CN117546405A - 用于道路的太阳能板、太阳能道路及太阳能板的建造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于道路(10)的太阳能板(12)、包括太阳能板阵列的太阳能道路及太阳能板的建造方法。本发明具体地涉及道路对电力生成的用途。一种用于道路的太阳能板(12)，包括基底层(44)、包括PV材料的层(40，42)和顶层(30)，所述顶层包括嵌入到水晶树脂中的平均大小约为2‑3mm的钢化玻璃颗粒，所述顶层具有形成在其中的多个基本上平行的凹槽，所述凹槽约3mm深。所述凹槽允许空气从车辆的轮胎下方逸出，并且减少由所述轮胎生成的路面噪声。

Description

用于道路的太阳能板、太阳能道路及太阳能板的建造方法

技术领域

本发明涉及一种用于道路的太阳能板、一种包括太阳能板阵列的太阳能板道路及一种太阳能板的建造方法。本发明具体地涉及道路对电力生成的用途。

术语“道路”应当根据本发明的广泛实用性进行广义解释，并且特别地涵盖为车辆交通设计的所有区域，包括公共的和私人的停车区及车道。该术语还包括机场跑道、机场滑行道、自行车道、人行道等。

除非另有说明，否则如“顶部”、“底部”等方向性和定向性术语指代一般水平道路。

背景技术

为了应对全球变暖，产生低碳或优选地零碳能源是广泛的目标。从可再生资源中产生能源通常比如核能等其他零碳资源更优选。太阳能是广泛优选的可再生资源，并且包括将电磁(光)能转换成电力，该转换通常借助于包括光伏(PV)材料的太阳能板。

太阳能的缺点是它相对分散。因此，有必要提供覆盖极大区域的大型太阳能板阵列，以便提供满足城镇或城市需要所需的电量。利用太阳能板覆盖大片区域的土地并不总是对这块土地的最佳利用。

太阳能的益处是，它可以在分布式能源网络中使用，即所生成的电力可以在本地使用且没有必要将太阳能板链接到国家电力网络(国家电网)。

公路网络覆盖许多国家的大片区域，并且应理解，由道路占用的区域也可以用于从太阳能中产生电力。道路是重要的商业基础设施，并且为现代生活方式提供了主干网络。截止到1902年，Hooley已经为以下过程申请了专利：加热沥青、在混合物中添加矿渣并且然后打碎混合物内的石头以形成相对平滑的公路表面。在完善操作后，Hooley开始改造公路表面，并且英国诺丁汉的拉德克利夫路(Radcliffe Road)成为世界上第一条柏油路。自此，公路配方基本保持不变，但由道路覆盖的土地面积显著增加。

传统上没有进行对大量电能的存储，因此，将发电站和其他电力来源连接到使用电力的商业和家庭场所的电力网络需要不断地寻求供需平衡。预期在未来的几年里会发生广泛地转变为电动车辆，这可能导致电力需求的增加。而且，预期人们乘车行驶的距离将继续保持在当前水平或将增加。研究表明，电动车辆使用的增加以及期望人们乘坐这些车辆行驶的距离可能一起极大地增加需求。这种需求的增加将给电力来源以及电力网络带来巨大负担(例如，英国的大部分基础设施从20世纪60年代以来基本上没有变化)。

随着电动车辆数量的增加，借助于位于地面上的专用充电站为数百万电动车辆充电的可行性预期将成为限制性因素。问题不仅在于提供增加数量的充电站将需要的地上基础设施，还在于将这些充电站互连所需的地下基础设施，并且这可能涉及长期工程且对居民和企业两者都带来极大变动。

国家电力网络预期将在未来保持作为骨干基础设施，其中子网络(或微电网)将在高需求区域提供支持以及为居民和企业提供本地化能源存储管理。将电能的来源纳入微电网可以允许新住宅区(和其他)开发区在电力方面完全自给自足，使得他们即使在高峰期也不从国家电网中汲取电力。

随着通过可再生资源生成的电力比例增加，电力供需平衡可能会变得更加困难，主要是因为这些资源并不总是可用的。因此，电力网络(国家和本地两者)的另一关键因素是电能的存储。特别地，预期能够在供应超过需求的时段期间存储大量电能将变得有必要，使得在需求超过供应的其他时段期间存在充足的能源可用。目前优选的存储电能的方法是借助于电池，尽管超级电容器也可以用于较小量的能源存储。

现有技术说明

美国专利申请第2005/0199282号描述了嵌入到道路中的太阳能板。太阳能板包括PV材料并且是模块化的。道路包括太阳能板和非太阳能板的交替阵列，非太阳能板提供结构支撑，使得太阳能板不承担道路上交通的全部重量。每个太阳能板夹在透明顶层与基底层之间，该基底层包括连接到其他板以及外部部件的电线。顶层是抗磨损的，例如丙烯酸、聚碳酸酯、钢化玻璃或退火玻璃。外部部件可以是存储所生成的电力的电容器以及允许电力传输和在别处使用的逆变器。顶层可以包括突出部或凹陷，以为在道路上行驶的车辆提供所需的抓地力。应注意，PV材料将生成热量，并且该热量可以用于融化出现在道路上的雪和冰。另外，可以将专用电导体嵌入到板中以生成热量以便融化雪和冰，电力由板的PV材料或从外部来源提供给这些导体。

美国专利申请第US2019/0123216号披露了一种包括用于道路的PV材料的结构，该结构铺设在现有公路的顶部上。顶部表面可以包括摩擦元件，这些摩擦元件呈线形、圆形或其他几何形状并且可以是切割到表面中的凹槽。顶部表面具有用于分散水的期望宏观结构和用于提供抓地力的期望微观结构。顶部表面在500-700nm的相关波长下具有50％至95％的透明度。公路表面可以包括大小为0.1-10mm的玻璃颗粒。

国际专利申请第WO2019/081863号披露了一种包括具有PV材料的板(或地砖)的道路，并且沿道路旁边(或跨过宽阔的道路)提供公共正电轨和公共负电轨。各个板具有电触点，以按选定并联/串联布置向公共轨道提供连接。

