TWM551200U - 太陽能板道路 - Google Patents

Description

太陽能板道路

太陽能板道路，尤其是一種整合管線通路的太陽能板道路。

太陽能被視為減少人類對化石燃料需求的替代方案。為了追求永續發展的目標並減少二氧化碳等溫室氣體的排放，推廣如太陽能等所謂乾淨能源(Renewable Energy)的呼聲日增。太陽能最主要的優勢在於取之不竭，理想上凡在有日照的地方，人類都有機會將日照光能和熱能轉換為所需的電能或其他能源型式。

近年來以單晶太陽能模組為例能源轉換效率已經突破22.61%；除此，2016年夫朗和斐協會(Fraunhofer-Gesellschaft)更發表能源轉換效率未來能突破30%的期待。不過，要增加太陽能的開發，除了單位面積中，太陽能電池的能源轉換效率以外，另一項重要關鍵在太陽能電池的吸光面積；換言之，只要我們能用更大的面積鋪設太陽能電池，就可以由太陽能轉換獲得更多的乾淨能源，減少化石燃料的需求。

為增加吸光面積，目前太陽能已被裝設在更多不同的環境。例如美國的廣大沙漠地區，但在地狹人稠的都市地區，若要增加太陽能鋪設面積，就有相當困難，目前一般是鼓勵民眾利用建築大樓的頂樓或牆面；此外，也在交通號誌、以及路燈的頂端設置有小面積的太陽能電池，藉以讓交通號誌和路燈自給自足，減少外部供電等實例。

道路路面也是倍受期待能整合入太陽能電池的機會，由於路面在大部分的時間和區域都能直接或間接的暴露在陽光下，因此從2006年美國即有Solar Roadway^®計畫，隨後各種類似研究不斷。截至2010年，台灣的道路已占地33293平方公里、道路占都市計畫土地公共設施面積達37.61%，一旦均分至每一人計算，平均每人都對應20.77平方公尺的道路面積，不能妥善利用，確實相當可惜。

然而，要將太陽能電池結合於道路有許多困難需要克服。首先，平鋪於地表的太陽能電池本身的機械強度非常脆弱，稍有壓力便會破裂，不易承擔道路正常使用時，車輛或行人所施予的壓力；如圖1所示，美國Solar Roadways^®的主要結構，由上至下分別包括：高強度玻璃91等透光材質，在高強度玻璃91下整合有作為道路標示的LED發光裝置93，以及太陽能電池模組層95，再於底下以可回收的路基97為道路結構的支撐基礎，再於底下設置水槽99，作為回收雨水使用，尤其為提供表面的摩擦力，高強度玻璃91上表面被粗糙化而形成有微小顆粒狀。但是，表面的顆粒狀結構一方面造成行走的顛簸，另方面經過長時間使用，行人的鞋底和往來車輛的輪胎，會把顆粒狀的玻璃打磨光亮，造成摩擦力降低而釀成風險。

另方面，荷蘭於2014則使用玻璃混和橡膠表面保護下方所設置的太陽能電池，在下方的路基上，直接鋪設成供行人行走的Solaroad^®；同樣地，法國也於2016年由Colas公司施裝了第一條一公里長的太陽能板道路Wattways^®，同樣用拋光玻璃顆粒混和半透明橡膠作為覆蓋在太陽能板表面的抗壓材料，並將整體結構鋪設於一般路基上，此種結構雖然可以避免玻璃表面的摩擦問題，但無疑阻絕雨水進入地面，造成自然環境的破壞。 尤其，一般道路經過長年的使用，都會有維修保養的需求，上述施工方式，將使得移除鋪面時，底下的太陽能板可能因施作不當而一併損壞，因此並不適合直接提供大量鋪設使用；並且，如果在太陽能電池上下都採用強化玻璃等材料作為保護，也會大幅增加太陽能板道路的整體重量，無論是對於搬運組裝或維修保養，都會造成不便。

