CN213295959U - 一种免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构，所述板块结构从上至下至少包括以下结构层：抗滑聚光面板、免跟踪自聚光格室、高强底座。抗滑聚光面板由设有表面抗滑纹理和底面聚光柱面的透明板块组成；免跟踪自聚光格室中设有底部光伏太阳能电池板和侧壁表面反光镜；高强底座由倾斜壁板、底板和壁帽三部分组成整体；各结构层层间由粘结层紧密结合；多个板块结构单元可复合成整体式多格室大板块结构，电池板组成微型光伏阵列发电系统；板块结构直接铺设于传统路面结构的已有或新建面层或基层等承重层之上作为表面层。该板块结构不仅能满足各项路用功能的结构和性能要求，而且可自动汇聚光线，提高电池板发电效率，并延长其使用寿命。

Description

一种免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构

技术领域

本实用新型涉及道路工程、太阳能发电技术，尤其涉及一种免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构。

背景技术

随着全球化石能源日趋枯竭，环境污染日益严重，以及经济发展对能源需求的与日俱增，开发利用可再生能源已成为当今经济社会发展的迫切需要。大力发展可再生能源替代化石能源已经成为很多国家能源政策的重要内容。而太阳能作为地球上最丰富的可再生能源，取之不尽，用之不竭，成为“能源转型”的主力军。

目前，太阳能光伏发电在道路工程中的应用方式主要有三种：一是将光伏发电系统布设在道路沿线的服务区和收费站及路域边坡上，以满足道路设施用电的需求；二是将光伏发电系统布置在道路隧道的出入口，满足隧道内照明用电的需求；三是将光伏发电系统铺设于路面之上形成光伏太阳能路面，在保障交通运输功能的同时，实现清洁发电的目标。

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”，该太阳能路面板块可铺设在道路表面，板块内预设一个封闭空腔用于安放太阳能电池板，并通过埋设于混凝土中的导光体将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，透光率较低，直接影响太阳能电池板的发电效率和经济效益。

公告号为CN 207091856 U的中国实用新型专利公开了一种“一种装配式复合太阳能路面板块结构单元”，该混凝土结构单元可铺设在道路表面，结构单元由透明表层、太阳能电池中层、水泥混凝土底板复合构成，太阳光直接透过表层照射在电池板上。该技术方案虽然提高了太阳能路面结构的发电效率，但没有设置空腔，电池板将直接承受由表层传递下来的各种荷载作用，易导致电池板隐裂和开裂等破坏而失效，直接影响了电池板的使用寿命。

公告号为CN102122061 A的中国发明专利公开了一种“免跟踪低聚光太阳能聚光器、太阳能聚光器阵列和波导聚光器”，该免跟踪太阳能聚光器，结构单元为一体式聚光单元，聚光器为实心结构，由一个光输入面接收太阳能，通过两侧的光转向元件将入射的光线聚集到底部的光输出面以达到聚光效果。该技术方案虽然解决了免跟踪自聚光问题，但光在介质中传播将损耗能量，降低了太阳能电池板的发电效率，且无法运用到道路上。

2014年，加拿大Andrew Northmore制作出了一种由多个小格单元组成的太阳能路面模型，其表层为10mm厚的毛玻璃，中层发电层为木板拼接的多个正方形方格，每个方格尺寸为125mm×125mm×12.7mm，中间可放入光伏电池板，下层结构保护层为19.05mm厚的GPO-3(不饱和聚酯树脂玻璃纤维板)，三层结构层通过铝制金属框架固定。该结构虽满足路用性能要求，但价格昂贵，且制作困难。

2017年，伊朗Azin Sadeghi Dezfooli等人设计了两种铺设在沥青路面之上的太阳能路面结构：一种是将太阳能电池板嵌入于橡胶和树脂玻璃之间，称之为“太阳能嵌入板”(solar panel)；另一种是将太阳能电池板置于两层多孔橡胶之间，称之为“太阳能路面板”(solar pavement)。该路面结构虽然满足了抗滑性能要求，但能量转换效率大幅降低，且其抗弯拉等力学性能也有待验证。

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太阳能利用率低、力学性能不佳及光伏电池板易损坏等缺点，本实用新型旨在提供一种发电效率高、力学性能强及使用性能好的免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构。

