专利名称：太阳能光伏融雪路面集成系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及交通安全领域，具体是在雪天环境下利用太阳能技术融化路面积雪的 系统。
背景技术：
国内外交通部门一直非常重视季冻和寒冷地区路面的交通事故和抗滑问题，尤其 是在路面积雪结冰地区，并作了大量研究，探索出多种抑制路面积雪结冰的方法。目前国内 外常用的融雪化冰方法包括清除法和融化法。清除法又可分为人为清除法和机械清除法两 种；融化法包括化学融化法和热融化法。具体可以分为以下几点。1、撒布融雪剂该方法是国际上较常用的一种路面除冰雪的手段，通过在路面上撒布化学药剂来 降低冰雪融点，使冰雪融化，进而清除积雪和积冰。国内外常用的融冰雪剂主要有盐类和醇 类。从实际使用效果来看，在一定的环境条件下，撒布融雪剂可以有效清除道路冰雪， 改善道路安全状况，提高道路运输效率。但是，醇类融雪剂的除冰雪效果受环境温度影响较 大，并具有反结冰现象，即一旦环境温度下降，被融化的积雪会再冻结成冰，使路面更滑，交 通事故率更高。如果环境温度过低或降雪量过大，融雪剂自身很难快速溶解、融化，须借助 车辆轮胎的碾压作用，所以融冰雪持续时间长，效果差，导致综合成本大幅度升高。绝大多数的盐类融雪剂产品都存在腐蚀性，易腐蚀破坏道路结构和机动车辆，还 会对土壤、水体和大气等造成污染，破坏生态环境。根据美国的一项统计报告，在每年使用 1000万吨融雪剂的情况下，会对道路、车辆造成四亿 59亿美元的损失，对停车场造成 0. 75亿 1. 5亿美元的损失，导致5% 10%的植物病变甚至枯死。另外，融雪剂的使用曾 造成北京2003年有4000多棵大树和4万多株灌木死亡，草地受害面积达3万多平方米，直 接经济损失1500多万元。这种方法对冰雪清除较彻底，但效率低，费用高，作业时影响车辆通行及行车安 全，不能长时间作业，适用于雪量较小时或重点难点路段的冰雪清除。2、撒布砂石材料在冰雪路面上撒布一定粒径的砂石材料，如砂、石屑、炉灰、煤渣和砂盐混合料等， 能提高冰雪路面的摩擦系数。砂石的存在一方面使冰雪层的冻结强度不均勻，另一方面，砂 石在冰雪层的运动使得雪不易压实，达到了抗滑的目的。该方法对积雪清除较彻底，但效率 低、费用高、影响交通通行及行车安全、且不能长时间作业，主要适用于小雪及难点路段的 积雪清除，且该方法是被动方式操作，具有滞后性。3、机械清除方法机械清除法由于采用机械设备(机械车辆铲、推、扫等)故设备效率高，适合于大 面积机械化清除作业，但当气温较低时，由于冰与路面之间的粘结力较大，单独使用机械除 雪效果并不好，对冰面清除不彻底，不能从根本上解决路面的抗滑能力，行车安全得不到有效保障。而机械吹雪方式虽然除雪安全环保，但只适用于机场等便于管理、较小范围、未经 碾压过、厚度较薄的路面积雪，一般是边下雪边作业，机械需求量大、费用高，而且积雪一旦 被碾压或结冰则无能为力，该方式不适合交通量较大的公路和城市道路除雪。可见，机械式 除雪需要大量的人力、物力和设备，且属于被动式滞后操作，需要一定时间才能使交通恢复 正常，且除雪机械受季节影响强、使用频率低、经济效益较差。4、热力融冰雪方法此种方法利用热水、燃气、电等产生的热量使冰雪融化，如喷洒热水法、喷洒融雪 剂法、汽车加热-机械融化法等。此类方法融雪化冰虽效果较好，但这些方法往往耗能较大，且融化的雪水进入路 面结构时会将路表的灰尘等杂质带入，在路面结构内部积存，进而堵塞孔隙，致使排水不 畅，影响雪水的排除。