本發(fā)明涉及光伏發(fā)電領(lǐng)域，具體地指一種通道主浮體與支撐浮體耦合式水面光伏發(fā)電系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：
太陽能作為人類理想的清潔能源，對構(gòu)建低碳社會做出了重要貢獻(xiàn)。隨著光伏技術(shù)的不斷成熟，光伏發(fā)電日漸成為新能源發(fā)電的主力軍。但由于光伏電站占地面積大，不能合理配置土地資源，因此利用水面空間建設(shè)水上光伏是對資源的優(yōu)化利用，既可合理利用土地資源、提高發(fā)電量，又可保護(hù)水體環(huán)境、減少浮塵。水面漂浮式光伏電站利用浮管、浮箱等作為浮體，將其本身作為支架或在浮體上搭建支架，將光伏組件支撐起一定角度從而實現(xiàn)發(fā)電功能。由于水面漂浮光伏電站建成后常年漂浮于水面上，因此對浮體和支架材料的防水防腐蝕要求較高，加之水面漂浮式光伏電站建設(shè)、運維難度相對較大，造成水面漂浮式光伏電站項目綜合開發(fā)成本高。這成為了遏制水面漂浮式光伏電站推廣和發(fā)展的瓶頸。此外，目前已建成的水面漂浮式光伏電站大都地處內(nèi)陸湖泊、水庫、魚塘等靜止水面地區(qū)，而對于河流、海上等地區(qū)的漂浮式光伏電站，如何在流動水面情況下保證光伏電站的穩(wěn)定性和安全性也是非常關(guān)鍵的問題。目前，水面漂浮式光伏電站浮體專利已經(jīng)有很多，但大都未解決以上所提出的問題。如CN103516298A公開了一種用于平靜水面的浮體光伏系統(tǒng)，利用浮箱及支架將光伏組件支撐在水面上。但該專利僅提供了浮體的概念設(shè)計，并未詳細(xì)描述浮體的連接方式、穩(wěn)定性、可維護(hù)性等重要特征；CN105119558A公開了一種模塊化水上光伏陣列，利用在浮體上安裝連接機(jī)構(gòu)支撐光伏組件，但該專利未考慮光伏組件維護(hù)通道，不利于電站的后期維護(hù)；CN105790682A、CN204886790、CN204947966U、CN204947983U、CN105162399A、CN205105144U、CN204836054U等專利公開的水面光伏發(fā)電系統(tǒng)類似，均將浮體與支架合并構(gòu)成一體化的光伏組件支撐結(jié)構(gòu)，并設(shè)計了人行通道便于維護(hù)，但這些專利中每個光伏組件平均占用了3塊甚至更多的浮體結(jié)構(gòu)，使得光伏電站成本增加，不利于水面漂浮式光伏電站的商業(yè)化推廣應(yīng)用；申請?zhí)枮?016103175562的中國發(fā)明專利公開了一種L型水面光伏發(fā)電系統(tǒng)的浮體，這種浮桶采用左右支撐光伏組件的形式，并利用鋼材與鋼管緊固形成陣列，增強(qiáng)了浮體系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。但此專利中鋼材位置處于水面附近，容易對鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕損壞，并且浮體結(jié)構(gòu)過道單薄且間隔較大，不易于施工和維護(hù)；US2014224165A1、CN105186968A公開了一種光伏浮體，利用連接耳將第一組件支撐浮體與第二組件支撐浮體相互連接，形成了水面光伏電站的浮體與通道，并都利用軌道式卡件將光伏組件固定于第一組件支撐浮體上。但這種光伏浮體的第一組件支撐浮體體積較大，制造成本較高；連接耳連接方式中，連接耳作為應(yīng)力集中點，承載了浮體之間全部應(yīng)力，容易損壞；浮體設(shè)計傾角較低，難以適用于高維度地區(qū)；平均每塊光伏組件需要安裝16個零部件，安裝過程復(fù)雜，人工成本高；浮體未考慮放置電纜功能，使用過程中需額外鋪設(shè)大量浮體作為電纜通道，平均每塊光伏組件占用浮體總質(zhì)量約20.8kg，成本較高。