美国专利申请第US2018/0102730号披露了一种包括多个板的模块化太阳能道路，该多个板包括可以单独地安装和更换的PV材料。道路并入了控制器和传感器以检测道路上行人和/或车辆的存在。提供加热元件以防止冰和雪在道路表面上堆积。道路还包括用于对道路上的车辆进行感应充电的线圈。控制器可以向车辆传输数据/从车辆接收数据。板可以包括允许向经过的车辆显示道路线和其他信息的LED。每个控制器可以与沿着道路的其他控制器通信。由板生成的电力可以存储在电容器或电池中，或借助于逆变器传递到外部网络。板的顶部表面是玻璃，其可以根据需要纹理化或图案化。顶部表面的突出部可以使入射光折射和漫射，并且增强电力的生成。玻璃可以被涂覆以提高其耐磨性，并且通过离子交换来回火或处理以提高其抗损伤性。顶部表面可以被层压以提高其硬度和强度。PV材料可以印刷到层压层上，并且可以包括单晶电池或薄膜太阳能电池。

国际专利申请第WO2015/160512号提供了对并入了移动的车辆的感应充电的道路的一般描述。多个充电垫沿着道路设置在地砖或板中。每个板中的充电垫可以是分离的或重叠的。每个充电垫可以通过由本地控制器致动的开关连接到沿着道路铺设的公共电轨。本地控制器与中央分布控制器通信。控制器与车辆通信并从车辆接收信号以开始充电。控制器能够确定车辆的位置和车辆的行驶路径，并且能够从车辆或从道路中的传感器获得车辆的速度。充电垫可以根据车辆的速度按顺序致动，或每个充电垫可以检测车辆的存在并对车辆的存在作出反应，或充电垫可以将车辆即将到达的信息传送给其相邻者。

发明内容

本发明的一个目的是提供用于道路的太阳能板和并入了多个太阳能板的道路，其中道路可以是电力来源。生成的电力可以在本地使用，例如，向道路上的车辆显示信息和/或融化道路上的雪和冰。替代性地或附加地，可以将生成的电力存储和/或可以传输到本地电力网络或国家电力网络。与现有技术相同，可以根据需要将板单独地去除并更换。

本发明的另一目的是提供一种太阳能板，该太阳能板的很大一部分是由原本将是废物的材料建造。本发明中使用的特定材料可以是来自各种来源的塑料，并且特别是无法回收用于其原始目的或相关目的并且原本将废弃的塑料。另一材料可以是优选地来自用过的车辆轮胎的橡胶。废弃的不可回收塑料和用过的汽车轮胎都是广泛可获得的，并且这些材料的大规模使用可以有助于极大减少废弃材料进入垃圾填埋场。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于道路的太阳能板，该板包括基底层、包括PV材料的层和顶层，该顶层包括嵌入到水晶树脂中的平均大小约为2-3mm的钢化玻璃颗粒，该顶层具有形成在其中的多个基本上平行的凹槽，这些凹槽约3mm深并且相隔约5mm。

在组装的道路中布置成将板铺设成使得凹槽基本上垂直于行驶方向，即这些凹槽跨过道路对齐而不是沿着道路对齐。顶层中的凹槽不仅为道路上的车辆的轮胎提供抓地力，而且大小被确定为减少路面噪声。在这方面，已认识到，由车辆生成的大部分路面噪声是由于轮胎与道路之间的空气被压缩导致的，当压缩空气在高压和高速下从轮胎下方逸出时就生成了噪声。路面噪声对具有玻璃表面或类似表面的道路来说是重要问题，因为这样的道路通常明显比沥青道路更光滑(在小范围内)，沥青道路具有更多的表面缺陷来允许空气从轮胎下方逸出。提供允许空气从轮胎下方逸出的凹槽可以明显地降低在具有玻璃颗粒和树脂表面的道路上生成的噪声。

优选地，树脂具有与钢化玻璃颗粒的透明度和光学清晰度类似的透明度和光学清晰度，并且理想地具有基本上相同的透明度和光学清晰度。在这样的实施例中，树脂和玻璃颗粒基本上在视觉上是不可区分的。

优选地，水晶树脂在紫外光下固化或硬化。这样的树脂易于获得，并且长期暴露在日光下也不会变得晦暗。

期望地，在顶层与PV层之间存在第一玻璃片。第一玻璃片优选地包括低铁钢化玻璃。

第一玻璃片在制造期间提供了益处，因为PV材料可以施加到基本上平坦的玻璃表面，而不是施加到顶层的树脂。第一玻璃片可以通过水晶树脂结合到顶层，以便形成集成结构。

优选地，在第一玻璃片与PV层之间存在第二玻璃片。第二玻璃片优选地也包括低铁钢化玻璃。优选地，第一玻璃片和第二玻璃片都为约10mm厚。在顶层下方提供两个玻璃片有助于设置附加电气部件而不会对PV层造成不利影响，因为附加电气部件可以位于第一玻璃片与第二玻璃片之间。

附加电气部件可以包括LED和相关联电路，LED被配置成向公路用户提供视觉信息。视觉信息可以提供“永久”信息，如以实线或虚线形式复制车道标线。视觉信息还可以提供交通信息和/或标志。附加地或替代地，视觉信息可以提供如车辆前方的事故警告或车道封闭警告等临时信息。应理解，“永久”视觉信息甚至可以通过打开和关闭选定的LED来修改，使得例如可以在发生事故或道路施工的情况下临时改变车道标线。附加地或替代地，在检测到车辆存在的道路中，可以布置成仅在车辆存在于相关位置时才照亮车道标线和其他标志。

另外的附加电气部件可以位于顶层与第一玻璃片之间。例如，板优选地包括一个或多个呈电导体形式的加热元件。期望地，加热元件由石墨烯制成。还期望地，加热元件包括通过原子沉积施加到第一玻璃片上的氧化石墨烯的线或丝。优选地，加热元件覆盖板的总面积的约1％(在平面视图中)。应理解，穿过顶层与第一玻璃片之间的加热元件的电流将引起顶层升温。这可以融化道路上方积留的任何雪或冰。将加热元件定位在顶层正下方是有利的，因为加热元件非常靠近公路表面，在那里它们的加热效果是最大化的。还应理解，加热元件是不透明的，因此它们的面积应当最小化，同时仍然提供所需的加热效果。另外，因为石墨烯是太阳能活性的，因此它可以用作热能以及太阳能的二次能源收集器。

