太陽能光伏融雪路面集成系統的製作方法

2023-12-11 11:42:47 1

專利名稱：太陽能光伏融雪路面集成系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及交通安全領域，具體是在雪天環境下利用太陽能技術融化路面積雪的 系統。
背景技術：
國內外交通部門一直非常重視季凍和寒冷地區路面的交通事故和抗滑問題，尤其 是在路面積雪結冰地區，並作了大量研究，探索出多種抑制路面積雪結冰的方法。目前國內 外常用的融雪化冰方法包括清除法和融化法。清除法又可分為人為清除法和機械清除法兩 種；融化法包括化學融化法和熱融化法。具體可以分為以下幾點。1、撒布融雪劑該方法是國際上較常用的一種路面除冰雪的手段，通過在路面上撒布化學藥劑來 降低冰雪融點，使冰雪融化，進而清除積雪和積冰。國內外常用的融冰雪劑主要有鹽類和醇 類。從實際使用效果來看，在一定的環境條件下，撒布融雪劑可以有效清除道路冰雪， 改善道路安全狀況，提高道路運輸效率。但是，醇類融雪劑的除冰雪效果受環境溫度影響較 大，並具有反結冰現象，即一旦環境溫度下降，被融化的積雪會再凍結成冰，使路面更滑，交 通事故率更高。如果環境溫度過低或降雪量過大，融雪劑自身很難快速溶解、融化，須藉助 車輛輪胎的碾壓作用，所以融冰雪持續時間長，效果差，導致綜合成本大幅度升高。絕大多數的鹽類融雪劑產品都存在腐蝕性，易腐蝕破壞道路結構和機動車輛，還 會對土壤、水體和大氣等造成汙染，破壞生態環境。根據美國的一項統計報告，在每年使用 1000萬噸融雪劑的情況下，會對道路、車輛造成四億 59億美元的損失，對停車場造成 0. 75億 1. 5億美元的損失，導致5% 10%的植物病變甚至枯死。另外，融雪劑的使用曾 造成北京2003年有4000多棵大樹和4萬多株灌木死亡，草地受害面積達3萬多平方米，直 接經濟損失1500多萬元。這種方法對冰雪清除較徹底，但效率低，費用高，作業時影響車輛通行及行車安 全，不能長時間作業，適用於雪量較小時或重點難點路段的冰雪清除。2、撒布砂石材料在冰雪路面上撒布一定粒徑的砂石材料，如砂、石屑、爐灰、煤渣和砂鹽混合料等， 能提高冰雪路面的摩擦係數。砂石的存在一方面使冰雪層的凍結強度不均勻，另一方面，砂 石在冰雪層的運動使得雪不易壓實，達到了抗滑的目的。該方法對積雪清除較徹底，但效率 低、費用高、影響交通通行及行車安全、且不能長時間作業，主要適用於小雪及難點路段的 積雪清除，且該方法是被動方式操作，具有滯後性。3、機械清除方法機械清除法由於採用機械設備(機械車輛鏟、推、掃等)故設備效率高，適合於大 面積機械化清除作業，但當氣溫較低時，由於冰與路面之間的粘結力較大，單獨使用機械除 雪效果並不好，對冰面清除不徹底，不能從根本上解決路面的抗滑能力，行車安全得不到有效保障。而機械吹雪方式雖然除雪安全環保，但只適用於機場等便於管理、較小範圍、未經 碾壓過、厚度較薄的路面積雪，一般是邊下雪邊作業，機械需求量大、費用高，而且積雪一旦 被碾壓或結冰則無能為力，該方式不適合交通量較大的公路和城市道路除雪。可見，機械式 除雪需要大量的人力、物力和設備，且屬於被動式滯後操作，需要一定時間才能使交通恢復 正常，且除雪機械受季節影響強、使用頻率低、經濟效益較差。4、熱力融冰雪方法此種方法利用熱水、燃氣、電等產生的熱量使冰雪融化，如噴灑熱水法、噴灑融雪 劑法、汽車加熱-機械融化法等。此類方法融雪化冰雖效果較好，但這些方法往往耗能較大，且融化的雪水進入路 面結構時會將路表的灰塵等雜質帶入，在路面結構內部積存，進而堵塞孔隙，致使排水不 暢，影響雪水的排除。