【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及道路工程、能量收集，尤其涉及一种基于光伏和摩擦纳米复合发电的路面板块结构与施工方法。
技术介绍
1、为了解决全球日益严峻的能源短缺和气候变暖问题，加快推动太阳能、风能等可再生能源的开发利用，对于保护生态环境、应对气候变化、改善能源结构、实现经济社会可持续发展均具有重要意义。但传统的能量收集设施在应用过程中需要占据大量的土地资源，长距离调配又带来大量损耗，成为制约其发展的重要因素。
2、充分利用我国丰富的道路资源开展道路能量收集利用将显著改善上述问题，将道路领域的太阳能资源充分利用，不仅可以解决传统道路占地面积大和功能单一的不足，还可以为道路附属设施(如路灯、红绿灯和测速雷达等)、电动汽车充电设施、道路智能感知设备、智慧交通控制设备等提供电力支持，满足道路智能化和绿色化的建设目标。
3、但车辆行车阴影和阴雨天气会导致传统光伏路面无法达到预期的发电性能，考虑收集车辆行驶产生的振动能量，可以进一步增强路面结构的俘能能力。大量研究表明，摩擦纳米发电技术在收集低频率、无规则的振动能方面具有显著优势。因而考虑设计一种基于光伏和摩擦纳米复合发电的路面板块结构，从而提高路面能量收集效率尤为重要。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术旨在提供一种结构简单、路用性能优异、发电效能高的基于光伏和摩擦纳米复合发电技术的路面板块结构及其施工方法。
2、为了解决上述问题和其他关键技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种光伏和摩擦纳米复合发电的路面板块结构，
3、可选的，所述基于光伏和摩擦纳米复合发电的路面板块结构宜为长方体结构，其厚度应控制在30～100mm，平面尺寸控制在0.01～16m2。
4、可选的，所述板块结构可使用于高速公路、城市主干道、人行道和停车场区域，其厚度由抗滑透光表层厚度5～30mm、光伏发电层厚度5～10mm、蜂窝状摩擦纳米发电层厚度10～30mm以及电气基础层厚度10～30mm(不包含黏结材料厚度)组成。
5、可选的，所述抗滑透光表层可采用聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、透光树脂、钢化玻璃中任意一种制备，并通过蚀刻工艺在其上表面形成凹型或凸型的点状或条状抗滑纹理。
6、可选的，所述光伏发电层采用单晶硅电池、多晶硅电池、薄膜电池的任意一种，利用防水材料充分填充光伏电池周围缝隙，经由线缆与电气基础层相连接，同时应利用黏结材料与其上的抗滑透光表层和其下的蜂窝状摩擦纳米发电层紧密连接。
7、可选的，所述电气基础层采用高分子聚合物板制成，高分子聚合物板由橡胶、纤维或塑料中的一种或几种制成，在其上开槽并布设相应线缆，线缆应在板块外部预留接口，保证多块板块结构间的电气连接，并与其下传统路面结构表面或承重基层之间采用黏结材料、铆钉或螺栓紧密粘合连接。
8、可选的，所述蜂窝状摩擦纳米发电层包含摩擦电极层、蜂窝状结构层和导电弹性小球，整体结构应充分密闭，并与其上的光伏发电层和其下的电气基础层经由黏结材料紧密连接。
9、可选的，所述摩擦电极层可采用铜片或铝片制备，通过线缆与电气基础层相连接，摩擦电极层内侧表面应采用砂纸打磨或粘贴导电胶布、尼龙材料的方法而使其具有足够的粗糙度，并由两摩擦电极层与蜂窝状结构层结合形成密闭空腔。
10、可选的，所述蜂窝状结构层应采用高强绝缘材料制备，表面应布满圆柱形或六边形孔洞，孔洞直径为10mm～30mm；
11、可选的，所述导电弹性小球材料选用聚四氟乙烯、硅胶、聚丙烯、橡胶中的任意一种制成，直径为5mm～20mm，其表面需保证足够的粗糙度，并保证每个蜂窝状孔洞密闭空腔内放置一枚小球。
12、可选的，黏结材料可选用环氧树脂或沥青材料。
13、可选的，防水材料可选用改性沥青或聚氨酯材料。
14、可选的，所述板块结构可以经由多个板块进行组合拼装形成整体式大板块结构，并经由线缆连接形成整体式发电结构，并与外部蓄电池、逆变器等组件连接组成复合发电系统。
15、所述的一种光伏和摩擦纳米复合发电的路面板块结构的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
16、s1、电气基础层的制备和安装：根据板块结构设计尺寸和力学性能指标预制电气基础层板块，并在其上开槽并合理布设线缆，同时预留多板块连接的线缆接口，制备得到电气基础层；