加热元件可以在板的一个或多个边缘处连接到另外的电导体。例如，加热元件可以彼此平行地对齐并穿过板；另外的电导体可以垂直于加热元件对齐。以这种方式，另外的电导体可以连接到多个加热元件，理想地连接到每个加热元件的相对端，并且可以向所有并联的加热元件提供电力。另外的电导体优选地由相应的铜带提供，理想地沿着板的相对边缘定位。在加热元件通过布线连接到板的其他部件的实施例中，可以使用两种单独的加热机制。第一加热机制可以是例如适于提供防冻的低功率机制。由板的其他部件生成的热量通过布线传输到(多个)加热元件，使得在该第一加热机制中，布线传输热量而不是电力。在高功率的第二加热机制中，电能也通过布线传输到加热元件。

代替另外的电导体，加热元件优选地感应地操作，即，加热元件可以包括导电材料环或导电材料圈，并且在需要加热时可以诱发电流在环周围流动。

另外的附加电气部件优选地包括一个或多个温度传感器。温度传感器可以与加热元件一起操作，使得当检测到预定低温度时打开加热元件，或可以在检测到预定高温度时关闭加热元件，或两者都有。如果存在如上文中指示的两种加热机制，则温度传感器还可以在第一加热机制打开时确定中间温度。

期望地，第一玻璃片和第二玻璃片通过水晶树脂结合在一起。第一玻璃片与第二玻璃片之间的附加电气部件优选地嵌入到水晶树脂中。水晶树脂在顶层与PV层之间有效地产生集成玻璃层和附加电气部件。

太阳能板可以包括一个或多个感应充电线圈，目的是向使用道路的车辆传输电磁能，从而在车辆沿着道路行驶时对车辆的电池充电。尽管加热元件优选地位于相对靠近板的顶部表面的位置，但感应充电线圈没必要如此靠近顶部表面。为了最小化传输到PV材料的光的干扰，充电线圈优选地位于PV层下方，并且理想地位于基底层中。

而且，在具有用于对车辆电池进行充电的感应充电加热元件和感应线圈的实施例中，有必要确保这些部件可以单独地操作并且彼此互不干扰。因此，优选地，加热元件不压盖车辆充电线圈。因此，优选地布置成使板的选定部分包括车辆充电线圈而不包括加热元件(并且反之亦然)。期望地，选定部分包括横跨板的条带，理想地横跨板的中心区域。

优选地，将PV材料的层安装到第二玻璃片(或替代性地在不存在第二玻璃片的那些次优选的实施例中安装到第一玻璃片)。期望地，PV材料包括CdTe(碲化镉)、以及氧化锌镁和硫氰酸铜的背衬层。已知这样的PV材料在不合格的光照条件下具有良好的电气性能，并且在负载下是机械上稳固的。可以使用例如CiGs(铜铟镓硒化物)等其他PV材料。在已知方式中，PV材料的层还包括连接到PV材料必要的电触点。保护膜优选地施加在PV材料上，以位于太阳能板中的PV材料与基底层之间。

优选地，太阳能板具有本地控制器，该本地控制器适当地包括安装到印刷电路板的微处理器。期望地，本地控制器位于基底层中。优选地，板的所有电气部件都连接到本地控制器并由该本地控制器控制。例如，本地控制器可以连接到太阳能板的所有传感器；本地控制器可以包括用于位于板中的PV材料和任何感应充电线圈的管理硬件和管理软件。特别地，在具有加热元件和温度传感器的实施例中，优选地使温度传感器的布线通过(多个)带状连接器向下穿过板的孔以总线连接(bussed)到本地控制器。如果加热元件像优选的那样感应地操作，则这些加热元件不需要布线。

优选地，太阳能板具有位于其边缘中的至少一个处的电触点，并且这些电触点可以将一个太阳能板的本地控制器互连到一个或多个相邻板的本地控制器。电触点还可以将本地控制器与外部控制器互连。优选地，外部控制器是连接到多个太阳能板的本地控制器的组控制器。

在具有车辆充电线圈的实施例中，太阳能板可以包括可以检测太阳能板上车辆的存在的一个或多个负载传感器或应变计。太阳能板还可以包括通信装置，该太阳能板通过该通信装置可以向车辆发送信号和从车辆接收信号以指示应对车辆进行感应充电。可以布置成使每个太阳能板控制其自己的车辆充电线圈并且直接对车辆作出反应。然而，优选的是，车辆充电由具有多个板的外部组控制器来协调，多个板将车辆位置传送到外部控制器，并且当车辆沿道路经过时，外部控制器顺序地指示感应充电线圈的激活。这样的协调系统可以满足传感器的时延，还可以满足生成感应电荷的延迟。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于太阳能道路的模块化板，该板包括基底层、PV材料的层、顶层、顶层与PV材料的层之间的第一玻璃片和第二玻璃片、以及第一玻璃片与第二玻璃片之间的附加电气部件。

附加电气部件可以是例如上文中已解释的LED。还如上文中所解释的，提供在其之间具有附加电气部件的两个玻璃片会将附加电气部件与PV材料分离，并且使板的制造更容易。

优选地，第一玻璃片位于第二玻璃片上方。期望地，第一玻璃片小于约15mm厚，并且优选地约为10mm厚，并且理想地确切为10mm厚。还期望地，第二玻璃片小于约15mm厚，并且优选地约为10mm厚，并且理想地确切为10mm厚。对共享本发明的所有方面的模块化板的测试已表明，使用大于10mm厚的玻璃片在负载性能方面提供了可忽略的益处，但在太阳能性能方面提供不可忽略的降低。

优选地，第一玻璃片和第二玻璃片通过水晶树脂层结合在一起。还优选地，附加电气部件嵌入到水晶树脂层中。期望地，水晶树脂层约为5mm厚。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于太阳能道路的模块化板，该板包括基底层、PV材料的层和顶层，顶层包括嵌入到水晶树脂中的钢化玻璃颗粒，基底层包括橡胶材料。

