JP2019036711A - 路面発電ユニット及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】路面発電ユニット及び路面発電システムを提供する。【解決手段】路面発電ユニットは、路面の路盤に設けられる下部ガラス層１１０と、下部ガラス層に固定して設けられる太陽電池チップ１２０と、太陽電池チップを覆う上部ガラス層１３０とを備える。下部ガラス層と上部ガラス層とはいずれも接着シール材１４０により、太陽電池チップに固定される。本路面発電ユニット及び路面発電システムでは、下部ガラス層が路盤上に配置され、太陽電池チップが上部ガラス層と下部ガラス層との間に配置される。路面発電ユニットは防水性を有すると共に設置が簡単であり、路面の耐久性を向上させると共に、発電効率を増大させることができる。【選択図】図３

Description

本発明は、太陽光発電技術に関し、特に路面発電ユニット及び路面発電システムに関する。

新たなエネルギー技術の継続的な発展に伴って、分散型の太陽エネルギーは、人々により便利なエネルギーを供給する。分散型の太陽光発電システムは、設置のために、ある程度の平面または空間といった場所を必要とする。

現在、交通分野において、照明、監視、標示用設備といった多数の補助電気設備が利用されている。このため、電力の需要は著しく増加している。加えて、新設された道路や改修された道路に敷設される送電線の数は、増加しつつある。街灯の支柱や地表に設置される太陽エネルギー装置は、美観を損なうだけでなく、場所を取りすぎる。交通分野においては、サービス施設の屋上に加えて、公園や歩行者専用区域における非自動車道の路面のように、太陽光エネルギー装置を設置するための潜在的な場所が多くある。太陽電池チップは、景観に係るインフラや、照明、監視、標示を目的とする設備に電力を供給するために、非自動車道の路面に分散させて設置することができる。

しかし、路面に敷設された太陽電池チップは頻繁に踏まれ、衝撃にさらされるため、路面の耐久性が悪くなる。加えて、長期間使用すると、太陽電池チップの光吸収率に悪影響を与える。

本願の開示に従って、路面発電ユニット及び路面発電システムが提供される。路盤上に下部ガラス層を設け、太陽電池チップを上部ガラス層と前記下部ガラス層との間に設けることによって、発電効率が高まると共に、路面の耐久性が向上する。それにより、従来技術における課題が解決される。

前記路盤は、自動車道又は非自動車道に利用される路盤であってもよく、前記路盤は、セメントモルタルからなるレベリング層、基礎処理剤層、及び防水コーティング層が順に設けられた鉄筋コンクリート造の基礎を含んでいても良い。

本発明にて提供する路面発電ユニットは、路面の路盤に設けられる下部ガラス層と、前記下部ガラス層に固定して設けられる太陽電池チップと、前記太陽電池チップを覆う上部ガラス層とを備え、前記下部ガラス層と前記上部ガラス層とはいずれも接着シール材により、前記太陽電池チップに固定されている。

前記路面発電ユニットにおいて、好ましくは、前記太陽電池チップの発電材料はフレキシブルな材料であるとしてもよい。

前記路面発電ユニットにおいて、好ましくは、前記下部ガラス層はポリメタクリル酸メチル樹脂製であるとしてもよい。

前記路面発電ユニットにおいて、好ましくは、前記上部ガラス層は強化ガラス製又はポリメタクリル酸メチル樹脂製であるとしてもよい。

前記路面発電ユニットにおいて、好ましくは、各々の前記路面発電ユニットは一つの太陽電池チップを含むとしてもよい。

前記路面発電ユニットにおいて、好ましくは、前記路面発電ユニットはケーブルとジャンクションボックスとを更に含み、前記ケーブルは、前記ジャンクションボックスを介して、前記太陽電池チップと電気的に接続され、前記ケーブルと前記ジャンクションボックスとは、前記太陽電池チップと前記下部ガラス層との間で、前記下部ガラス層に埋設されているとしてもよい。

