本實(shí)用新型屬于道路領(lǐng)域，具體涉及一種用于集熱和發(fā)電的太陽(yáng)能路面模塊。
背景技術(shù)：
我國(guó)高速公路總里程已超過(guò)11.19萬(wàn)公里，其中90 %以上采用瀝青路面。瀝青路面具有油耗低、噪音小、抗滑性好、車(chē)輛磨損小等優(yōu)點(diǎn)，然而黑色的瀝青路面具有很強(qiáng)的太陽(yáng)能吸收能力，其吸收系數(shù)可達(dá)0.9，在夏季高溫時(shí)路面溫度可達(dá)70℃，高溫路面會(huì)造成車(chē)轍等危害，這無(wú)疑會(huì)給道路安全埋下隱患。因此，瀝青路面太陽(yáng)能集熱技術(shù)在能源開(kāi)發(fā)利用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，與傳統(tǒng)的太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)相比，如太陽(yáng)能熱水器的集熱面板，瀝青路面具有很大的集熱面積，并且可以在日落之后繼續(xù)收集路面殘留的熱量，有效緩解夏天城市熱島效應(yīng)。
如果能夠?qū)r青路面收集的太陽(yáng)能利用起來(lái)，可給建筑物供暖供冷,從而減少傳統(tǒng)能源在建筑能耗中的使用，大大緩解我國(guó)能源緊張局面，減少CO2 等廢氣的排放。因此，瀝青路面太陽(yáng)能集熱技術(shù)的研究具有十分重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能發(fā)電項(xiàng)目大多依靠太陽(yáng)能電池板，但太陽(yáng)電池板的最理想材料是硅，而單晶硅材料很貴，相應(yīng)的繁瑣工藝導(dǎo)致其成本很高，所以難以廣泛應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的是提供一種用于集熱和發(fā)電的太陽(yáng)能路面模塊，該路面模塊能高效利用清潔能源太陽(yáng)能，能用于供暖和融雪等方面，保障路面安全，以及減少供暖導(dǎo)致的污染物排放，綠色環(huán)保。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種用于集熱和發(fā)電的太陽(yáng)能路面模塊，該路面模塊包含：設(shè)置在底部且用于保溫的建筑保溫層，設(shè)置在建筑保溫層上表面且用于反射太陽(yáng)光的TPT膜，設(shè)置在建筑保溫層上表面的瀝青路面層，以及設(shè)置在TPT膜上表面的太陽(yáng)能吸收層。
其中，所述的建筑保溫層內(nèi)嵌設(shè)有若干換熱盤(pán)管。
其中，所述的瀝青路面層的上表面和太陽(yáng)能吸收層的上表面處于同一平面。
其中，所述的瀝青路面層包含：上層瀝青層和下層瀝青層，在上層瀝青層和下層瀝青層之間夾設(shè)有若干壓電轉(zhuǎn)換器。
所述的太陽(yáng)能吸收層包含：從下至上依次設(shè)置的第一EVA層、太陽(yáng)能電池板、第二EVA層和強(qiáng)化材料層。
其中，所述的強(qiáng)化材料層采用的強(qiáng)化材料具有菲涅爾透鏡的結(jié)構(gòu)。
所述的強(qiáng)化材料層的焦點(diǎn)的最高溫度為500℃。
所述的強(qiáng)化材料層與第二EVA層之間的距離為強(qiáng)化材料層的焦距，該焦距與強(qiáng)化材料層的菲涅爾透鏡的直徑的比值為1.0-1.5。
所述的太陽(yáng)能電池板的上表面和第二EVA層的下表面緊貼。
所述的建筑保溫層采用建筑用的保溫保護(hù)材料作為建筑保溫層，該保溫保護(hù)材料包含：聚苯乙烯材料。
所述的換熱盤(pán)管內(nèi)含有冷卻介質(zhì)，該冷卻介質(zhì)為地下水源的水，水的臭氧消耗潛能值（ODP）值為0。
該路面模塊與地源熱泵連接；所述的地下水源和所述的換熱盤(pán)管通過(guò)該地源熱泵連接。
本實(shí)用新型提供的用于集熱和發(fā)電的太陽(yáng)能路面模塊，解決了問(wèn)題，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）本實(shí)用新型的路面模塊安裝簡(jiǎn)便，當(dāng)某一塊路面模塊出現(xiàn)問(wèn)題，只要更換該損壞的模塊就能簡(jiǎn)單的解決問(wèn)題，從而使路面更加安全便捷；
（2）本實(shí)用新型的路面模塊采用的強(qiáng)化材料具有類菲涅爾透鏡的結(jié)構(gòu)，能使太陽(yáng)能電池板的發(fā)電效率提高20%左右；
