基于导光混凝土的光伏太阳能结构单元及路面施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光伏太阳能技术，尤其涉及一种基于导光混凝土的光伏太阳能结构单元及路面施工方法。
【背景技术】
[0002]光伏太阳能路面发电技术在专利申请201410142523.X中进行了介绍，该技术方案解决了发电及蓄电的问题，但结构顶层采用有机玻璃达到保护和透光的目的，存在以下几点不足:一是有机玻璃的单价较高，导致结构整体成本不经济;二是有机玻璃材料的摩擦系数较小，结构表面的抗滑性能主要依靠构造深度，抗滑效果不太理想，且对采光性能也有不利影响。因此，选取一种合适的采光方式，对于太阳能路面的推广使用具有重大的意义。
[0003]导光混凝土，又名透明混凝土或透光混凝土，导光混凝土是在混凝土原有组分基础上掺入导光组分，例如把光纤、透光树脂等导光材料植入混凝土中，使混凝土成为具有导光功能的先进建筑材料。这个概念最早是由匈牙利的工程师提出的，即Light-Transmitting Concrete(透明混凝土)，主要方法是在水泥砂楽中植入光纤，以达到透光的目的。后来，国内外的研究人员进行了许多研究，现在多采用在水泥砂浆植入特殊透明树脂的方法来达到增强其透光性能，研究人员还对导光混凝土的制备工艺、力学性能、微观形貌进行了研究。
[0004]为了达到在路面上利用太阳能发电的目的，可以将导光混凝土利用起来，但仍面临几个问题:(I)结构设计的问题，现有的导光混凝土多使用于墙面采光及艺术设计；(2)导光材料的选取和布置方式的问题，现有导光混凝土为了提高透光率，所用光纤或树脂的间距多为毫米级，对施工工艺要求极高，造价也较高；(3)水泥砂浆无法满足路面对强度及路用性能的要求。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种发电性能好、力学性能强、施工效率高且应用前景广阔的基于导光混凝土的光伏太阳能结构单元及路面施工方法。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
一种基于导光混凝土的光伏太阳能结构单元，包括混凝土基体、聚光部、光纤、保护罩和光伏太阳能电池板，所述保护罩位于混凝土基体底部并与混凝土基体之间形成用于安放光伏太阳能电池板的封闭空腔，所述聚光部位于混凝土基体顶部，所述光纤一端与聚光部连接，另一端穿过保护罩并指向光伏太阳能电池板。
[0007]作为上述技术方案的进一步改进:
所述聚光部包括聚光透镜和导光体，所述导光体与聚光透镜连接且口径逐渐缩小，所述聚光透镜向上伸出自混凝土基体外，所述导光体的末端与光纤紧固连接。
[0008]所述导光体的末端通过连接胶套与光纤紧固连接;或者，所述导光体的末端延伸为柱形体，所述光纤固定插设于柱形体内。
[0009]所述光纤为可弯折的光纤，且两端部分别设置成利于接收、发散光线的凸起。
[0010]所述保护罩的顶部为弧形状。
[0011]各聚光部呈矩形阵列布置，或呈同心的圆周阵列布置。
[0012]一种基于导光混凝土的光伏太阳能结构单元的路面施工方法，包括以下步骤:
S1:预制若干上述的光伏太阳能结构单元；
S2:将各光伏太阳能结构单元顺次拼接成一个整体路面结构。
[0013]作为上述技术方案的进一步改进:
所述步骤SI具体包括:
S11:制作单元框架模具，预留供光伏太阳能结构单元之间拼接用的拼接端；
S12:在单元框架模具内固定安装若干限位钢片，各限位钢片分别沿横向和纵向两层间隔布置，所述限位钢片上开设若干限位孔，将聚光部和光纤依次固定插设于上下两层限位钢片的限位孔内；
SI 3:在单元框架模具底部安装保护罩，保护罩上开设若干导向孔，光纤穿过导向孔并指向保护卓内部；
S14:预制混凝土，并在步骤Sll?S13完成后将混凝土浇注于单元框架模具内形成混凝土基体；
S15:单元框架模具养护、拆模，完成一个光伏太阳能结构单元的制备。
[0014]步骤S14中，所述混凝土的组分包括按配比混合的碎石、砂、胶凝材料、水及外加剂;混凝土浇注时，先将单元框架模具一侧抬高后再倒下以形成自密实混凝土基体，所述混凝土基体的最大粒径不大于聚光部中心间距1/3。