因此，如何在有限的地表上，利用常用的道路面積鋪設太陽能電池，並且降低對自然環境的破壞，讓自然的水資源方便回收，尤其是藉由輕量化的模組設計，使得製造、搬運、組裝及日後的保養維護簡便，同時也兼顧行人和兩輪車輛行駛的安全與舒適，就是本案所要達到的目的。

本新型之一目的在提供一種太陽能板道路，藉由大量運用輕質結構，讓搬運及舖設簡便，有效降低搬運鋪設成本。

本新型的另一目的在提供一種太陽能板道路，藉由輕量化的太陽能模組，使得維修保養便捷，提升維養便利性。

本新型的再一目的在提供一種太陽能板道路，在道路下方形成有管道及水路，讓道路所佔區域可以被多元有效運用。

本新型的又一目的在提供一種太陽能板道路，藉由路面下的水路，提高地下水的涵養補助，友善自然環境。

本新型為一太陽能板道路，包含：至少一太陽能板；包含一太陽能電池，具有一個受光面和相反於該受光面的下表面；一層撓性摩擦透光保護層，結合於上述太陽能電池的該受光面；一輕質結構強化層，以一上表面整合於太陽能電池相對於該上表面之一下表面；至少一支撐件， 前述支撐件結合於前述太陽能板之輕質結構強化層相對與太陽能電池結合之該上表面之一對應朝地面；並且，在上述輕質結構強化層之該朝地面側未被前述支撐件佔據的空間供界定有至少一相互連通的管道空間。

綜上所述，本新型既可以提供太陽能板道路，讓道路作為供應潔淨能源的發電廠，還可以利用下方的支撐件形成管道和水路，達到易於排水、友善環境、以及多元利用的功效。尤其結構輕量化，讓太陽能電池模組易於搬運、建設、維修、更換，使得架構及維養方便且經濟；而撓性摩擦透光保護層更提供了良好的接觸表面，增加行走的舒適程度。

1‧‧‧太陽能板

11、11’、11”‧‧‧太陽能電池

111、111’、111”‧‧‧太陽能晶圓

113、113’、113”‧‧‧封裝層

13、13’、13”‧‧‧撓性摩擦透光保護層

15、15’、15”‧‧‧輕質結構強化層

3、3’、3”‧‧‧支撐件

99‧‧‧水槽

33”‧‧‧木質柱

35”‧‧‧支撐樑

5、5’‧‧‧管道空間

7‧‧‧設備

81、81’‧‧‧人工光源

83’‧‧‧透光孔

97‧‧‧路基

95‧‧‧太陽能電池模組層

93‧‧‧LED發光裝置

91‧‧‧高強度玻璃

圖1 為習知技術的立體分層剖面圖，用於說明現有技術以太陽能板作為道路使用的結構。

圖2 為本新型第一較佳實施例的立體分層剖面圖，用於說明本新型太陽能板道路之構成結構以及太陽能板和支撐件之間的相對關係及作用。

圖3 為本新型第二較佳實施例的立體分層剖面圖，用於說明本新型太陽能板道路之構成結構以及太陽能板和支撐件之間的相對關係及作用。

圖4 為本新型第三較佳實施例的立體分層剖面圖，用於說明本新型太陽能板道路之構成結構以及太陽能板和支撐件之間的相對關係及作用。

有關本新型之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚呈現；此外，在各實施例中，相同之元件將以相似之標號表示。

本新型太陽能板道路的第一較佳實施例，如圖2所示，本例中的太陽能電池11是以一單晶的太陽能晶圓111為例，負責將光源轉換為電能；太陽能晶圓111則是以例如可熱融的聚乙烯醋酸乙烯酯(EVA)等熱塑性黏著材料作為封裝層113，將太陽能晶圓111透光保護並與空氣隔絕；為便於說明，對於封裝完成的太陽能電池11，向上方暴露並供吸收光能進行轉換的側面稱為受光面，並且在受光面上，由封裝層113再結合一層透光率大於95%以上的撓性摩擦透光保護層13，在本例中例釋為矽膠。

