CN106549629A - 装配式太阳能光伏发电路面模块及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种装配式太阳能光伏发电路面模块及其应用，所述模块从下至上至少包括以下结构：所述模块从下至上至少包括以下结构：绝缘密封层、太阳能光伏电池板层以及透光抗滑磨耗层，其主要用于太阳能光伏发电，本发明能够同时满足道路承载要求和太阳能光伏发电要求，具有广阔的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种装配式太阳能光伏发电路面模块及其应用。
背景技术
能够直接承受交通荷载的太阳能光伏发电路面是目前路面工程领域的探索性前沿技术，其技术难点在于如何在路表布设发电光伏电池板，且能够承受车辆碾压而不发生破坏。目前，国内外太阳能光伏发电路面技术主要有三类：美国的太阳能“砖”、荷兰的预制水泥混凝土光伏板、法国的直埋式光伏路面。
2006年美国爱达荷州的一对科学家夫妇斯科特.布鲁索(Scott Brushaw)和朱莉(Julie)首先提出,用太阳能板代替传统的沥青来建造所谓的“太阳能公路”的梦想,并得到了美国联邦公路管理局的研发资金支持。2013年春天布鲁索夫妇启动了试点项目，研发了一种形似砖块、具有凹凸表面的六边形太阳能厚板，以地脚螺栓固定在事先铺设的水泥混凝土基础上。这种结构除了其承载及路用性能有待证实外，其造价昂贵、需要大量人工也是其显而易见的缺点，因此截止目前仅在美国爱达荷州桑德波因特市修建了一个15平米的露天停车场。
荷兰Solaroad公司尝试在普通道路上铺设太阳能电池板，并于2014年11月在荷兰一个叫克罗默尼的城镇里正式开通了一条长230英尺(约70米)的太阳能自行车路面。这条道路由2.4米×3.3米的预制水泥混凝土板拼接而成,太阳能电池被放置在了钢化玻璃层之下。
法国COLAS公司采用直埋技术将路面锯切出凹槽，将预制好的太阳能光伏板埋入路面，然后采用喷涂工艺进行封装。这种路面结构具备了太阳能光伏发电路面的基本层次和功能，但是它的路面结构层次功能定位模糊，且没有具体的设计要求和指标，容易在使用过程中出现大面积光伏板断裂，难以广泛应用。
上述三类太阳能光伏发电路面技术仍然停留在概念和试验阶段，路面结构也存在很多不符合道路工程基本要求的重大缺陷，例如：美国的太阳能玻璃“砖”路面没有考虑砌块路面平整度差、易透水、容易出现基层破坏，进而导致面层过量变形等道路工程“通病”；荷兰的水泥混凝土预制板技术则面临大型构件现场拼装困难、表面钢化玻璃抗滑能力不足等难题，所以只在自行车道上进行了小规模试验；法国的直埋式技术缺乏对光伏板发电层的保护，极易在车辆荷载的作用下出现光伏发电层破坏，最终导致路面丧失发电能力。综上所述，无论从承重吨位，还是从累计交通荷载作用次数来看，目前的太阳能光伏发电路面结构仍然不是真正意义的路面，所以不能应用于实际路面。
另一方面，我国和其他国家利用高速公路沿线的一些设施安装光伏板来发电，这些附属设施主要包括服务区建筑物屋顶和侧墙、停车场、路侧防护栏、防噪声隔离带(声屏障)、路侧边坡等，这些设施上铺设的光伏板本身不具备承载能力，也不铺设在路面上，所以这类技术属于沿线设施光伏发电系统，无法利用广阔的路面资源。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种装配式太阳能光伏发电路面模块及其应用，同时满足道路承载要求和太阳能光伏发电要求，将发电面层模块直接粘结于现有道路表面，形成太阳能发电系统。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种装配式太阳能光伏发电路面模块，所述模块从下至上至少包括以下结构：绝缘密封层、太阳能光伏电池板层以及透光抗滑磨耗层。