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：一种免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构，所述结构单元从上至下至少包括以下结构层：抗滑聚光面板、免跟踪自聚光格室、高强底座。其中，抗滑聚光面板由设有表面抗滑纹理和底面聚光柱面的透明板块组成；免跟踪自聚光格室中设有底部光伏太阳能电池板与侧壁表面反光镜；高强底座由倾斜壁板、底板和壁帽三部分组成整体；各结构层层间由粘结层紧密结合；多个板块结构单元可复合成整体式多格室大板块结构；光伏太阳能电池板可组成微型光伏阵列发电系统。该板块结构直接铺设于传统路面结构的已有或新建面层或基层等承重层之上作为表面层，从而可满足安全行车和清洁发电的双重功能要求。

作为上述方案的进一步改进：

所述一种免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构为规则立体结构。

优选地，所述规则立体结构应为长方体。

更优选地，所述板块结构应用于人行道、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100～250mm，平面尺寸控制在0.01～2m²。

更优选地，所述板块结构厚度由表层抗滑聚光面板厚度2～50mm(不计表面抗滑纹理厚度和底面聚光柱面厚度)、免跟踪自聚光格室厚度30～150mm和底板厚度15～150mm组成。

更优选地，所述板块结构应用于各等级公路、城市道路等的机动车道，根据交通量和道路等级的不同，其厚度控制在150～450mm，平面尺寸控制在 0.04～20m²。

更优选地，所述板块结构厚度由表层抗滑聚光面板厚度5～100mm(不计表面抗滑纹理厚度和底面聚光柱面厚度)、免跟踪自聚光格室厚度30～200mm和底板厚度20～200mm组成。

所述抗滑聚光面板可采用透明树脂、改性PMMA有机玻璃、玻璃钢、钢化玻璃等高强透明材料中的任意一种制成，其厚度根据使用场景和采用材料不同控制在2～100mm。

所述抗滑聚光面板底面聚光柱面，在一个板块结构单元内，当采用横截面为下凸式多段圆弧线聚光柱面构成时，由两组及以上相接的圆弧线聚光柱面组成，每组圆弧线由两段半径不同的在相接处的切线夹角为钝角的圆弧线组成。其中，以相接处为界，一侧大圆半径为60～100mm，另一侧小圆半径为10～60mm。

更优选地，所述抗滑聚光面板底面聚光柱面，在一个结构单元内，当采用横截面为下凸式多段圆弧线聚光柱面构成时，为了避免应力集中，在相邻两组圆弧线聚光柱面之间增设上凹式圆弧柱面作为过渡，其中过渡圆弧半径为 2～10mm。

更优选地，所述抗滑聚光面板底面聚光柱面，在一个结构单元内，当采用横截面为下凸式多段直线聚光柱面构成时，由两组及以上相接的直线段聚光柱面组成，每组直线由两段在相接处夹角为钝角的直线组成。其中，以相接处为界，一侧长直线段与水平面夹角为5～30°，另一侧短直线段与水平面夹角为10～45°。

更优选地，所述高强底座可根据其承托表层抗滑聚光面板的壁帽顶面宽度及倾斜壁板、内部倾斜隔板和底板的厚度不同，选用水泥混凝土、环氧树脂、环氧砂浆等材料筑做成型。

较佳地，所述抗滑聚光面板其上表面抗滑纹理应以内凹式槽型抗滑纹理为首选纹理，也可根据不同路面要求选用凸起式条形或圆形抗滑纹理。

优选地，所述免跟踪自聚光格室中的光伏太阳能电池板的规格尺寸应根据具体布置环境所选用的板块结构单元尺寸确定，当板块结构单元尺寸为 130mm×84mm时，电池板尺寸为50mm×84mm，若单元尺寸扩大或缩小，应进一步优选电池板尺寸和连接方式。

较佳地，所述免跟踪自聚光格室中的光伏太阳能电池板应与左侧倾斜壁板垂直，且与高强底座的底板上表面紧密粘结。

较佳地，所述光伏太阳能电池板可选用单晶硅太阳能电池板、多晶硅太阳能电池板、非晶硅太阳能电池板或者薄膜太阳能电池中的任意一种。

更优选地，所述光伏太阳能电池板与水平面之间的夹角应为0～30°。

为了进一步优化设计方案，所述抗滑聚光面板与所述壁帽之间、所述光伏太阳能电池板与所述底板上表面之间、所述表面反光镜与所述倾斜壁板内壁之间应紧密粘结，所述粘结材料可选用环氧树脂、改性沥青或者结构专用密封胶等材料的任意一种或几种组合。

