CN207091856U - 一种装配式复合太阳能路面板块结构单元 - Google Patents

一种装配式复合太阳能路面板块结构单元 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种装配式复合太阳能路面板块结构单元，所述结构单元从上至下至少包括以下结构层：透明表层、太阳能电池中层、水泥混凝土底板，太阳能电池中层由太阳能电池板和LED照明指示灯与透明裹覆层一体浇注成型，水泥混凝土底板侧壁设有传力钢筋、钢筋对接孔和线槽，各结构层由层间设置的粘结层紧密结合。

Description

一种装配式复合太阳能路面板块结构单元
技术领域
本实用新型涉及道路工程、太阳能发电技术，尤其涉及一种装配式复合太阳能路面板块结构单元。
背景技术
煤炭、石油和天然气等化石能源作为人类社会的主要能量来源，长久的开采和消耗已经逐渐走向枯竭，而与之伴生的环境恶化问题也日益严峻。大力发展可再生能源替代化石能源、降低碳排放为主要内容的“能源转型”，已经成为很多国家能源政策的重要内容。太阳能作为一种广泛存在的清洁能源，光伏太阳能发电逐渐替代火力发电，成为“能源转型”的主力军。
目前，光伏太阳能发电技术在国内外道路工程中均有所应用，常规的实施方案是在公路沿线边坡、中央分隔带以及高速服务区的屋顶等附属设施表面架设太阳能光伏发电系统来满足公路沿线用电设施的耗电需求。以上做法虽然利用了公路沿线附属设施闲置的空间，但仍没有充分利用公路行车道部分广阔的空间。
公告号为CN 205545072 U的中国实用新型专利公开了一种“基于导光混凝土的光伏太阳能结构单元”，该混凝土结构单元可铺设在道路表面，结构单元内预设一个封闭空腔用于安放太阳能电池板，并通过混凝土中的导光体将外界太阳光导入到太阳能电池板所在的封闭空腔达到发电目的。该技术方案虽然解决了太阳能路面结构承载力和耐久性的问题，但其采用导光体聚光、导光的实际效果不佳，透光率低，直接影响太阳能电池板的发电效率和经济效益。
此外，2006年，美国Scott Brusaw和Julie Brusaw夫妇率先提出利用太阳能发电的 Solar Roadways(太阳能公路)，其设计的太阳能路面发电板块由六边形造型的钢化玻璃面板覆盖保护，表层设有圆形凸起纹理，双层钢化玻璃板中嵌有太阳能电池，可铺设在道路表面，厚度5-20cm不等，能利用太阳能发电。这种由钢化玻璃结合太阳能电池板的路面结构设计，不仅造价较高，其抗折、抗弯拉性等力学性能也有待验证。
2014年11月，荷兰应用科学研究组织财团(TNO)在距离阿姆斯特丹25km的克罗默尼市铺设了一条70m长的太阳能路面自行车道，该太阳能路面自行车道的太阳能路面板块由钢化玻璃板、太阳能电池、混凝土板组合形成矩形实体板块。该方案虽然施工简单，但存在太阳能路面板块层间结合能力差，相邻太阳能路面板块间的整体力学性能差的问题。
2016年12月，法国COLAS公司在诺曼底Tourouvre小镇铺设了1km长共2800m2的太阳能路面，该太阳能路面通过将硅树脂覆盖在太阳能电池表面并与聚合物基板形成矩形复合结构，厚度控制在7mm左右。此种设计将太阳能发电层作为一个7mm厚的功能层置于路面表层，其作为道路表层的抗磨耗能力、抵抗路面病害的能力和与原路表粘结性能均有待进一步研究考证。
实用新型内容
为了克服现有技术中太阳能路面发电存在路面空间利用率低、太阳能利用率低、力学性能不佳等缺陷，本实用新型旨在提供一种发电效率高、力学性能好的一种装配式复合太阳能路面板块结构单元。