太阳能光伏电池板层设置在绝缘密封层和透光磨耗层之间，绝缘密封层和透光磨耗层主要作用是保护太阳能光伏电池板层，透光磨耗层还必须保证能够透光。
优选地，所述模块为规则结构，更优选地，所述模块的为长方体。长宽尺寸可根据需要定制；优选地，所述长方体的高度为在0.5cm-20cm。
优选地，所述透光抗滑磨耗层采用透光混凝土或/和0.5-5毫米厚度透光的环氧树脂制成，所述透光混凝土制备原料至少包括以下重量份组分：环氧树脂2～12份、玻璃颗粒84～97.4份以及固化剂0.6～4份，所述环氧树脂、玻璃颗粒以及固化剂都可透光，优选地，所述透光树脂、环氧树脂、玻璃颗粒以及固化剂都是无色透明的。
环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机化合物。
更优选地，所述环氧树脂可以选自E型环氧树脂(HJ2-741-72)、双酚A型环氧树脂(GB/T13657)、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、环氧化烯烃化合物、杂环型环氧树脂、混合型环氧树脂或者聚氨酯改性环氧树脂中的任意一种或几种。
更优选地，所述固化剂可选自脂肪多元胺型固化剂、脂环多元胺型固化剂、芳香胺类型固化剂、酸酐类型固化剂、聚酰胺类型固化剂、改性胺类型固化剂、潜伏性固化剂或合成树脂类环氧固化剂中的任意一种或几种。固化剂应符合相关化学品规范或规格要求，优先选用无色液体固化剂。
较佳地，所述脂肪多元胺型固化剂可以为乙二胺，脂环多元胺型固化剂可以为二氨甲基环已烷，芳香胺类型固化剂可以为间苯二胺，酸酐类型固化剂可以为苯酮四羧酸二酐，聚酰胺类型固化剂可以为芳胺及其改性物，改性胺类型固化剂可以为烷基醇胺，潜伏性固化剂可以为三氟化硼单乙胺，合成树脂类环氧固化剂苯胺甲醛树脂。
更优选地，所述玻璃颗粒可以选自普通玻璃颗粒或者钢化玻璃颗粒。
优选地，所述环氧树脂、玻璃颗粒以及固化剂采用最优比例的重量份，所述最优比例的确定方法包括以下步骤：
(1)按比例范围内选取多个不同质量比例的环氧树脂和固化剂的组合物进行试配，确定各组合物的凝胶时间，所述凝胶时间大于具体施工操作时间的组合物中环氧树脂和固化剂比例为预估的最优质量比例范围；在最优质量比例范围内任意选择一个比例作为本次使用的比例；
(2)将玻璃颗粒配置成集料；
(3)将含固化剂的环氧树脂与集料配制至少5种不同比例的混合料试样；所述环氧树脂中固化剂的含量为步骤(1)中所确定的比例，优选地，所述环氧树脂和集料的比例按照固定步长分布于上述的比例范围的内；
(4)对试样分别进行拉拔试验、表面构造深度试验、抗滑试验、透光率试验，每种试样至少平行试验6次，并统计其平均值作为测量结果，确定每种试验中符合施工要求标准的玻璃颗粒和环氧树脂的质量比范围；
(5)将同时满足步骤(4)所述的4种试验的玻璃颗粒和环氧树脂的质量比范围作为最佳选择。
优选地，所述施工要求标准包括以下特征中的任意一种或几种：
1)所述拉拔试验中试样的拉拔强度大于等于1MPa；
2)所述表面构造深度试验中试样构造深度为0.6～0.8mm；
3)所述抗滑试验中试样抗滑摆值大于等于42；
4)所述透光率试验中试样透光率大于等于80％。
优选地，所述太阳能光伏电池板层以及透光抗滑磨耗层之间还设有保护层；保护层的目的为了进一步保护太阳能光伏电池板层；
优选地，所述保护层采用钢化玻璃层或树脂玻璃中的任意一种。所采用钢化玻璃或者树脂玻璃的各项技术指标应符合我国《建筑用安全玻璃》(GB 15763)规定，厚度不小于3mm，表面应力不小于90MPa。
