CN208072121U - 一种公路供能系统 - Google Patents

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袁艳平
季亚胜
向波
曹晓玲
余南阳
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Abstract

一种公路供能系统，属于新能源公路技术领域。本实用新型包括自下而上依次设置的公路地基层，防潮层，导热层，光伏层和透光承重层，其中：防潮层与导热层之间或者光伏层与透光承重层之间设有压电装置，公路地基层中设有蓄电装置，所述蓄电装置的输入端均与光伏层、压电装置均连接，其输出端与用电设备连接，所述导热层中设置有换热盘管，所述换热盘管与设于土壤中的换热装置形成回路。本实用新型结合压电发电技术和太阳能发电技术，改进公路路面结构，使其在满足自身用电需求的同时还能够进行缓存电量，进一步将发电产生影响光电转换效率的废热转移至土壤中储存，实现了蓄热供暖的功能，有效提高了能量的利用效率。

Description

一种公路供能系统
技术领域
本实用新型属于新能源公路技术领域，特别涉及一种公路供能系统。
背景技术
光伏产业是我国重要的战略性新兴产业，大力推进光伏应用，对于优化能源结构、保障能源安全、改善生态环境和转变用电方式都具有重要意义。除了光伏发电站、家庭光伏等应用形式，在日照条件非常充足的公路上非常适合发展光伏产业，光伏公路就是交通产业与新能源产业的结晶，其作为未来交通的基础性载体，在满足行驶功能的同时能够供给绿色能源，因此受到了业内人士的广泛关注。
2006年，美国布鲁索夫妇率先提出“光伏公路”的概念和梦想，并进行了一系列的研究、试验工作，取得了卓有成效的阶段性成果。随着太阳能技术日趋成熟，国内有关太阳能公路的研究也如雨后春笋般迅速发展。如中国专利CN200810060724.X，发明名称为《一种利用太阳能电池供电的道路》，发明人胡吼公开了一种路面由太阳能电池板构成，并可以通过导电杆给汽车、火车供电的公路；中国专利CN201610540733.3，发明名称为《一种太阳能公路发电系统》，发明人邢永安在公路两边装有电磁感应线圈，这样不仅可以通过公路发电，还能提供路面照明与交通指示、提供智能交通的路面探测、电烘干路面的积雪且能够给电动汽车提供无线充电；中国专利CN201611225697.8发明名称为《一种新型太阳能公路》，常州大学的陈海飞等人在路面内电池板下方铺设了带换热介质的管路层，不仅可以降低公路表面温度，并且升温后的换热介质可以用来给周围居民供热等；绍兴兰亭科技的杨林江申请了太阳能公路在工程应用中的一系列相关专利：一种太阳能公路路面结构(CN107059534 A)、一种路面材料及制造方法(CN 107021671 A)、一种太阳能公路缓冲层材料及制造方法(CN 107056167 A) 及一种太阳能公路防潮层及其制造方法(CN 107163340A)。通过上述研究可看出，在太阳能公路应用中，将道路作为能量收集和释放的载体，并使其与相关的配套设施组合，发展得到新型的能量供应系统具有现实意义。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：提供一种利用光伏和压电发电缓存能量，并结合换热装置使得土壤蓄热实现供暖的公路供能系统。为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种公路供能系统，包括自下而上依次设置的公路地基层，防潮层，导热层，光伏层和透光承重层，其中：防潮层与导热层之间或者光伏层与透光承重层之间设有压电装置，公路地基层中设有蓄电装置，所述蓄电装置的输入端均与光伏层、压电装置均连接，其输出端与用电设备连接，所述导热层中设置有换热盘管，所述换热盘管与设于土壤中的换热装置形成回路。进一步地，所述光伏层包括太阳能光伏发电板。