为解决上述问题及其他相关技术问题，本实用新型采用以下技术方案：
一种装配式复合太阳能路面板块结构单元，所述结构单元从上至下至少包括以下结构层：透明表层、太阳能电池中层、水泥混凝土底板，所述太阳能电池中层由太阳能电池板和LED 照明指示灯与透明裹覆层一体浇注成型，所述水泥混凝土底板侧壁设有加强相邻结构单元整体力学性能的传力钢筋、钢筋对接孔和用于布设输电线路的线槽，所述各结构层由层间设置的粘结层紧密结合。
作为上述方案的进一步改进：
所述一种装配式复合太阳能路面板块结构单元为规则立体结构。
优选地，所述规则立体结构可以是长方体、正六面体。
更优选地，所述结构单元应用于人行道、自行车道等非机动车道，根据荷载等级的不同，其厚度控制在5cm-20cm，平面尺寸控制在0.02m2-2m2。
更优选地，所述结构单元应用于市政道路、各等级公路等机动车道，根据交通量和公路等级的不同，其厚度控制在20cm-45cm，平面尺寸控制在2m2-20m2。
所述透明表层可采用透明树脂混凝土、透明树脂、透明混凝土、改性PMMA有机玻璃、玻璃钢、钢化玻璃中的任意一种制成，其厚度根据使用场景和采用材料不同控制在0.5cm-20cm。
优选地，所述透明树脂混凝土制成的透明表层高度控制在4cm-15cm，所述透明树脂混凝土中各组分的质量百分比如下：
树脂组分：树脂10-60％，稀释剂0-30％；
固化剂组分：固化剂0-10％，促进剂0-10％；
集料组分：透明颗粒50-90％；
增强材料组分：增强纤维0.1-1％，增强纤维分散剂0-0.2％。
更优选地，所述树脂可以选自酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂或者乙烯基树脂等所有凝结硬化后具有透光性质的树脂材料中的任意一种。
更优选地，所述稀释剂为乙烯、苯乙烯中的任意一种或其组合。
更优选地，所述固化剂为氧化环己酮、过氧化二苯甲酰、过氧化甲乙酮中的任意一种或者其组合。
更优选地，所述促进剂为N,N-二甲基-对苯甲醛、N,N-二甲基苯胺、N,N-二乙基苯胺的任意一种或者其组合。
更优选地，所述透明树脂混凝土中的所述透明颗粒可以是规则或者不规则的玻璃颗粒、钢化玻璃颗粒、透明塑料颗粒、透明树脂颗粒、透明PMMA颗粒中的一种或几种组合，其级配形式可以是均匀粒径和开级配、半开级配、密级配剔除4.75mm以下标准粒径后的级配组合形式中的任意一种。
更优选地，所述增强纤维为高强玻璃纤维、石棉纤维、硼纤维等透明纤维的任意一种或几种组合。
较佳地，所述透明表层采用透明树脂、改性PMMA有机玻璃、玻璃钢、钢化玻璃制成时，其上表面设有等间距的条形内凹式倒梯形抗滑纹路、条形内凹式矩形抗滑纹路、梅花形布置的外凸式半球形抗滑纹路中的任意一种或者几种组合。
所述太阳能电池中层由太阳能电池板、LED照明指示灯与透明裹覆层一体浇注成型。
优选地，所述太阳能电池中层厚度根据选用的太阳能电池板和LED照明指示灯的规格尺寸以及透明裹覆层的材料性质不同控制在0.5cm-10cm。
较佳地，所述透明裹覆层采用透明树脂、透明树脂混凝土、改性PMMA有机玻璃、透明塑料、玻璃钢、钢化玻璃板中的任意一种或几种组合制成。
更优选地，所述透明裹覆层可添加高强玻璃纤维、石棉纤维、硼纤维等增强纤维组分改善其强度和力学性能。