本文所提及的橡胶应解释为硫化橡胶。

橡胶是适合于在提供道路的板中长期使用的极其坚固且耐用的材料。橡胶的基底层可以制成为在预期的二十年寿命内重复地承受数吨的负载。

优选地，橡胶材料包括颗粒状和纤维状橡胶以及聚氨酯粘合剂。理想地，颗粒状和纤维状橡胶是由回收的汽车轮胎制成。合适的橡胶材料是由西约克郡索厄比布里奇的Rosehill Polymers Limited制造的，例如，如在他们的英国专利申请第UK 2564090号中使用的。

尽管橡胶是可变形且有弹性的，优选地通过在约100吨的负载下压缩颗粒化的橡胶和聚氨酯粘合剂的混合物来形成基底层。理想地，基底层是分阶段构建的，在每个阶段压缩和硬化选定厚度的橡胶和聚氨酯粘合剂。这样的基底层将具有某种程度的可变形性和弹性，但在实践中在使用期间将是基本上不可压缩的。因此，安装在太阳能板中的基底层的顶部上的玻璃层和PV材料在使用中不需要适应显著的变形。

另外，基底层将起到将车辆轮胎的相对局部负载扩散到下层地面的更大面积上的作用。

优选地，橡胶颗粒和粘合剂的混合物包括约92％的橡胶和约8％的聚氨酯树脂。

优选地，基底层在约100mm厚与约150mm厚之间。期望地，在约110mm厚与约125mm厚之间，并且理想地约115mm厚。基底层优选地包括太阳能板的总厚度(深度)的主要部分。

期望地，基底层包括由塑料材料、理想地由原本会被浪费的不可回收塑料制成的元件。优选地，基底层包括用于本地控制器及其相关联的电缆和连接器的塑料底座。在基底层包括散热器的情况下，该基底层还可以包括用于散热器的塑料底座。

优选地，基底层具有至少一个凹部，以容纳本地控制器和相关联缆线和部件。期望地，在基底层的建造期间将凹部模制成该基底层的一部分。优选地，凹部容纳塑料底座，塑料底座又容纳本地控制器以及相关联缆线和部件。期望地，用树脂填充塑料底座，其中本地控制器、缆线和相关联部件嵌入到树脂中，以形成太阳能板的集成基底。

可以在基底层中形成孔(优选地进行钻孔)，以供缆线将本地控制器与太阳能板的其他电气部件连接。

如果需要，树脂材料可以用于密封基底层中的任何接缝。树脂还可以用于将基底层结合到PV材料的层。

板优选地为矩形，矩形形状适于像地砖一样沿着道路铺设。优选地，板的长度在2.0米与5.0米之间、期望地在3.0米与4.0米之间、并且理想地是3.5米。还优选地，板的宽度在1.0米与3.0米之间、期望地在1.5米与2.5米之间、并且理想地是2.0米。应理解，全部为3.5米乘2米的多个太阳能板可以像临近地砖一样跨过且沿着道路铺设。每个板的电触点可以连接到其相邻者，而且还可以连接到沿着道路侧边缘延伸的公共电力总线。呈电池或超级电容器形式的电存储单元可以沿着道路的边以周期间隔定位(以补充设置在每个板上的任何存储装置)。电力存储单元可以连接到本地电力网络(微电网)和/或国家电网。

本发明的每个方面的特征可以与其所兼容的本发明的另一方面的特征相组合。另外，关于本发明的一个方面描述的优选或可选特征可以与其所兼容的本发明的其他方面一起使用(并非针对每个方面来识别所有这样的可选特征以避免不必要的重复)。

还提供了一种制造用于在道路中使用的太阳能板的顶层的方法，该方法包括以下步骤：

{i}将四个边缘件定位在平坦金属工作表面上，该平坦金属工作表面的形状为具有选定尺寸的矩形；

{ii}将连续且基本上平行的蜡线施加到工作表面上，这些蜡线约为3mm高并且间隔约为5mm；

{iii}用低铁钢化玻璃颗粒填充这些蜡线之间的区域，这些玻璃颗粒的大小在约2mm与约3mm之间；

{iv}注入液体水晶树脂以将这些边缘件之间的区域填充到超过这些玻璃颗粒的深度的深度，并且允许该液体水晶树脂固化以形成树脂和玻璃颗粒的集成层；

{v}加热该工作表面以熔化该蜡中的至少一些；

{vi}从该工作表面去除树脂和玻璃颗粒的该集成片，将该层定向至一定角度以允许该熔化的蜡逸出并且如果需要则进一步加热该蜡。

如果需要，则可以将顶层在结合到太阳能板的其他部分之前切割成一定大小。

优选地，通过直径在约0.15mm与约0.2mm之间的喷嘴施加蜡线。还优选地，将步骤{iii}中的玻璃颗粒填充到约3mm的深度，即与蜡线的高度相匹配，但在其他实施例中，将玻璃颗粒填充到更小或更大的深度。

期望地，将步骤{iv}中的树脂填充到超过这些玻璃颗粒高度约2mm的水平。

将理解，将树脂和玻璃颗粒的集成片倒置以在组装的太阳能板中形成顶层，使得接触工作表面的玻璃颗粒将形成太阳能板的顶部表面。因此，蜡线在顶层中产生凹槽。

如上文中描述所建造的顶层对于道路来说通常过于光滑，并且有必要进行精加工步骤。优选地将精加工步骤应用于完成的太阳能板，即在已将顶层组装到PV材料的层和基底层之后。精加工步骤优选地包括期望地利用带或圆盘上的厚砂砾(20级至40级)研磨或刮磨顶部表面的步骤。精加工步骤优选地还包括在(研磨的)顶部表面上喷涂水晶树脂薄层，并且然后将玻璃粉末按压到水晶树脂中，玻璃粉末颗粒的大小优选地小于1mm。为了确保凹槽不会被无意地填充，优选地在研磨或刮磨顶部表面之前将一组保护线插入到凹槽中。如果需要，可以在去除保护线并且从凹槽去除任何松散材料之后将非常薄的水晶树脂层喷涂到顶部表面上。