所述倾斜壁板，若以其内壁底部为参照点，以垂直于水平面的y轴朝上方向为0°，以任一组聚光柱面横截面的两段圆弧线或直线段相接处为界，则靠近大半径圆弧线或长直线段一侧的倾斜壁板的内壁倾角为仰斜5～35°，而靠近另一侧小半径圆弧线或短直线段的倾斜壁板的内壁倾角为俯斜30～60°。

更优选地，所述倾斜壁板上设有用于组成免跟踪自聚光格室的表面反光镜，应与倾斜壁板的内壁紧密粘结。

较佳地，所述壁帽根据板块结构单元的几何尺寸不同，壁帽厚度应取 0～20mm，以防止所述抗滑聚光面板在行车荷载作用下产生横向位移。

较佳地，所述壁帽顶面与所述抗滑聚光面板接触的部分应平整，使得所述抗滑聚光面板与壁帽顶面之间紧密粘结或连接，以提供足够的密封和支撑作用。

较佳地，所述壁帽顶面与所述抗滑聚光面板接触部分应具有一定宽度以支撑所述抗滑聚光面板，根据板块结构单元的几何尺寸不同，支撑部分宽度应取 5～50mm。

优选地，所述一种免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构，若由多个板块结构单元拼接成整体式多格室大板块结构时，内部倾斜隔板顶面宽度应取 5～50mm。

更优选地，所述一种免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构，若由多个板块结构单元拼接成整体式多格室大板块结构时，所述多格室大板块结构左右两端表面抗滑纹理宽度应设置为原内凹式槽型抗滑纹理宽度的一半左右，以便铺筑时大板块之间的拼接。

优选地，复合而成的所述多格室大板块结构，其免跟踪自聚光格室横向贯穿整个板块；所述光伏太阳能电池板之间沿免跟踪自聚光格室横向相互串联为一排，格室与格室之间的电池板可根据设计要求相互并联、串联或混联为一体，从而组成微型光伏阵列，并与外部蓄电池、逆变器等组件连接组成光伏发电系统。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型一种免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构，采用透明树脂、有机玻璃、玻璃钢、钢化玻璃等透光且抗滑耐磨的透明材料筑做制成抗滑聚光面板，并置于高强底座之上，光伏太阳能电池板则固定在免跟踪自聚光格室底部；多个板块结构单元可复合成整体式多格室大板块结构，且可组成微型光伏阵列发电系统。该板块结构不仅具备足够的强度、刚度、透光率及抗滑性能，还能够将入射到格室内的光线汇聚到电池板上，不仅提高了太阳能电池板的发电效率，还能够节省电池板的成本；且格室隔离了太阳能电池板与抗滑聚光面板，避免了电池板直接承受各种行人和行车荷载作用及外界环境因素影响而产生隐裂或压裂等失效破坏，保证了太阳能电池板的使用寿命。

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是本实用新型一种免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构的立体结构示意图(仅示出抗滑聚光面板、免跟踪自聚光格室、高强底座及承重层)。

图2是本实用新型一种免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构的免跟踪自聚光格室立体结构示意图(仅示出底面聚光柱面、底部光伏太阳能电池板和侧壁表面反光镜)。

图3是本实用新型一种免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构的采用横截面为下凸式多段直线聚光柱面时的正视图。

图4是本实用新型一种免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构的采用横截面为下凸式多段圆弧线聚光柱面时的正视图。

图5是本实用新型一种免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构的抗滑聚光面板立体结构示意图。

图6是本实用新型一种免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构的高强底座立体结构示意图。

图7是本实用新型一种免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构的一种内凹式槽型抗滑纹理结构示意图。

图8是本实用新型相邻2个板块结构单元复合示意图(仅示出内部倾斜隔板)。

图9是本实用新型相邻4个板块结构单元复合示意图(仅示出内部倾斜隔板)。

图10是本实用新型整体式多格室大板块平面示意图(仅示出内部倾斜隔板和壁帽)。

图11是本实用新型光伏太阳能电池板连接方式及光伏发电系统示意图。

图中各标号表示：

1、抗滑聚光面板；2、免跟踪自聚光格室；3、高强底座；4、表面抗滑纹理； 5、底面聚光柱面；6、底部光伏太阳能电池板；7、侧壁表面反光镜；8、倾斜壁板；9、底板；10、壁帽；11、承重层；12、横截面为下凸式多段直线的聚光柱面；13、横截面为下凸式多段圆弧线的聚光柱面；14、内部倾斜隔板。

