【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及浮式光伏结构，具体地说是一种动态水下光伏发电系统和方法。
技术介绍
1、太阳能是一种清洁能源，人类对太阳能的开发热潮从未消退，当前我国陆地光伏发展主要受限于地形和人口密度，因此我国陆地光伏发电主要集中在中西部等地广人稀的地方，但这些地域通常不是用电需求较大的区域。随着各国对海洋资源的深入开发，浮式光伏发电平台开始出现于内陆湖泊、水库等水域，并逐渐向近海岸和浅海水域进发。我国拥有广阔的海洋国土，海洋面积广阔，在海上建设光伏电站，可以有效地节约土地资源、降低传输损耗、并利用海上充足的光照和较低的气温提高太阳能利用效率。
2、在目前的相关技术中，首先，大部分的浮式光伏装置浮体之间的连接使用柔性连接，在浅海布置的浮式光伏结构，根据微幅波理论，水流对结构的激励力存在一定夹角，这使得在浅海布置的浮式光伏结构受力相比深海布置的同型结构更加复杂，在出现恶劣海况时，可能出现严重的倾覆现象，这种倾覆现象不仅是单纯的结构损伤，而且通常伴随电气火灾，如：2019年日本千叶县浮式光伏火灾事故；其次，在海洋环境下的光伏板养护也缺乏高效方案，光伏板是太阳能发电的重要组件，光伏面板需要定期清洁，以保证阳光通过率，但海上光伏布置地点通常远离陆地，由于浮式光伏的特殊性，光伏面板清洁难度极大；最后，虽然海上光伏与陆地光伏相比拥有更易散热的优势，但海上光伏相比陆地更高的光照强度，使得光伏面板依然存在长时间工作后温度升高带来的发电效率下降的问题。
3、因此，有必要提供一种动态水下光伏发电系统解决上述问题。
1、本专利技术的目的是提供一种动态水下光伏发电系统和方法，通过浸没式光伏组件降低光伏组件温度，结合弹性连接杆和动态深度调整装置减少水利激励力对结构的影响，并通过动态深度调整装置使光伏面板始终浸没于水面下的固定深度，利用海水对光伏结构进行清洁与降温。
2、为了达到上述目的，本专利技术提供了一种动态水下光伏发电系统，包括浸没式光伏组件、弹性连接杆，所述浸没式光伏组件包括光伏面板，所述光伏面板浸没于水面下1厘米，相邻的浸没式光伏组件通过弹性连接杆相连接。
3、还包括上部连接揽与动态深度调整装置，所述动态深度调整装置上端设置上部连接揽，所述上部连接揽与浸没式光伏组件相连接，下部锚定揽收纳于动态深度调整装置内部，所述下部锚定揽从动态深度调整装置下端伸出并锚固于海底。
4、所述浸没式光伏组件包括浸没式浮箱，所述浸没式浮箱上部安装有光伏面板，所述光伏面板两侧安装有l型钢管，所述l型钢管向水面方向伸出并在中部拐角处设置有肘板，所述l型钢管伸出端与矩形架连接，所述矩形架与l型钢管连接点之间安装有1个浮体球，所述矩形架平行于l型钢管布置方向段安装有2个浮体球，所述矩形架拐角处设置有上肘板。
5、所述浸没式浮箱四周的中部设置有安装孔，所述安装孔内部设置有卡槽，所述浸没式浮箱下部安装有水深传感器。
6、所述弹性连接杆包括连接杆、限位套环和吸能弹簧，所述限位套环嵌套安装在连接杆两端，所述吸能弹簧两端分别与连接杆和密封盖连接，所述密封盖安装在套管一端，所述套管另一端嵌套安装在连接杆、限位套环和吸能弹簧外部，所述套管可沿吸能弹簧压缩方向滑动，所述套管的密封盖安装端设置有复位弹簧，所述复位弹簧压缩方向上与套管交接处设置有卡块。
7、所述弹性连接杆两端可沿安装孔插入，复位弹簧压缩，卡块沿复位弹簧压缩方向移动，当弹性连接杆行进至安装孔顶端时，卡块卡入卡槽完成连接。
8、所述动态深度调整装置包含外层壳体，所述外层壳体为上下对称的扁平流线型，所述外层壳体顶部外表面连接有上部连接揽，所述外层壳体上部设置有安置槽，所述安置槽内部中间设置有加速度传感器，所述安置槽前端设置有平行于上部连接揽的传动杆，所述传动杆从外层壳体内部伸出并沿纵向贯穿安置槽，所述安置槽用于安置未伸出的升力水翼，所述升力水翼一端固定于传动杆另一端悬挑，所述升力水翼悬挑端安装有流速传感器。
9、所述外层壳体中部前段内部设置有开合控制电机，所述开合控制电机连接有传动蜗轮，所述传动蜗轮两侧直接连接有各一个传动蜗杆，所述传动蜗杆嵌套安装在传动杆外表面并带动传动杆轴向旋转。
10、所述外层壳体中部后段内部设置有上下两层隔板，上隔板安装有收放控制电机，下隔板安装有绞缆机，所述收放控制电机和绞缆机之间使用传动齿轮连接，所述绞缆机收束有下部锚定揽，所述下部锚定揽经过滑轮从外层壳体下方穿出。