还提供了一种制造用于在道路中使用的太阳能板的基底层的方法，该方法包括以下步骤：

{i}将颗粒状橡胶与聚氨酯树脂混合；

{ii}将混合物置于模具中，并且在约100吨的负载下压缩该混合物，直到该树脂固化；

{iii}将另外的混合物添加到该模具、到步骤{ii}的固化混合物的顶部上，并且在约100吨的负载下压缩该另外的混合物直到该另外的混合物中的树脂固化；

{iv}重复步骤{iii}直到橡胶层约为115mm厚。

这样的方法可以生产具有基本上平坦的顶部表面和基本上平坦的底部表面并且其中没有嵌入任何部件的基底层。然而，如果期望在基底层中嵌入例如本地控制器和相关联电路、和/或感应充电线圈、和/或散热器、和/或用于能源存储的电容器等部件，则优选地在模制期间在基底层的材料中产生凹部。模具和/或压力板的基底可以包括适当的突出部来形成凹部。例如，期望约为10mm深的凹部来定位用于车辆充电的感应线圈和/或定位散热器。基底层优选地由多个单独部分构成，其中凹部形成在部分的顶部表面或底部表面中，从而使部件可以定位在凹部中并且借此嵌入在组装的基底层内。

附图说明

现在将参考所附示意图以示例的方式更详细地描述本发明，在所附示意图中：

图1示出了在本地电力网络和国家电力网络中使用的太阳能道路；

图2示出了根据本发明的实施例的太阳能板的垂直截面；

图3示出了根据本发明的在生产顶层的方法中的步骤期间的工作表面；

图4示出了根据本发明的实施例的太阳能板的制造期间的基底层的第一部分的平面图；

图5示出了太阳能板制造期间的基底层的第二部分的平面图；以及

图6示出了与图5类似的安装感应线圈后的视图。

具体实施方式

图1示出了使用中的太阳能道路10的示意图。本实施例中的太阳能道路10由单行根据本发明的太阳能板12构成，但将理解，替代性地道路可以由两行、三行或更多行太阳能板12构成。如果需要，则每行中的太阳能板12可以从相邻(多)行中的太阳板12偏移，以形成交错的太阳能板阵列，但这不是必要的。

如图2中示出的，每个太阳能板12具有其自己的本地控制器14，该本地控制器通过导线16连接到太阳能板12边缘处的电触点18。电触点18可以接合道路中的相邻太阳能板的对应电触点，或可以接合道路边缘处的公共电线或总线(未示出)，公共电线连接到多个太阳能板12。板12在物理上是可分离的，使得如果需要，则可以将单独的板从道路上去除以进行修理或更换。

如图1中所示的，一组太阳能板12连接到位于道路10旁边的外站20a、20b。每个外站20a、20b包括组控制器(未示出)以控制和协调该组中的所有太阳能板12的特定动作。例如，组控制器可以如下文所描述的控制对经过的车辆22的感应充电。

每个外站20a、20b还包括用于接收由太阳能板12生成的电力的装置。外站20a、20b包括用于向用户输送电力的装置，并且可以包括在输送之前临时存储电力的装置。

外站20a连接到本地站24，该本地站提供本地电力网络或微电网的一部分。在本实施例中，微电网包括四个地产26，但其他实施例具有更多或更少的地产。此外，尽管地产26被表示为家庭住宅，但它们替代性地可以是商业场所、工厂或需要电力供应的场所的混合。

另外，尽管图1中示出的微电网不具有任何其他的本地电力来源，但其替代性地可以包括其他来源以及其他电力用户。

本地站24还连接到国家电力网络28，并且当本地供应超过本地需求时可以向国家电网输送过量的电力。当本地需求超过本地供应时，本地站24还可以从国家电网28接收电力。如果需要，则本地站24还可以包括用于存储电力的装置。

外站20b不连接到微电网，而是替代地直接连接到国家电网28。

当对太阳能板12的电力的需求超过其供应时，例如当期望在黑暗时段加热道路10并融化雪和冰时，两个外站20a、20b都可以从国家电网28接收电力。

图1还表示了车辆22的感应充电。如下文中解释的，在本发明的优选实施例中，所有太阳能板12都包括感应充电线圈54(图6)，用于在车辆沿道路10移动时对车辆22的电池进行充电。太阳能板12可以包括用于检测车辆22的位置的负载传感器，当车辆经过这些站时，车辆的位置被传送到外站20a、20b。此外，外站20a、20b等能够彼此通信，以向相邻的外站提供车辆的预警。每个太阳能板12的充电线圈54可以在车辆经过时被激活，每个太阳能板12有效地发射一股能量以产生局部能量“地毯”，该局部能量“地毯”随着车辆22移动在该车辆下方移动。因此，车辆的电池可以如同车辆静止一般进行感应充电。

在图2中示出了根据本发明的太阳能板12的一个实施例的结构。为了清晰起见，该附图并未按比例绘制，并且与水平尺寸以及其他层的垂直尺寸相比，这几个层的垂直尺寸经过了很大程度的放大。

一般而言，顶层30包括水晶树脂中的钢化玻璃颗粒。在顶层下方是第一玻璃片32和第二玻璃片34。在第一玻璃片与第二玻璃片之间是附加电气部件36，即LED，这些LED可以被点亮以向车辆22的驾驶员提供信息，例如对使用道路10的车辆的驾驶员可见的公路标线和标志。在顶层30与第一玻璃片32之间是另外的附加加热元件和传感器(图1中未示出)。加热元件包括由石墨烯制成的环形电导体。电导体被有效地“蚀刻”到第一玻璃片的顶部表面中，具体地是通过由激光对氧化石墨烯线进行原子沉积。在该优选的实施例中，传感器包括温度传感器和负载传感器。应理解，传感器是可选的，并且取决于太阳能板的结构和功能，其他实施例可以根据需要不具有传感器、仅具有温度传感器、仅具有负载传感器或具有用于附加功能的附加传感器。

