CN209412634U - 一种基于无线充电技术的太阳能光伏路面 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于无线充电技术的太阳能光伏路面，包括太阳能光伏板、无线充电线圈组件、原级电能变换装置以及路基；其结构铺设安排为道路两边铺设光伏板，中间铺设无线充电线圈，原级电能变换装置设置在路面边缘。本实用新型所述的光伏路面发电组件具有高强度，防滑、防水、耐磨等特点，可在不影响道路正常使用功能的情况下实现道路光照资源的有效开发利用，无线充电线圈组件和太阳能光伏板采用低耦合设计，形成“凹”字形路基结构，解决路面承重、设备之间的电磁兼容等问题，同时满足了道路承载要求、太阳能发电要求以及电动汽车动态无线充电要求，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型属太阳能应用技术领域，具体涉及一种基于无线充电技术的太阳能光伏路面。
背景技术
中国传统光伏行业面临两大发展瓶颈，一是土地资源，二是输电成本；光伏路面技术利用了高速公路路面空间资源，不额外占用土地，缩短输电距离，解决了中国光伏行业发展过程中用地难、输电难的瓶颈。太阳能光伏发电路面的关键在于：(1)如何保护布设于路表的光伏板在承受车辆碾压时不发生损坏；(2)路表既要保证透光性好以便于太阳能光伏板可以正常运行又要满足路面为行驶车辆提供足够摩擦力的需求；(3)其他辅助层次可以起到缓冲、布线、绝缘等功能。
目前太阳能光伏发电路面已经得到了广泛的研究，由同济大学张宏超教授提出的装配式太阳能光伏发电技术，其建造结构由下到上依次为：路层、基层、面层、绝缘密封层、太阳能光伏电池板层以及透光抗磨耗层，面层为水泥混凝土或沥青混凝土，可直接承受交通载荷，太阳能光伏电池板层封装在保护层与绝缘层密封之间，可经电路结构实现分布式并网，透光抗滑磨耗层采用透光混凝土或透光环氧树脂制成。该技术已应用于济南光伏路面示范区，可实现光伏路面的基本要求，但在实际应用中依然出现路面积水、光伏电池板层与透光抗磨耗层之间出现大量气泡、路面不平整等问题。
其次，利用太阳能光伏发电路面为电动汽车充电也是其重要应用之一，可以有效解决电动汽车行驶里程不足的问题，但是现有光伏路面充电系统多采用电磁感应或电波传输方式，对传输距离的要求严格，且输出系统功率较小，对于不同场合下电动汽车的应用较窄，因此上述无线充电技术并没有与新能源发电结合使用，无线充电中的能量损失代价较高，经济性有待提高。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种基于无线充电技术的太阳能光伏路面，该路面可同时满足道路承载要求、太阳能发电要求和电动汽车动态无线充电要求，形成光伏发电和动态无线充电系统。
本实用新型通过以下技术方案实现：
一种基于无线充电技术的太阳能光伏路面，所述路面包括太阳能光伏板、无线充电线圈组件、原级电能变换装置以及路基；其中，所述太阳能光伏板铺设于路面的两侧，沿道路中轴线对称设置，用于将接收的太阳能转换为电能；所述原级电能变换装置设于路面边缘，用于对所述太阳能光伏板转换的电能进行转化与存储；所述两侧设置的太阳能光伏板之间铺设有无线充电线圈组件，所述无线充电线圈组件沿道路中轴线设置，无线充电线圈组件与原级电能变换装置电连接，用于利用所述原级电能变换装置存储的电能对路面上的电动汽车进行无线充电；所述路基设于太阳能光伏板和无线充电线圈组件的下部，所述路基中部下凹，下凹端面与所述无线充电线圈组件下表面直接接触，两侧凸起的端面与所述太阳能光伏板下表面直接接触。
进一步地，所述路基由第一基层、底基层以及垫层组成；其中，所述第一基层为路基两端凸起的部分，采用钢筋混凝土铺设；所述底基层位于第一基层下部，采用水泥稳定石铺设；所述垫层为路基的底层，采用砂石铺设。
进一步地，所述太阳能光伏板由上至下依次设为防滑层、吸收层、衬底以及光电部件层；其中，所述防滑层采用毛玻璃，所述吸收层为透明混凝土，所述衬底为非透明的玻璃纤维，所述光电部件层采用单晶硅；所述光电部件层与所述路基的第一基层直接接触。