11、所述动态深度调整装置内设置的下部锚定揽在伸出至外层壳体后与上部连接揽共线并且动态深度调整装置以该线为旋转轴可进行360度旋转，所述动态深度调整装置形心在上部连接揽和下部锚定揽连线的后方。
12、所述升力水翼仰角α1与水流方向和水平方向的夹角α2相同，所述仰角α1具体大小根据布置区域实地水文情况设置，所述外层壳体底部安装有前后各一个水平推进装置，所述水平推进装置安装方向与水流方向的水平分量相反。
13、所述动态深度调整装置通过控制升力水翼开合产生不同大小的升力抵抗水体对结构的激励力，调节过程中需要满足一定的力学关系，所述动态深度调整装置升力调节过程由公式fl=f激励进行控制，其中fl为水翼升力，f激励为水流激励力，具体到所述升力水翼的开合角度α大小，可通过进一步推导得到如下关系式：
14、；
15、其中，α为升力水翼开合角度，m为系统总质量，a为加速度传感器探测的z轴方向的加速度，ρ为动态深度调整装置部署水域的水体密度，g为重力加速度，v为系统浮体总体积，l为水翼几何长度，v2为流速传感器探测的水流速度，cl为水翼升力系数，b1为几何弦长，所述几何弦长为水翼的前缘与后缘垂直连线的长度，α1为升力水翼仰角。
16、一种动态水下光伏发电方法，该动态水下光伏发电方法中使用本专利技术一种动态水下光伏发电系统，当水流斜向下影响结构时，包括以下步骤：
17、步骤a，动态深度调整装置依托自身的扁平流线型和形心位置设置自行旋转至来流方向，该方向与水流方向水平分量平行，动态深度调整装置根据设置的加速度传感器探测的正横向加速度控制水平推进装置正向启动产生推进力，用以平衡水体对结构的横向激励力；
18、步骤b，动态深度调整装置上设置的加速度传感器探测到竖直向下的加速度，根据流速传感器探测到的实时流速，动态深度调整装置自动计算开合角度α，将升力水翼从安置槽向外打开至开合角度α，动态深度调整装置得到竖直向上的升力，用以平衡水体对结构的纵向激励力；
19、步骤c，升力水翼展开至指定开合角度α后，收放控制电机启动，收放控制电机带动绞缆机释放一定量的下部锚定揽，直到水深传感器探测得到光伏面板浸没水深等于1厘米的信号。
20、一种动态水下光伏发电方法，该动态水下光伏发电方法中使用本专利技术一种动态水下光伏发电系统，当水流斜向上影响结构时，包括以下步骤：
21、步骤a，动态深度调整装置自行调整至顶流状态，动态深度调整装本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种动态水下光伏发电系统，其特征在于：
2.如权利要求1所述的一种动态水下光伏发电系统，其特征在于：
3.如权利要求2所述的一种动态水下光伏发电系统，其特征在于：
4.如权利要求3所述的一种动态水下光伏发电系统，其特征在于：
5.如权利要求4所述的一种动态水下光伏发电系统，其特征在于：
6.如权利要求5所述的一种动态水下光伏发电系统，其特征在于：
7.一种动态水下光伏发电方法，该动态水下光伏发电方法中使用的动态水下光伏发电系统，采用权利要求1-6任意一项所述的一种动态水下光伏发电系统，当水流斜向下影响结构时，具体包括以下步骤：
8.一种动态水下光伏发电方法，该动态水下光伏发电方法中使用的动态水下光伏发电系统，采用权利要求1-6任意一项所述的一种动态水下光伏发电系统，当水流斜向上影响结构时，采用以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种动态水下光伏发电系统，其特征在于：
2.如权利要求1所述的一种动态水下光伏发电系统，其特征在于：
3.如权利要求2所述的一种动态水下光伏发电系统，其特征在于：
4.如权利要求3所述的一种动态水下光伏发电系统，其特征在于：
5.如权利要求4所述的一种动态水下光伏发电系统，其特征在于：
6.如权利要求5所述的一种动态水下光伏发电系统，...
【专利技术属性】
技术研发人员：马维泽，郭佳民，李骞，平焕，宋冯希，李若轩，朱靖，陈佳丽，刘海云，吕叶萍，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：
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