前記路面発電ユニットにおいて、好ましくは、各々の前記路面発電ユニットは複数の太陽電池チップを含むとしてもよい。

前記路面発電ユニットにおいて、好ましくは、前記路面発電ユニットは、複数のケーブルと、複数のジャンクションボックスと、複数のコネクタとを更に含み、各々の前記太陽電池チップには、複数の前記ジャンクションボックスのうちの一つが設けられ、複数の前記ケーブルの各々の一端は、複数の前記ジャンクションボックスの一つに接続され、複数の前記ケーブルの各々の他端は、複数の前記コネクタの一つに接続され、複数の前記コネクタは、複数の第１コネクタと複数の第２コネクタとを含み、複数の前記第１コネクタの各々は、複数の前記太陽電池チップが直列に、及び／又は並列に接続されるように、異なる複数のジャンクションボックスに接続されるケーブルを電気的に接続するように構成され、複数の前記第１コネクタは、隣接する複数のジャンクションボックスの間に設けられ、前記下部ガラス層の底面から張り出しており、複数の前記第２コネクタは、それぞれ複数の前記太陽電池チップが直列に及び／又は並列に接続されてなる太陽電池チップ列の両端に配置されて前記太陽電池チップ列の正極端子と負極端子として機能し、複数の前記第２コネクタは、前記下部ガラス層の底面から張り出して水平方向に延在しており、複数の前記ケーブルと複数の前記ジャンクションボックスとは、複数の前記太陽電池チップと前記下部ガラス層との間で、前記下部ガラス層に埋設されているとしてもよい。

前記路面発電ユニットにおいて、好ましくは、前記下部ガラス層の下方に位置する複数の前記第１コネクタは、複数の密閉箱により密閉されているとしてもよい。

前記路面発電ユニットは、好ましくは、帯状シール材をさらに備え、前記上部ガラス層が前記帯状シール材を介して前記下部ガラス層に取り付けられ、それにより複数の前記太陽電池チップが、前記上部ガラス層、前記下部ガラス層、及び前記帯状シール材によって封止された空間に配置されるとしてもよい。

本発明に係る路面発電システムは、本発明に係る路面発電ユニットと、充電コントローラと、蓄電池とを備え、前記路面発電ユニットによって生成された電流は、電気機器に電力を供給すべく、前記充電コントローラを介して前記蓄電池に出力される。

本発明に係る路面発電システムは、直列に接続された、二組以上の、本発明に係る路面発電ユニットと、バス装置と、インバータとを備え、二組以上の前記路面発電ユニットによって生成される複数の電流が前記バス装置により集約され、前記インバータに出力され、前記インバータにより逆変換された後に、電力網に出力される。

本発明によれば、路盤に下部ガラス層が設けられ、太陽電池チップが上部ガラス層と下部ガラス層との間に設けられることによって、発電効率を高めると共に、取り付けやすく、防水性があり、路面の耐久性を向上させることができる路面発電ユニット及びシステムが提供される。

図１は、本発明の一実施例に係る路面発電ユニットの構成を示す平面図である。 図２は、本発明の一実施例に係る路面発電ユニットの断面図である。 図３は、図２におけるＡ部の拡大図である。 図４は、本発明の一好適実施例に係る路面発電システムの模式図である。 図５は、本発明の他の好適実施例に係る路面発電システムの模式図である。

本願は、２０１７年６月１２日に中国特許庁に提出された、出願番号が２０１７２０６７７９０７．０で、発明の名称が「路面発電ユニット及びシステム」である中国特許出願に基づいて優先権を主張し、その全ての内容が参照によって援用される。

以下、本発明の実施例を詳しく説明する。前記実施例は図面に示され、本明細書を通じて、同一又は類似の符号は、同一又は類似の構成要素、或いは同一又は類似の機能を有する構成要素を示している。図面を参照しながら説明される以下の実施例は、本発明を解釈するための例示であり、本発明を限定するものではない。

図１は、本発明の一実施例に係る路面発電ユニットの構成の平面図である。本発明の実施例に係る路面発電ユニット１００は、下部ガラス層１１０、太陽電池チップ１２０、及び上部ガラス層１３０を備える。

該路面発電ユニット１００は、新設の路面に適用される。前記下部ガラス層は、道路の路盤に設けられる。太陽電池チップ１２０は下部ガラス層１１０に固定して設けられ、上部ガラス層１３０は太陽電池チップ１２０を覆っている。前記下部ガラス層１１０と上部ガラス層１３０とは、いずれも接着シール材により太陽電池チップ１２０に固定される。太陽電池チップ１２０の発電材料は、単結晶又は多結晶の結晶シリコン材料や、銅・インジウム・ガリウム・セレン（ＣＩＧＳ）といった、外力にさらされて変形することができるフレキシブルな材料であってもよい。

図２は、本発明の実施例に係る路面発電ユニットの断面図であり、図３は、図２におけるＡ部の拡大図である。太陽電池チップ１２０は接着シール材１４０により、下部ガラス層１１０に固定することができる。接着シール材１４０は、ＵＶ硬化型のシール材又は樹脂製の接着シール材であることが好ましい。上部ガラス層１３０も太陽電池チップ１２０と接着シール材、好ましくは、ＵＶ硬化型の接着シール材により固定することができる。下部ガラス層１１０はポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）製とすることができる。上部ガラス層１３０は、強化ガラス製又はポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）製とすることができる。