如下文中解释的，顶层30通过水晶树脂结合到第一玻璃片32。第一玻璃片32和第二玻璃片34也通过水晶树脂结合在一起，其中，LED 36嵌入到第一玻璃片32与第二玻璃片34之间的水晶树脂中。

PV材料安装到第二玻璃片34的底部，该PV材料包括具有氧化锌镁和硫氰酸铜的背衬42的碲化镉的沉积层40。

在特定实施例中，基底层44是约115mm厚的单个整体橡胶层。然而，在本实施例中，太阳能板12包括由三个单独部分(即上部分46、中间部分48和下部分50)构成的基底层44。

多部分基底层44使得部件能够位于基底层的邻近部分之间。在本实施例中，太阳能板12包括位于上部分46与中间部分48之间的本地控制器14。本实施例还包括位于上部分46的顶部处的感应充电线圈52和感应充电线圈54。感应充电线圈54具有相对高的容量并且被提供用于车辆充电。感应线圈52是相对低容量的，并且被提供用于与加热线圈协作以融化雪和冰。基底层还可以包括用于存储电能的超级电容器，在这种情况下，超级电容器优选地位于中间部分与下部分之间。

本地控制器14连接到PV材料40、PV材料42，连接到感应线圈52、感应线圈54以及连接到太阳能板12的所有其他部件。合适的电连接沿着四个垂直管道56中的一个或另一个延伸，这些垂直管道邻近太阳能板12的拐角形成。

垂直管道56还容纳穿过板并且将板固定到下层地面的固定螺栓。缆线位于小管道中，该小管道位于在使用中的固定螺栓旁边。

下文中描述了一种顶层30的建造方法。

1.在一个水平的不锈钢台面58(图3)上形成边缘件的矩形，矩形尺寸为3.5米乘2.0米。

2.用具有0.15-0.2mm喷嘴的3D蜡打印机将基本上平行的蜡线沉积到3mm的高度，蜡线基本上平行于矩形的短边并且中心相隔5mm。

3.用大小约为2-3mm的钢化玻璃颗粒填充蜡线之间的区域。

4.混合约35升水晶树脂并且将树脂均匀地注入在玻璃颗粒和蜡线上，将蜡线覆盖约2mm。

5.等待(约24小时)至水晶树脂固化。

6.从下方缓缓加热金属台面，以加速使蜡变回液态并且释放出玻璃颗粒片和树脂。

7.将玻璃颗粒片和树脂以一定角度悬挂在红外加热器下，使得过量的蜡可以流走。

8.如果需要，则将片切割成一定大小(优选地是3.5米乘2.0米)。

图3示出了该过程的一个阶段，并且尤其示出了在工作表面58上形成的平行蜡线60。

下文中描述了一种制备第一玻璃片32的方法。

1.将约10mm厚的低铁玻璃片切割成长度为3.5米且宽度为2.0米的矩形形状。穿过片钻出四个孔，每一个孔邻近每个拐角(这些孔形成固定螺栓孔56的一部分，而且还形成组装的太阳能板12的管道)。

2.对玻璃片进行回火和退火。

3.通过原子沉积的方式，将氧化石墨烯线环施加到片的选定区域(将成为片的顶部表面)以形成加热元件，氧化石墨烯线覆盖约1％的选定区域。

4.将热传感器粘合在同一(顶部)表面上，并且将传感器的导线延伸到相应的钻孔中。

在本实施例中，加热元件感应地操作，并且因此不存在连接到加热元件的布线。然而，在其他实施例中，氧化石墨烯的线性线可以延伸到片的相对边缘，并且连接到位于边缘处的导线。例如，可以将铜带激光沉积以使其在每个加热元件的两端垂直延伸，以完成电路。

另外，本实施例还具有用于车辆充电的感应线圈54，并且感应加热和感应充电不受干扰是有必要的。在本实施例中，为车辆充电保留了跨过玻璃片中心的约350mm宽的条带，并且因此加热元件的(多个)选定区域仅位于该中心条带的两侧，如图6中可见的。

下文中描述了一种制备第二玻璃片34的方法。

1.将约10mm厚的低铁玻璃片切割成长度为3.5米且宽度为2.0米的矩形形状。穿过片钻出四个孔，这些孔的位置类似于第一玻璃片32中的孔。

2.对玻璃片进行回火和退火。

3.在70℃下在Micro-90洗涤剂(可从美国密苏里州圣路易斯市获得)和去离子水中对将成为玻璃片底部表面的部分进行超声波清洗。

4.将玻璃馈送到PV电镀线(这样的电镀线可从德国的Grenzebach或意大利的EcoProgetti获得)中，并且使用氢氧化铵作为硫氰酸铜(CuSCN)沉积的溶剂将碲化镉(CdTe)电镀材料40与氧化锌镁(ZMO)和CuSCN的背衬材料42层叠在一起。

5.然后在环境温度下使用射频溅射系统在清洁的玻璃上沉积80nm的ZMO膜。在6mTorr压力下、在3％的氧气和97％的氦气的混合气流下、使用具有8wt.％氧化镁的2英寸ZMO靶、在25W的溅射功率下进行沉积。

6.在封闭空间升华(CSS)室中沉积约3.5μm的CdTe膜，其中，源温度为560℃，衬底温度为495℃，并且室压力为1Torr(Materials 2020,13,19913of 12)。通过在CdTe表面滴涂饱和的CdCl2甲醇溶液进行CdCl2活化处理，随后进行自然干燥，并且在400Torr下用500sccm氦气流在420℃下退火20min。

