一种海上漂浮型太阳能发电装置的制作方法

一种海上漂浮型太阳能发电装置
1.技术领域
2.本发明涉及光伏发电技术领域，具体是涉及一种海上漂浮型太阳能发电装置。
3.

背景技术：

4.太阳能光伏电池，简称光伏电池，用于把太阳的光能直接转化为电能。按照应用需求，太阳能光伏电池经过一定的组合，达到一定的额定输出功率和输出的电压的一组光伏电池，叫光伏电池组件。根据光伏电站大小和规模，由光伏电池组件可组成各种大小不同的阵列。大力开发太阳能、风能、生物质能等可再生能源利用技术是保证人类能源供应安全、减少温室气体排放和可持续发展的必然选择。
5.目前太阳能光伏发电系统主要安装于地面、屋顶和墙屋的外表面，据统计截止到2011年全球太阳能光伏发电地面安装占总安装量75％、屋顶占13％，墙屋的外表面占2％。但是人类的土地资源有限，不可能将所有优质的农业用地进行大规模太阳能光伏发电，而在远离用电地区的沙漠、荒地地区建造太阳能光伏发电站，虽然可以利用的土地资源较充足，但产生的电力通过长距离的输电线路输送到沿海发达地区，必然会造成很大能量损失，此外偏远地区恶劣的环境，如高温、风沙等，也会为太阳能电站的维护和运行造成极大影响。在经济发达的沿海地区发展太阳能发电，主要采用屋顶和墙屋的外表面的模式，但是屋顶和墙屋有效面积有限，还要处理阳光遮挡、屋顶防水、与房屋业主关系等一系列问题，因此在一定程度上也制约了太阳能光伏发电在经济条件、自然环境条件较好地区的发展。
6.海上具有良好的光照条件，可有效避免遮挡。但海上风急浪大，容易造成太阳能装置侧翻。常见的太阳能装置为保证光照面积，往往体积较大，搬运不便。
7.

技术实现要素：

8.为解决上述技术问题，提供一种海上漂浮型太阳能发电装置，本技术方案解决了上述问题，可以方便地进行收拢和展开，搬运方便，通过聚光机构有效提高对太阳能的收集效率，锚定机构通过动态和静态两种模式对装置进行锚定，可有效防止装置侧翻。
9.为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种海上漂浮型太阳能发电装置，其特征在于，包括有漂浮架、第一活动架、第二活动架、太阳能电池板、收放机构、聚光机构、锚定机构、蓄电池和充电控制器；漂浮架，工作状态下漂浮在海面上；第一活动架，可水平运动地设置在漂浮架上，一端倾斜向上地设有第一斜面，用以安装太阳能电池板；第二活动架，可水平运动地设置在漂浮架上，朝向第一活动架的一端倾斜向下地设有与第一活动架的第一斜面相互配合的第二斜面，两侧设有与收放机构滑动连接的滑
杆，收拢状态下位于第一活动架正上方，展开状态下与第一活动架通过第一斜面和第二斜面抵接，用以安装太阳能电池板；太阳能电池板，安装在第一活动架和第二活动架上端，用以收集太阳能并转化为电能；收放机构，安装在漂浮架上，输出端与第一活动架、第二活动架固定连接，用以驱动第一活动架和第二活动架相向靠近或远离从而实现第一活动架的收放；聚光机构，角度可调地设置在漂浮架上，工作端朝向太阳能电池板设置，用以提高太阳能电池板的工作效率；锚定机构，安装在漂浮架底部，工作状态下位于海面下，用以提高装置整体稳定性，避免发生侧翻；蓄电池、充电控制器，均挂载在漂浮架上。
10.优选的，漂浮架包括有安装架和浮块；安装架，两侧设有与收放机构、聚光机构转动连接的安装板，用以承托第一活动架、第二活动架、收放机构和聚光机构；浮块，与安装架固定连接，环绕装置设置，用以对装置提供浮力。
11.优选的，收放机构包括有双向驱动组件、第一滑动组件和第二滑动组件；双向驱动组件，具有一对，对称地设置在漂浮架两侧，用以驱动第一滑动组件和第二滑动组件在漂浮架上进行水平方向上的相向地靠近或远离；第一滑动组件，具有一对，安装在第一活动架的两侧，与双向驱动组件螺纹链接，用以驱动第一活动架在漂浮架上进行水平方向的运动；第二滑动组件，具有一对，安装在第二活动架的两侧，与双向驱动组件螺纹链接，用以驱动第二活动架在漂浮架上进行水平方向的运动。