本発明の実施例に係る路面発電ユニットは、路盤に下部ガラス層を設け、太陽電池チップを上部ガラス層と下部ガラス層との間に設けることによって、発電するとともに、取り付けやすく、防水性を有し、路面の耐久性を向上させることができる。

太陽電池チップ１２０には、低照度条件下において優れた光電変換効率を有するＣＩＧＳ電池チップを使用することができる。これにより、全ての気象条件下で発電できる。また、ＣＩＧＳ電池チップは外力にさらされて変形することができるとともに、可撓性を有するため、路面の振動や一時的なゆがみなどの複雑な状況下でも、太陽電池チップの損壊を防ぐことができる。ＣＩＧＳ電池チップは、ＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）のような、柔軟で耐蝕性を有する表面材料を用いてパッケージすることができる。太陽電池チップは、ＵＶ硬化型の高強度接着シール材及びＰＭＭＡガラス層を用いて路面に取り付けられることによって、砂や石が当たった際に損壊せず、耐塩性、耐アルカリ性及び耐蝕性を有することによって、路上に散布される凍結防止剤によるダメージを防ぐことができる。また、当該太陽電池チップには、バイパスダイオードを加えることもでき、受光面が遮蔽又は損壊された場合に、発電しない領域を遮断することで、正常に受光することができる領域の発電を確実にし、遮光下の複雑な道路状況に好適なものとすることができる。

本発明の実施例において、下部ガラス層１１０は道路の路盤に設けられる。下部ガラス層１１０を道路の路盤に設ける方法は本発明の実施例に限定されない。下部ガラス層１１０は、道路の表面に直接取り付けてもよく、接着シール材又はセメントにより、道路の表面に取り付けてもよい。下部ガラス層１１０を道路の表面に直接取付けることによって、設置が容易になる。

本実施例において、路面発電ユニットは太陽電池チップに接続されるケーブルとジャンクションボックスとを更に含み、前記ケーブルは前記ジャンクションボックスを介して、前記太陽電池チップに電気的に接続される。前記ジャンクションボックスは、太陽電池チップが生成した電流を集めて出力するように構成される。各々の太陽電池チップには一つのジャンクションボックスが対応して設けられる。前記ジャンクションボックスは一つの正極出力端子と一つの負極出力端子とを備え、外部機器に接続され、前記外部機器に電力を供給するように構成される。

複数の太陽電池チップを直列に又は並列に接続する必要がある場合、路面発電ユニットは更に複数のコネクタを含んでいてもよい。各々のコネクタは、ケーブルを介して複数の前記太陽電池チップの一つのジャンクションボックスに接続される。コネクタは、第１コネクタと第２コネクタとを含み、各々の第１コネクタは、異なる複数の太陽電池チップのジャンクションボックスの間を電気的に接続することにより、複数の太陽電池チップの直列接続及び／又は並列接続を実現する。つまり、ケーブルの一端は複数の太陽電池チップの一つにおけるジャンクションボックスに接続され、ケーブルの他の一端は前記第１コネクタの一つに接続される。各々の第１コネクタは、異なるジャンクションボックスに接続されるケーブルを電気的に接続することによって、複数の太陽電池チップの直列接続及び／又は並列接続を実現する。各々の第２コネクタは、直列及び／又は並列に接続された複数の太陽電池チップからなる太陽電池チップ列の両端の、正極と負極として機能する。例えば、複数の太陽電池チップが直列に接続されている場合、隣接する二つの太陽電池チップに第１コネクタを設け、当該第１コネクタは、ケーブルを介して一方の太陽電池チップのジャンクションボックスの正極と、他方の太陽電池チップのジャンクションボックスの負極とを電気的に接続することで、二つの太陽電池チップの直列接続を実現する。同様のやり方で、複数の太陽電池チップが直列に接続される。複数の太陽電池チップが直列に接続されてなる太陽電池チップ列の両端にそれぞれ第２コネクタを設けることで、太陽電池チップ列の正極と負極として機能する。複数の太陽電池チップを並列に接続、又は直列に接続した後、更に並列に接続する場合や、並列に接続した後、更に直列に接続する場合も、上記の場合と同様であり、本実施例ではこれらに対して詳しく説明しない。各々の第１コネクタは、隣接する二つの太陽電池チップのジャンクションボックスの間に配置され、各々の第２コネクタは、複数の太陽電池チップが直列に及び／又は並列に接続されてなる太陽電池チップ列の両端に配置されて、太陽電池チップ列の正極と負極として機能する。