进一步地，所述蓄电装置包括蓄电池和转换器。
更进一步地，太阳能发电装置产生的电能和压电装置产生的电能存储在同一个蓄电装置中，所述蓄电装置的输出端与电网相连。
进一步地，所述换热装置包括循环水泵和地埋管换热器，循环水泵一端与换热盘管的出口相连，另一端与地埋管换热器的进口相连，地埋管换热器的出口与换热盘管的进口相连，从而形成回路。
根据具体实施例，所述透光承重层为高强度透明板。
根据具体实施例，当压电装置设置在光伏层与透光承重层之间，优选地，压电装置为高透光压电材料。
根据具体实施例，当压电装置设置在防潮层与导热层之间，优选地，压电装置为非透光压电材料。
作为优选方式，压电装置按照车辆轮胎轨迹铺设。
太阳光透过路面照射至光伏层，将太阳能转换为电能，同时公路上来往车辆很多，车辆碾压路面产生的振动能经压电装置转换也为电能，本系统产生的电能能够驱动整个系统运作，因此无需外加能源驱动，通过将上述二者与埋设在公路地基中的蓄电装置相连就能实现剩余电能的储存，从而实现供电以满足用户的用电需求；另外，在光伏层下表面设置换热盘管和填充在换热盘管之间的导热材料，通过将换热盘管与换热装置连接形成回路，从而将光伏层工作产生的废热蓄积在土壤中，不仅提高了光伏层的工作效率，而且提取土壤中的热量即可实现供暖。
本实用新型的有益效果是：
通过结合压电发电技术和太阳能发电技术，改进公路路面结构，使得公路路面作为能量收集和供给平台，明显提高了收集得到电能的总量，在满足自身用电需求的同时还能够进行缓存电量，进一步将发电产生影响光电转换效率的废热转移至土壤中储存，实现了蓄热供暖的功能，从而提高了能量的利用效率；另外，传统太阳能发电模式和压电转换模式均需要占据一定空间，而将太阳能和公路路面结合在一起，无需占用额外空间，解决了传统采集时占地大、怕遮挡的问题，有利于节约土地资源。
附图说明
图1为公路供能系统的结构示意图；
图2为压电材料铺设位置的示意图；
图3为实施例1提供的系统中公路结构的示意图；
图4为实施例2提供的系统中公路结构的示意图；
图中，1为地埋管换热器，2为循环水泵，3为换热盘管，4透光承重层，5为蓄电装置，6 为压电晶体层，7为光伏层，8为导热层，9为压电薄膜层，10为防潮层，11为公路地基层，12为土壤。
具体实施方式
下面将参照说明书附图来详细描述本实用新型的具体实施例，以此来解释本实用新型的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本实用新型的各种实施例和适用于特定预期应用的各种修改。
图1是本实施例所提供的公路供能系统的结构示意图，包括自下而上依次设置的公路地基层11，防潮层10，导热层8，光伏层7和透光承重层4，本实施例光伏层7为太阳能电池板；
其中：防潮层10与导热层8之间或者光伏层7与透光承重层4之间设有压电装置，如图 2为压电材料铺设位置示意图，图中箭头方向为车辆行驶方向，压电材料大致按照车辆轮胎轨迹铺设；压电材料的铺设位置包括如下两种情况：如图3所示，第一种实施方式中公路路基表面由下至上依次包括：防潮层10、由换热盘管3及填充于换热盘管4空隙的导热材料所共同构成的导热层8、光伏层7、高度透光的压电晶体层6和透光承重层4；如图4所示，第二种实施方式中公路路基表面由下至上依次包括：防潮层10、由换热盘管3及填充于换热盘管4空隙的导热材料所共同构成的导热层8、几乎不透光的压电薄膜层9、光伏层7和透光承重层4；
导热层8中设置有换热盘管3，所述换热装置包括循环水泵2和地埋管换热器1，循环水泵2一端与换热盘管3的出口相连，另一端与地埋管换热器1的进口相连，地埋管换热器1 的出口与换热盘管3的进口相连，从而形成回路；