12.优选的，双向驱动组件包括有双向丝杠和第一旋转驱动器；双向丝杠，具有一对并关于漂浮架对称设置，两个双向丝杠轴线相互平行且两端与漂浮架转动连接，用以驱动第一滑动组件、第二滑动组件沿其轴线相互靠近或远离；第一旋转驱动器，安装在漂浮架上，输出端与双向丝杠端部固定连接，用以驱动双向丝杠旋转。
13.优选的，第一滑动组件包括有固定块和第一滑块；固定块，具有一对，安装在第一活动架的两侧，用以带动第一活动架水平移动；第一滑块，具有一对，分别与一对双向驱动组件的输出端螺纹链接，与固定块固定连接，用以驱动固定块水平移动。
14.优选的，第二滑动组件包括有第一导向板、第二导向板和第二滑块；第一导向板，具有一对，对称地设置在漂浮架上端并位于第二活动架的两侧，沿第二活动架的运动方向开设有与第二活动架两侧滑杆滑动连接的导向槽，用以引导第二活动架在水平方向和竖直方向移动；第二导向板，具有一对，与漂浮架滑动连接，沿竖直方向开设有与第二活动架的滑杆滑动配合的导向槽，用以引导第二活动架在竖直方向运动。
15.优选的，聚光机构包括有聚光透镜和旋转驱动组件；聚光透镜，具有一对，两端设有与漂浮架转动连接地转轴，设置在第一活动架和第
二活动架的上方，用以向第一活动架和第二活动架上的太阳能电池板汇聚太阳光；旋转驱动组件，安装在漂浮架上，输出端与聚光透镜两侧的转轴固定连接，用以驱动聚光透镜围绕转轴旋转以调整角度。
16.优选的，旋转驱动组件包括有从动齿轮、齿条和直线驱动器；从动齿轮，具有一对，分别与一对聚光透镜的转轴固定连接，用以独立驱动单个聚光透镜旋转；齿条，与从动齿轮啮合，运动方向垂直于漂浮架设置，用以驱动从动齿轮旋转；直线驱动器，安装在漂浮架两侧，输出轴与齿条固定连接，用以驱动齿条在竖直方向上运动。
17.优选的，齿条靠近漂浮架的一侧设有与漂浮架沿竖直方向滑动连接的燕尾导向条。
18.优选的，锚定机构包括有锚定支架、叶轮和第二旋转驱动器；锚定支架，安装在漂浮架底部；叶轮，可旋转地设置在锚定支架底部中央位置，工作方向竖直朝下设置；第二旋转驱动器，安装在锚定支架上，输出端与叶轮端部固定连接，用以驱动叶轮旋转。
19.本发明与现有技术相比具有的有益效果是：1、可以方便地进行收拢和展开，搬运方便，具体的，当需要对第一活动架和第二活动架进行收拢或展开时，控制器发送信号给双向驱动组件,双向驱动组件收到信号后驱动第一滑动组件和第二滑动组件在漂浮架上水平地相向靠近或远离。第一滑动组件和第二滑动组件分别带动第一活动架和第二活动架一同运动。第一活动架和第二活动架展开时上端面平齐，端部的第一斜面和第二斜面相互抵接。当第一活动架和第二活动架相互靠近时，第一斜面和第二斜面发生相对滑动，逐渐使第二活动架滑动至第一活动架的上方，并继续贴着第一活动架的顶端滑动，直至完全收拢。；2、通过聚光机构有效提高对太阳能的收集效率，具体的，聚光透镜可以有效提高太阳能电池板的聚光效率。控制器通过旋转驱动组件配合太阳位置调节聚光透镜的角度，提高太阳能电池板对太阳光的收集效率。旋转驱动组件可采用一般凸透镜或效率更高的菲涅尔透镜等透镜；3、锚定机构通过动态和静态两种模式对装置进行锚定，可有效防止装置侧翻，具体的，锚定支架为类似倒金字塔的结构，采用密度较大的材质制成，用以提高装置在海面上的稳定性。当遇到较大的风浪时，为了防止装置侧翻，控制器发送信号给第二旋转驱动器,第二旋转驱动器收到信号后驱动叶轮旋转，第二旋转驱动器产生将装置向下拖拽的力，增加装置的吃水深度，以进一步提高装置的稳定性。
20.附图说明
21.图1为本发明的收拢状态下的立体图；图2为本发明的展开状态下的立体图；图3为图1的俯视图；
图4为图2的俯视图；图5为本发明的第一活动架和第二活动架立体示意图；图6为图3中b处局部放大图；图7为图4中c处局部放大图；图8为本发明的漂浮架立体图；图9为图2中a处局部放大图；图10为本发明的局部立体图；图11为本发明的收放机构第二滑动组件装配立体示意图。
