CN115296600B - 一种在极端海况下可自动折叠式光伏发电与消浪一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在极端海况下可自动折叠回收式一体化消浪光伏发电装置，包括由若干个发电单元阵列排布的光伏发电阵列和气象监测单元，气象监测单元设置在光伏发电阵列中，发电单元包括第一消波浮体、可自动折叠光伏板、升降机构和支撑杆，第一消波浮体上端面设有用于放置升降机构和可自动折叠光伏板的空心凹槽，升降机构下端固定在空心凹槽底部，上端通过支撑杆与可自动折叠光伏板连接；各发电单元之间，或气象监测单元和与其相邻的发电单元之间通过连接结构连接；气象监测单元用于实时监测海况信息，在平稳海况下，升降机构用于将可自动折叠光伏板升起到第一消波型浮体外，在极端恶劣海况下，将可自动折叠光伏板回收到第一消波型浮体内。

Description

一种在极端海况下可自动折叠式光伏发电与消浪一体化装置

技术领域

本发明涉及海上光伏发电平台的技术领域，具体涉及一种在极端海况下可自动折叠式光伏发电与消浪一体化装置。

背景技术

随着海洋强国战略的提出，人类对海洋的开发与探索日益深入。在这期间也让人类看到了海洋里丰厚的资源，但是在人类开发这些资源的途径中遇到了一个最大的屏障：风浪。大海上并不是时刻都风和日丽相反的是波涛汹涌，在风浪的吹打下很容易破会人类安装在海面上的各种装备设施或使某项功能无法正常工作。

光伏发电因其没有污染且取之不尽用之不竭在新能源中有着举足轻重的地位。但是随着人类的不断发展陆地资源日益匮乏，因此人类将目光投向了广袤无垠的大海。在海上光伏的布置虽没有了地域跟遮挡物的限制但是海上波涛连连对光伏的铺设又带来新的挑战。国内首个近海漂浮式光伏电站在海南万宁完成实证试验，能够抵御最大波高为1.61m，为此浮式光伏的抗浪成为研究的重点领域。在现有的技术中有各种通过加强自身结构或者在光伏铺设的迎浪面布置防波堤，但是这些还是无法在极端恶劣的海况下有效的保护光伏装置被风浪破坏。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种在极端海况下可自动折叠式光伏发电与消浪一体化装置，从而保护光伏设备不会在极端恶劣海况下被破坏。

技术方案：本发明的一种在极端海况下可自动折叠回收式一体化消浪光伏发电装置，包括由若干个发电单元阵列排布的光伏发电阵列和气象监测单元，其中，气象监测单元设置在光伏发电阵列中，发电单元包括第一消波浮体、可自动折叠光伏板、升降机构和支撑杆，消波浮体上端面开设有空心凹槽，可自动折叠光伏板包括中间板、右侧板、左侧板和限位板，右侧板和左侧板安装在中间板的两侧，并分别与其铰接，两块限位板分别安装在右侧板和左侧板底部，且能够分别随右侧板和左侧板沿与中间板的铰接轴向中间折叠，折叠后尺寸与空心凹槽匹配；升降机构下端固定在空心凹槽底部，上端通过支撑杆与可自动折叠光伏板的中间板连接；

气象监测单元监测到海况恶劣不适合发电作业时，各发电单元的可自动折叠光伏板的右侧板和左侧板及其相应的限位板向中间折叠，并在升降机构的作用下向下收缩，直至整个可自动折叠光伏板和支撑杆收回到消波浮体的空心凹槽内，且两块限位板盖合在空心凹槽上，防止海水进入空心凹槽内，在右侧板和左侧板打开过程中，当右侧板和左侧板旋转到180°时被限位板挡住无法再向外翻转。

优选的，右侧板和左侧板与中间板均采用行星齿轮组铰接，行星齿轮组包括驱动电机、太阳轮、行星轮和齿圈，驱动电机、太阳轮、行星轮均安装在中间板与右侧板和左侧板的轴接处内部，行星轮有三个，绕太阳轮圆周设置，且均与太阳轮啮合，齿圈设置在右侧板和左侧板与中间板的轴接处，且三个行星轮均与齿圈内壁啮合，驱动电机带动太阳轮转动，进而带动三个行星轮转动，行星轮带动齿圈转动，最后齿圈连带右侧板和左侧板转动，将右侧板和左侧板折叠覆盖在中间板上。