目前水面光伏電站建設(shè)成本較高，且水上安裝難度較地面更大，因此如何簡化浮體結(jié)構(gòu)，降低浮體、部件及安裝成本，提高光伏電站的可維護(hù)性，合理設(shè)置電纜通道是目前水面漂浮式光伏電站持續(xù)發(fā)展中需要考慮和解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、安裝便宜、成本低、穩(wěn)定性好、更換方便的通道主浮體與支撐浮體耦合式水面光伏發(fā)電系統(tǒng)通道主浮體與支撐浮體耦合式水面光伏發(fā)電系統(tǒng)及方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種通道主浮體與支撐浮體耦合式水面光伏發(fā)電系統(tǒng)，所述水面光伏發(fā)電系統(tǒng)由多個光伏發(fā)電單元拼接而成，所述光伏發(fā)電單元包括兩個主浮體和組件支撐浮體且主浮體和組件支撐浮體采用插槽-連接耳方式進(jìn)行深度耦合連接，所述組件支撐浮體安裝于兩個主浮體之間，所述主浮體為封閉的方體，所述主浮體長度方向的兩端表面分別設(shè)置有高位限位板和低位限位板，所述主浮體的高位限位板與另一個主浮體的低位限位板配合固定，所述組件支撐浮體為頂面敞開的方體，所述組件支撐浮體的兩端面為弓形面，所述弓形面的兩端設(shè)置有咬合柱，所述主浮體寬度方向的兩個側(cè)壁均開設(shè)有與弓形面配合凹面，所述凹面兩側(cè)開設(shè)有用于安裝咬合柱的圓弧槽，所述組件支撐浮體一端的弓形面頂部兩端分別設(shè)置有高位立柱，另一端的弓形面頂部兩端分別設(shè)置有倒L形壓塊，所述高位立柱和倒L形壓塊上設(shè)置有光伏組件。所述光伏組件通過插槽-反扣式連接固定于組件支撐浮體上，所述主浮體作為人行通道，主浮體之間耦合相連，保證通道的連續(xù)性。倒L形壓塊厚度不宜超過20mm，防止遮擋光伏組件。光伏組件也可通過軌道式卡件、壓片式等多種連接方式與支撐件固定支撐。進(jìn)一步地，所述咬合柱外壁與組件支撐浮體側(cè)壁形成整體平面，所述咬合柱內(nèi)壁為半弧面，所述咬合柱內(nèi)壁與弓形面連接形成凹弧面，所述咬合柱頂部設(shè)置有連接耳，且所述連接耳外壁與咬合柱外壁重合，所述咬合柱下端設(shè)置有凸起。連接耳和凸起可增加主浮體與組件支撐浮體之間的咬合體積，增強(qiáng)了整體穩(wěn)定性；再進(jìn)一步地，所述圓弧槽的形狀與咬合柱相同，所述圓弧槽頂部設(shè)置有與連接耳配合固定的固定耳，所述圓弧槽和凹面底部設(shè)置有壓臺，所述圓弧槽底部的壓臺上開設(shè)有插孔，所述插孔固定凸起。起部分高度略大于插孔深度，防止意外脫扣；咬合柱與圓弧槽配合可增加主浮體與組件支撐浮體之間的咬合體積，增強(qiáng)了整體性和穩(wěn)定性；咬合部分體積占比以5％至20％為宜，過小會造成應(yīng)力集中，過大會影響組件支撐浮體浸水體積，影響浮力；再進(jìn)一步地，所述主浮體一側(cè)的長度方向的兩端設(shè)置有一對限位塊，所述高位限位板和低位限位板上對稱開設(shè)有兩個固定孔。限位擋塊對光伏組件限位，限位擋塊厚度設(shè)置不宜超過50mm，防止遮擋光伏組件；再進(jìn)一步地，所述主浮體底部的中軸線上開設(shè)有一條凹條，所述圓弧槽兩側(cè)的主浮體底部設(shè)置有垂直于凹條的凹槽。凹條和凹槽可加固下表面結(jié)構(gòu)、增加浮體親水面積，并可作為流水孔，減小風(fēng)浪對浮體的動載荷。再進(jìn)一步地，所述組件支撐浮體兩側(cè)壁的頂部表面均開設(shè)有條形槽，所述組件支撐浮體兩側(cè)壁的頂部表面開設(shè)有多個垂直于條形槽的沉降凹槽。沉降凹槽可放置電纜，并設(shè)置沉降凹槽便于鋪設(shè)板狀過道；再進(jìn)一步地，所述條形槽上鋪設(shè)有通道柵格板。通道柵格板保證人行通道的連續(xù)性；再進(jìn)一步地，所述組件支撐浮體兩側(cè)壁的底面垂直于側(cè)壁的開設(shè)有多個弧形凹槽?；⌒伟疾劭杉庸滔卤砻娼Y(jié)構(gòu)、增加浮體親水面積，并可作為流水孔，減小風(fēng)浪對浮體的動載荷。