22.图中标号为：1-漂浮架；1a-安装架；1b-浮块；2-第一活动架；3-第二活动架；4-太阳能电池板；5-收放机构；5a-双向驱动组件；5a1-双向丝杠；5a2-第一旋转驱动器；5b-第一滑动组件；5b1-固定块；5b2-第一滑块；5c-第二滑动组件；5c1-第一导向板；5c2-第二导向板；5c3-第二滑块；6-聚光机构；6a-聚光透镜；6b-旋转驱动组件；6b1-从动齿轮；6b2-齿条；6b3-直线驱动器；6b4-燕尾导向条；7-锚定机构；7a-锚定支架；7b-叶轮；7c-第二旋转驱动器。
23.具体实施方式
24.以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
25.如图1、图2、图4至图7所示，一种海上漂浮型太阳能发电装置，包括有漂浮架1、第一活动架2、第二活动架3、太阳能电池板4、收放机构5、聚光机构6、锚定机构7、蓄电池和充电控制器；漂浮架1，工作状态下漂浮在海面上；第一活动架2，可水平运动地设置在漂浮架1上，一端倾斜向上地设有第一斜面，用以安装太阳能电池板4；第二活动架3，可水平运动地设置在漂浮架1上，朝向第一活动架2的一端倾斜向下地设有与第一活动架2的第一斜面相互配合的第二斜面，两侧设有与收放机构5滑动连接的滑杆，收拢状态下位于第一活动架2正上方，展开状态下与第一活动架2通过第一斜面和第二斜面抵接，用以安装太阳能电池板4；太阳能电池板4，安装在第一活动架2和第二活动架3上端，用以收集太阳能并转化为电能；收放机构5，安装在漂浮架1上，输出端与第一活动架2、第二活动架3固定连接，用以驱动第一活动架2和第二活动架3相向靠近或远离从而实现第一活动架2的收放；聚光机构6，角度可调地设置在漂浮架1上，工作端朝向太阳能电池板4设置，用以
提高太阳能电池板4的工作效率；锚定机构7，安装在漂浮架1底部，工作状态下位于海面下，用以提高装置整体稳定性，避免发生侧翻；蓄电池、充电控制器，均挂载在漂浮架1上。
26.太阳能电池板4、收放机构5、聚光机构6、锚定机构7、蓄电池、充电控制器均与控制器电连接。非工作状态下第一活动架2和第二活动架3处于收拢状态，工作人员将装置整体放入海中。借助于漂浮架1，装置整体漂浮在海面上。太阳能电池板4对太阳能进行收集并在充电控制器的控制下转化为电能存入蓄电池。收放机构5、聚光机构6和锚定机构7需要用电时，控制器通过太阳能电池板4所配套的充电控制器将蓄电池切换为放电模式，用以供电。控制器发送信号给聚光机构6,聚光机构6收到信号后调整角度以找到最佳的聚光角度，提高太阳能电池板4的太阳能收集效率。需要展开装置以进一步提高太阳光照射面积时，控制器发送信号给收放机构5,收放机构5收到信号后驱动第一活动架2和第二活动架3反向分离并摊平，第一活动架2和第二活动架3上的两块太阳能电池板4同时工作，太阳能收集效率加倍。控制器发送信号给聚光机构6,聚光机构6调节角度以确保光线集中到两块太阳能电池板4上。装置处于海面上时，通过锚定机构7的自重对装置进行锚定，提高装置抵抗风浪的能力。当遇到风浪较大的情况时，控制器发送信号给锚定机构7，锚定机构7收到信号后产生向海面下下沉的力，使装置整体吃水深度增大，从而进一步提高装置对风浪的抵抗效果。回收装置时，控制器发送信号给收放机构5,收放机构5收到信号后将第一活动架2和第二活动架3收拢，便于搬运。装置各机构均做防水处理，采用耐腐蚀材料。
27.如图8所示，漂浮架1包括有安装架1a和浮块1b；安装架1a，两侧设有与收放机构5、聚光机构6转动连接的安装板，用以承托第一活动架2、第二活动架3、收放机构5和聚光机构6；浮块1b，与安装架1a固定连接，环绕装置设置，用以对装置提供浮力。
28.浮块1b可以采用轻质泡沫等实心材料，也可以采用气囊等空心材质。安装架1a采用轻质材料，以便浮在水面上。