优选的，可自动折叠光伏板的中间板通过铰接轴铰接在支撑杆，使得可自动折叠光伏板能够跟随太阳不同的位置进行旋转。

优选的，限位板的周边贴有密封条。

优选的，升降机构包括剪刀式升降架和密封板，剪刀式升降架包括底座、液压杆和4根杆件，底座固定安装在消波浮体的空心凹槽的底部，支撑杆底部固定安装在密封板上端面，液压杆的推动和收缩带动杆件的升降，进而带动密封板的上升或下降，实现可自动折叠光伏板的升降。

优选的，密封板的尺寸与空心凹槽匹配，能够盖合在空心凹槽上，且在密封板边缘处设有橡胶垫。

优选的，气象监测单元包括第二消波浮体、风速仪和风向仪，第二消波浮体与发电单元的第一消波浮体大小相同，风速仪和风向仪分别设置在第二消波浮体上端面两端。

优选的，第一消波浮体和第二消波浮体的左右两端面上均设有连接部，各发电单元的第一消波浮体之间，以及气象监测单元的第二消波浮体和与其相邻的发电单元的第一消波浮体之间，均通过连接结构将其连接部连接。

优选的，连接结构包括橡胶圈和销钉，橡胶圈嵌入相邻两个单元的连接部内，销钉将橡胶圈固定在相邻两个单元的连接部上，实现将相邻的发电单元或气象监测单元和与其相邻的发电单元连接固定。

本发明的一种在极端海况下可自动折叠回收式一体化消浪光伏发电装置的控制方法，包括以下步骤：

气象监测单元将监测到的海况信息实时传递给控制器，控制器根据海况信息发送控制指令给每一个发电单元，若海况恶劣，则控制各发电单元上的驱动电机工作，驱动太阳轮转动，太阳轮带动行星轮转动，行星轮带动齿圈转动，最后齿圈连带右侧板和左侧板转动，将右侧板和左侧板折叠盖合在中间板上，同时，安装在右侧板和左侧板底部的两块限位板分别跟随右侧板和左侧板转动折叠；然后控制器控制升降机构的液压杆收缩，带动折叠后的可自动折叠光伏板下降至第一消波浮体的空心凹槽内，此时，两块限位板盖合在空心凹槽上；

当风浪过后，控制器控制升降机构的液压杆伸出，使可自动折叠光伏板升起；再控制驱动电机工作，使折叠的左侧板和右侧板打开，直至左侧板和右侧板与中间板齐平后驱动电机停止转动，同时各自的限位板也会限制左侧板和右侧板在重力的作用下继续转动。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术效果为：(1)本发明通过采用可自动折叠式的光伏结构，极大的提高了光伏在极端恶劣海况下的生存能力，从而解决了光伏在海上布置的难题。(2)本发明采用消波浮体，当多个发电单元组成一个发电阵列后就可以在其后方形成一个掩护区域，可以用来水产养殖或其他作业。(3)本发明采用一套自动控制系统，当气象监测模块监测到海况逐渐恶劣威胁到光伏生存时，光伏板就会自动折叠就通过伸缩机构自动缩回消波浮体内部，自动化程度高，不用依靠人力。