図２及び図３に示したように、本実施例に係る路面発電ユニットは、太陽電池チップ１２０に接続されるケーブル１２２と、ジャンクションボックス１２３と、ケーブル１２２に接続される第１コネクタ１２４及び第２コネクタ１２６とを更に含むことが好ましい。図２及び図３に示すように、ケーブル１２２とジャンクションボックス１２３とは、太陽電池チップ１２０と下部ガラス層１１０との間で、下部ガラス層１１０に埋設される。隣接する二つのジャンクションボックス１２３の間に設けられて当該二つのジャンクションボックス１２３を電気的に接続する第１コネクタ１２４は、下部ガラス層１１０の底面から張り出し、太陽電池チップ列の一端に配置されている第２コネクタ１２６は、下部ガラス層１１０の底面から張り出して水平方向に延在する。下部ガラス層１１０の下方に位置する第１コネクタ１２４は、密閉箱１２１により封止されていることが好ましい。ケーブルは、太陽電池チップ１２０の背面に配置され、劣化防止ケーブルや内部配線構成を採用して路面発電ユニットをモジュール化することによって、ケーブルの使用環境が改善され、ケーブルの耐用年数を向上させる。

本発明の実施例に係る路面発電ユニットには、更に封止部材１５０が設けられることが好ましい。図１〜図３に示したように、封止部材１５０は、上部ガラス層１３０と下部ガラス層１１０とを接続すると共に、太陽電池チップ１２０の周囲を密閉する。

図４は、本発明の好適実施例に係る路面発電システムの模式図である。本発明の実施例に係る路面発電システムは、いずれかの実施例に係る路面発電ユニット１００と、充電コントローラ２００と、バッテリー３００とをさらに含む。路面発電ユニット１００が生成した電流は、充電コントローラ２００を介してバッテリー３００に出力され、電気機器４００に電力を供給する。

本実施例において、路面発電ユニットに含まれる太陽電池チップの数は限定されず、実際の状況に応じて設置できる。例えば、当該路面発電ユニットは、分離されて配置され、電力消費量が少ない景観照明に電力を供給する場合、一つの太陽電池チップのみを設ければよい。交通表示器、充電ステーション、又は通信モニタ機器等の高電力消費機器に電力を供給する場合、各々の路面発電ユニットに複数の太陽電池チップが設けられてもよい。さらに、より大電力を必要とする場面において、本実施例では、複数の路面発電ユニットを直列に又は並列に接続することによって、こうした場面に対応してもよい。

各々の路面発電ユニット１００は、１〜１０個の太陽電池チップ１２０を含むことが好ましい。本実施例において、各々の路面発電ユニット１００は、四つの太陽電池チップ１２０を含む。電気機器４００は、景観照明、交通表示器、充電ステーション、及び通信モニタ設備などを含んでいてもよい。

前記路面発電システムは、電力を蓄えるように構成されている蓄電池５００を含む。蓄電池５００はリチウム電池を採用することができ、日照時には太陽エネルギーから発電した余分な電力を充電し、太陽エネルギーが不足する際に電力を供給する。リチウム電池は、高温及び低温の環境に対して良好な適応性を有する。

図５は、本発明の他の実施例に係る路面発電システムの模式図である。本発明の実施例に係る路面発電システムは、本発明のいずれかの実施例による二組以上の路面発電ユニット１００を含む。前記路面発電システムはさらに、バス装置６００とインバータ７００とを含む。二組以上の路面発電ユニット１００は直列に接続されて発電する。二組以上の路面発電ユニット１００によって発電された電流は、バス装置６００により集められてインバータ７００に出力され、インバータ７００により逆変換された後、電力網８００に出力される。これにより、路面、路側の機器に、また付近の電気設備及び建物の発電システムにも電力を供給し、付近の電気機器の電力需要を満たす。

隣接する二つの路面発電ユニット１００の間は接着シール材により密閉され、前記路面発電ユニットの端部に位置する第２コネクタ１２６が接着シール材により密閉されることが好ましい。それによって、第２コネクタ１２６を衝撃や腐食から守り、第２コネクタ１２６の耐用年数を延長することができる。

以上、図示されている実施例に基づいて、本発明の構成、特徴及び作用効果を詳しく説明した。以上の説明は、本発明の好適な実施例のみで、図面に示されることにより実施範囲を限定しない。本発明の技術的本質に基づいてなされた変更、又は同等に変化された等価の実施例は、本発明の技術的解決手段を逸脱しない限り、いずれも本発明の保護範囲内に属する。