更优选地，所述透明表层与所述太阳能电池中层的透明裹覆层均采用透明树脂、改性PMMA有机玻璃、玻璃钢、钢化玻璃中任意同种透明材料制成时，所述透明表层与所述太阳能电池中层可以一体浇注成型。
较佳地，所述太阳能电池板位于所述透明裹覆层中间，可选用晶硅太阳能电池板或者薄膜太阳能电池中的任意一种或几种组合。
更优选地，所述LED照明指示灯位于所述太阳能电池板四周，可选用LED灯条、LED灯带、LED发光模块中的任意一种或几种组合。
为了进一步优化设计方案，所述粘结层作为一个起层间结合作用功能层设置在所述透明表层、所述太阳能电池中层和所述水泥混凝土底板之间，所述粘结层选用透明树脂材料、改性沥青或者公路专用密封胶中的任意一种或几种组合。
所述水泥混凝土底板侧壁设有用于加强相邻结构单元整体力学性能的传力钢筋、钢筋对接孔和用于布设输电线路的线槽。
优选地，所述传力钢筋和所述钢筋对接孔采取对称布置，所述钢筋对接孔孔径大于所述传力钢筋的直径0.5cm-1cm。
更优选地，所述传力钢筋选用带肋钢筋或者光面钢筋中的任意一种或两种组合。
优选地，所述线槽采用内凹式半圆形或者方形线槽中的任意一种或者两种组合。
所述水泥混凝土底板上表面平整，所述太阳能电池中层位于水泥混凝土底板上表面；或者水泥混凝土底板上表面预制长方体凹槽，所述太阳能电池中层位于水泥混凝土底板上表面凹槽内。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
本实用新型一种装配式复合太阳能路面板块结构单元，采用透明树脂混凝土、透明树脂、透明混凝土、玻璃钢、钢化玻璃等透光且抗滑耐磨耗的透明材料浇注制成透明表层，太阳能电池板和LED照明指示灯则密封浇注在的透明裹覆层内部形成太阳能电池中层，使得该太阳能路面结构单元不仅具有了足够的透光率和发电效率，还避免太阳能电池板和LED照明指示灯直接受外界不良因素的影响和行车荷载损害，具有较长的使用寿命。太阳的电池中层的 LED照明指示灯，不仅具备夜间道路行车照明的作用，还可以结合LED信号控制器提供路面行车指示。
此外，透明表层上表面设有抗滑纹路可以提供良好的行车性能，相邻结构单元通过水泥混凝土底板设置的传力钢筋和钢筋对接孔对接形成的板块平面具有良好的路面整体力学性能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型一种装配式复合太阳能路面板块结构单元的立体结构示意图。
图2是本实用新型一种装配式复合太阳能路面板块结构单元的俯视结构示意图(未示出透明表层和太阳能电池中层的透明裹覆层)。
图3是沿着图2中A-A线的一种结构剖视图。
图4是沿着图2中的A-A线的另一种结构剖视图。
图5是本实用新型一种装配式复合太阳能路面板块结构单元的的水泥混凝土底板立体结构示意图。
图6是本实用新型一种装配式复合太阳能路面板块结构单元的一种条形凹式矩形抗滑纹路示意图。
图7是本实用新型一种装配式复合太阳能路面板块结构单元的一种条形内凹式倒梯形抗滑纹路示意图。
图8是本实用新型一种装配式复合太阳能路面板块结构单元的一种梅花形布置的外凸式半球形抗滑纹路示意图。
图9是本实用新型相邻结构单元拼装示意图。
图中各标号表示：
1、透明表层；2、太阳能电池中层；3、水泥混凝土底板；4、透明裹覆层；5、太阳能电池板；6、LED照明指示灯；7、传力钢筋；8、钢筋对接孔；9、线槽；10、条形内凹式矩形抗滑纹路；11、条形内凹式倒梯形抗滑纹路；12、梅花形布置的半球形抗滑纹路。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
