一种装配式ECC-光伏发电路面结构及施工方法与流程

本发明属于光伏发电领域，具体的涉及一种装配式ecc-光伏发电路面结构及施工方法。

背景技术：

光伏发电公路是一种新型的、节能环保型路面结构，它将光伏发电工程与道路工程相结合，在实现路面承载的基本需求的同时与光伏发电行业进行交叉融合，进而实现车路之间能量以及交通信息的交互作用。

承载式光伏发电公路在世界上已经有一定的成功应用，实现了并网发电，取得一定的经济效益。但是光伏发电公路的发展中还存在一些问题，有待进一步完善。

首先，光伏发电公路建造过程中受到施工技术和机械的限制，目前无论新建光伏路面或者现有公路改建光伏路面的路面施工过程中光伏模组主要采取人工单块逐块铺设的方式，导致在施工过程中存在工作量大，施工速率较慢、施工质量较难控制以及光伏发电路面后期的维修养护困难等不足。

其次，光伏模组需要同时满足发电功能和道路承载的需求，所以内部结构极为复杂且造价较为昂贵，现有的光伏发电模组生产技术基于经济性、透光率和发电效率的考虑，相比于常规的路面结构层光伏模组厚度较小并且其内部采用了刚度较大的材料(如钢化玻璃、亚克力板等)作为保护层。所以在路面结构设计需要保证光伏模组在车轮荷载作用下发生较小的挠度变化，来保护内部电池片不发生损坏，以此来提高光伏模组的使用寿命。

目前，已公开专利(cn106592374a)虽然提出过光伏发电路面结构组合设计。但该专利仍然主要聚焦在现有的常规刚性和柔性路面结构加铺一层光伏发电层，对于常规路面结构加铺光伏发电层后产生的应力重分布考虑不足，导致现有路面结构加铺光伏发电层后使用寿命可能会降低，并且该专利主导的光伏路面施工仍然是现场铺设光伏模组的方式，仍旧存在上述的施工方面的问题。

技术实现要素：

基于上述研究背景，本发明针对现有光伏发电公路存在的结构层受力不合理、现有路面改建光伏路面和新建光伏路面施工、养护维修过程中效率低难度大等不足，提出一种新型装配式ecc-光伏发电路面结构。旨在通过工厂提前预制光伏模组与ecc组合的路面板块单元，然后采用现场装配的方法，改善光伏发电公路的路面结构层应力分布，提高其施工速度，降低光伏路面后期的维修养护难度。从而提高光伏发电公路的使用寿命以及经济性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

第一方面，本发明提供的一种装配式ecc—水泥混凝土光伏发电路面结构，至少包括从下到上依次设置的路基、基层、水泥混凝土面层和光伏发电功能层；

所述的光伏发电功能层包括预制式单元，每个所述的预制式单元由多块光伏模组和一块ecc板组成，所述的多块光伏模组串并联在一起后，位于ecc板顶部且光伏模组与ecc板之间通过粘结材料粘结在一起，形成一个整体；在所述的ecc板内部设置构造钢筋，在ecc板内预留有用于安装光伏模组的必要元器件接线盒和光伏模组之间连接线路的安装槽；在相邻的光伏模组之间设置温度缝，用于光伏模组变形；在所述的温度缝用变形较大的弹性材料填充；相邻的预制板块单元插接或/和搭接在一起，搭接部分设置在ecc板，需要说明的是预制板单元不宜采用齐口搭接形式，原因在于预制板单元较薄，齐口搭接无法进行荷载传递，容易发生角隅破坏，同时齐口搭接也易造成路表水下渗，导致发生路面结构发生水损坏。

