回盘后固定在光伏板的背面；pvc管内填充的相变微胶囊的囊壁为三
聚氰胺-甲醛树脂，囊芯为相变温度为16℃的石蜡，防冻液为低冰点的乙二醇型防冻液；所述支撑架固定在钢管螺旋桩上；所述钢管螺旋桩上部为密封腔室，pcm-3石蜡灌注在该腔室内， pcm-3石蜡为al2o3纳米颗粒石蜡，其相变温度为-3℃；钢管螺旋桩由钢管、叶片、桩尖及端板焊接而成，钢管螺旋桩的表面镀锌，当钢管的壁厚大于6毫米时，其镀锌厚度不小于70微米，平均厚度不小于于85微米。
17.严寒地区冬季由于土体冻胀导致支架基础出现不均匀冻拔现象，使光伏板变形，影响光伏板发电效率及寿命。同时光伏板温度过高也会导致光伏发电效率低。提升光伏支架基础抗冻拔效果及发电效率的热循环系统通过pvc管内相变微胶囊相变降低光伏板温度提高光伏板发电效率，pvc管的一端与钢管螺旋桩内的u形导热铜管入口连接，将所吸收的热量传递给导热铜管，最终通过导热铜管将热量传给螺旋桩内的低熔点pcm-3石蜡，同时u性导热管的出口端与pvc管的另一端连接将桩基础中的低温石蜡热量导出形成集热循环系统。当桩身温度降低时，pcm-3石蜡通过相变释放热量提高增加桩身及桩周土体温度，从而减少基础的不均匀冻胀造成的光伏板变形问题。普遍适用于严寒地区的光伏发电站。
18.本实施例中的钢管螺旋桩桩身为圆钢管，底端为尖头。底端焊接有叶片,上下相邻两个叶片的开口位置应错开并对称布置。钢管和尖头部分不得出现孔洞。若因镀锌工艺要求需要预留孔洞。出厂前应采取有效措施封堵，并做好防腐措施。
19.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种提升光伏支架基础抗冻拔效果及发电效率的热循环系统，其特征在于：热循环系统包括光伏板、pvc管、钢管螺旋桩、支架、u型导热铜管；所述pvc管布设在光伏板的背面，光伏板的两端安装固定在檩条上，檩条固定在支架上；所述pvc管为两组，每组pvc管的两个底部端口与u型导热铜管连通，形成闭合回路，u型导热铜管设置在填充有pcm-3石蜡的钢管螺旋桩的上部；所述pvc管和u型导热铜管内填充相变微胶囊和防冻液，相变微胶囊的囊壁为三聚氰胺-甲醛树脂，囊芯为相变温度为16℃的石蜡，防冻液采用低冰点的乙二醇型防冻液；所述支撑架固定在钢管螺旋桩上。2.根据权利要求1所述的一种提升光伏支架基础抗冻拔效果及发电效率的热循环系统，其特征在于：所述pvc管回盘后固定在光伏板的背面。3.根据权利要求1所述的一种提升光伏支架基础抗冻拔效果及发电效率的热循环系统，其特征在于：所述pvc管内填充的相变微胶囊的囊壁为三聚氰胺-甲醛树脂，囊芯为相变温度为16℃的石蜡，防冻液为低冰点的乙二醇型防冻液。4.根据权利要求1所述的一种提升光伏支架基础抗冻拔效果及发电效率的热循环系统，其特征在于：所述钢管螺旋桩上部为密封腔室，pcm-3石蜡灌注在该腔室内， pcm-3石蜡为al2o3纳米颗粒石蜡，其相变温度为-3℃。5.根据权利要求1所述的一种提升光伏支架基础抗冻拔效果及发电效率的热循环系统，其特征在于：所述钢管螺旋桩由钢管、叶片、桩尖及端板焊接而成，钢管螺旋桩的表面镀锌，当钢管的壁厚大于6毫米时，其镀锌厚度不小于70微米，平均厚度不小于于85微米。

技术总结
本发明属于建筑施工技术领域，具体涉及一种提升光伏支架基础抗冻拔效果及发电效率的热循环系统，包括光伏板、PVC管、钢管螺旋桩、支架、U型导热铜管；PVC管布设在光伏板的背面，光伏板的两端安装固定在檩条上，檩条固定在支架上；每组PVC管的两个底部端口与U型导热铜管连通，形成闭合回路，U型导热铜管设置在填充有PCM-3石蜡的钢管螺旋桩的上部；PVC管和U型导热铜管内填充相变微胶囊和防冻液，相变微胶囊的囊壁为三聚氰胺-甲醛树脂，囊芯为相变温度为16℃的石蜡，防冻液采用低冰点的乙二醇型防冻液；支撑架固定在钢管螺旋桩上。解决支架基础的冻拔问题，减少光伏基础出现冻胀破坏或不均匀沉降的可能性。均匀沉降的可能性。均匀沉降的可能性。


技术研发人员：于方舟 姜伟 李栋 刘功良 付海鹏 张宽 付世博
受保护的技术使用者：东北石油大学 黑龙江八一农垦大学
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/7/12