CN109112920A - 一种复合发电的轻型交通铺面砖 - Google Patents

一种复合发电的轻型交通铺面砖 Download PDF

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裴建中
吕磊
周波超
陈钰娴
郭福成
张久鹏
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    • E01C5/00—Pavings made of prefabricated single units
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C15/00—Pavings specially adapted for footpaths, sidewalks or cycle tracks
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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  • Architecture (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种复合发电的轻型交通铺面砖，包括自上到下依次分布的第一玻璃集料PMMA聚合物板、柔性太阳能电池、第二玻璃集料PMMA聚合物板、压电陶瓷片阵列及混凝土基座，其中，混凝土基座的底部设置有若干散热孔，该铺面砖的力学性能优良，发电效率较高，建设成本较低。

Description

一种复合发电的轻型交通铺面砖
技术领域
本发明涉及一种铺面砖，具体涉及一种复合发电的轻型交通铺面砖。
背景技术
在新型城镇化建设中，城市广场、慢跑环道、自行车道等轻交通荷载铺面逐渐渗透到城市的各个角落，服务其使用场景的照明、引导、景观等基础设施产生了大量能源需求。目前以压电陶瓷为主的道路压电和以太阳能电池板为主的光伏发电技术存在荷载要求高、装置体积大、建设成本贵等问题，均不能很好解决轻交通荷载铺面的能源问题。
光伏发电是一种较为成熟的太阳能转化技术，具有环保节能、高效稳定的优点，在民用建筑、环保设施等领域已经具有广泛应用。目前的光伏发电主要是由太阳电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成，利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能。串联的太阳能电池封装保护后可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。
压电是指荷载对压电材料施加压力，压电材料的两端会产生极性相反的电荷，从而通过回路形成电流。目前主要分为压电晶体、压电陶瓷等无机压电材料和聚偏氟乙烯(PVDF)等有机压电材料等两类。
目前道路领域采用的光伏发电技术主要采用组合式的太阳电池板，通过覆盖保护、填充铺筑等方式制成发电单元应用于道路面层中；压电技术主要将压电陶瓷制成压电元件在施工中置入道路面层中，再通过沥青浇筑成型预埋在道路面层中。
目前道路发电装置总体上存在成本造价高、施工规模大、发电效率低等问题，不适用于低应力荷载作用轻交通荷载铺面。具体来说现有道路发电装置主要面向低频、重应力荷载作用下的机动车路面设计，侧重于对压电陶瓷、太阳能板等发电装置进行材料包裹、结构优化，避免其在荷载作用下受损破坏，在大幅度提高成本的同时影响发电效率。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种复合发电的轻型交通铺面砖，该铺面砖的力学性能优良，发电效率较高，建设成本较低。
为达到上述目的，本发明所述的复合发电的轻型交通铺面砖包括自上到下依次分布的第一玻璃集料PMMA聚合物板、柔性太阳能电池、第二玻璃集料PMMA聚合物板、压电陶瓷片阵列及混凝土基座，其中，混凝土基座的底部设置有若干散热孔。
所述混凝土基座的上表面设置有凹槽，压电陶瓷片阵列位于所述凹槽内。
混凝土基座的长宽高分别为200mm、200mm及30mm。
凹槽的长宽高分别为160mm、160mm及15mm，且凹槽设置于混凝土基座上表面的中心位置处。
散热孔的数目为36个，且各散热孔的直径均为20mm。
第一玻璃集料PMMA聚合物板及第二玻璃集料PMMA聚合物板均由玻璃集料及PMMA浇筑成型而成。
柔性太阳能电池与第一玻璃集料PMMA聚合物板及第二玻璃集料PMMA聚合物板之间均设置有环氧树脂系胶结剂层。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的复合发电的轻型交通铺面砖包括自上到下依次分布的第一玻璃集料PMMA聚合物板、柔性太阳能电池、第二玻璃集料PMMA聚合物板、压电陶瓷片阵列及混凝土基座，在使用时，通过柔性太阳能电池及压电陶瓷片阵列共同进行发电，发电效率较高，另外，柔性太阳能电池具有优良的电学性能，且生产成本较低，同时能够承受一定程度的变形，从而在压电陶瓷片阵列变形发电的同时不影响柔性太阳能电池的使用寿命。另外，混凝土基座的底部设置有若干散热孔，避免温度过高而对压电陶瓷片产生不利影响。最后需要说明的是，本发明主要铺设于城市广场、慢跑环道、自行车道等轻交通荷载区域，可以避免大型车辆对铺面砖的影响，并且建设成本较低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为混凝土基座4的结构示意图。
其中，11为第一玻璃集料PMMA聚合物板、12为第二玻璃集料PMMA聚合物板、2为柔性太阳能电池、3为压电陶瓷片阵列、4为混凝土基座、5为散热孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1及图2，本发明所述的复合发电的轻型交通铺面砖包括自上到下依次分布的第一玻璃集料PMMA聚合物板11、柔性太阳能电池2、第二玻璃集料PMMA聚合物板12、压电陶瓷片阵列3及混凝土基座4，其中，混凝土基座4的底部设置有若干散热孔5。
所述混凝土基座4的上表面设置有凹槽，压电陶瓷片阵列3位于所述凹槽内；凹槽的长宽高分别为160mm、160mm及15mm，且凹槽设置于混凝土基座4上表面的中心位置处。
混凝土基座4的长宽高分别为200mm、200mm及30mm；散热孔5的数目为36个，且各散热孔5的直径均为20mm。
柔性太阳能电池2与第一玻璃集料PMMA聚合物板11及第二玻璃集料PMMA聚合物板12之间均设置有环氧树脂系胶结剂层。
混凝土基座4采用植入适量光纤的透光混凝土浇筑而成，利用其透光的性能来平衡铺面砖内部光照条件，避免因光斑效应导致柔性光伏薄膜部分区域过热损坏。
第一玻璃集料PMMA聚合物板11及第二玻璃集料PMMA聚合物板12由玻璃集料和PMMA浇筑成型，玻璃集料来源于固体废弃物废旧玻璃，经二次破碎成粒径大小为2.36mm颗粒，按照10-15％比例掺入聚合物板中；PMMA采用注塑成型工艺，在料筒内将其加热到200℃左右，再通过螺杆式注塑机在80-120MPa压力下注入模具中，并在70-80℃热风循环干燥箱中后处理4h左右消除内应力，第二玻璃集料PMMA聚合物板12与混凝土基座4间采用环氧树脂粘结。
第一玻璃集料PMMA聚合物板11为该铺面砖的表面覆盖层，PMMA具有良好的透光性、耐久性及机械性能，能够满足轻型交通荷载下路面材料的要求。通过掺入粉碎后的废旧玻璃集料，在保障PMMA聚合物板透光性能的基础上，降低铺面砖的生产成本，提高铺面砖的抗滑性能，保障行人及自行车行驶安全。
压电陶瓷片的长宽高分别为25mm、25mm及5mm，压电陶瓷片由热压法制备的PZT/PVDF压电复合材料制成，并在100℃极化温度及3KV/mm极化场强条件下极化处理40min，以获得较好的电学性能。