當然，在撓性摩擦透光保護層13下方，亦可設置蓄電池及人工光源81例如LED，作為夜間的照明以及道路指示的裝置，此人工光源81完全藉由太陽能電池11所吸收轉換並被儲存的電能而運作；撓性摩擦透光保護層13則如熟知此領域技術人士所能理解，還可以選擇例如聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)、環烯烴共聚物(COC)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、環己二醇(PETG)、苯乙烯甲基丙烯酸甲酯(SMMA)、聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯(SEBS)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚二甲基矽氧烷(PDMS)等材料替換。

相對於受光面的相對側面在此稱為下表面，下表面的下方則再結合有一輕質結構強化層15，與撓性摩擦透光保護層13及太陽能電池11共同構成本例的太陽能板1。輕質結構強化層15於本例中是以金屬材質架構的的縱向通透蜂巢狀板件為例，由於縱向貫穿的通孔大量分布，板件的重量遠低於實心金屬板，但蜂巢狀的格柵結構仍然可以在高度方向上分攤承載太陽能板1的整體受力，進而保護太陽能電池11不因路面踩踏或剪切應力而破壞。藉此，不僅用料相對節省，質量遠低於水泥、玻璃等材料，且提 供足夠的機械強度，故能大幅降低製造、搬運、組裝上的成本。於本例之太陽能板1並通過杜夫萊茵(TÜV-Rheinland)針對太陽能板耐候的冰雹測試IEC 61215：2005 2^nd Edition達到整體可承受壓力2400Pa。

在太陽能板1下方更設置有多個支撐件3，於本例中，支撐件3是例釋為一種I型鋼所架構的支撐壁，由於I型鋼便於取得，且易於平行設置，即使在圖2中僅以兩道支撐壁分別支撐太陽能板1的頭尾兩端，但熟悉本技術領域人士可以輕易依照道路現場所需要的壓力耐受度，決定單位寬度下方支撐件3的數量，讓道路所能耐受的壓力提升。並且簡化道路結構，而提升鋪設作業的效率。

再者，兩道I型鋼的支撐件3、輕質結構強化層15和地面之間，共同形成了至少一個沿著道路延伸方向貫穿連通的管道空間5。藉此，例如電線、網路線、電話線等公用或私用線路等設備7，可以經由此管道空間5被整合至本新型的太陽能板道路。並且，藉由鋪設太陽能板道路時不同的設定選擇，若道路下方的地表為防水材質鋪面，管道空間5可以成為讓水流過的水道；相對地，如果地表僅為泥土或礫石，則當下雨或有水流經時，可以由太陽能板1和支撐件3之間的縫隙進入管道空間5，並且逐漸滲入地面，作為大自然涵養地下水的介面，水流將不會造成道路表面的濕滑或積水。

本新型太陽能板道路的第二較佳實施例，則是應用在不平整的地形為例，與前一實施例所述相同的結構運作部分，在此不額外贅述。請參考圖3，本例中之太陽能板道路是選用多晶的太陽能晶圓111’施裝於太陽能電池11’內，供將光源轉換為電能，然而熟知本技術領域者可以推知， 此處即使更改為單晶或非晶的晶圓，均不改變本新型的實質。

再以透光塑料板作為封裝層113’之一部分，將太陽能晶圓111’夾制於其中，並以封膠封閉構成封裝上下兩塊透光塑料板，用以隔絕外界侵入性異物並仍可接觸外界光源以完成封裝；再於封裝完成的太陽能電池受光面上，結合一層以高透光聚苯乙烯為例的撓性摩擦透光保護層13’。在本例中，每兩片相鄰的太陽能電池11’之間，刻意間隔出一段類似伸縮縫的間隙83’，並且在對應該間隙83’下方之支撐件3’處設置LED作為人工光源81’，供道路照明指示之用。在本例中，太陽能電池11’的下表面所結合的輕質結構強化層15’是例釋為金屬材質的擴張板。而在接近結構強化層15’的朝地面固定有多個支撐件3’。於本例，支撐件3’是個別的支撐柱33’，對應於使用環境的地形高低，適當選擇不同長短(圖未示)的不鏽鋼柱；由於支撐件3’可以隨地面高低而自由選用，亦能減少準備預備建設道路的地面整平的處理工作，增加本新型的道路鋪設彈性。