7.冷却后，通过甲醇对CdTe膜进行彻底冲洗，以清洁过量的CdCl2。

8.安装PV材料的接触点并且捆绑线束并使线束绝缘。

下文中描述了一种将第一玻璃片32与第二玻璃片34结合的方法：

1.提供尺寸为3.5m乘2.0m并且具有围壁的成型器。

2.将第一玻璃片32倒置地放置在成型器中。

3.清洁玻璃片32的暴露表面。

4.注入足够的水晶树脂以使其扩散并且覆盖第一玻璃片32的整个暴露表面。

5.准备选定大小的TEC显示LED(例如，横跨片的相对长边缘之间的距离)，并且将LED矩阵推入到水晶树脂中。将LED的数据带传递到铸型的边缘且直到壁上。

6.在约1小时之后，注入更多的水晶树脂，以得到总共约5mm的覆盖范围。

7.将(倒置的)第二玻璃片36放低到第一玻璃片32顶部上的适当位置，并夹紧在适当位置中。

8.确保所有气泡已去除，然后待其固化。

9.在约48小时后，将复合结构从模具中去除并旋转，使得第一玻璃片32在最上面。

下文中描述了一种用于基底层44的建造方法：

1.将颗粒化的轮胎橡胶废料与聚氨酯树脂按92％:8％的比例混合。混合物和得到的基底层具有化学惰性。混合物内没有溶剂，或在之后添加。

2.将混合物放置到具有钢铸件的第一模具中，以形成用于感应充电线圈52、感应充电线圈54的凹部，并且在100吨的负载下压缩，直到聚氨酯树脂硬化。

3.将另外的混合物添加到模具中，并且在100吨的负载下压缩。

4.添加另外的混合物，使得基底层的上部分46被构建成薄层，直到达到期望的上部分厚度(约40mm)。

5.将另外的混合物放置到具有钢铸件的第二模具中，以形成用于本地控制器14及其电连接器的凹部。将混合物在100吨的负载下压缩，直到聚氨酯树脂硬化。

6.添加另外的混合物，使得基底层的中间部分48被构建成薄层，直到达到期望的中间部分厚度(约40mm)。

7.将另外的混合物放置到具有钢铸件的第三模具中，以形成用于(可选的)超级电容器的凹部。将混合物在100吨的负载下压缩，直到聚氨酯树脂硬化。

8.添加另外的混合物，使得基底层的下部分50被构建成薄层，直到达到期望的下部分厚度(约35mm)。

在图4中示出了基底层44的中间部分48的俯视图。塑料成型器62被按压到中间部分的顶部表面中形成的凹部中。

成型器优选地由废物或不可回收塑料制成，并且具有中央插座64和四个分支66。插座64的大小被确定为容纳本地控制器14，并且分支66的大小被确定为使电缆在太阳能板12的本地控制器与其他电气部件之间穿过。分支66中的每一个延伸到与该部分的相应拐角邻近的孔，并且这些孔将形成管道56的各部分。这些孔钻穿中间部分48，并与钻穿第一玻璃片32和第二玻璃片34的孔对准。类似的孔钻穿上部分46。

如果需要，可以将散热器安装在邻近本地控制器14处，以便在使用中散发由本地控制器生成的热量。

另外，如果期望太阳能板具有存储电力的装置，则优选地将一个或多个电容器(或超级电容器)安装到基底层中。在提供车辆充电的实施例中，将电力临时存储在超级电容器内预期是有益的，因为由PV材料生成的电能可以存储在超级电容器中并且通过充电线圈54快速放电。

在图5中示出了基底层44的上部分46的俯视图，在图6中示出了类似的视图，其中，感应线圈52、感应线圈54位于其相应凹部中。

凹部70容纳用于加热元件的感应线圈52。凹部72容纳车辆充电线圈54。如上所述的，车辆充电线圈54跨基底层44、并且因此跨太阳能板12占据中心条带，并且感应线圈52和加热元件位于该中心条带的外侧。

车辆充电线圈的位置和定向可以根据需要变化，以适应车辆22的行驶方向。在本实施例中，将充电线圈54平行于太阳能板12的较短边缘铺设成一行，因为其旨在形成短边缘平行于行驶方向的道路10。在其他布置中，较长边缘可以平行于行驶方向，在这种情况下，充电线圈54将优选地定向为平行于较长边缘。

在本地控制器14及其缆线已经安装在塑料成型器62中之后，用树脂填充成型器以匹配周围部分的水平。树脂材料还用于填充凹部70、凹部72中剩余的任何间隙，使得基底层部分中的每一个具有平坦的顶部表面和底部表面。用橡胶树脂将这些部分结合在一起，并且还将树脂应用于密封这些部分之间的接缝。

下文中描述了一种将玻璃层安装到基底层的方法。

1.提供尺寸为长度比玻璃片32、玻璃片34和基底层44大约5mm且宽度比玻璃片和基底层大约5mm并且具有100mm的围壁的成型器。

2.将基底层44定位在成型器中，其中，基底层边缘与围壁之间的间隙约为2.5mm。

3.使用于电触点18的布线保持远离基底层44。

4.在基底层的外边缘施加硅坝(silicon dam)。

5.在基底层44的顶部与背衬层42之间施加非导电粘合剂，并且将玻璃片32、玻璃片34和PV层40、PV层42固定到基底层44。

6.用橡胶树脂将基底层44周围的间隙填充到基底层顶部的水平。

7.当橡胶树脂已经固化时，用水晶树脂将玻璃层周围的间隙填充到第一玻璃片32的顶部的水平。

8.当玻璃层周围的水晶树脂已经固化后，去除硅坝。

9.将水晶树脂薄层注入到玻璃片32的顶部上。

10.当水晶树脂薄层是粘性的时，插入顶层30并按压到适当位置。

11.将保护线插入到顶层30的凹槽中。

12.用粗砂砾的研磨机研磨或刮磨顶层30的顶部表面。

13.通过喷雾器或滚筒在研磨的顶部表面上施加水晶树脂薄层。

14.当水晶树脂薄层是粘性的时，将玻璃粉末颗粒按压到树脂中，玻璃粉末颗粒的大小优选地小于1mm。

15.在约12小时后，去除保护线并且从凹槽中去除任何松散材料。

16.施加非常薄的水晶树脂层以形成集成太阳能板12。

附图标记说明

10 太阳能道路

12 太阳能板

14 本地控制器

16 导线

18 电触点

20 外站

22 车辆

24 本地站

26 地产

28 国家电力网络

30 顶层

32 第一玻璃片

34 第二玻璃片

36LED

40 PV材料

42 PV材料背衬

44 基底层

46 基底层上部分

48 基底层中间部分

50 基底层下部分

52 感应充电线圈

54 感应充电线圈

56 管道

58 台面

60 蜡线

62 塑料成型器

64 中央插座

66 分支

70 凹部

72 凹部

Claims (36)