公路地基层11中设有蓄电装置5，所述蓄电装置5的输入端均与光伏层7、压电装置均连接，其输出端与用电设备连接。
作为优选实施方式，透光承重层4优选为表面粗糙的高强度透明板。
作为优先实施方式，蓄电装置5包括蓄电池和转换器。
如上提供的公路供能系统，对于路面的改造工程较小，无需将原有的公路重建，而只要将太阳能电池和压电材料像地砖一样铺在公路表面，并在上层加设诸如高强度透明板等透明承重层来以承载过路的车辆，以及供太阳光透过投射至太阳能电池上，而通过隐藏在地下或者设置在地面上的蓄电装置进行能量储存；为了避免热量积累对太阳能发电效率的影响，通过换热装置将废热转移至土壤中，不仅提高了光伏层的工作效率，而且提取土壤中的热量即可实现供暖。
下面详细阐述所提出公路供能系统的工作原理：
在晴朗白天，太阳光透过路面照射至光伏层7，在实施例1中，阳光透过高强度透光承重层4和压电晶体板6照在太阳能电池板上，在实施例2中，阳光透过高强度透光承重层4直接照射到太阳能电池板上，太阳能电池板运行时产生的电能一部分用于驱动循环水泵2运行，剩余的电能可以通过蓄电装置5输送到电网或者供给其余用电设备，同时换热盘管3中的热媒吸收太阳能电池工作时产生的热量，使得太阳能电池的温度降低，热媒被加热并由循环水泵2送至地埋管换热器1，热媒在地埋管换热器1中与土壤12进行热交换，土壤12吸收并储存热量，热媒温度降低，低温的热媒重新流进换热盘管3内吸收太阳能电池产生的热量，如此反复循环，实现对路面下的太阳能电池降温的同时回收太阳能电池产生的热量并存储于土壤中；当路面内有行人、汽车通过时会引起路面的振动，此时，铺设在路面内的压电材料吸收振动能量将机械能转换成电能并存储在蓄电装置5中，电能的利用如上所述。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种公路供能系统，其特征在于，包括自下而上依次设置的公路地基层(11)，防潮层(10)，导热层(8)，光伏层(7)和透光承重层(4)，其中：防潮层(10)与导热层(8)之间或者光伏层(7)与透光承重层(4)之间设有压电装置，公路地基层(11)中设有蓄电装置(5)，所述蓄电装置(5)的输入端均与光伏层(7)、压电装置均连接，其输出端与用电设备连接，所述导热层(8)中设置有换热盘管(3)，所述换热盘管(3)与设于土壤(12)中的换热装置形成回路。
2.根据权利要求1所述的一种公路供能系统，其特征在于，所述光伏层(7)包括太阳能光伏发电板。
3.根据权利要求1所述的一种公路供能系统，其特征在于，所述蓄电装置(5)包括蓄电池和转换器。
4.根据权利要求1所述的一种公路供能系统，其特征在于，所述蓄电装置的输出端与电网相连。
5.根据权利要求1所述的一种公路供能系统，其特征在于，所述换热装置包括循环水泵(2)和地埋管换热器(1)，循环水泵(2)一端与换热盘管(3)的出口相连，另一端与地埋管换热器(1)的进口相连，地埋管换热器(1)的出口与换热盘管(3)的进口相连，从而形成回路。
6.根据权利要求1所述的一种公路供能系统，其特征在于，所述透光承重层(4)为高强度透明板。
7.根据权利要求1所述的一种公路供能系统，其特征在于，所述光伏层(7)与透光承重层(4)之间设置的压电装置为高透光压电材料。
8.根据权利要求1所述的一种公路供能系统，其特征在于，所述防潮层(10)与导热层(8)之间设置的压电装置为非透光压电材料。
9.根据权利要求7或8所述的一种公路供能系统，其特征在于，所述压电装置按照车辆轮胎轨迹铺设。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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