优选地，所述绝缘密封层采用乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA胶膜(《光伏组件封装用乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA胶膜》(GB/T 29848))、硅橡胶(《地面用光伏组件密封材料硅橡胶密封剂》(GB/T 29595))、钢化玻璃、环氧树脂、树脂玻璃或者玻璃纤维增强塑料中的任意一种。
更优选地，绝缘密封层采用环氧树脂或玻璃纤维增强塑料制成时，所述太阳能光伏电池板层封装在透光抗滑磨耗层和绝缘层密封之间。
更优选地，所述保护层和绝缘密封层都采用钢化玻璃或者树脂玻璃制成时，所述保护层和绝缘密封层为一体成型，所述太阳能光伏电池板层封装于钢化玻璃或者树脂玻璃中，形成太阳能光伏发电复合层，以便于模块化施工，其各项技术指标不低于《建筑用太阳能光伏夹层玻璃》(GB 29551)规定的技术标准。
优选地，所述保护层为钢化玻璃，所述绝缘密封层采用玻璃纤维增强塑料或环氧树脂制成，所述太阳能光伏电池板层封装在保护层和绝缘层密封之间。形成太阳能光伏发电复合层，以便于模块化施工。
优选地，所述绝缘层下方还设置粘结层。所述粘结层可采用具有粘结性能的材料其各项技术指标应满足相关行业技术标准，粘结强度不小于1MPa。
优选地，所述粘结层采用环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA树脂、中性硅酮耐候胶、沥青或改性沥青中的任意一种或几种。
优选地，所述太阳能光伏电池板层选用单晶硅光伏电池或者多晶硅光伏电池，应符合我国《地面用晶体硅太阳电池总规范》(GB/T 29195)规定。
本发明的另一个方面提供了装配式太阳能光伏发电路面模块用于制备太阳能光伏发电路面的用途。
如上所述，本发明的装配式太阳能光伏发电路面模块，具有以下有益效果：
1.可以利用现有的路面结构直接铺设装配式太阳能光伏发电面层模块，提高了现有路面的利用率。
2.装配式太阳能光伏发电面层模块自身具备一定的承压能力，能够直接承受交通车辆荷载的作用而不发生损坏，真正具备了路面发电的推广价值。
3.装配式太阳能光伏发电面层模块表面设置了太阳能光伏发电路面透光抗滑磨耗层，其抗滑和透光性同时满足的交通安全和光伏发电需求；
4.装配式太阳能光伏发电面层模块的下部绝缘密封层，一方面可以与原路面形成稳定牢固的粘结，另一方面，隔绝了道路湿度的影响，防止直接接地而造成的漏电，也杜绝光伏电池蜗牛纹的产生，同时实现了零PID(电势诱导衰减)极大地保证了发电效率。
5.粘结层将装配式太阳能光伏发电面层模块牢固地粘结与原路面之上，起到固定、缓冲、防推移、调平原路面的作用，对发电面层模块形成稳定的支撑。相比国外螺栓固定方式，粘结层具有施工方便、坚固耐久、经济实惠等巨大优势。
6.模块化装配式施工作业形式，避免了现成铺设太阳能光伏电池板的繁琐工序，提高的施工作业效率，提高了密封封装的可靠性，同时也提高了对太阳能光伏电池板的保护水平。采用模块之间快速接口技术则进一步提高了现场电气施工的效率。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
下述实施例中所使用的材料以及装配式太阳能光伏发电路面模块的各个层都应该符合行业标准。在下述实施例1～5中的每个装配式太阳能光伏发电路面模块中的太阳能光伏电池板层都利用导线和与之相邻的模块的太阳能光伏电池板层连接，后连接至汇流箱、逆变器等辅助电气设备实现分布式并网或离网发电系统。
实施例1