１００ 路面発電ユニット
１１０ 下部ガラス層
１２０ 太陽電池チップ
１２１ 密閉箱
１２２ ケーブル
１２３ ジャンクションボックス
１２４ 第１コネクタ
１２６ 第２コネクタ
１３０ 上部ガラス層
１４０ 接着シール材
１５０ 帯状シール材
２００ 充電コントローラ
３００ バッテリー
４００ 電気機器
５００ 蓄電池
６００ バス装置
７００ インバータ
８００ 電力網

Claims (12)

1. 路面発電ユニットであって、
   路面の路盤に設けられる下部ガラス層と、
   前記下部ガラス層に固定して設けられる太陽電池チップと、
   前記太陽電池チップを覆う上部ガラス層と、を備え、
   前記下部ガラス層と前記上部ガラス層とはいずれも接着シール材により、前記太陽電池チップに固定されている、
   路面発電ユニット。
2. 前記太陽電池チップの発電材料は、フレキシブルな材料である、
   請求項１に記載の路面発電ユニット。
3. 前記下部ガラス層は、ポリメタクリル酸メチル樹脂製である、
   請求項２に記載の路面発電ユニット。
4. 前記上部ガラス層は、強化ガラス製又はポリメタクリル酸メチル樹脂製である、
   請求項３に記載の路面発電ユニット。
5. 一つの太陽電池チップを備えている、
   請求項１に記載の路面発電ユニット。
6. ケーブルとジャンクションボックスとを更に含み、
   前記ケーブルは、前記ジャンクションボックスを介して、前記太陽電池チップと電気的に接続され、
   前記ケーブルと前記ジャンクションボックスとは、前記太陽電池チップと前記下部ガラス層との間で、前記下部ガラス層に埋設されている、
   請求項５に記載の路面発電ユニット。
7. 複数の太陽電池チップを備えている、
   請求項１に記載の路面発電ユニット。
8. 複数のケーブルと、複数のジャンクションボックスと、複数のコネクタとを更に含み、
   各々の前記太陽電池チップには、複数の前記ジャンクションボックスのうちの一つが設けられ、
   複数の前記ケーブルの各々の一端は、複数の前記ジャンクションボックスの一つに接続され、複数の前記ケーブルの各々の他端は、複数の前記コネクタの一つに接続され、
   複数の前記コネクタは、複数の第１コネクタと複数の第２コネクタとを含み、
   複数の前記第１コネクタの各々は、複数の前記太陽電池チップが直列に、及び／又は並列に接続されるように、異なる複数のジャンクションボックスに接続されるケーブルを電気的に接続するように構成され、
   複数の前記第１コネクタは、隣接する複数のジャンクションボックスの間に設けられ、前記下部ガラス層の底面から張り出しており、
   複数の前記第２コネクタは、それぞれ複数の前記太陽電池チップが直列に及び／又は並列に接続されてなる太陽電池チップ列の両端に配置されて前記太陽電池チップ列の正極端子と負極端子として機能し、
   複数の前記第２コネクタは、前記下部ガラス層の底面から張り出して水平方向に延在しており、
   複数の前記ケーブルと複数の前記ジャンクションボックスとは、複数の前記太陽電池チップと前記下部ガラス層との間で、前記下部ガラス層に埋設されている、
   請求項７に記載の路面発電ユニット。
9. 前記下部ガラス層の下方に位置する複数の前記第１コネクタは、複数の密閉箱により密閉されている、
   請求項８に記載の路面発電ユニット。
10. 帯状シール材をさらに備え、前記上部ガラス層が前記帯状シール材を介して前記下部ガラス層に取り付けられ、それにより複数の前記太陽電池チップが、前記上部ガラス層、前記下部ガラス層、及び前記帯状シール材によって封止された空間に配置される、
    請求項９に記載の路面発電ユニット。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の路面発電ユニットと、
    充電コントローラと、蓄電池とを備え、
    前記路面発電ユニットによって生成された電流は、電気機器に電力を供給すべく、前記充電コントローラを介して前記蓄電池に出力される、
    路面発電システム。
12. 直列に接続された、二組以上の、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の路面発電ユニットと、バス装置と、インバータとを備え、
    二組以上の前記路面発電ユニットによって生成される複数の電流が前記バス装置により集約され、前記インバータに出力され、前記インバータにより逆変換された後に、電力網に出力される、
    路面発電システム。