1.一种用于道路的太阳能板，其特征在于，所述太阳能板包括基底层、包括PV材料的层和顶层，所述顶层包括嵌入到水晶树脂中的平均大小约为2-3mm的钢化玻璃颗粒，所述顶层具有形成在其中的多个基本上平行的凹槽，所述凹槽约3mm深。

2.根据权利要求1所述的太阳能板，其特征在于，所述凹槽的中心相隔约5mm。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能板，其特征在于，所述水晶树脂具有与所述钢化玻璃颗粒的透明度和光学清晰度类似的透明度和光学清晰度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能板，其特征在于，所述水晶树脂是在紫外光下固化的类型。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的太阳能板，其特征在于，在所述顶层与所述PV层之间存在第一玻璃片。

6.根据权利要求5所述的太阳能板，其特征在于，所述第一玻璃片包括低铁钢化玻璃。

7.根据权利要求5或6所述的太阳能板，其特征在于，所述第一玻璃片通过所述水晶树脂结合到所述顶层。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的太阳能板，其特征在于，附加电气部件位于所述顶层与所述第一玻璃片之间。

9.根据权利要求8所述的太阳能板，其特征在于，所述附加电气部件包括一个或多个加热元件。

10.根据权利要求9所述的太阳能板，其特征在于，所述一个或多个加热元件覆盖所述太阳能板的总平面面积的约1％。

11.根据权利要求5至10中任一项所述的太阳能板，其特征在于，在所述第一玻璃片与所述PV层之间存在第二玻璃片。

12.根据权利要求11所述的太阳能板，其特征在于，所述第二玻璃片包括低铁钢化玻璃。

13.根据权利要求11或12所述的太阳能板，其特征在于，所述第一玻璃片和所述第二玻璃片都为约10mm厚。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的太阳能板，其特征在于，所述附加电气部件位于所述第一玻璃片与所述第二玻璃片之间。

15.根据权利要求14所述的太阳能板，其特征在于，所述附加电气部件包括LED和相关联电路。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的太阳能板，其特征在于，所述第一玻璃片和所述第二玻璃片通过所述水晶树脂结合在一起。

17.根据权利要求11至16中任一项所述的太阳能板，其特征在于，所述PV材料的层安装到所述第二玻璃片。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的太阳能板，其特征在于，所述PV材料包括碲化镉、以及氧化锌镁和硫氰酸铜的背衬层。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的太阳能板，其特征在于，所述太阳能板具有位于所述基底层中的本地控制器。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的太阳能板，其特征在于，所述基底层包括橡胶材料。

21.根据权利要求20所述的太阳能板，其特征在于，所述橡胶材料包括颗粒状和纤维状橡胶以及聚氨酯粘合剂。

22.根据权利要求21所述的太阳能板，其特征在于，橡胶颗粒和粘合剂的混合物包括约92％的橡胶和约8％的聚氨酯树脂。

23.根据权利要求1至22中任一项所述的太阳能板，其特征在于，所述基底层约为115mm厚。

24.根据权利要求1至23中任一项所述的太阳能板，其特征在于，所述基底层包括至少一个由塑料插件限定的部分。

25.根据权利要求24所述的太阳能板，其特征在于，电气部件位于所述部分中并且被嵌入到树脂中。

26.根据权利要求1至25中任一项所述的太阳能板，其特征在于，所述太阳能板是矩形的，长度约为3.5米并且宽度约为2.0米。

27.一种由多个根据权利要求1至26中任一项所述的太阳能板构成的太阳能道路。

28.一种制造根据权利要求1至26中任一项所述的太阳能板的顶层的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

{i}将边缘件定位在平坦工作表面上，所述平坦工作表面的形状为具有选定尺寸的矩形；

{ii}将连续且基本上平行的蜡线施加到所述工作表面上，所述蜡线约为3mm高；

{iii}用低铁钢化玻璃颗粒填充所述蜡线之间的区域，所述低铁钢化玻璃颗粒的大小在约2mm与约3mm之间；

{iv}注入液体水晶树脂以将所述边缘件之间的区域填充到超过所述低铁钢化玻璃颗粒的深度的深度，并且允许所述液体水晶树脂固化以形成树脂和所述低铁钢化玻璃颗粒的集成层；

{v}加热所述工作表面以熔化所述蜡中的至少一些；

{vi}从所述工作表面去除所述水晶树脂和所述低铁钢化玻璃颗粒的所述集成片，将所述层定向至一定角度以允许熔化的所述蜡逸出并且如果需要则进一步加热所述蜡。

29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述步骤{ii}中所述平行的蜡线的中心相隔约5mm。

30.根据权利要求28或29所述的方法，其特征在于，将所述步骤{iii}中的所述低铁钢化玻璃颗粒填充到约3mm的深度。

31.根据权利要求28至30中任一项所述的方法，其特征在于，将所述步骤{iv}中的所述水晶树脂填充到超过所述低铁钢化玻璃颗粒高度约2mm的水平。

32.根据权利要求28至31中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括另外的步骤：研磨所述顶层、将所述水晶树脂的薄层喷涂到所述研磨的顶层上以及然后将玻璃粉末按压到所述水晶树脂中。

33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，所述玻璃粉末的颗粒的大小小于1mm。

34.一种制造根据权利要求1至26中任一项所述的太阳能板的基底层的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

{i}将颗粒状橡胶与聚氨酯树脂混合；

{ii}将混合物置于模具中，并且在约100吨的负载下压缩所述混合物，直到所述树脂固化；

{iii}将另外的混合物添加到所述模具、到步骤{ii}的固化混合物的顶部上，并且在约100吨的负载下压缩所述另外的混合物直到所述另外的混合物中的树脂固化；

{iv}重复所述步骤{iii}直到橡胶层达到期望厚度。

35.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，所述基底层被建造成两个或更多个部分，并且其中，塑料插件被添加到所述两个或更多个部分中的至少一个。

36.根据权利要求34或35所述的方法，其特征在于，所述步骤{iv}中的期望厚度，或所述两个或更多个部分的厚度约为115mm。