5、自应力路面抑制冰雪技术主要通过在路面铺装材料内添加一定量的弹性颗粒材料，改变路面与轮胎的接触 状态和路面的变形特性，利用弹性材料局部变形能力较强的特性，通过路面在外荷载作用 下产生的自应力，使路面冰雪破碎融化，从而有效抑制路面积雪和结冰。此类技术中常用的 弹性材料多为由废旧轮胎加工而成的橡胶颗粒。这不但可以有效提高路面的除冰雪能力， 提高道路安全性能和运输效率，而且为废旧弹性材料的回收利用提供科学、合理的新途径， 利于环境保护，节省资源。这是一种被动融雪方式，融雪的效果不太好。6、导电铺面融冰雪技术在路面铺装材料中掺入聚合物类、碳类或金属类导电掺合料，使高绝缘性的路面 铺装材料具备热和电的感知和转换能力，将电能转变为热能，热能通过铺面材料与冰雪的 接触面向上传导，冰雪吸收热量后温度逐渐升高，实现融雪(冰)的目的，该方法耗能较大， 路面绝缘材料的研究和应用也没有完成，其研究和推广值得进一步的探讨和升华。7、能量转化型融冰雪技术能量转化型融冰雪技术是通过能量转化设备，将其他形式的能量转化为热能，达 到融雪(冰)的目的。可以利用的能量主要有工业电能、太阳能和地热等多种能量。该项技术可以提高 能源利用率，而且清洁环保，适合于机场、桥面和高速公路的长大纵坡等局部路段的融冰雪 的需要。常见的有发热电缆法、红外线热源法、储蓄地热源热管融化法、太阳能热管法等，由 于受能量来源的限制，利用土壤源热管和太阳能电管的融冰雪技术正逐步成为研究热点。土壤源热管融冰雪技术是在路(桥)面内埋置热管，利用土壤源热管，经地下换 热器从地下提取热土壤中的低位热能，经热管提升后，通过水泵把温度较高的流体输送到 路(桥)面内的排管里面。高温热流体在排管内流动时，把热量通过对流换热方式，传入路 (桥)面。当路(桥)面的温度达到o°c以上时，其表面上的冰雪就会融化，从而达到融雪 (冰)的目的。而太阳能电能融雪化冰路面技术，是利用太阳能储存转换系统给埋置在路面 中的电管加热，在规定的不影响交通安全的时间内，使路面积攒的冰雪迅速融化，从而达到 路面除冰雪的目的。现有的融雪技术主要有通过机械铲雪吹雪，融雪剂等方法，具有环境破坏性及融 雪滞后性。另外还有采用工业电能和地源热泵融雪，其成本较高。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种太阳能光伏融雪路面集成 系统，该系统将太阳能转化为电能，再将电能转化为热能，则可以有效融化路面积雪。一种太阳能光伏融雪路面集成系统，该发明的技术方案是其主要由太阳能发电 系统、路面加热系统和控制系统组成。所述控制系统包括温度测量仪、热电偶和温度控制开 关，热电偶与温度测量仪连接，温度测量仪和温度控制开关连接，路面加热系统主要包括加 热管，加热管通过温度控制开关与太阳能发电系统连接。所述控制系统的温度控制范围在2度到6度之间。该系统的工作原理是太阳能发电系统将太阳能转化为电能，路面加热系统将电 能转化为热能，给路面加热提高路面温度进行融雪；控制系统对太阳能发电系统和路面加 热系统进行控制，使太阳能光伏融雪路面集成系统更加有效。
图1为太阳能发电系统示意图；图2为路面加热系统示意图；图3为太阳能光伏融雪路面集成系统总示意图。图中，1为加热管电源，2为加热管，3为路面。