Claims (7)

1.一种复合发电的轻型交通铺面砖，其特征在于，包括自上到下依次分布的第一玻璃集料PMMA聚合物板(11)、柔性太阳能电池(2)、第二玻璃集料PMMA聚合物板(12)、压电陶瓷片阵列(3)及混凝土基座(4)，其中，混凝土基座(4)的底部设置有若干散热孔(5)。
2.根据权利要求1所述的复合发电的轻型交通铺面砖，其特征在于，所述混凝土基座(4)的上表面设置有凹槽，压电陶瓷片阵列(3)位于所述凹槽内。
3.根据权利要求1所述的复合发电的轻型交通铺面砖，其特征在于，混凝土基座(4)的长宽高分别为200mm、200mm及30mm。
4.根据权利要求2所述的复合发电的轻型交通铺面砖，其特征在于，凹槽的长宽高分别为160mm、160mm及15mm，且凹槽设置于混凝土基座(4)上表面的中心位置处。
5.根据权利要求1所述的复合发电的轻型交通铺面砖，其特征在于，散热孔(5)的数目为36个，且各散热孔(5)的直径均为20mm。
6.根据权利要求1所述的复合发电的轻型交通铺面砖，其特征在于，第一玻璃集料PMMA聚合物板(11)及第二玻璃集料PMMA聚合物板(12)均由玻璃集料及PMMA浇筑成型而成。
7.根据权利要求1所述的复合发电的轻型交通铺面砖，其特征在于，柔性太阳能电池(2)与第一玻璃集料PMMA聚合物板(11)及第二玻璃集料PMMA聚合物板(12)之间均设置有环氧树脂系胶结剂层。
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