17、s2、蜂窝状摩擦纳米发电层的预制和组装：根据板块结构设计尺寸加工出蜂窝状结构层和导电弹性小球，先将蜂窝状结构层固定在下摩擦电极层上，将导电弹性小球置于其中，后将上摩擦电极层固定于其上，并通过线缆将上下摩擦电极层与电气基础层相连，利用黏结、铆接或栓接将两层连接成整体；
18、s3、光伏电池面板的布置和连接：选择合适的光伏电池类型和尺寸，将其固定在蜂窝状摩擦纳米发电层之上，利用线缆进行光伏电池间的串并联并连接到电气基础层中，用防水材料填充光伏电池周围的缝隙，形成光伏发电层；
19、s4、抗滑透光表层的预制和安装：根据板块结构设计尺寸和路用性能指标预制抗滑透光表层，并通过黏结材料与光伏发电层紧密粘合，并完成路面板块整体的防水封装，组合形成光伏和摩擦纳米复合发电的路面板块结构；
20、s5、路面板块结构的铺设：根据路面平面尺寸和结构设计要求，铺筑复合发电路面板块结构，其下经由黏结材料与传统路面基础结构进行紧密粘接，并利用线缆连接相邻板块间的电气基础层，同时与路侧布置的蓄电池和逆变器等电气元件组成整体式多板块复合发电系统。
21、在实际应用过程中，路面板块结构不但可以接收太阳辐射产生电能，同时在道路行车条件下，弹性小球在车轮振动能的作用下会在预制的空腔内上下跳动，与摩擦电极层发生接触-分离过程进而产生电能。两种电能收集方式可互为补充，保证路面结构稳定高效的能量收集效率。
22、本专利技术的有益效果为：
23、1.本专利技术将摩擦纳米发电技术引入了路面结构中，利用车辆振动产生的振动能进行能量收集，可为各类道路传感器及路域用电设施供电，具有显著的经济效益。
24、2.本专利技术针对太阳能路面在阴雨天气、交通流量大和夜间的情况下发电效率低下甚至无法发电的情况，采用光伏和摩擦纳米复合发电的路面结构型式，同时蜂窝状结构可以为光伏发电提供一定的散热能力，提高了路域能源的收集效率。
25、3.本专利技术在抗滑性能、力学性能、耐久性能和能量收集效率方面均具有显著优点，可以适用于各种路面结构的使用条件，具有广阔的应用前景。
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1.一种光伏和摩擦纳米复合发电的路面板块结构，其特征在于：从上至下主要包括抗滑透光表层(1)、光伏发电层(2)、蜂窝状摩擦纳米发电层(3)、电气基础层(4)组成，所述的各结构层层间采用黏结、铆接或栓接方式紧密粘合成整体，并直接铺设于传统路面结构表面或承重基层之上。
2.根据权利要求1所述的路面板块结构，其特征在于：所述抗滑透光表层(1)采用透明的聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、树脂、钢化玻璃中任意一种制备，其厚度为5mm～30mm，并通过蚀刻工艺在其上表面形成凹型或凸型的点状或条状抗滑纹理；
3.根据权利要求1所述的路面板块结构，其特征在于：所述蜂窝状摩擦纳米发电层(3)包含摩擦电极层(31)、蜂窝状结构层(32)和导电弹性小球(33)，其层厚为10mm～30mm。
4.根据权利要求3所述的路面板块结构，其特征在于：所述摩擦电极层(31)可采用铜片或铝片制备，通过线缆与电气基础层(4)相连接，摩擦电极层(31)内侧表面应采用砂纸打磨或粘贴导电胶布、尼龙材料的方法而使其具有足够的粗糙度。
5.根据权利要求3所述的路面板块结构，其特征在于：
6.一种光伏和摩擦纳米复合发电的路面板块结构的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种光伏和摩擦纳米复合发电的路面板块结构，其特征在于：从上至下主要包括抗滑透光表层(1)、光伏发电层(2)、蜂窝状摩擦纳米发电层(3)、电气基础层(4)组成，所述的各结构层层间采用黏结、铆接或栓接方式紧密粘合成整体，并直接铺设于传统路面结构表面或承重基层之上。
2.根据权利要求1所述的路面板块结构，其特征在于：所述抗滑透光表层(1)采用透明的聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、树脂、钢化玻璃中任意一种制备，其厚度为5mm～30mm，并通过蚀刻工艺在其上表面形成凹型或凸型的点状或条状抗滑纹理；
3.根据权利要求1所述的路面板块结构，其特征在于：所述蜂窝状摩擦纳米发电层(3)包...
【专利技术属性】
技术研发人员：查旭东，吕瑞东，雷冰冰，胡恒武，眭子凡，刘浩军，罗润洲，许文辉，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：
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