进一步地，所述无线充电线圈组件呈方形饼状结构，由上至下依次设为发射线圈保护层、发射线圈以及第二基层，所述发射线圈保护层与第二基层之间设有支撑条，所述支撑条沿第二基层表面横纵等间隔设置，所述发射线圈设于第二基层的中心位置，固定于支撑条围成的间隔中，所述第二基层与所述路基的底基层直接接触；其中，所述支撑条采用玻璃纤维，所述第二基层采用不含钢筋的混凝土铺设。
进一步地，所述第二基层侧边距离发射线圈外轮廓的距离为180-220mm。
进一步地，所述原级电能变换装置包括光伏串列、汇流箱、DC/DC直流变换装置、低压直流配电网以及无线充电主机；所述光伏串列由若干光伏电池串联连接组成，并通过并联接入汇流箱的电源输入端，所述汇流箱的电源输出端与DC/DC直流变换装置的电平输入端连接，所述DC/DC直流变换装置的电平输出端与低压直流配电网的电平输入端连接，将汇流箱输出的电能转换成合适低压直流配电网电压等级的电能，所述低压直流配电网的电平输出端与无线充电主机的电平输入端电连接，无线充电主机的电平输出端与无线充电线圈组件的发射线圈连接。
进一步地，所述原级电能变换装置与无线充电线圈组件的发射线圈之间铺设有方形线槽，所述无线充电主机从低压直流配电网取电并通过铺设的方形线槽将电能传送给发射线圈。
本实用新型中，所述太阳能光伏路面采用磁共振充电技术对无线电动汽车进行充电，磁共振充电技术的原理为：当无线电动汽车的车载拾取线圈与地面发射线圈采用相同的磁场振动频率时，线圈之间将完成能量的传输，此项技术的特点是不具有敏感的方向化，传输距离范围多达10cm-5m，可穿越非磁性物质传输能量，具有高效率传输能量的优点。
具体的充电步骤具体包括：
步骤一、太阳能光伏板将接收的光能转换为电能，并将转换的电能传递给原级电能变换装置的光伏串列；
步骤二、将光伏串列并联接入光伏汇流箱，将汇流箱的电能经DC/DC直流变换器变换成合适电压等级的电能输送入低压直流配电网；
步骤三、无线充电主机从低压直流配电网取电，直流电经调压和高频逆变后变为高频交流电，高频交流电通过铺设的方形线槽将电能传送给发射线圈，发射线圈激发出高频磁场；
步骤四、无线电动汽车的车载拾取线圈在高频磁场中感应出高频交流电，高频交流电经过整流、均流均压和调压后输出给汽车负载完成充电。
本实用新型与现有技术相比，具有以下的优点：
1. 本实用新型所述的光伏路面发电组件具有高强度，防滑、防水、耐磨等特点，可在不影响道路正常使用功能的情况下实现道路光照资源的有效开发利用。
2. 本实用新型将无线充电技术与光伏发电有机结合，有效利用新能源发电来提高无线充电的经济性。所述线充电技术为磁共振动态无线充电技术，可使得行驶中的无线电动汽车从路面直接获取电能，大幅节省电动汽车用户日常停车充电的时间，方便人们生活。
3. 本实用新型所述的无线充电线圈组件和太阳能光伏板采用低耦合设计，形成“凹”字形路基结构，解决路面承重、设备之间的电磁兼容等问题。
附图说明
图1为本实用新型实施例所述的太阳能光伏路面剖面结构示意图。
图2为本实用新型实施例所述的太阳能光伏路面侧视结构示意图。
图3为本实用新型所实施例所述的太阳能光伏路面俯视剖面图。
图4为本实用新型所述的原级电能变换装置内部连接示意图。
图5为本实用新型所述无线充电机的运行流程示意图。
图中序号，1-太阳能光伏板、2-无线充电线圈组件、3-原级电能变换装置、4-路基、5-方形线槽、11-防滑层、12-吸收层、13-衬底、14-光电部件层、21-发射线圈保护层、22-发射线圈、23-第二基层、24-支撑条、31-光伏串列、32-汇流箱、33- DC/DC直流变换装置、34-低压直流配电网、35-无线充电主机、41-第一基层、42-底基层、43-垫层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。