附图说明

图1是本发明装置结构示意图；

图2是本发明发电单元的轴侧图；

图3是本发明第一消波浮体的轴侧图；

图4是本发明可自动折叠光伏板的轴侧图；

图5是本发明可自动折叠光伏板的俯视图；

图6是本发明可自动折叠光伏板外侧板的轴侧图；

图7是本发明可自动折叠光伏板中间板的轴侧图；

图8是本发限位板的俯视图；

图9是本发明光伏板向收缩到消波浮体内的轴侧图；

图10是本发明内部升降机构的轴侧图；

图11是本发明气象监测单元的轴侧图；

图12是本发明连接装置的正视图；

图13是本发明光伏板折叠的动作图；

图14是本发明光伏板向下收缩的动作图；

图中：发电单元-1，第一消波浮体-11，空心凹槽-111，可自动折叠光伏板-12，中间板-126，右侧板-127，左侧板-128，限位板-123，密封条-124，铰接轴-125，行星齿轮轴-122，驱动电机-1211，太阳轮-1212，行星轮-1213，齿圈-1214，升降机构-13，剪刀型升降架-131，底座-1311，液压杆-1312，杆件-1313，密封板-132，支撑杆-14，气象监测单元-2，风速仪-21，风向仪-22，第二消波浮体-23，连接部-3，连接结构-4，橡胶圈-41，销钉-42。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本发明的一种在极端海况下可自动折叠回收式一体化消浪光伏发电装置包括由若干个发电单元1阵列排布的光伏发电阵列和气象监测单元2，气象监测单元设置在光伏发电阵列中，与若干个发电单元一起组合成如图1所示的阵列。阵列可以用来抵抗波浪的冲击，将背靠来浪区的一侧形成一个掩护区。气象监测单元2用于实时监测海洋环境尤其是大风等恶劣的天气气象，并通过控制器让发电单元做出相应的反应。

如图2所示，发电单元1包括第一消波浮体11、可自动折叠光伏板12、升降机构13和支撑杆14。如图3所示，第一消波浮体11为中空结构的箱体，其上端面设有用于安装升降机构13和可自动折叠光伏板12的空心凹槽111。前后两侧为圆弧形用于抵抗波浪的冲击。

可自动折叠光伏板12由三块板组成，外侧两块板可以向中间折叠。为实现外侧两块板的折叠，在其铰接出采用行星齿轮组，用小电机驱动。在外侧两块板的底部安装由限位板其作用是在打开的时候限制外侧两块板开到180°，在闭合时就折叠到了外侧两块板上面，可起到保护光伏板的目的，并且在限位板的外侧贴有密封条，可以使可自动折叠光伏板12收回到第一消波浮体内部后起到水密的作用。

如图4和图5所示，可自动折叠光伏板12由中间板126、右侧板127、左侧板128、还有安装在右侧板127和左侧板128底部的两块限位板123组成。右侧板127和左侧板128可以向中间折叠。如图5-图7所示，为实现外侧两块右侧板127、左侧板128的折叠，在其与中间板126的铰接处采用行星齿轮组122；行星齿轮组122包括驱动电机1211、太阳轮1212、行星轮1213和齿圈1214，驱动电机1211安装在中间板126的轴接处内部并且带动太阳轮1212转动，同时在中间板126的轴接处内部安装由3个行星轮1213与太阳轮1212啮合；在右侧板127和左侧板128的轴接处安装有齿圈1214，齿圈1214与行星轮1213啮合。当驱动电机1211转动时带动太阳轮1212转动再带动行星轮1213转动，行星轮1213带动齿圈1214转动，最后齿圈连带右侧板127和左侧板128转动，将右侧板127和左侧板128折叠覆盖在中间板126上；限位板123的周边贴有密封条124，当限位板123跟随右侧板127和左侧板128合起来后其大小跟第一消波浮体11的空心凹槽111大小一样，如图8和图9所示。在打开过程中当右侧板127和左侧板128旋转到180°时就会被限位板123挡住无法再向外翻转。

如图4和图10所示，可自动折叠光伏板12的中间板126的底部安装在支撑杆14上，支撑杆14的底部安装在升降机构13的密封板132上。可自动折叠光伏板12与支撑杆14之间采用铰接轴125铰接，并且铰接轴125内部有驱动机构，在气象监测单元2上安装有光照传感器用以感测太阳光强度并将信息传递给控制器，控制器控制125内部的驱动机构使可自动折叠光伏板12依照太阳的位置调节到最佳的角度从而提高发电效率。

如图10所示，升降机构13用于将可自动折叠光伏板12在平稳海况下将其升起到第一消波浮体11外或在极端恶劣海况下将可自动折叠光伏板12收到第一消波浮体11内。升降机构13由剪刀式升降架131和密封板132组成。剪刀式升降架131由底座1311、液压杆1312和4根杆件1313组成。底座1311固定安装在第一消波浮体11的空心凹槽111的底部。液压杆1312的推动和收缩带动杆件1313的升降，进而通过支撑杆14带动密封板132的上升或下降，实现可自动折叠光伏板12的升降。密封板132的大小与空心凹槽111一样，能够盖合在空心凹槽(111)上，并在密封板132边缘处设置橡胶垫，目的是防止水进入第一消波浮体11的内部。

