技术领域
[0001] 本发明涉及道路工程、能量收集技术领域，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。
相关背景技术
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
具体实施方式
[0037] 下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
[0038] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0039] 本发明中所示，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合
[0040] 图1示出了本发明一种光伏和摩擦纳米复合发电的路面板块结构，本实施例各结构层从上至下为：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。
[0041] 本实施例适用于城市非机动车道和人行道，基于光伏和摩擦发电的路面板块结构为规则的长方体结构，具体尺寸为：长500mm、宽500mm、高55mm；其中抗滑透光表层1的厚度为10mm，光伏发电层2厚度为5mm，蜂窝状摩擦纳米发电层3厚度为20mm，电气基础层4厚度为20mm，各结构层厚度计算时未考虑各层间黏结材料厚度。
[0042] 本实施例中抗滑透光表层1采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成，其材料性质如下：3
密度为1.18g/cm，抗压强度为90MPa，抗弯强度为110MPa，透光率为91％；并通过蚀刻在其上表面形成了微槽型纹理。
[0043] 本实施例中光伏发电层2采用单晶硅电池，电池尺寸为200×200mm，共四块呈田字形排布，电池经由铜线连接并与电气基础层4相连，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3紧密连接，并利用聚氨酯密封光伏电池周围缝隙。
[0044] 本实施例中蜂窝状摩擦纳米发电层3应由摩擦电极层31、蜂窝状结构层32和导电弹性小球33组成，其中摩擦电极层31厚度为2.5mm，蜂窝状结构层32厚度为15mm，导电弹性小球33直径为8mm；整体结构应充分密闭，并与其上的光伏发电层2和其下的电气基础层4经由黏结材料紧密连接。
[0045] 本实施例中摩擦电极层31选用铜片，利用砂纸打磨使其表面具有足够的粗糙度，与蜂窝状结构层32组成密闭空腔，并通过线缆与电气基础层4相连接；。
[0046] 本实施例中蜂窝状结构层32采用玻纤板制成，表面布满圆柱形孔洞，其直径为15mm，孔洞间距为10mm；导电弹性小球33材料选用聚四氟乙烯材料制备，并保证每个蜂窝状密闭空腔内均有一枚。
[0047] 本实施例中电气基础层采用玻纤板制成，其材料性质如下：密度为1.85g/cm3，弹性模量为12GPa，弯曲强度为480MPa；并与其上的蜂窝状摩擦纳米发电层3经由黏结材料紧密连接。
[0048] 本实施例中其下的传统路面结构层为普通水泥混凝土路面，黏结材料选用环氧树脂材料。
[0049] 本实施例中一种基于光伏和摩擦发电的路面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，并经由电气基础层的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。
[0050] 本实施例中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，包括以下步骤：
[0051] 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4；
[0052] 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32和导电弹性小球33，先将蜂窝状结构层32固定在下摩擦电极层31上，将导电弹性小球33置于其中，后将上摩擦电极层31固定于其上，并通过线缆将上下摩擦电极层31与电气基础层4相连，利用黏结材料将两层粘合；
[0053] 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3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4中，用防水材料填充光伏电池周围的缝隙，形成光伏发电层2；
[0054] 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1，并通过黏结材料与光伏发电层2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；
[0055] 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4，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。
[0056] 本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。