作为进一步的技术方案，沿着道路的纵向，相邻的预制板块单元搭接在一起；或者沿着道路的纵向和横向，相邻的预制板块单元搭接在一起。

作为进一步的技术方案，相邻的预制板块单元搭接位置设置温度缝，温度缝用弹性材料填充。

作为进一步的技术方案，沿着道路的纵向，相邻的预制的板块单元插接在一起，或者沿着道路的纵向和横向，相邻的预制板块单元插接在一起。

作为进一步的技术方案，所述的相邻的预制板块单元插接位置设置温度缝，温度缝用弹性材料填充。

作为进一步的技术方案，当处于土质不良、路基过湿等不利条件时，可在路基与基层之间设置垫层，垫层可采级配碎石或沙砾制成；

作为进一步的技术方案，所述基层下方设置底基层，底基层可采用无机稳定土、级配碎石或沥青混合料制成，可设置18cm-20cm。

作为进一步的技术方案，所述的混凝土面层与光伏发电功能层之间通过粘结剂粘结。

第二方面，本发明针对上述装配式ecc—水泥混凝土光伏发电路面结构，还公开了一种装配式ecc—水泥混凝土光伏发电路面结构的施工方法。

(1)新建光伏发电路面施工方法，包括以下步骤：

步骤1预制板块单元的预制

1-1配置ecc材料，且搅拌；

1-2将ecc材料浇筑在提前准备好的模板中，达到性能要求后，拆模得到ecc板；

1-3安装光伏模组，用粘结材料将光伏材料完全粘结在ecc板上，光伏模组安装时，预留温度缝，温度缝采用防水并且弹性较好的材料填充密实。

1-4安装光伏模组接线盒，并且按照电路设计将数块光伏模组连接起来。

步骤2.根据路面结构设计，在拟建道路上铺筑路基及基层；

步骤3根据道路设计要求选择面层为水泥混凝土层并进行铺筑及养护；

步骤4混凝土面层施工结束后，对水泥混凝土层表面进行找平，之后在其表面均匀的涂抹粘结剂，将预制的板块单元运至现场进行安装工作。

步骤5相邻板块单元采用相互搭接的形式，并通过粘结剂与水泥混凝土面层粘结成为一个整体共同承担荷载。板块单元搭接时预留温度缝用于消散温度产生的变形，采用防水并且弹性较好的材料将温度缝填充密实。

作为进一步的技术方案，所述的单车道内对称铺设两列预制好的板块单元，中间留有宽管线沟，将相领的板块单元按照电路设计连接好，所有线路埋设在管线沟内，采用强度高的防水材料对管线沟进行灌注，至路面高程。

作为进一步的技术方案，装配板块单元时要严格控制相领板之间的高差，并且要使路面的平整度满足规范要求。如上所述，本发明提供的装配式ecc—水泥混凝土光伏发电路面结构，具有以下有益效果：

1.ecc材料的强度、耐久性、抗变形能力均优于常见路用材料，从而保证了路面的结构承载力，为光伏面板层提供了可靠又稳定的支撑，同时能够过渡光伏模组和水泥混凝土面层之间的巨大的模量差异，避免光伏模组层产生应力集中而发生破坏。

2.通过预制光伏面板和ecc板块单元，将光伏模组预先安装到ecc板上，完成接线盒安装和线路连接，不仅能够提高道路的施工效率和施工质量，还可以实现大面积机械化施工，节约人力与时间，提高经济性。

3.通过在ecc层中设置管接线盒，不仅在铺设的时候更加快速，同时能够对光伏模组的组件起到更好的保护作用，使其远离荷载与水的作用，提高发电组件的使用寿命。

4.装配式ecc光伏路面的ecc模块可根据不同道路进行设计，使其广泛的适用于所有形态的公路。

5.当路面某一板块单元发生损坏需要维修时，只需将该板块单元吊装运走，重新铺装新的板块单元并与其它模块接线连接即可，可以实现道路的快速修补。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是板块单元局部示意图。

图2是ecc板俯视图；

图3是光伏发电公路单车道纵断面图；

图4(1)、图4(2)是预制式单元搭接形式；

图5是光伏电站布置图；

图中：1光伏模组、2ecc板、3安装接线盒的矩形凹槽、4半圆形线孔、5构造钢筋、6矩形搭接、7管线沟、8预制式单元、9水泥混凝土面层、10基层、11垫层、12路基、13光伏电站。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅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设备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。

正如背景技术所介绍的，目前的路面施工过程中光伏模组主要采取人工单块逐块铺设的方式，导致在施工过程中存在工作量大，施工速率较慢、施工质量较难控制以及光伏发电路面后期的维修养护困难等不足。针对该问题可以通过采用工厂预制板块单元的方式，提前将多块光伏模组安装在大的板块中，并提前对线路进行连接，然后进行现场吊装施工来减少现场工作量，提高施工速度和施工质量。