实施例1
图1至图3、图5、图9示出了本实用新型一种装配式复合太阳能路面板块结构单元实施例，该结构单元包括透明表层1、太阳能电池中层2、水泥混凝土底板3，其中太阳能电池中层2 由太阳能电池板5和LED照明指示灯6和透明裹覆层4一体浇注成型，太阳能电池中层2 通过表面设置的粘结层与上部的透明表层1和下部的水泥混凝土底板3紧密结合成整体。
本实施例适用于人行道、自行车道等非机动车道，一种装配式复合太阳能路面板块结构单元为规则长方体结构，具体尺寸为：长35cm、宽35cm、高18cm；其中透明表层1 厚度为4cm，太阳能电池中层2厚度为3cm，水泥混凝土底板3厚度为10cm，太阳能电池中层2的上表面和下表面设置的粘结层分别厚0.5cm。
本实施例中，透明表层1采用透明树脂混凝土制成，表面有一定的构造深度，无需设置抗滑纹路，其所用原材料包括：501.3质量份不饱和聚酯树脂，0质量份乙烯稀释剂，4.0质量份氧化环乙酮固化剂，2.5质量份N,N-二甲基-对苯甲醛促进剂，1388.1质量份钢化玻璃颗粒，8.2质量份玻璃纤维，1.0质量份玻璃纤维分散剂，其中钢化玻璃颗粒的级配参照SMA-13沥青混合料级配剔除4.75mm以下标准粒径后的级配组合形式设计。
本实施例中，太阳能电池中层2由30cm×30cm的单晶硅太阳能电池板、30cm长的LED灯带和透明裹覆层一体浇注成型，其中太阳能电池板5位于透明裹覆层4中间位置， LED照明指示灯6水平位于太阳能电池板5两侧。透明裹覆层4所用原材料为：250质量份不饱和聚酯树脂，2质量份氧化环乙酮固化剂，1质量份N,N-二甲基-对苯甲醛促进剂。
本实施例中，水泥混凝土底板3侧壁设有1cm深、2cm宽的内凹式方形线槽9，线槽 9水平中轴线距水泥混凝土底板3上表面2cm，线槽9下方2cm处设有一根直径为1cm的带肋传力钢筋7和一处孔径为1.2cm的钢筋对接孔8，传力钢筋7和钢筋对接孔8相距 20cm，且沿水泥混凝土底板3侧壁对称分布。
本实施例中，太阳能电池中层2上下表面均选用不饱和聚酯树脂做粘结层，相邻结构单元通过传力钢筋7插入钢筋对接孔8连接，并进行灌浆密封处理，达到整体受力性能良好的要求。
实施例2
图1、图4、图8至图9示出了本实用新型一种装配式复合太阳能路面板块结构单元的实施例，该结构单元包括透明表层1、太阳能电池中层2、水泥混凝土底板3，水泥混凝土底板3 上表面预制长方体凹槽，所述太阳能电池中层2位于水泥混凝土底板3上表面凹槽内。
本实施例适用于人行道、自行车道等非机动车道，一种装配式复合太阳能路面板块结构单元为规则长方体结构，具体尺寸为：长40cm、宽40cm、高18cm；其中透明表层1 厚度为3cm，太阳能电池中层2厚度为2.5cm，水泥混凝土底板3厚度为15cm，水泥混凝土底板3上表面设置厚度为0.5cm的环氧树脂粘结层。
本实施例中，透明表层1采用环氧树脂浇注制成，上表面设有梅花形布置的外凸式半球形抗滑纹路12，也可以根据实际使用情况采用条形内凹式矩形抗滑纹路10或者内凹式倒梯形抗滑纹路11，其所用原材料包括：333.33质量份环氧树脂，2.66质量份过氧化二苯甲酰固化剂，1质量份N,N-二甲基-对苯甲醛促进剂，6质量份石棉纤维，0.8质量份石棉纤维分散剂。