5、自應力路面抑制冰雪技術主要通過在路面鋪裝材料內添加一定量的彈性顆粒材料，改變路面與輪胎的接觸 狀態和路面的變形特性，利用彈性材料局部變形能力較強的特性，通過路面在外荷載作用 下產生的自應力，使路面冰雪破碎融化，從而有效抑制路面積雪和結冰。此類技術中常用的 彈性材料多為由廢舊輪胎加工而成的橡膠顆粒。這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運輸效率，而且為廢舊彈性材料的回收利用提供科學、合理的新途徑， 利於環境保護，節省資源。這是一種被動融雪方式，融雪的效果不太好。6、導電鋪面融冰雪技術在路面鋪裝材料中摻入聚合物類、碳類或金屬類導電摻合料，使高絕緣性的路面 鋪裝材料具備熱和電的感知和轉換能力，將電能轉變為熱能，熱能通過鋪面材料與冰雪的 接觸面向上傳導，冰雪吸收熱量後溫度逐漸升高，實現融雪(冰)的目的，該方法耗能較大， 路面絕緣材料的研究和應用也沒有完成，其研究和推廣值得進一步的探討和升華。7、能量轉化型融冰雪技術能量轉化型融冰雪技術是通過能量轉化設備，將其他形式的能量轉化為熱能，達 到融雪(冰)的目的。可以利用的能量主要有工業電能、太陽能和地熱等多種能量。該項技術可以提高 能源利用率，而且清潔環保，適合於機場、橋面和高速公路的長大縱坡等局部路段的融冰雪 的需要。常見的有發熱電纜法、紅外線熱源法、儲蓄地熱源熱管融化法、太陽能熱管法等，由 於受能量來源的限制，利用土壤源熱管和太陽能電管的融冰雪技術正逐步成為研究熱點。土壤源熱管融冰雪技術是在路(橋)面內埋置熱管，利用土壤源熱管，經地下換 熱器從地下提取熱土壤中的低位熱能，經熱管提升後，通過水泵把溫度較高的流體輸送到 路(橋)面內的排管裡面。高溫熱流體在排管內流動時，把熱量通過對流換熱方式，傳入路 (橋)面。當路(橋)面的溫度達到o°c以上時，其表面上的冰雪就會融化，從而達到融雪 (冰)的目的。而太陽能電能融雪化冰路面技術，是利用太陽能儲存轉換系統給埋置在路面 中的電管加熱，在規定的不影響交通安全的時間內，使路面積攢的冰雪迅速融化，從而達到 路面除冰雪的目的。現有的融雪技術主要有通過機械鏟雪吹雪，融雪劑等方法，具有環境破壞性及融 雪滯後性。另外還有採用工業電能和地源熱泵融雪，其成本較高。

發明內容
為了解決上述現有技術存在的問題，本發明提供了一種太陽能光伏融雪路面集成 系統，該系統將太陽能轉化為電能，再將電能轉化為熱能，則可以有效融化路面積雪。一種太陽能光伏融雪路面集成系統，該發明的技術方案是其主要由太陽能發電 系統、路面加熱系統和控制系統組成。所述控制系統包括溫度測量儀、熱電偶和溫度控制開 關，熱電偶與溫度測量儀連接，溫度測量儀和溫度控制開關連接，路面加熱系統主要包括加 熱管，加熱管通過溫度控制開關與太陽能發電系統連接。所述控制系統的溫度控制範圍在2度到6度之間。該系統的工作原理是太陽能發電系統將太陽能轉化為電能，路面加熱系統將電 能轉化為熱能，給路面加熱提高路面溫度進行融雪；控制系統對太陽能發電系統和路面加 熱系統進行控制，使太陽能光伏融雪路面集成系統更加有效。


圖1為太陽能發電系統示意圖；圖2為路面加熱系統示意圖；圖3為太陽能光伏融雪路面集成系統總示意圖。圖中，1為加熱管電源，2為加熱管，3為路面。