再者，本例中支撐件3’、輕質結構強化層15’和地面之間，共同形成一個完全相互連通的管道空間5’，因此大幅減輕對於地表的所有自然生態的干擾，讓下方的空間沒有利用的限制。當下雨時或有水流經時，水將由太陽能板道路下管道空間5’中的地面上流過，而不會造成道路表面的濕滑或積水；在自然環境中，大地也能因此吸收水分、保持呼吸的空間，並且，提供自然動植物在管道空間中的活動通道，不致與人類活動的太陽能道路衝突，進而達到永續發展的效益。

本新型的第三較佳實施例，如圖4所示，是以透光熱塑性材料例如ETFE聚合物為封裝層113”將太陽能晶圓111”封閉包覆，再於太陽能 電池11”受光面上結合一層透明聚乙烯醇板作為撓性摩擦透光保護層13”。太陽能電池11”下表面下方則以金屬方孔板作為輕質結構強化層15”；而支撐件3”是一對應使用環境地形高低，選擇不同長短的木質柱33”，為在不規則而崎嶇的路面仍能確保力的平衡更增加三角型鋼結構的支撐樑35”使壓力能被分散傳遞至地面。相較於需要整地並舖覆水泥、瀝青、或其他改變作為路基的土地結構，本新型實施例可以減少對環境地面(如：承載河濱生態系的溼地)的損害，因而本新型實施例不只可以使用於地面不平整的環境亦適合使用在自然環境中。

惟以上所述者，僅為本新型之較佳實施例而已，不能以此限定本新型實施之範圍，凡是依本新型申請專利範圍及新型說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧太陽能板

11‧‧‧太陽能電池

111‧‧‧太陽能晶圓

113‧‧‧封裝層

13‧‧‧撓性摩擦透光保護層

15‧‧‧輕質結構強化層

3‧‧‧支撐件

81‧‧‧人工光源

5‧‧‧管道空間

7‧‧‧設備

Claims (9)

1. 一種太陽能板道路，包含：至少一太陽能板，至少包含一太陽能電池，具有一個受光面和相反於該受光面的下表面；一層撓性摩擦透光保護層，結合於上述太陽能電池的該受光面；一輕質結構強化層，以一上表面整合於太陽能電池相對於該受光面之一下表面；至少一支撐件，前述支撐件結合於前述太陽能板之前述輕質結構強化層相反該上表面的一朝地面；並且，在上述輕質結構強化層之該朝地面側以及前述支撐件之間共同界定有至少一相互連通的管道空間。
2. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能板道路，其中上述太陽能電池更包含一太陽能晶圓；以及，至少二分別貼附於前述太陽能晶圓該受光面以及該下表面的封裝層。
3. 如申請專利範圍第2項所述的太陽能板道路，其中上述封裝層為一熱塑性黏著材料。
4. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能板道路，其中上述撓性摩擦透光保護層層是一種透光率達95%以上的矽膠材料。
5. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能板道路，其中上述輕質結構強化層是一種隔柵板。
6. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能板道路，其中上述支撐件更包含有至少一支撐樑。
7. 如申請專利範圍第1或6項所述的太陽能板道路，其中上述支撐件為一種I型鋼支撐壁。
8. 如申請專利範圍第1或6項所述的太陽能板道路，其中上述支撐件為一種支撐柱。
9. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能板道路，其中上述支撐件延垂直於上述輕質結構強化層之該朝地面的高度方向形成一管道空間。