表1装配式太阳能光伏发电路面模块结构
| 透光抗滑磨耗层 | 2毫米透光混凝土 |
| 保护层 | 钢化玻璃 |
| 太阳能光伏电池板层 | 单晶硅光伏电池 |
| 绝缘密封层 | 乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA胶膜(GB/T 29848) |
在本实施例中装配式太阳能光伏发电路面模块为长为1200mm，宽为540mm，厚度为25mm的长方体，可透光抗滑磨耗层采用下述原料制成：E型环氧树脂(HJ2-741-72)2重量份，钢化玻璃颗粒97.4重量份，固化剂(乙二胺)0.6重量份。
使用时，在现有路面上铺设粘结具有粘结性能的材料，例如环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA树脂、中性硅酮耐候胶、沥青或改性沥青，然后将装配式太阳能光伏发电路面模块铺设在铺面上。
实施例2
表2装配式太阳能光伏发电路面模块结构
在本实施例中装配式太阳能光伏发电路面模块为长1000mm，宽670mm，厚度为5mm的长方体。可透光抗滑磨耗层采用透光混凝土和透光的环氧树脂制成，透光混凝土采用以下原料制成：E型环氧树脂(HJ2-741-72)12重量份，玻璃颗粒84重量份，固化剂(苯酮四羧酸二酐)4重量份；
使用时，现在路面上铺设粘结具有粘结性能的材料，例如环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA树脂、中性硅酮耐候胶、沥青或改性沥青，然后将装配式太阳能光伏发电路面模块铺设在铺面上。
实施例3
表3装配式太阳能光伏发电路面模块结构
| 透光抗滑磨耗层 | 12毫米厚度透光混凝土 |
| 保护层 | 钢化玻璃 |
| 太阳能光伏电池板层 | 多晶硅光伏电池 |
| 绝缘密封层 | 钢化玻璃 |
| 粘结层 | 乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA树脂 |
在本实施例中装配式太阳能光伏发电路面模块为长1956mm，宽992mm，厚度为200mm的长方体。可透光抗滑磨耗层采用下述原料制成：E型环氧树脂(HJ2-741-72)9重量份，玻璃颗粒(钢化玻璃)88重量份，固化剂(烷基醇胺)3重量份。
在本实施例中，保护层中的钢化玻璃和绝缘密封层中的钢化玻璃将多晶硅光伏电池封装在其中。使用时，直接将装配式太阳能光伏发电路面模块铺设于现成的沥青或者水泥路面上。
实施例4
表4装配式太阳能光伏发电路面模块结构
| 透光抗滑磨耗层 | 5毫米厚度透光混凝土 |
| 保护层 | 钢化玻璃 |
| 太阳能光伏电池板层 | 多晶硅光伏电池 |
| 绝缘密封层 | 环氧树脂 |
| 粘结层 | 中性硅酮耐候胶 |
在本实施例中装配式太阳能光伏发电路面模块为长1956mm，宽992Mm，厚度为30mm的长方体。可透光抗滑磨耗层采用下述原料制成：双酚A型环氧树脂(GB/T13657)6重量份，玻璃颗粒92重量份，固化剂(间苯二胺)2重量份。
在本实施例中，保护层中的钢化玻璃和绝缘密封层中的环氧树脂将多晶硅光伏电池封装在其中。使用时，直接将装配式太阳能光伏发电路面模块铺设于现成的沥青或者水泥路面上。
实施例5
| 透光抗滑磨耗层 | 环氧树脂 |
| 太阳能光伏电池板层 | 多晶硅光伏电池 |
| 绝缘密封层 | 玻璃纤维增强塑料 |
| 粘结层 | 改性沥青 |
在本实施例中装配式太阳能光伏发电路面模块为长1956mm，宽992Mm，厚度为30mm的长方体。可透光抗滑磨耗层采用透光的环氧树脂(聚氨酯改性环氧树脂)制成，厚度为5毫米。