（3）本實(shí)用新型的路面模塊采用地下水源作為換熱介質(zhì)，充分利用資源，而且換熱后的水又可再次利用（如供暖、融雪），還能保障路面安全，達(dá)到節(jié)能減排的效果；
（4）本實(shí)用新型的路面模塊能夠自身產(chǎn)能供給自身能耗，并且做到了高效利用太陽(yáng)能這一清潔能源，該裝置可在高速公路入口或者是收費(fèi)站等車(chē)輛密集路段進(jìn)行試點(diǎn)安裝，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)進(jìn)一步推廣，該路面模塊具有非常廣闊的應(yīng)用前景，在當(dāng)今資源能源匱乏的嚴(yán)峻形式下，其能夠節(jié)省大量的能源。
附圖說(shuō)明
圖1為本實(shí)用新型的用于集熱和發(fā)電的太陽(yáng)能路面模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說(shuō)明。
如圖1所示，為本實(shí)用新型的用于集熱和發(fā)電的太陽(yáng)能路面模塊的結(jié)構(gòu)示意圖，該路面模塊包含：設(shè)置在底部且用于保溫的建筑保溫層10，設(shè)置在建筑保溫層10上表面且用于反射太陽(yáng)光的TPT膜20（聚氟乙烯復(fù)合膜），設(shè)置在建筑保溫層10上表面的瀝青路面層30，以及設(shè)置在TPT膜20上表面的太陽(yáng)能吸收層40。該路面模塊的大小為800mm×400mm×100mm（長(zhǎng)×寬×高），太陽(yáng)能吸收層40的大小為400mm×400mm（長(zhǎng)×寬）。其中，建筑保溫層10內(nèi)嵌設(shè)有若干換熱盤(pán)管11，該建筑保溫層10作為基底，進(jìn)行路面的基礎(chǔ)建設(shè)和保證這個(gè)路面模塊的運(yùn)行正常。瀝青路面層30的上表面和太陽(yáng)能吸收層40的上表面處于同一平面。
上述瀝青路面層30包含：上層瀝青層32和下層瀝青層31，在上層瀝青層32和下層瀝青層31之間夾設(shè)有若干壓電轉(zhuǎn)換器33。
根據(jù)路面的使用特性，在上層瀝青層32和下層瀝青層31中均添加壓電材料從而實(shí)現(xiàn)壓電效應(yīng)發(fā)電。壓電材料需要形變產(chǎn)電，同時(shí)也需要有支撐才能產(chǎn)生形變，維持自身特性的同時(shí)，保證壓力不超載而變形失控，從而能夠延長(zhǎng)使用壽命。
壓電轉(zhuǎn)換器33具有壓力陶瓷雙晶片結(jié)構(gòu)，對(duì)雙晶片的兩側(cè)分別進(jìn)行導(dǎo)線焊接。該壓電轉(zhuǎn)換器33的陶瓷雙晶片結(jié)構(gòu)增大了轉(zhuǎn)換器的發(fā)電效率，延長(zhǎng)了使用壽命。在路面受壓應(yīng)變的過(guò)程中，壓電轉(zhuǎn)換器33能夠產(chǎn)電，實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)路面的面積較大時(shí)，這一路面模塊的產(chǎn)電量相當(dāng)可觀。該路面模塊自身產(chǎn)生的電能能夠驅(qū)動(dòng)地源熱泵的循環(huán)，多余電量還可以為路燈或指示標(biāo)供能。
上述太陽(yáng)能吸收層40包含：從下至上依次設(shè)置的第一EVA（乙烯/醋酸-乙烯酯共聚物）層、太陽(yáng)能電池板42、第二EVA層43和強(qiáng)化材料層44。其中，強(qiáng)化材料層44采用的強(qiáng)化材料具有類菲涅爾透鏡的結(jié)構(gòu)。第一EVA層41能夠?qū)Q熱盤(pán)管11進(jìn)行保溫，防止熱量迅速散失，從而保障裝置的集熱效果。第一EVA層41和第二EVA層43用于保護(hù)太陽(yáng)能電池板42。
菲涅爾透鏡的下表面刻有環(huán)形紋路，具有優(yōu)秀的聚光特性，可以大大提高太陽(yáng)能利用效率。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)光強(qiáng)達(dá)到最大時(shí)，菲涅爾透鏡能使太陽(yáng)能電池板的發(fā)電效率可提高20%左右，同時(shí)菲涅爾透鏡成本很低，因而節(jié)約了很多成本。目前，菲涅爾透鏡并沒(méi)有用于路面，本實(shí)用新型通過(guò)使用表面強(qiáng)化材料，結(jié)合菲涅爾透鏡的環(huán)形集光原理，提高了太陽(yáng)能電池板42的發(fā)電效率。
TPT膜20可作為太陽(yáng)能電池板42的背面覆蓋物，其為白色，對(duì)陽(yáng)光起反射作用，使太陽(yáng)能電池的效率略有提高，并因其具有較高的紅外發(fā)射率，還可降低太陽(yáng)能吸收層40的工作溫度，也有利于提高太陽(yáng)能吸收層40的效率。TPT膜20具有耐老化、耐腐蝕、不透氣的特點(diǎn)。
優(yōu)選地，上述強(qiáng)化材料層44的焦點(diǎn)的最高溫度為500℃。上述焦距是焦點(diǎn)到菲涅爾透鏡的距離，其跟菲涅爾透鏡刻板的紋路角度有關(guān)，因此需要根據(jù)焦點(diǎn)和紋路角度進(jìn)行制作。根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例，強(qiáng)化材料層44的焦距為620mm，焦點(diǎn)的溫度為500℃。
更優(yōu)選地，上述強(qiáng)化材料層44與第二EVA層43之間的距離為強(qiáng)化材料層44的焦距，該焦距與強(qiáng)化材料層44的菲涅爾透鏡的直徑的比值為1.0-1.5，以保證集光面積，提高太陽(yáng)能板發(fā)電效率。根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例，強(qiáng)化材料層44與第二EVA層43之間的距離為500mm。
上述第二EVA層43為一層很薄的涂料，厚度可忽略不計(jì)。
上述太陽(yáng)能電池板42的上表面和第二EVA層43的下表面緊貼，第二EVA層43的厚度很小，可以將二者近似看作為一個(gè)整體。
上述第一EVA層41和第二EVA層43能夠增加路面模塊的穩(wěn)定性和安全性，同時(shí)起到保溫作用。第一EVA層41和第二EVA層43具有良好的柔軟性，彈性類似橡膠，在-50℃仍能具有較好的可繞性，透明性和表面光澤性好，化學(xué)穩(wěn)定性良好，抗老化和耐臭氧強(qiáng)度好，無(wú)毒性，并與填料的摻混性好，著色和成形加工性好。
上述建筑保溫層10采用建筑用的保溫保護(hù)材料作為建筑保溫層，該保溫保護(hù)材料包含：聚苯乙烯材料。
上述換熱盤(pán)管11內(nèi)含有冷卻介質(zhì)，該冷卻介質(zhì)為地下水源的水，水的氧消耗潛能值（ODP）為0，適合做制冷劑。地下水源是天然換熱介質(zhì)，換熱后的水又可再次利用，能夠用于供暖和融雪等方面，降低了路面危險(xiǎn)系數(shù)，保障了路面安全，減少了供暖燒煤排出的污染物和顆粒，達(dá)到節(jié)能減排的效果。
本實(shí)用新型的路面模塊與地源熱泵連接，地下水源和換熱盤(pán)管11通過(guò)該地源熱泵連接。而且太陽(yáng)能電池板42設(shè)有兩個(gè)插口，通過(guò)這兩個(gè)插口與蓄電池連接，作為電量導(dǎo)出的接口。
本實(shí)用新型的路面模塊的工作原理，具體如下：
當(dāng)路面上由物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)路面內(nèi)的壓電轉(zhuǎn)換器33產(chǎn)生壓力或者拉力，該外加壓力或者拉力會(huì)使壓電轉(zhuǎn)換器33的雙晶片產(chǎn)生極性相反的電荷，通過(guò)回路形成電流，將這部分電能收集起來(lái)，儲(chǔ)存在蓄電池中以備使用。太陽(yáng)能電池層通過(guò)太陽(yáng)能電池板42收集太陽(yáng)能，并通過(guò)第一EVA層41、第二EVA層43和強(qiáng)化材料層44增加太陽(yáng)能板的集熱效率，收集的熱量，當(dāng)太陽(yáng)能電池板42的溫度高于地下水源的水的溫度時(shí)，儲(chǔ)存的電能供地源熱泵工作，使換熱盤(pán)管11內(nèi)的水進(jìn)行循環(huán)，收集的熱量與換熱盤(pán)管11內(nèi)的水進(jìn)行熱交換，獲得熱量的水能夠用于供暖；當(dāng)路面存在積雪，導(dǎo)致太陽(yáng)能電池板42的溫度低于地下水源的水的溫度時(shí)，其能夠與換熱盤(pán)管11內(nèi)的水進(jìn)行熱交換，使路面的溫度升高，融化積雪，保證路面的安全。
綜上所述，本實(shí)用新型的用于集熱和發(fā)電的太陽(yáng)能路面模塊，該路面模塊能夠自身產(chǎn)能供給自身能耗，并且做到了高效利用太陽(yáng)能這一清潔能源，充分利用資源，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
盡管本實(shí)用新型的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本實(shí)用新型的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本實(shí)用新型的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。