29.如图10所示，收放机构5包括有双向驱动组件5a、第一滑动组件5b和第二滑动组件5c；双向驱动组件5a，具有一对，对称地设置在漂浮架1两侧，用以驱动第一滑动组件5b和第二滑动组件5c在漂浮架1上进行水平方向上的相向地靠近或远离；第一滑动组件5b，具有一对，安装在第一活动架2的两侧，与双向驱动组件5a螺纹链接，用以驱动第一活动架2在漂浮架1上进行水平方向的运动；第二滑动组件5c，具有一对，安装在第二活动架3的两侧，与双向驱动组件5a螺纹链接，用以驱动第二活动架3在漂浮架1上进行水平方向的运动。
30.双向驱动组件5a与控制器电连接。当需要对第一活动架2和第二活动架3进行收拢或展开时，控制器发送信号给双向驱动组件5a,双向驱动组件5a收到信号后驱动第一滑动组件5b和第二滑动组件5c在漂浮架1上水平地相向靠近或远离。第一滑动组件5b和第二滑动组件5c分别带动第一活动架2和第二活动架3一同运动。第一活动架2和第二活动架3展开时上端面平齐，端部的第一斜面和第二斜面相互抵接。当第一活动架2和第二活动架3相互靠近时，第一斜面和第二斜面发生相对滑动，逐渐使第二活动架3滑动至第一活动架2的上
方，并继续贴着第一活动架2的顶端滑动，直至完全收拢。
31.如图10所示，双向驱动组件5a包括有双向丝杠5a1和第一旋转驱动器5a2；双向丝杠5a1，具有一对并关于漂浮架1对称设置，两个双向丝杠5a1轴线相互平行且两端与漂浮架1转动连接，用以驱动第一滑动组件5b、第二滑动组件5c沿其轴线相互靠近或远离；第一旋转驱动器5a2，安装在漂浮架1上，输出端与双向丝杠5a1端部固定连接，用以驱动双向丝杠5a1旋转。
32.第一旋转驱动器5a2为与控制器电连接的伺服电机。控制器发送信号给第一旋转驱动器5a2,第一旋转驱动器5a2收到信号后驱动双向丝杠5a1旋转。双向丝杠5a1的双向结构可以实现第一滑动组件5b和第二滑动组件5c同步的相互靠近或远离。
33.如图10所示，第一滑动组件5b包括有固定块5b1和第一滑块5b2；固定块5b1，具有一对，安装在第一活动架2的两侧，用以带动第一活动架2水平移动；第一滑块5b2，具有一对，分别与一对双向驱动组件5a的输出端螺纹链接，与固定块5b1固定连接，用以驱动固定块5b1水平移动。
34.固定块5b1和第一滑块5b2形成整体结构，固定块5b1与第一活动架2通过螺栓可拆卸地连接，固定块5b1与第一滑块5b2之间也通过螺栓连接。
35.如图11所示，第二滑动组件5c包括有第一导向板5c1、第二导向板5c2和第二滑块5c3；第一导向板5c1，具有一对，对称地设置在漂浮架1上端并位于第二活动架3的两侧，沿第二活动架3的运动方向开设有与第二活动架3两侧滑杆滑动连接的导向槽，用以引导第二活动架3在水平方向和竖直方向移动；第二导向板5c2，具有一对，与漂浮架1滑动连接，沿竖直方向开设有与第二活动架3的滑杆滑动配合的导向槽，用以引导第二活动架3在竖直方向运动。
36.当第一活动架2和第二活动架3相互分离时，第二活动架3的滑杆处于第二导向板5c2的滑槽内的下部位置。当第一活动架2和第二活动架3相互靠近时，第一导向板5c1的滑槽引导着第二活动架3的滑杆一边向第一活动架2方向运动一边向上滑动，配合第一活动架2和第二活动架3斜面的抵接将第二活动架3抬升到第一活动架2上方并使第二活动架3底部贴合第一活动架2顶端滑动，此时第二活动架3的滑杆在第二导向板5c2的滑槽内上升到上部。第一导向板5c1和第二导向板5c2相互配合限定了第二活动架3的运动轨迹。
37.如图3所示，聚光机构6包括有聚光透镜6a和旋转驱动组件6b；聚光透镜6a，具有一对，两端设有与漂浮架1转动连接地转轴，设置在第一活动架2和第二活动架3的上方，用以向第一活动架2和第二活动架3上的太阳能电池板4汇聚太阳光；旋转驱动组件6b，安装在漂浮架1上，输出端与聚光透镜6a两侧的转轴固定连接，用以驱动聚光透镜6a围绕转轴旋转以调整角度。
38.旋转驱动组件6b与控制器电连接。聚光透镜6a可以有效提高太阳能电池板4的聚光效率。控制器通过旋转驱动组件6b配合太阳位置调节聚光透镜6a的角度，提高太阳能电池板4对太阳光的收集效率。旋转驱动组件6b可采用一般凸透镜或效率更高的菲涅尔透镜等透镜。