在本实施例中，透光抗滑磨耗层和绝缘密封层中的环氧树脂将多晶硅光伏电池封装在其中。使用时，直接将装配式太阳能光伏发电路面模块铺设于现成的沥青或者水泥路面上。
在本实施例中，保护层中的钢化玻璃和绝缘密封层中的环氧树脂将多晶硅光伏电池封装在其中。使用时，直接将装配式太阳能光伏发电路面模块铺设于现成的沥青或者水泥路面上。
以上的实施例是为了说明本发明公开的实施方案，并不能理解为对本发明的限制。此外，本文所列出的各种修改以及发明中方法、组合物的变化，在不脱离本发明的范围和精神的前提下对本领域内的技术人员来说是显而易见的。虽然已结合本发明的多种具体优选实施例对本发明进行了具体的描述，但应当理解，本发明不应仅限于这些具体实施例。事实上，各种如上所述的对本领域内的技术人员来说显而易见的修改来获取发明都应包括在本发明的范围内。
Claims (11)
1.一种装配式太阳能光伏发电路面模块，其特征在于，所述模块从下至上至少包括以下结构：绝缘密封层、太阳能光伏电池板层以及透光抗滑磨耗层。
2.根据权利要求1所述的装配式太阳能光伏发电路面模块，其特征在于：所述装配式太阳能光伏发电路面模块为规则结构，优选地，所述装配式太阳能光伏发电路面模块为长方体。
3.根据权利要求1所述的装配式太阳能光伏发电路面模块，其特征在于：所述透光抗滑磨耗层采用透光混凝土或/和0.5-5毫米厚度透光的环氧树脂制成，所述透光混凝土制备原料至少包括以下重量份组分：环氧树脂2～12份、玻璃颗粒84～97.4份以及固化剂0.6～4份，所述环氧树脂、玻璃颗粒以及固化剂都可透光，优选地，所述树脂、环氧树脂、玻璃颗粒以及固化剂都是无色透明的。
4.根据权利要求1所述的装配式太阳能光伏发电路面模块，其特征在于：所述太阳能光伏电池板层以及透光抗滑磨耗层之间还设有保护层。
5.根据权利要求1所述的装配式太阳能光伏发电路面模块，其特征在于：所述保护层采用钢化玻璃或树脂玻璃中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的装配式太阳能光伏发电路面模块，其特征在于：所述绝缘密封层采用乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA胶膜、硅橡胶、钢化玻璃、环氧树脂、树脂玻璃或者玻璃纤维增强塑料中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的太阳能光伏发电路面模块，其特征在于：所述绝缘密封层采用环氧树脂或玻璃纤维增强塑料制成，所述太阳能光伏电池板层封装在透光抗滑磨耗层和绝缘层密封之间。
8.根据权利要求5所述的太阳能光伏发电路面模块，其特征在于：所述保护层和绝缘密封层都采用钢化玻璃或者都采用树脂玻璃制成，所述保护层和绝缘密封层为一体成型，所述太阳能光伏电池板层封装于钢化玻璃或者树脂玻璃中。
9.根据权利要求5所述的太阳能光伏发电路面模块，其特征在于：所述保护层为钢化玻璃，所述绝缘密封层采用玻璃纤维增强塑料或环氧树脂制成，所述太阳能光伏电池板层封装在保护层和绝缘层密封之间。
10.根据权利要求1所述的装配式太阳能光伏发电路面模块，其特征在于：所述绝缘层下方还设置粘结层，优选地，所述粘结层采用环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA树脂、中性硅酮耐候胶、沥青或改性沥青中的任意一种或几种。
11.如权利要求10所述的装配式太阳能光伏发电路面模块用于制备太阳能光伏发电路面的用途。
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