参见图1-3所示的一种基于无线充电技术的太阳能光伏路面，所述路面包括太阳能光伏板1、无线充电线圈组件2、原级电能变换装置3以及路基4；其中，所述太阳能光伏板1铺设于路面的两侧，沿道路中轴线对称设置，用于将接收的太阳能转换为电能；所述原级电能变换装置3设于路面边缘，用于对所述太阳能光伏板1转换的电能进行转化与存储；所述两侧设置的太阳能光伏板1之间铺设有无线充电线圈组件2，所述无线充电线圈组件2沿道路中轴线设置，无线充电线圈组件2与原级电能变换装置3电连接，用于利用所述原级电能变换装置3存储的电能对路面上的无线电动汽车进行无线充电；所述路基4设于太阳能光伏板1和无线充电线圈组件2的下部，所述路基4中部下凹，下凹端面与所述无线充电线圈组件2下表面直接接触，两侧凸起的端面与所述太阳能光伏板1下表面直接接触。
本实施例中，所述路基4由第一基层41、底基层42以及垫层43组成；其中，所述第一基层41为路基两端凸起的部分，采用钢筋混凝土铺设；所述底基层42位于第一基层41下部，采用水泥稳定石铺设；所述垫层43为路基4的底层，采用砂石铺设。所述路基整体呈“凹”字形，设于太阳能光伏板1的下部，保证了太阳能光伏板1可以接受太阳的照射，同时采用钢筋混凝土与水泥稳定石的铺设方式，提高了底部路基4整体的承压能力，遇水后也不产生泥泞，表面坚实，抗压能力强。
本实施例中，所述太阳能光伏板1由上至下依次设为防滑层11、吸收层12、衬底13以及光电部件层14；其中，所述防滑层11采用毛玻璃，所述吸收层12为透明混凝土，所述衬底13为非透明的玻璃纤维，所述光电部件层14采用单晶硅；所述光电部件层14与所述路基的第一基层41直接接触。防滑层采用的毛玻璃材料具有防滑、防水、耐磨功能，保证了太阳能光伏板1的整体强度，克服了电动汽车在其表面行驶而造成损伤以及恶劣天气下对于光伏板内部电路部件的侵蚀问题；所述吸收层主要为透明混凝土，用于吸收太阳照射的光能；非透明衬底13起到了太阳能光伏板1与路基第一基层41接触时对光电部件层14的保护作用。
本实施例中，所述无线充电线圈组件2呈方形饼状结构，由上至下依次设为发射线圈保护层21、发射线圈22以及第二基层23，所述发射线圈保护层21与第二基层23之间设有支撑条24，所述支撑条24沿第二基层23表面横纵等间隔设置，所述发射线圈22设于第二基层23的中心位置，固定于支撑条24围成的间隔中，第二基层23侧边距离发射线圈22外轮廓的距离设为200mm，所述第二基层23与所述路基的底基层42直接接触；其中，所述发射线圈保护层21为胶料和黑金沙按照一定比例混合调制形成，是一种不影响电磁场能量传输、具有足够路面承重能力并可为行驶车辆提供充足摩擦力的特殊材料；所述玻璃纤维具有足够的耐压强度，可以保护内部的发射线圈22不受汽车行驶时候的震动影响；所述第二基层23位于路基4中部的凹槽中，与第一基层41位于同一平面，从而实现了无线充电线圈组件2和太阳能光伏板1的低耦合设计，保证了设备之间的电磁兼容。
参见图4，本实施例中，所述原级电能变换装置3包括光伏串列31、汇流箱32、DC/DC直流变换装置33、低压直流配电网34以及无线充电主机35；所述光伏串列31由若干光伏电池串联连接组成，并通过并联接入汇流箱32的电源输入端，所述汇流箱32的电源输出端与DC/DC直流变换装置33的电平输入端连接，所述DC/DC直流变换装置33的电平输出端与低压直流配电网34的电平输入端连接，将汇流箱32输出的电能转换成合适低压直流配电网34电压等级的电能，所述低压直流配电网34的电平输出端与无线充电主机35的电平输入端电连接，无线充电主机35的电平输出端与无线充电线圈组件的发射线圈22连接。
本实施例中，为了实现无线充电线圈组件2与原级电能变换装置3的电连接，所述原级电能变换装置3与无线充电线圈组件的发射线圈22之间铺设有方形线槽5，所述无线充电主机35从低压直流配电网34取电并通过铺设的方形线槽5将电能传送给发射线圈22。
本实用新型具体对无线电动汽车的充电过程如下：
开始时，太阳能光伏板1将接收的光能转换为电能，并将转换的电能传递给原级电能变换装置3的光伏串列31；然后参见图4的连接方式，将光伏串列31并联接入光伏汇流箱32，将汇流箱32的电能经DC/DC直流变换器33变换成合适电压等级的电能输送入低压直流配电网34；接着参见图5的运行流程，无线充电主机35从低压直流配电网34取电，直流电经调压和高频逆变后变为高频交流电，高频交流电通过铺设的方形线槽5将电能传送给发射线圈22，发射线圈22激发出高频磁场；最后，无线电动汽车的车载拾取线圈在高频磁场中感应出高频交流电，高频交流电经过整流、均流均压和调压后输出给汽车负载完成充电。