39.如图9所示，旋转驱动组件6b包括有从动齿轮6b1、齿条6b2和直线驱动器6b3；从动齿轮6b1，具有一对，分别与一对聚光透镜6a的转轴固定连接，用以独立驱动单个聚光透镜6a旋转；齿条6b2，与从动齿轮6b1啮合，运动方向垂直于漂浮架1设置，用以驱动从动齿轮6b1旋转；直线驱动器6b3，安装在漂浮架1两侧，输出轴与齿条6b2固定连接，用以驱动齿条6b2在竖直方向上运动。
40.直线驱动器6b3为与控制器电连接且具有防止周向偏转功能的电动推杆。控制器发送信号给直线驱动器6b3,直线驱动器6b3收到信号后驱动齿条6b2在竖直方向上运动，从而驱动聚光透镜6a在漂浮架1上旋转。当第一活动架2和第二活动架3收拢时，仅有第二活动架3上的太阳能电池板4可以收集太阳光，两块聚光透镜6a工作方向向第二活动架3上端集中。当第一活动架2和第二活动架3展开时，两块聚光透镜6a分别对第一活动架2和第二活动架3上的太阳能电池板4进行聚光。齿条6b2两侧均设有齿面时可以同时对一对聚光透镜6a角度进行调节，但却无法独立调节，因此不利于实际使用情况。该方案采用的独立控制更有利于提高聚光效果。
41.如图9所示，齿条6b2靠近漂浮架1的一侧设有与漂浮架1沿竖直方向滑动连接的燕尾导向条6b4。
42.燕尾导向条6b4可以进一步防止齿条6b2在直线驱动器6b3输出轴上发生周向偏转，因此可以将直线驱动器6b3替换为成本更低的不具有轴向自锁功能的驱动器。燕尾导向条6b4还能防止齿条6b2发生侧偏，大大提高驱动结构的稳定性。
43.如图7所示，锚定机构7包括有锚定支架7a、叶轮7b和第二旋转驱动器7c；锚定支架7a，安装在漂浮架1底部；叶轮7b，可旋转地设置在锚定支架7a底部中央位置，工作方向竖直朝下设置；第二旋转驱动器7c，安装在锚定支架7a上，输出端与叶轮7b端部固定连接，用以驱动叶轮7b旋转。
44.第二旋转驱动器7c为与控制器电连接的伺服电机。锚定支架7a为类似倒金字塔的结构，采用密度较大的材质制成，用以提高装置在海面上的稳定性。当遇到较大的风浪时，为了防止装置侧翻，控制器发送信号给第二旋转驱动器7c,第二旋转驱动器7c收到信号后驱动叶轮7b旋转，第二旋转驱动器7c产生将装置向下拖拽的力，增加装置的吃水深度，以进一步提高装置的稳定性。
45.本发明的工作原理：本装置通过以下步骤实现本发明的功能，进而解决了本发明提出的技术问题：步骤一、工作人员将装置整体放入海中。借助于漂浮架1，装置整体漂浮在海面上。
46.步骤二、太阳能电池板4对太阳能进行收集并在充电控制器的控制下转化为电能存入蓄电池。收放机构5、聚光机构6和锚定机构7需要用电时，控制器通过太阳能电池板4所配套的充电控制器将蓄电池切换为放电模式，用以供电。
47.步骤三、控制器发送信号给聚光机构6,聚光机构6收到信号后调整角度以找到最佳的聚光角度，提高太阳能电池板4的太阳能收集效率。
48.步骤四、需要展开装置以进一步提高太阳光照射面积时，控制器发送信号给收放
机构5,收放机构5收到信号后驱动第一活动架2和第二活动架3反向分离并摊平，第一活动架2和第二活动架3上的两块太阳能电池板4同时工作，太阳能收集效率加倍。
49.步骤五、控制器发送信号给聚光机构6,聚光机构6调节角度以确保光线集中到两块太阳能电池板4上。
50.步骤六、装置处于海面上时，通过锚定机构7的自重对装置进行锚定，提高装置抵抗风浪的能力。
51.步骤七、当遇到风浪较大的情况时，控制器发送信号给锚定机构7，锚定机构7收到信号后产生向海面下下沉的力，使装置整体吃水深度增大，从而进一步提高装置对风浪的抵抗效果。
52.步骤八、回收装置时，控制器发送信号给收放机构5,收放机构5收到信号后将第一活动架2和第二活动架3收拢，便于搬运。
53.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。