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、图4、图5至图8、图11示出了本实用新型一种免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构实施例，该结构包括抗滑聚光面板1、免跟踪自聚光格室2、高强底座3，其中免跟踪自聚光格室2中设有底部光伏太阳能电池板6和侧壁表面反光镜7，光伏太阳能电池板6和侧壁表面反光镜7通过粘结材料分别与底板 9上表面和倾斜壁板8内壁紧密结合成整体。

本实施例适用于人行道、自行车道等非机动车道，免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构为规则长方体结构，具体尺寸为：长285mm、宽285mm、高123.6mm；其中抗滑聚光面板1厚度为8mm(不计底面聚光柱面厚度)，免跟踪自聚光格室2高度为71.4mm，两侧壁帽10高度为：左侧2.3mm、右侧4.2mm，高强底座3高度为115.6mm，抗滑聚光面板1与壁帽10顶面接触部分宽度分别为：左侧36mm，右侧21mm。

本实施例中，抗滑聚光面板1采用透明树脂制成，其所用原材料质量组分配比为：300份环氧树脂∶2.4份固化剂∶0.9份促进剂。

本实施例中，抗滑聚光面板1的表面抗滑纹理4为内凹式槽型抗滑纹理，其纹理间距为15mm，槽宽为3mm，槽深为3mm，此时路面板块结构左右两端表面抗滑纹理4的宽度分别为：左端6mm、右端6mm。

本实施例中，抗滑聚光面板1的底面聚光柱面5采用两组横截面为下凸式多段圆弧线的聚光柱面13，每组圆弧线聚光柱面两侧的圆弧线大、小圆半径分别为77.6mm和31.7mm，其中衔接两组圆弧线聚光柱面之间的上凹式过渡圆弧线柱面的圆半径为5mm。

本实施例中，免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构由6个免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构单元按2个×3个的模式复合而成，其中免跟踪自聚光格室2中的光伏太阳能电池板6由尺寸为50mm×95mm的6块单晶硅太阳能电池板组成，按3个为1排进行串联再2排进行并联的方式连接，组成微型光伏阵列，并与外部蓄电池连接组成光伏发电系统；每块太阳能电池板与水平面之间夹角为18.9°，通过粘结材料与底板9上表面紧密粘结成整体。

本实施例中，高强底座3设有倾斜壁板8，其两侧壁板的外壁均垂直于水平面，而内壁倾斜角度不同，当以壁板内壁底部为参照点、以垂直于水平面的y轴朝上方向为0°、以任一组聚光柱面横截面的两段圆弧线相接处为界时，则靠近大半径圆弧线一侧的内壁倾角为仰斜18.9°，而靠近另一侧小半径圆弧线的内壁倾角为俯斜48.8°。高强底座3的高度为115.6mm，其中底板9的厚度为40mm。

本实施例中，免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构中内部倾斜隔板顶面宽度为10.3mm。

本实施例中，考虑到免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构由多个板块结构单元拼接时的高强底座3的可模性，采用环氧砂浆筑做制成高强底座3。

实施例2

图1、图4、图5至图7、图9至图11示出了本实用新型一种免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构实施例，该结构包括抗滑聚光面板1、免跟踪自聚光格室2、高强底座3，其中免跟踪自聚光格室2中设有底部光伏太阳能电池板6 和侧壁表面反光镜7，光伏太阳能电池板6和侧壁表面反光镜7通过粘结材料分别与底板9上表面和倾斜壁板8内壁紧密结合成整体。

本实施例适用于公路和城市道路的机动车道，免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构为规则长方体结构，具体尺寸为：长540mm、宽540mm、高 144.6mm；其中抗滑聚光面板1厚度为9mm(不计底面聚光柱面厚度)，免跟踪自聚光格室2高度为71.4mm，两侧壁帽10高度为：左侧2.3mm、右侧4.2mm，高强底座3高度为135.6mm，抗滑聚光面板1与壁帽10顶面接触部分宽度分别为：左侧42mm，右侧30mm。

本实施例中，抗滑聚光面板1采用透明改性PMMA有机玻璃板制成，其表面抗滑纹理4为内凹式槽型抗滑纹理，其纹理间距为15mm，槽宽为3mm，槽深为4mm，此时路面板块结构左右两端表面抗滑纹理4的宽度分别为：左端 6mm、右端6mm。

底面聚光柱面5采用横截面为下凸式多段圆弧线的聚光柱面13，每组圆弧线聚光柱面两侧的圆弧线大、小圆半径分别为77.6mm和31.7mm，其中衔接两组圆弧线聚光柱面之间的上凹式过渡圆弧线柱面的圆半径为5mm。