再進(jìn)一步地，所述高位立柱的頂部為斜面，所述高位立柱頂部外壁上設(shè)置有傾斜的反扣板，所述反扣板與高位立柱頂面形成一條隙縫，所述光伏組件的側(cè)壁上對稱設(shè)置有與反扣板配合固定的限位螺栓，所述反扣板上開設(shè)有螺栓孔。本發(fā)明還提供了一種通道主浮體與支撐浮體耦合式水面光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝方法，包括以下步驟：a主浮體的高位限位板與另一個主浮體的低位限位板配合，并高位限位板的固定孔與低位限位板的固定孔通過螺栓連接固定；形成多排主浮體組件；b將組件支撐浮體一端的弓形面與主浮體一側(cè)面的凹面配合安裝并固定在壓臺上，弓形面兩端的咬合柱插入圓弧槽內(nèi)，咬合柱下端設(shè)置有凸起插入插孔內(nèi)并用螺栓固定，連接耳與固定耳重合并通過螺栓固定，倒L形壓塊與限位塊配合并在同一水平上；組件支撐浮體部分下表面位于主浮體壓臺之上，將部分受力轉(zhuǎn)移至主浮體上，降低了組件支撐浮體的強(qiáng)度需求；弓形面與主浮體相配合，提高整體穩(wěn)定性；連接耳與固定耳通過螺栓連接，將主浮體與組件支撐浮體穩(wěn)定連接。c將組件支撐浮體另一端的弓形面與另一個主浮體另一側(cè)面的凹面配合安裝并固定在壓臺上，弓形面兩端的咬合柱插入圓弧槽內(nèi)，咬合柱下端設(shè)置有凸起插入插孔內(nèi)并用螺栓固定，連接耳與固定耳重合并通過螺栓固定，d所述光伏組件長邊一側(cè)與高位立柱上部反扣板配合，另一側(cè)插入組件支撐浮體低位立柱插槽，并將限位螺栓與螺栓孔固定，即得到通道主浮體與支撐浮體耦合式水面光伏發(fā)電系統(tǒng)。限制光伏組件上下方向的移動，并利用限位螺栓固定光伏組件，限制光伏組件前后方向的移動，利用主浮體上的限位擋塊限制光伏組件左右方向的移動，實現(xiàn)了光伏組件的緊固。本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供了通道主浮體與支撐浮體耦合式水面光伏發(fā)電系統(tǒng)通道主浮體與支撐浮體耦合式水面光伏發(fā)電系統(tǒng)及方法，利用水面漂浮式浮體，形成結(jié)構(gòu)簡單、安裝便宜、成本低、穩(wěn)定性好的水面光伏發(fā)電系統(tǒng)，其有益效果如下：1、本發(fā)明提供的水面漂浮式光伏電站發(fā)電系統(tǒng)，利用了一種水面漂浮式浮體，包括主浮體及組件支撐浮體。主浮體與組件支撐浮體采用插槽-連接耳方式進(jìn)行深度耦合連接，浮體間面接觸避免了點接觸引起的應(yīng)力集中問題，在增強(qiáng)整體穩(wěn)定性的同時增加了浮體的耐用性。2、本發(fā)明提供的組件支撐浮體下端以插槽形式與主浮體配合，插槽部分位于主浮體之上，將部分受力轉(zhuǎn)移至主浮體上，降低了組件支撐浮體的強(qiáng)度要求，可簡化組件支撐浮體的形式，降低造價。3、本發(fā)明提供的組件支撐浮體形式增加了主浮體與組件支撐浮體之間的咬合體積，使其相互之間連接更為緊密，增強(qiáng)了水面光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性，可減弱光伏組件的擺動幅度，提高發(fā)電量。4、本發(fā)明提供的主浮體與組件支撐浮體采用下部插槽、上部連接耳的連接方式，可實現(xiàn)浮體間的快速定位與連接，大大減少了單塊光伏組件的平均零件安裝數(shù)目，節(jié)約人力成本。5、本發(fā)明提供的光伏組件支撐形式，通過高位立柱上的反扣與低位立柱上與光伏組件邊緣相配合的倒L形壓塊將光伏組件固定于扶梯上，并在限位孔中安裝限位螺栓限制光伏組件的移動，配合主浮體上表面的限位擋塊對光伏組件在前后、左右、上下六個方向進(jìn)行固定。此固定方式簡化了光伏組件安裝過程，便于光伏組件的安裝和維護(hù)。6、主浮體作為人行通道，可為水面漂浮式光伏電站提供安裝、檢修、維護(hù)空間，利于光伏電站的前期安裝和后期運維。7、本發(fā)明提供的光伏浮體連接件上表面設(shè)置多個凹槽，可作為電纜槽分類放置電纜，合理利用了光伏組件下方空間；高低位立柱與附近的立式連接耳形成的凹槽可作為少量電纜放置槽，防止電纜落水。附圖說明圖1為本發(fā)明的通道主浮體與支撐浮體耦合式水面光伏發(fā)電系統(tǒng)整體圖；圖2為主浮體的立體圖；圖3為圖2的仰視圖；圖4為組件支撐浮體的立體圖；圖5為圖4的仰視圖；圖6為組件支撐浮體與通道柵格板的組合圖；圖7為主浮體和組件支撐浮體的組合圖；圖8為光伏發(fā)電單元的示意圖；圖9為圖8的側(cè)面圖；圖10為光伏組件細(xì)節(jié)圖；圖11為光伏組件安裝示意圖；圖12為光伏組件安裝細(xì)節(jié)圖；圖中，主浮體1、高位限位板1.1、低位限位板1.2、凹面1.3、圓弧槽1.4、固定耳1.41、壓臺1.5、插孔1.51、限位塊1.6、凹條1.7、凹槽1.8、固定孔1.9、組件支撐浮體2、弓形面2.1、咬合柱2.2、連接耳2.21、凸起2.22、高位立柱2.3、倒L形壓塊2.4、條形槽2.5、沉降凹槽2.6、弧形凹槽2.7、反扣板2.8、螺栓孔2.81、隙縫2.9、光伏組件3、限位螺栓3.1、通道柵格板4。具體實施方式為了更好地解釋本發(fā)明，以下結(jié)合具體實施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的主要內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于以下實施例。如圖1～9所示：一種通道主浮體與支撐浮體耦合式水面光伏發(fā)電系統(tǒng)，水面光伏發(fā)電系統(tǒng)由多個光伏發(fā)電單元拼接而成，光伏發(fā)電單元包括兩個主浮體1和組件支撐浮體2，組件支撐浮體2安裝于兩個主浮體1之間，主浮體1為封閉的方體，主浮體1長度方向的兩端表面分別設(shè)置有高位限位板1.1和低位限位板1.2，主浮體1的高位限位板1.1與另一個主浮體1的低位限位板1.2配合固定，組件支撐浮體2為頂面敞開的方體，組件支撐浮體2的兩端面為弓形面2.1，弓形面2.1的兩端設(shè)置有咬合柱2.2，主浮體1寬度方向的兩個側(cè)壁均開設(shè)有與弓形面2.1配合凹面1.3，凹面1.3兩側(cè)開設(shè)有用于安裝咬合柱2.2的圓弧槽1.4，組件支撐浮體2一端的弓形面2.1頂部兩端分別設(shè)置有高位立柱2.3，另一端的弓形面2.1頂部兩端分別設(shè)置有倒L形壓塊2.4，高位立柱2.3和倒L形壓塊2.4上設(shè)置有光伏組件3。咬合柱2.2外壁與組件支撐浮體2側(cè)壁形成整體平面，咬合柱2.2內(nèi)壁為半弧面，咬合柱2.2內(nèi)壁與弓形面連接形成凹弧面，咬合柱2.2頂部設(shè)置有連接耳2.21，且連接耳2.21外壁與咬合柱2.2外壁重合，咬合柱2.2下端設(shè)置有凸起2.22。圓弧槽1.4的形狀與咬合柱2.2相同，圓弧槽1.4頂部設(shè)置有與連接耳2.21配合固定的固定耳1.41，圓弧槽1.4和凹面1.3底部設(shè)置有壓臺1.5，圓弧槽1.4底部的壓臺1.5上開設(shè)有插孔1.51，插孔1.51固定凸起2.22。主浮體1一側(cè)的長度方向的兩端設(shè)置有一對限位塊1.6，高位限位板1.1和低位限位板1.2上對稱開設(shè)有兩個固定孔1.9。主浮體1底部的中軸線上開設(shè)有一條凹條1.7，圓弧槽1.4兩側(cè)的主浮體1底部設(shè)置有垂直于凹條1.7的凹槽1.8。組件支撐浮體2兩側(cè)壁的頂部表面均開設(shè)有條形槽2.5，組件支撐浮體2兩側(cè)壁的頂部表面開設(shè)有多個垂直于條形槽2.5的沉降凹槽2.6。條形槽2.5上鋪設(shè)有通道柵格板4。組件支撐浮體2兩側(cè)壁的底面垂直于側(cè)壁的開設(shè)有多個弧形凹槽2.7。高位立柱2.3的頂部為斜面，高位立柱頂部外壁上設(shè)置有傾斜的反扣板2.8，反扣板2.8與高位立柱頂面形成一條隙縫2.9，光伏組件3的側(cè)壁上對稱設(shè)置有與反扣板2.8配合固定的限位螺栓3.1，反扣板2.8上開設(shè)有螺栓孔2.81。上述通道主浮體與支撐浮體耦合式水面光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝方法，包括以下步驟：a.主浮體1的高位限位板1.1與另一個主浮體1的低位限位板1.2配合，并高位限位板1.1的固定孔1.9與低位限位板1.2的固定孔1.9通過螺栓連接固定；形成多排主浮體1組件；b.將組件支撐浮體2一端的弓形面2.1與主浮體1一側(cè)面的凹面1.3配合安裝并固定在壓臺1.5上，弓形面2.1兩端的咬合柱2.2插入圓弧槽1.4內(nèi)，咬合柱2.2下端設(shè)置有凸起2.22插入插孔1.51內(nèi)并用螺栓固定，連接耳2.21與固定耳1.41重合并通過螺栓固定，倒L形壓塊2.4與限位塊1.6配合并在同一水平上；c.將組件支撐浮體2另一端的弓形面2.1與另一個主浮體1另一側(cè)面的凹面1.3配合安裝并固定在壓臺1.5上，弓形面2.1兩端的咬合柱2.2插入圓弧槽1.4內(nèi)，咬合柱2.2下端設(shè)置有凸起2.22插入插孔1.51內(nèi)并用螺栓固定，連接耳2.21與固定耳1.41重合并通過螺栓固定；d.所述光伏組件3長邊一側(cè)與高位立柱2.3上部反扣板2.8配合，另一側(cè)插入組件支撐浮體低位立柱插槽2.4，并將限位螺栓3.1與螺栓孔2.81固定，即得到通道主浮體與支撐浮體耦合式水面光伏發(fā)電系統(tǒng)。浮力計算：本實施例采用功率260Wp，尺寸為992mm×1650mm的多晶硅組件，以88塊光伏組件為一個單元計算其承載能力如下：水面光伏發(fā)電系統(tǒng)總承重：光伏組件：20Kg/塊×88＝1760kg；浮體自重：主浮體：7.86Kg/塊×117塊＝919.62kg；組件支撐浮體：6.77kg/塊×104塊＝704.08kg；人行通道板：10kg/塊×16塊＝160kg；安裝檢修人員：按8人×75Kg/人＝600Kg。若考慮2.0的安全系數(shù)，總承重約8287.4kg。水面光伏發(fā)電系統(tǒng)總浮力：根據(jù)浮力公式，主浮體可提供浮力為147kg/塊，組件支撐浮體可提供浮力為68kg/塊，則總浮力為：147kg/塊×117塊+68kg/塊×104塊＝24271kg。因此，本實施例可充分保證水面光伏發(fā)電系統(tǒng)的浮力需求。安裝件工作量計算：本實施例以88塊光伏組件為一個單元計算其安裝件數(shù)目如下：主浮體連接螺栓：9排×24顆/排＝216顆主浮體與組件支撐浮體連接螺栓：9排×52顆/排＝468顆組件限位螺栓：88塊×2顆/塊＝176顆安裝件總量為860件，浮體及組件安裝件工作量平均到每塊光伏組件的數(shù)量約為9.77件。與專利US2014224165A1相比，單位光伏組件安裝件工作量下降了約6件。因此，本實施例可降低安裝件工作量，節(jié)約人工成本。浮體成本計算：本實施例以88塊光伏組件為一個單元計算單塊光伏組件所需浮體材料，其中浮體壁厚和主浮體高度取值與專利US2014224165A1、CN105186968A類似，分別為：浮體壁厚：上表面5mm，其余部分3mm浮體高度：200mm單個浮體所需材料：主浮體：8.67kg/個，組件支撐浮體：6.77kg/個每個光伏單元所需浮體材料為：117個×8.67kg/個+104×6.77kg/個＝1718.47kg平均單塊光伏組件所需材料為：1718.47kg/88＝19.5kg則與專利US2014224165A1、CN105186968A相比，單塊光伏組件節(jié)約材料約1.3kg。因此，本實施例可降低材料用量，節(jié)約成本。其它未詳細(xì)說明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。盡管上述實施例對本發(fā)明做出了詳盡的描述，但它僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部實施例，人們還可以根據(jù)本實施例在不經(jīng)創(chuàng)造性前提下獲得其他實施例，這些實施例都屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。