具体实施例方式如图1所示，太阳能发电系统主要由太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、直流-交 流逆变器、直流负载和交流负载组成。太阳能电池以把光能转换成电能的最小单位的太阳能电池单体为基片，太阳能电 池单体一般是边长为10 15cm的硅板上形成PN结的半导体的一种。因为太阳能电池单 体本身的工作电压约为0. 45 0. 50V，工作电流为20 25mA/cm2，一般不能单独作为电源 使用。将太阳能电池单体进行串联、并联并封装后，就成为太阳能电池组件。当单个太阳能 电池组件不能满足要求时，将太阳能电池组件经过串联、并联并装在支架上，就构成了太阳 能电池方阵，以得到所需的输出功率而满足负载。控制器是指充放电控制器，其能自动防止蓄电池组过充电和过放电的设备，一般 还具有简单的测量功能。蓄电池组经过过充电和过放电会严重影响其性能和寿命，所以充 放电控制器是不可缺少的。蓄电池组的作用是贮存太阳能电池方阵受光照时所发出的电能，并随时向负载供 H1^ ο直流-交流逆变器的作用是用于转换直流或者交流负载。直流负载或者交流负载在本技术方案中是指加热系统中的加热管。如图2所示，路面加热系统为路面3内埋设加热管2或发热电缆，为了结构和安全 起见，采用加热管2，加热管2电压一般为IlOV或220V，与逆变器输出电压相同，可以为一 头出线或两头出线，加热管2通过加热管电源1供电。如图3所示，一种太阳能光伏融雪路面集成系统，其主要由太阳能发电系统、路面加热系统和控制系统组成。所述控制系统包括温度测量仪、热电偶和温度控制开关，热电偶 与温度测量仪连接，温度测量仪和温度控制开关连接，路面加热系统主要包括加热管，加热 管通过温度控制开关与太阳能发电系统连接。其中，控制系统包括一个温度测量仪，用于测量热电偶，热电偶可采用K或者T型， 一个温度控制开关，其可以在一定温度区间内开关输出电源。温度控制开关设置为2 6°C，在路面上埋设热电偶，热电偶与控制系统相连，加热 管电源与控制系统输出电源相连，这样就可以由路面温度控制加热管的加热时间，达到节 约能量的作用。室内试验和现场试验发现路面温度必须达到某一定值Q 6°C )时系统才开始化 雪，这一温度值可以作为系统的控制值。在没有下雪时将路面加热到2°C后，继续加热，当路 面温度达到6°C时停止加热，当路面温度低于2°C时又开始加热，保持路面温度在2V以上， 充分发挥预热融雪，使路面保持在不能积雪的温度以上，这样有雪即化，可以节约能量和及 时化雪，保证路面常年不积雪，达到实时化雪结果。
权利要求
1.太阳能光伏融雪路面集成系统，其特征在于所述系统主要由太阳能发电系统、路 面加热系统和控制系统组成；所述控制系统包括温度测量仪、热电偶和温度控制开关，热电 偶与温度测量仪连接，温度测量仪和温度控制开关连接，路面加热系统主要包括加热管，加 热管通过温度控制开关与太阳能发电系统连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能光伏融雪路面集成系统，其特征在于所述控制系统 的温度控制范围在2度到6度之间。
全文摘要
本发明公开了一种太阳能光伏融雪路面集成系统，其主要由太阳能发电系统、路面加热系统和控制系统组成。所述控制系统包括温度测量仪、热电偶和温度控制开关，热电偶与温度测量仪连接，温度测量仪和温度控制开关连接，路面加热系统主要包括加热管，加热管通过温度控制开关与太阳能发电系统连接。该系统将太阳能转化为电能，再将电能转化为热能，可以有效融化路面积雪。
文档编号E01C11/26GK102061655SQ20101055865
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者刘迎文, 喻林青, 夏旺民, 尉学勇, 贾志裕 申请人:西安中交公路岩土工程有限责任公司