本实施例中，太阳能电池中层2由30cm×30cm的多晶硅太阳能电池板、28cm长的LED发光灯条和透明裹覆层4一体浇注成型，其中太阳能电池板5位于透明裹覆层4中间位置，LED照明指示灯6水平位于太阳能电池板5两侧。透明裹覆层4所用材料与透明表层1所用材料保持一致，透明表层1与太阳能电池中层2可一体浇注成型，二者具有良好的粘结性能，可不设置粘结层。
本实施例中，水泥混凝土底板3上表面有预制长方体凹槽，该凹槽长宽均为35cm，高度为3cm。太阳能电池中层2的长宽尺寸与该长方体凹槽一致，并位安放、固定于该凹槽内，如图4所示。水泥混凝土底座3侧壁设有直径为2cm的内凹式半圆形线槽9，线槽9水平中轴线据水泥混凝土底板3上表面5cm，线槽9下方2cm处设有一根直径为1cm的光面传力钢筋7和一处孔径为1.2cm的钢筋对接孔8，传力钢筋7和钢筋对接8孔相距28cm，且沿水泥混凝土底板3侧壁对称分布。
本实施例中，水泥混凝土底座3凹槽上表面涂抹0.5cm厚的环氧树脂做粘结层，与凹槽内的太阳能电池中层2下表面紧密粘结形成整体。相邻结构单元通过侧壁的传力钢筋7插入钢筋对接孔8连接，并进行灌浆密封处理，达到整体受力性能良好的要求。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种装配式复合太阳能路面板块结构单元，其特征在于：从上至下至少包括透明表层(1)、太阳能电池中层(2)、水泥混凝土底板(3)，所述太阳能电池中层(2)由太阳能电池板(5)和LED照明指示灯(6)与透明裹覆层(4)一体浇注成型，所述水泥混凝土底板(3)侧壁设有传力钢筋(7)和钢筋对接孔(8)以及线槽(9)，所述各结构层由层间设置的粘结层紧密结合。
2.根据权利要求1所述的一种装配式复合太阳能路面板块结构单元，其特征在于：所述透明表层(1)采用透明树脂混凝土、透明树脂、透明混凝土、改性PMMA有机玻璃、玻璃钢、钢化玻璃中的任意一种制成。
3.根据权利要求2所述的一种装配式复合太阳能路面板块结构单元，其特征在于：所述透明表层(1)采用透明树脂、改性PMMA有机玻璃、玻璃钢、钢化玻璃制成时，其上表面设有等间距的条形内凹式倒梯形抗滑纹路(11)、条形内凹式矩形抗滑纹路(10)、梅花形布置的外凸式半球形抗滑纹路(12)中的任意一种或者几种组合。
4.根据权利要求1所述的一种装配式复合太阳能路面板块结构单元，其特征在于：所述透明裹覆层(4)采用透明树脂、透明树脂混凝土、改性PMMA有机玻璃、透明塑料、玻璃钢、钢化玻璃板中的任意一种制成。
5.根据权利要求1所述的一种装配式复合太阳能路面板块结构单元，其特征在于：所述透明裹覆层(4)与所述透明表层(1)采用同种透明材料制成时，所述透明表层(1)与所述太阳能电池中层(2)一体浇注成型。
6.根据权利要求1所述的一种装配式复合太阳能路面板块结构单元，其特征在于：所述传力钢筋(7)选用带肋钢筋或者光面钢筋中的任意一种或两种组合，所述钢筋对接孔(8)孔径大于所述传力钢筋(7)的直径0.5cm-1cm。
7.根据权利要求1所述的一种装配式复合太阳能路面板块结构单元，其特征在于：所述线槽(9)采用内凹式半圆形或者方形线槽中的任意一种或者两种组合。
8.根据权利要求1所述的一种装配式复合太阳能路面板块结构单元，其特征在于：所述水泥混凝土底板(3)上表面平整，所述太阳能电池中层(2)位于水泥混凝土底板(3)上表面；或者水泥混凝土底板(3)上表面预制长方体凹槽，所述太阳能电池中层(2)位于水泥混凝土底板(3)上表面凹槽内。
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