如图11所示，气象监测单元2由第二消波浮体23、风速仪21风向仪22组成。第二消波浮体23与发电单元1的第一消波浮体11大小一致，风速仪21和风向仪22分别设置在第二消波浮体23上端面两端，用于测量实时天气状况。

如图2和图11所示，发电单元1和气象监测单元2的左右两端面上均设有连接部3，如图12所示，各单元之间的连接依靠连接结构4连接到一起，连接结构4由橡胶圈41和销钉42组成。将橡胶圈41卡进连接部3的中间后用销钉42穿过连接部3上的销钉孔再穿过橡胶圈，将橡胶圈连接到连接部3上。再将相邻单元的连接部也已同样的方式连接到橡胶圈41上。就实现将相邻单元的连接固定，使用橡胶圈的铰接可以释放一定的自由的从而适应海上环境。

一种在极端海况下可自动折叠式光伏发电与消浪一体化装置的控制方法，包含如下步骤：

气象监测单元2将实时监测到的数据实时传递给控制器，控制器将信息分析处理后，若当时的海况不适合发电作业时，就会控制每一个发电单元1上的驱动电机1211工作，驱动太阳轮1212转动，太阳轮1212带动行星轮1213转动，行星轮1213带动齿圈1214转动，最后齿圈1214连带右侧板127和左侧板128转动，右侧板127和左侧板128就会向中间翻折，如图13所示；同时，安装在右侧板127和左侧板128底部的两块限位板123分别跟随右侧板127和左侧板128转动折叠；当右侧板127和左侧板128折叠盖合在中间板126上后，控制器控制升降机构的液压杆1312收缩，带动折叠后的可自动折叠光伏板12下降，如图14所示，直至整个可自动折叠光伏板12收回到第一消波浮体11的空心凹槽111内，此时，两块限位板123就刚好盖合在空心凹槽111上，可以作为第一消波浮体11的盖子，如图9所示。当风浪过后，控制器控制升降机构的液压杆1312伸出，从而使可自动折叠光伏板12升起；再控制驱动电机1211工作，使折叠的左侧板128和右侧板127打开；当左侧板128和右侧板127转过180°与中间板126齐平后驱动电机1211停止转动，同时各自的限位板123也会限制左侧板128和右侧板127在重力的作用下继续转动。

Claims (7)

1.一种在极端海况下可自动折叠回收式一体化消浪光伏发电装置，其特征在于，包括由若干个发电单元阵列排布的光伏发电阵列和气象监测单元，其中，气象监测单元设置在光伏发电阵列中，发电单元包括第一消波浮体（11）、可自动折叠光伏板（12）、升降机构（13）和支撑杆（14），第一消波浮体（11）上端面开设有空心凹槽（111），可自动折叠光伏板（12）包括中间板（126）、右侧板（127）、左侧板（128）和限位板（123），右侧板（127）和左侧板（128）安装在中间板（126）的两侧，并分别采用星齿轮组（122）与其铰接，行星齿轮组（122）包括驱动电机（1211）、太阳轮（1212）、行星轮（1213）和齿圈（1214），驱动电机（1211）、太阳轮（1212）、行星轮（1213）均安装在中间板（126）与右侧板（127）和左侧板（128）的轴接处内部，行星轮（1213）有三个，绕太阳轮（1212）圆周设置，且均与太阳轮（1212）啮合，齿圈（1214）设置在右侧板（127）和左侧板（128）与中间板（126）的轴接处，且三个行星轮（1213）均与齿圈（1214）内壁啮合，驱动电机（1211）带动太阳轮（1212）转动，进而带动三个行星轮（1213）转动，行星轮（1213）带动齿圈（1214）转动，最后齿圈连带右侧板（127）和左侧板（128）转动，将右侧板（127）和左侧板（128）折叠覆盖在中间板（126）上；两块限位板（123）分别安装在右侧板（127）和左侧板（128）底部，且能够分别随右侧板（127）和左侧板（128）沿与中间板的铰接轴向中间折叠，折叠后尺寸与空心凹槽（111）匹配；升降机构（13）包括剪刀式升降架（131）和密封板（132），剪刀式升降架（131）包括底座（1311）、液压杆（1312）和4根杆件（1313），底座（1311）固定安装在空心凹槽（111）的底部，支撑杆（14）底部固定安装在密封板（132）上端面，液压杆（1312）的推动和收缩带动杆件（1313）的升降，进而带动密封板（132）的上升或下降，实现可自动折叠光伏板（12）的升降；中间板（126）通过铰接轴（125）铰接在支撑杆（14）上，使得可自动折叠光伏板（12）能够跟随太阳不同的位置进行旋转；