具體實施例方式如圖1所示，太陽能發電系統主要由太陽能電池方陣、控制器、蓄電池組、直流-交 流逆變器、直流負載和交流負載組成。太陽能電池以把光能轉換成電能的最小單位的太陽能電池單體為基片，太陽能電 池單體一般是邊長為10 15cm的矽板上形成PN結的半導體的一種。因為太陽能電池單 體本身的工作電壓約為0. 45 0. 50V，工作電流為20 25mA/cm2，一般不能單獨作為電源 使用。將太陽能電池單體進行串聯、並聯並封裝後，就成為太陽能電池組件。當單個太陽能 電池組件不能滿足要求時，將太陽能電池組件經過串聯、並聯並裝在支架上，就構成了太陽 能電池方陣，以得到所需的輸出功率而滿足負載。控制器是指充放電控制器，其能自動防止蓄電池組過充電和過放電的設備，一般 還具有簡單的測量功能。蓄電池組經過過充電和過放電會嚴重影響其性能和壽命，所以充 放電控制器是不可缺少的。蓄電池組的作用是貯存太陽能電池方陣受光照時所發出的電能，並隨時向負載供 H1^ ο直流-交流逆變器的作用是用於轉換直流或者交流負載。直流負載或者交流負載在本技術方案中是指加熱系統中的加熱管。如圖2所示，路面加熱系統為路面3內埋設加熱管2或發熱電纜，為了結構和安全 起見，採用加熱管2，加熱管2電壓一般為IlOV或220V，與逆變器輸出電壓相同，可以為一 頭出線或兩頭出線，加熱管2通過加熱管電源1供電。如圖3所示，一種太陽能光伏融雪路面集成系統，其主要由太陽能發電系統、路面加熱系統和控制系統組成。所述控制系統包括溫度測量儀、熱電偶和溫度控制開關，熱電偶 與溫度測量儀連接，溫度測量儀和溫度控制開關連接，路面加熱系統主要包括加熱管，加熱 管通過溫度控制開關與太陽能發電系統連接。其中，控制系統包括一個溫度測量儀，用於測量熱電偶，熱電偶可採用K或者T型， 一個溫度控制開關，其可以在一定溫度區間內開關輸出電源。溫度控制開關設置為2 6°C，在路面上埋設熱電偶，熱電偶與控制系統相連，加熱 管電源與控制系統輸出電源相連，這樣就可以由路面溫度控制加熱管的加熱時間，達到節 約能量的作用。室內試驗和現場試驗發現路面溫度必須達到某一定值Q 6°C )時系統才開始化 雪，這一溫度值可以作為系統的控制值。在沒有下雪時將路面加熱到2°C後，繼續加熱，當路 面溫度達到6°C時停止加熱，當路面溫度低於2°C時又開始加熱，保持路面溫度在2V以上， 充分發揮預熱融雪，使路面保持在不能積雪的溫度以上，這樣有雪即化，可以節約能量和及 時化雪，保證路面常年不積雪，達到實時化雪結果。
權利要求
1.太陽能光伏融雪路面集成系統，其特徵在於所述系統主要由太陽能發電系統、路 面加熱系統和控制系統組成；所述控制系統包括溫度測量儀、熱電偶和溫度控制開關，熱電 偶與溫度測量儀連接，溫度測量儀和溫度控制開關連接，路面加熱系統主要包括加熱管，加 熱管通過溫度控制開關與太陽能發電系統連接。
2.根據權利要求1所述的太陽能光伏融雪路面集成系統，其特徵在於所述控制系統 的溫度控制範圍在2度到6度之間。
全文摘要
本發明公開了一種太陽能光伏融雪路面集成系統，其主要由太陽能發電系統、路面加熱系統和控制系統組成。所述控制系統包括溫度測量儀、熱電偶和溫度控制開關，熱電偶與溫度測量儀連接，溫度測量儀和溫度控制開關連接，路面加熱系統主要包括加熱管，加熱管通過溫度控制開關與太陽能發電系統連接。該系統將太陽能轉化為電能，再將電能轉化為熱能，可以有效融化路面積雪。
文檔編號E01C11/26GK102061655SQ20101055865
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月24日 優先權日2010年11月24日
發明者劉迎文, 喻林青, 夏旺民, 尉學勇, 賈志裕 申請人:西安中交公路巖土工程有限責任公司