[0015]在所述聚光部与限位孔之间、光纤与限位孔之间以及光纤与导向孔之间分别填充用于密封固定的环氧树脂;通过拼接端将各光伏太阳能结构单元顺次拼接成一个整体路面结构，在各保护罩内放置光伏太阳能电池板，并将光伏太阳能电池板与电路系统电连接;用水泥浆、沥青或者环氧树脂胶将光伏太阳能电池板封装于保护罩内。
[0016]与现有技术相比，本发明的优点在于:
本发明的基于导光混凝土的光伏太阳能结构单元，其聚光部、光纤和用于安放光伏太阳能电池板的保护罩均位于混凝土基体内，使得该光伏太阳能结构单元具有足够的承载力和耐久性能，能够满足交通运输的负载要求和使用性能要求，采用保护罩对光伏太阳能电池板进行了全面的保护，且光纤将聚光部聚拢的光线传输至光伏太阳能电池板，发电性能好，力学性能强、在多领域应用前景广阔。
[0017]本发明的路面施工方法，先预制若干上述的光伏太阳能结构单元，再将各光伏太阳能结构单元顺次拼接成一个整体路面结构，操作方便、施工效率高，成本低、便于大规模推广。
【附图说明】
[0018]图1是本发明的一种基于导光混凝土的光伏太阳能结构单元的结构示意图。
[0019]图2是本发明的聚光部和光纤的一种固定连接示意图。
[0020]图3是本发明的聚光部和光纤的另一种固定连接示意图。[0021 ]图4是本发明的光纤及保护罩处的连接示意图。
[0022]图5是本发明的基于导光混凝土的光伏太阳能结构单元的路面施工方法的流程示意图。
[0023]图6是本发明的路面施工方法中单元框架模具及限位钢片的结构示意图。
[0024]图7是本发明的路面施工方法中的保护罩及导向孔的结构示意图。
[0025]图中各标号表示:
1、混凝土基体;2、聚光部;21、聚光透镜;22、导光体;23、连接胶套;3、光纤;30、凸起;4、保护罩;40、导向孔;5、光伏太阳能电池板;6、单元框架模具;7、限位钢片;70、限位孔。
【具体实施方式】
[0026]以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0027]图1至图4示出了本发明的一种基于导光混凝土的光伏太阳能结构单元的实施例，其包括混凝土基体1、聚光部2、光纤3、保护罩4和光伏太阳能电池板5，保护罩4位于混凝土基体I底部并与混凝土基体I之间形成用于安放光伏太阳能电池板5的封闭空腔，聚光部2位于混凝土基体I顶部，光纤3—端与聚光部2连接，另一端穿过保护罩4并指向光伏太阳能电池板5。本发明的基于导光混凝土的光伏太阳能结构单元，其聚光部2、光纤3和用于安放光伏太阳能电池板5的保护罩4均位于混凝土基体I内，使得该光伏太阳能结构单元具有足够的承载力和耐久性能，能够满足交通运输的负载要求和使用性能要求，采用保护罩对光伏太阳能电池板5进行了全面的保护，且光纤3将聚光部2聚拢的光线传输至光伏太阳能电池板5，发电性能好，力学性能强，在多领域应用前景广阔。
[0028]本实施例中，聚光部2包括聚光透镜21和导光体22，导光体22与聚光透镜21连接且口径逐渐缩小，聚光透镜21向上伸出自混凝土基体I外，应用于路面时，伸出的部分可增强路面的抗滑性能。导光体22的末端与光纤3紧固连接。本实施例中，光伏太阳能结构单元铺设于路面上，聚光透镜21的角度，因路面角度有设计要求，为获得足够的光能，聚光透镜21可与路面成一定倾角，并选取合适的朝向。试验结果是以长沙地区为例，通过发电实验，其最佳倾角为中轴线与水平面成65°?75°倾角，朝向为南偏西30°方向?南偏东30°。
[0029]本实施例中，导光体22的末端通过连接胶套23与光纤3紧固连接，并用环氧树脂胶加固；当然，在其他实施例中，也可是其他的连接形式，如导光体22的末端延伸为柱形体，光纤3固定插设于柱形体内。
[0030]本实施例中，导光体22的外周设有反射涂层。本实施例中，聚光透镜21和导光体22均由透明有机玻璃制备而成。为达到导光目的，可根据全反射理论，导光体22的外周涂覆有折射率低于透明有机玻璃的涂层;或者，导光体22的外周