气象监测单元监测到海况恶劣不适合发电作业时，各发电单元的可自动折叠光伏板（12）的右侧板（127）和左侧板（128）及其相应的限位板（123）向中间折叠，并在升降机构（13）的作用下向下收缩，直至整个可自动折叠光伏板（12）和支撑杆（14）收回到第一消波浮体（11）的空心凹槽（111）内，且两块限位板（123）盖合在空心凹槽（111）上，防止海水进入空心凹槽（111）内，在右侧板（127）和左侧板（128）打开过程中，当右侧板（127）和左侧板（128）旋转到180°时被限位板（123）挡住无法再向外翻转。

2.根据权利要求1所述的一种在极端海况下可自动折叠回收式一体化消浪光伏发电装置，其特征在于，限位板（123）的周边贴有密封条（124）。

3.根据权利要求1所述的一种在极端海况下可自动折叠回收式一体化消浪光伏发电装置，其特征在于，密封板（132）的尺寸与空心凹槽（111）匹配，能够盖合在空心凹槽（111）上，且在密封板（132）边缘处设有橡胶垫。

4.根据权利要求1所述的一种在极端海况下可自动折叠回收式一体化消浪光伏发电装置，其特征在于，气象监测单元包括第二消波浮体（23）、风速仪（21）和风向仪（22），第二消波浮体（23）与发电单元的第一消波浮体（11）大小相同，风速仪（21）和风向仪（22）分别设置在第二消波浮体（23）上端面两端。

5.根据权利要求4所述的一种在极端海况下可自动折叠回收式一体化消浪光伏发电装置，其特征在于，第一消波浮体（11）和第二消波浮体（23）的左右两端面上均设有连接部（3），各发电单元的第一消波浮体（11）之间，以及气象监测单元的第二消波浮体（23）和与其相邻的发电单元的第一消波浮体（11）之间，均通过连接结构将其连接部连接。

6.根据权利要求5所述的一种在极端海况下可自动折叠回收式一体化消浪光伏发电装置，其特征在于，连接结构包括橡胶圈（41）和销钉（42），橡胶圈（41）嵌入相邻两个单元的连接部（3）内，销钉（42）将橡胶圈固定在相邻两个单元的连接部上，实现将相邻的发电单元或气象监测单元和与其相邻的发电单元连接固定。

7.一种权利要求1-6任一项所述在极端海况下可自动折叠回收式一体化消浪光伏发电装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

气象监测单元将监测到的海况信息实时传递给控制器，控制器根据海况信息发送控制指令给每一个发电单元，若海况恶劣，则控制各发电单元上的驱动电机（1211）工作，驱动太阳轮（1212）转动，太阳轮（1212）带动行星轮（1213）转动，行星轮（1213）带动齿圈（1214）转动，最后齿圈（1214）连带右侧板（127）和左侧板（128）转动，将右侧板（127）和左侧板（128）折叠盖合在中间板（126）上，同时，安装在右侧板（127）和左侧板（128）底部的两块限位板（123）分别跟随右侧板（127）和左侧板（128）转动折叠；然后控制器控制升降机构的液压杆（1312）收缩，带动折叠后的可自动折叠光伏板下降至第一消波浮体（11）的空心凹槽（111）内，此时，两块限位板（123）盖合在空心凹槽（111）上；

当风浪过后，控制器控制升降机构的液压杆（1312）伸出，使可自动折叠光伏板（12）升起；再控制驱动电机（1211）工作，使折叠的左侧板（128）和右侧板（127）打开，直至左侧板（128）和右侧板（127）与中间板（126）齐平后驱动电机（1211）停止转动，同时各自的限位板（123）也会限制左侧板（128）和右侧板（127）在重力的作用下继续转动。

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