以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于无线充电技术的太阳能光伏路面，其特征在于：所述路面包括太阳能光伏板(1)、无线充电线圈组件(2)、原级电能变换装置(3)以及路基(4)；其中，所述太阳能光伏板(1)铺设于路面的两侧，沿道路中轴线对称设置，用于将接收的太阳能转换为电能；所述原级电能变换装置(3)设于路面边缘，用于对所述太阳能光伏板(1)转换的电能进行转化与存储；所述两侧设置的太阳能光伏板(1)之间铺设有无线充电线圈组件(2)，所述无线充电线圈组件(2)沿道路中轴线设置，无线充电线圈组件(2)与原级电能变换装置(3)电连接，用于利用所述原级电能变换装置(3)存储的电能对路面上的无线电动汽车进行无线充电；所述路基(4)设于太阳能光伏板(1)和无线充电线圈组件(2)的下部，所述路基(4)中部下凹，下凹端面与所述无线充电线圈组件(2)下表面直接接触，两侧凸起的端面与所述太阳能光伏板(1)下表面直接接触。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线充电技术的太阳能光伏路面，其特征在于：所述路基(4)由第一基层(41)、底基层(42)以及垫层(43)组成；其中，所述第一基层(41)为路基两端凸起的部分，采用钢筋混凝土铺设；所述底基层(42)位于第一基层(41)下部，采用水泥稳定石铺设；所述垫层(43)为路基(4)的底层，采用砂石铺设。
3.根据权利要求2所述的一种基于无线充电技术的太阳能光伏路面，其特征在于：所述太阳能光伏板(1)由上至下依次设为防滑层(11)、吸收层(12)、衬底(13)以及光电部件层(14)；其中，所述防滑层(11)采用毛玻璃，所述吸收层(12)为透明混凝土，所述衬底(13)为非透明的玻璃纤维，所述光电部件层(14)采用单晶硅；所述光电部件层(14)与所述路基的第一基层(41)直接接触。
4.根据权利要求2所述的一种基于无线充电技术的太阳能光伏路面，其特征在于：所述无线充电线圈组件(2)呈方形饼状结构，由上至下依次设为发射线圈保护层(21)、发射线圈(22)以及第二基层(23)，所述发射线圈保护层(21)与第二基层(23)之间设有支撑条(24)，所述支撑条(24)沿第二基层(23)表面横纵等间隔设置，所述发射线圈(22)设于第二基层(23)的中心位置，固定于支撑条(24)围成的间隔中，所述第二基层(23)与所述路基的底基层(42)直接接触；其中所述支撑条(24)采用玻璃纤维，所述第二基层(23)采用不含钢筋的混凝土铺设。
5.根据权利要求4所述的一种基于无线充电技术的太阳能光伏路面，其特征在于：所述第二基层(23)侧边距离发射线圈(22)外轮廓的距离为180-220mm。
6.根据权利要求2所述的一种基于无线充电技术的太阳能光伏路面，其特征在于：所述原级电能变换装置(3)包括光伏串列(31)、汇流箱(32)、DC/DC直流变换装置(33)、低压直流配电网(34)以及无线充电主机(35)；所述光伏串列(31)由若干光伏电池串联连接组成，并通过并联接入汇流箱(32)的电源输入端，所述汇流箱(32)的电源输出端与DC/DC直流变换装置(33)的电平输入端连接，所述DC/DC直流变换装置(33)的电平输出端与低压直流配电网(34)的电平输入端连接，将汇流箱(32)输出的电能转换成合适低压直流配电网(34)电压等级的电能，所述低压直流配电网(34)的电平输出端与无线充电主机(35)的电平输入端电连接，无线充电主机(35)的电平输出端与无线充电线圈组件的发射线圈(22)连接。
7.根据权利要求6所述的一种基于无线充电技术的太阳能光伏路面，其特征在于：所述原级电能变换装置(3)与无线充电线圈组件的发射线圈(22)之间铺设有方形线槽(5)，所述无线充电主机(35)从低压直流配电网(34)取电并通过铺设的方形线槽(5)将电能传送给发射线圈(22)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |