一种具有风光互补发电功能的高速公路门架及安装方法技术

本发明专利技术公开了一种具有风光互补发电功能的高速公路门架及安装方法，其中，该装置包括：发电模块、支架模块、储电模块、负载模块。支架模块是高速公路门架的框架，用于支撑发电模块和负载模块，发电模块用于回收太阳能、自然风能和行驶车辆气流风能，将回收的可再生能源转化为电能储存在储电模块中，储电模块通过电线将电能传输给负载模块。本发明专利技术实现了高速公路路域范围的可再生能源高效利用，减少了无/弱电网地区远距离输电的成本，提高了交通能源清洁化程度，有利于实现交通领域的“碳达峰”和“碳中和”，可广泛应用于风光资源丰富区的弱/无电网、小负荷高速公路门架领域。小负荷高速公路门架领域。小负荷高速公路门架领域。

【技术实现步骤摘要】
一种具有风光互补发电功能的高速公路门架及安装方法


[0001]本专利技术涉及高速公路门架
，具体涉及一种具有风光互补发电功能的高速公路门架及安装方法。

技术介绍

[0002]高速公路作为便捷、高效的交通基础设施，在我国已建成全球最大的高速公路网络，覆盖包含新疆、西藏等省份在内的全部地区。随着我国高速公路交通基础设施建设规模的持续扩大，一方面，高速公路沿线设施供能在一些偏远地区存在用能紧张、供电困难的问题，另一方面，高速公路路域范围存在广泛的可利用可再生能源，交通能源自洽潜力巨大。因此，针对风光资源丰富区的弱/无电网、小负荷高速公路应用场景，实现高速公路沿线设施用能的自我供给是必要之举。
[0003]高速公路门架是公路沿线设施的重要组成部分，用于安装监控摄像机、气象检测器及可变信息标志等监控设施，是高速公路系统重要的用能单元。对于地处偏远、远离供电系统及电力运输成本高的地区，门架系统沿高速公路线状分布，位置零散，各系统单元耗能相对较少，沿线架设电网成本高，采用就近取电的分散供电模式较为困难；同时，此类地区往往属于风光资源丰富的高自然禀赋地区，在高速公路路域范围内存在丰富的太阳能、风能。因此，针对此类场景，将公路沿线的风光资源加以利用，实现高速公路门架系统微网自供电，有利于遵循就近开发、就近消纳的建设理念，构建清洁化、高效化的新型公路交通能源系统。
[0004]申请公布号为CN1006097888A的中国专利公开了一种一体式高速公路太阳能门架式情报板，采用一体式结构，太阳能面板采用支撑体焊接支撑。但其不足之处在于，没有对路域风能进行利用。授权公告号CN207867718U的中国专利公开了一种高速公路电子显示器，包括电子显示器主体、立柱、太阳能发电组件、风力发电机等，实现太阳能风能的使用。但其不足之处在于，该门架式结构无法加装其他监控等机电设施，并且未对行驶车辆产生的气流风进行回收利用。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种具有风光互补发电功能的高速公路门架及安装方法，旨在解决上述问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0007]一种具有风光互补发电功能的高速公路门架，包括发电模块、支架模块、储电模块和负载模块；所述支架模块形成门架的框架，用于支撑所述发电模块和所述负载模块；所述发电模块固定于所述支架模块上，用于将太阳能、自然风能和行驶车辆气流风能转化为电能；所述储电模块位于道路路肩外侧且与所述发电模块电性连接，用于储存电能；所述负载模块与所述储电模块电性相连。
[0008]进一步地，所述支架模块包括立柱、上横梁和下横梁，所述立柱固定于道路两侧，
所述上横梁和所述下横梁横跨道路且与所述立柱连接。
[0009]进一步地，所述发电模块包括水平轴风力机，所述水平轴风力机沿水平方向固定于所述下横梁上，所述水平轴风力机包括螺旋叶片，每个行车道上方对应一个所述水平轴风力机，行驶车辆产生的气流风带动所述螺旋叶片转动，用于将机械能转化为电能。
[0010]进一步地，所述发电模块还包括光伏顶棚，所述光伏顶棚采用单晶硅电池组件或多晶硅太阳能电池组件，所述单晶硅电池组件或多晶硅太阳能电池组件呈圆弧型，各太阳能电池组件间经过串联并联后组成太阳能电池方阵，用于将太阳能转化为电能。
[0011]进一步地，所述单晶硅电池组件和所述多晶硅太阳能电池组件的尺寸为0.5 m*0.5m。
[0012]进一步地，所述发电模块还包括垂直轴风力机，所述垂直轴风力机沿垂直方向安装于门架两侧的所述立柱顶上，所述垂直轴风力机包括扇形叶片、垂直轮轴和垂直轴发电机，所述扇形叶片安装在垂直轮轴上构成风轮，所述垂直轮轴连接在所述垂直轴发电机上，自然风力吹动所述扇形叶片围绕所述垂直轮轴转动，带动所述垂直轴发电机发电，用于将风能转化为电能。
[0013]进一步地，所述储电模块包括保护外壳、超级电容器和连接电线，所述超级电容器安置于所述保护外壳中，所述超级电容器的一端通过所述连接电线与所述发电模块相连，用于将所述发电模块转化的电能储存于所述超级电容器中，所述超级电容器的另一端与所述负载模块相连。
[0014]进一步地，所述负载模块包括监控摄像机、气象检测器及可变信息标志。
[0015]一种具有风光互补发电功能的高速公路门架的安装方法，包括：
[0016]选取太阳能年平均辐照度≥120W/m2、自然风速≥3m/s、设计速度≥ 80km/h以及交通量≥10000辆小客车/日的公路路段；
[0017]将所述支架模块安装在所述公路路段，将所述发电模块和所述负载模块安装在所述支架模块上，将所述储电模块安装在所述公路路段的道路路肩外侧，将所述储电模块与所述发电模块电性连接，将所述负载模块与所述储电模块电性相连。
[0018]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术提供的一种具有风光互补发电功能的高速公路门架，在风光资源丰富区的弱/无电网、小负荷高速公路场景安装具有风光互补发电功能的高速公路门架，实现了高速公路路域范围太阳能、自然风能及行驶车辆气流风能的能量转化及利用；将产生的电能储存在储电模块中，并用于负载模块供电，实现了电能的就地利用；此外，本专利技术具有风光互补发电功能的高速公路门架无需外部供电，相比远距离输电的用电成本低。
[0019]进一步地，本专利技术中的支架模块包括立柱、上横梁和下横梁，将立柱固定于道路两侧，对道路车辆行驶不产生干涉，将上横梁和下横梁横跨道路且与立柱连接，便于安装发电模块和负载模块。
[0020]进一步地，本专利技术的发电模块包括水平轴风力机，水平轴风力机沿水平方向固定于下横梁上，水平轴风力机包括螺旋叶片，在每个行车道上方对应一个水平轴风力机，将行驶车辆产生的气流风带动螺旋叶片转动，实现将机械能转化为电能，有效的利用了行驶车辆产生的气流风进行发电。
[0021]进一步地，本专利技术的发电模块还包括光伏顶棚，光伏顶棚采用单晶硅电池组件或
多晶硅太阳能电池组件，单晶硅电池组件或多晶硅太阳能电池组件呈圆弧型，各太阳能电池组件间经过串联并联后组成太阳能电池方阵，实现将太阳能转化为电能。
[0022]进一步地，本专利技术的单晶硅电池组件和多晶硅太阳能电池组件的尺寸为0.5 m*0.5m，便于安装和运输。
[0023]进一步地，本专利技术的发电模块还包括垂直轴风力机，将垂直轴风力机沿垂直方向安装于门架两侧的立柱顶上，扇形叶片安装在垂直轮轴上构成风轮，垂直轮轴连接在垂直轴发电机上，将自然风力吹动扇形叶片围绕垂直轮轴转动，带动垂直轴发电机发电，实现将风能转化为电能。
[0024]进一步地，储电模块包括保护外壳、超级电容器和连接电线，超级电容器安置于保护外壳中，超级电容器的一端通过连接电线与发电模块相连，用于将发电模块转化的电能储存于超级电容器中，超级电容器的另一端与负载模块相连，具有快速充放电，储能效率高，低阻抗、充放电寿命长的优点。
[0025]本专利技术一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有风光互补发电功能的高速公路门架，其特征在于，包括发电模块、支架模块、储电模块和负载模块；所述支架模块形成门架的框架，用于支撑所述发电模块和所述负载模块；所述发电模块固定于所述支架模块上，用于将太阳能、自然风能和行驶车辆气流风能转化为电能；所述储电模块位于道路路肩外侧且与所述发电模块电性连接，用于储存电能；所述负载模块与所述储电模块电性相连。2.根据权利要求1所述的一种具有风光互补发电功能的高速公路门架，其特征在于，所述支架模块包括立柱、上横梁和下横梁，所述立柱固定于道路两侧，所述上横梁和所述下横梁横跨道路且与所述立柱连接。3.根据权利要求2所述的一种具有风光互补发电功能的高速公路门架，其特征在于，所述发电模块包括水平轴风力机，所述水平轴风力机沿水平方向固定于所述下横梁上，所述水平轴风力机包括螺旋叶片，每个行车道上方对应一个所述水平轴风力机，行驶车辆产生的气流风带动所述螺旋叶片转动，用于将机械能转化为电能。4.根据权利要求2所述的一种具有风光互补发电功能的高速公路门架，其特征在于，所述发电模块还包括光伏顶棚，所述光伏顶棚采用单晶硅电池组件或多晶硅太阳能电池组件，所述单晶硅电池组件或多晶硅太阳能电池组件呈圆弧型，各太阳能电池组件间经过串联并联后组成太阳能电池方阵，用于将太阳能转化为电能。5.根据权利要求4所述的一种具有风光互补发电功能的高速公路门架，其特征在于，所述单晶硅电池组件和所述多晶硅太阳能电池组件的尺寸为0.5m*0.5m。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋玮，王腾，肖晶晶，张宇飞，吴旺杰，张梦须，张硕，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：