本实施例中，免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构由24个免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构单元按4个×6个的模式复合而成，其中免跟踪自聚光格室2中的光伏太阳能电池板6由尺寸为50mm×180mm的12个薄膜太阳能电池条组成，按3个为1排进行串联再4排进行并联的方式连接，组成微型光伏阵列，并与外部蓄电池连接组成光伏发电系统；每个薄膜太阳能电池条与水平面之间的夹角为18.9°，通过粘结材料与底板9上表面紧密粘结成整体。

本实施例中，高强底座3设有倾斜壁板8，其两侧壁板的外壁均垂直于水平面，而内壁倾斜角度不同，当以壁板内壁底部为参照点、以垂直于水平面的 y轴朝上方向为0°、以任一组聚光柱面横截面的两段圆弧线相接处为界时，则靠近大半径圆弧线一侧的内壁倾角为仰斜18.9°，而靠近另一侧小半径圆弧线的内壁倾角为俯斜48.8°。高强底座3的高度为135.6mm，其中底板的厚度为60mm。

本实施例中，免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构中内部倾斜隔板顶面宽度为10.3mm。

本实施例中，考虑到免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构由多个板块结构单元拼接时的高强底座3的可模性，采用高性能水泥混凝土筑做制成高强底座3。

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 (7)

1.一种免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构，其特征在于：从上至下至少包括抗滑聚光面板(1)、免跟踪自聚光格室(2)和高强底座(3)三部分组成，所述抗滑聚光面板(1)由设有表面抗滑纹理(4)和底面聚光柱面(5)的透明板块组成，所述免跟踪自聚光格室(2)中设有底部光伏太阳能电池板(6)和侧壁表面反光镜(7)，所述高强底座(3)由倾斜壁板(8)、底板(9)和壁帽(10)三部分组成整体，所述各结构层层间由粘结层紧密结合，所述板块结构多个单元可复合成整体式多格室大板块结构，所述光伏太阳能电池板(6)可组成微型光伏阵列发电系统，该板块结构直接铺设于承重层(11)表面之上作为路面结构表面层，所述承重层(11)包括传统路面结构的面层或基层。

2.根据权利要求1所述的一种免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构，其特征在于：所述抗滑聚光面板(1)的表面抗滑纹理(4)可采用截面为内凹式或凸起式抗滑纹理，所述抗滑聚光面板(1)的底面聚光柱面(5)采用横截面为下凸式多段直线(12)或下凸式多段圆弧线(13)构成的聚光柱面中的任意一种组成，所述下凸式多段直线(12)由两组及以上相接的直线段组成，每组由两段在相接处夹角为钝角的直线组成，所述下凸式多段圆弧线(13)由两组及以上相接的圆弧线组成，每组由两段半径不同的在相接处的切线夹角为钝角的圆弧线组成。

3.根据权利要求1所述的一种免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构，其特征在于：所述免跟踪自聚光格室(2)中底部光伏太阳能电池板(6)安设于高强底座(3)的底板(9)的上表面，并与水平面之间呈一定夹角。

4.根据权利要求1所述的一种免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构，其特征在于：所述高强底座(3)的各个倾斜壁板(8)的外壁均垂直于水平面，而内壁设置成不同倾角的俯斜式或仰斜式，以安装表面反光镜(7)，与所述底面聚光柱面(5)和底部光伏太阳能电池板(6)一起共同构成免跟踪自聚光格室(2)，所述高强底座(3)的壁帽(10)与表层抗滑聚光面板(1)之间紧密结合，并起承托作用。

5.根据权利要求1所述的一种免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构，其特征在于：所述高强底座(3)的倾斜壁板(8)，若有多个板块结构单元复合时，则相邻两板块拼接处的相邻倾斜壁板(8)复合成内部倾斜隔板(14)，并通过其顶部壁帽(10)与表层抗滑聚光面板之间紧密结合而起内撑增强作用，从而复合成整体式多格室大板块结构。

6.根据权利要求1所述的一种免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构，其特征在于：所述免跟踪自聚光格室(2)，若有多个板块结构单元复合成整体式多格室大板块结构，则免跟踪自聚光格室(2)横向贯穿整个板块。

7.根据权利要求1所述的一种免跟踪自聚光式光伏太阳能路面板块结构，其特征在于：所述光伏太阳能电池板(6)之间，沿免跟踪自聚光格室(2)横向相互串联为一排，格室与格室之间的电池板可根据设计要求相互并联、串联或混联为一体，从而组成微型光伏阵列，并与外部蓄电池和逆变器连接组成光伏发电系统。

Images