此外，光伏模组需要同时满足发电功能和道路承载的需求，所以内部结构极为复杂且造价较为昂贵，现有的光伏模组生产技术基于经济性、透光率和发电效率的考虑，相比于常规的路面结构层光伏模组厚度较小并且其内部采用了刚度较大的材料(如钢化玻璃、亚克力板等)作为保护层。所以在路面结构设计需要保证光伏模组在车轮荷载作用下发生较小的挠度变化，来保护内部电池片不发生损坏，以此来提高光伏模组的使用寿命。而超高韧性水泥基复合材料(engineeredcementitiouscomposites-ecc)是一种高性能混凝土。可以将传统水泥基材料在弯拉荷载下单一裂纹的宏观开裂模式转化为多条细密裂纹的微观开裂模式，具有良好的裂缝控制能力以及耐久性。所以ecc适宜用作为路面结构层材料，可以作为光伏发电路面结构的主要承力层，来承担路面的车辆荷载产生的压应力和弯曲拉应力。并且ecc的弹性模量与光伏模组的模量较为接近，所以ecc用于光伏发电公路后，路面结构能够协同变形，结构层的应力分布也会更为合理。

实施例1

本申请的一种典型的实施方式中，如图1、图2、图3所示，一种装配式ecc—水泥混凝土光伏发电路面结构，至少包括从下到上依次设置：路基12、基层10、面层9和光伏发电功能层8。

所述的路基12可为符合我国《公路路基设计》(jdgd30)规定的土路基，路基应稳定、密实、均质，能够对路面结构提供均匀的支撑；其各项技术指标应符合我国《公路路基施工技术规范》(jtjf10)规定。

所述基层10可为水泥稳定粒料、碾压混凝土或贫混凝土基层，要具有足够的抗冲刷能力和一定的刚度。其设计厚度应符合《水泥混凝土路面设计规范》(jdgd40)规定，视公路等级或交通量的需要，可设置一层或两层，当基层较厚时分两层施工时；所述基层材料的选取及其技术指标应符合我国相关规范规定。

所述面层为水泥混凝土面层9，是路面结构的主要承力层，承担车辆荷载并为预制的光伏模组和ecc组合的路面板块单元提供稳定的支撑。要具有足够的强度和耐久性，表面平整。水泥混凝土的设计厚度应符合我国《公路水泥混凝土路面设计规范》(jdgd40)，一般厚度介于15cm-40cm之间，厚度选取依据公路等级和交通量确定；其材料设计可根据我国《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(jtje30)，其各项技术指标应符合我国《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(jtjf30)规定。

所述光伏发电功能层，包括多个预制板块单元8以及管线沟7；如图1所示，预制式单元由光伏模组1和ecc板2两部分组成。

其中，光伏模组1由透光耐磨材料、太阳能电池板以及绝缘保护层等组成。透光耐磨材料具有良好的透光特性，保证光伏模组内部包裹的太阳能电池板正常发电，同时该种材料要具有抗滑耐磨特性，表面有粗糙的纹理保证车辆正常行驶需求。纹理深度和抗滑安全性均满足我国《公路路基路面现场测试规程》(jtj059)的规定。

如图2所示，ecc板2内部设置构造钢筋5，用于装配施工中保护板块单元不发生损坏，在图2中，构造钢筋5分成了横向设置和纵向设置，横向设置两个，纵向设置两个；在实际工程中，构造钢筋5的设置形式和数量根据路面结构的强度要求进行设置，强度要求越高，构造钢筋5的设置数量越多，强度要求越低，构造钢筋5的设置数量越少。同时在ecc板内预留矩形凹槽3和半圆形线槽4，用于光伏模组的必要元器件接线盒安装及光伏模组之间的串并联线路连接；具体的矩形凹槽3用于安装必要元器件接线盒，半圆形线槽4用于安装光伏模组之间连接的线路。

每个预制板块单元由一块ecc板和数块光伏模组构成，本实施例中，ecc板厚为3-7cm，与光伏模组同宽。光伏模组与ecc板之间通过粘结材料粘结成为整体，粘结材料的抗拉强度一般要求大于1mpa，粘结材料可为环氧树脂、聚氨酯复合胶等。光伏模组之间设置温度缝，温度缝的宽度可设计为1-10mm，用于光伏模组变形，温度缝用变形较大的弹性材料填充。光伏模组必要的接线盒安装在ecc板的矩形凹槽内，光伏模组之间的线路铺设在矩形凹槽内并相互连接。且如图1所示，ecc板右侧的底部缺少一部分，该部分用于相邻预制板块单元之间的搭接。

相邻的预制板块单元板采用图4(1)、图4(2)所示的两种连接形式，具体的，图4(1)中公开的连接形式是上下搭接在一起，有部分重复；在图4(2)中公开的是插接在一起，具体的，在一块预制板块单元板的侧面设置凸起，在另一块预制板单元的侧面设置凹槽，凹槽与凸起插接在一起。相邻的预制板块单元之间相互搭接或者插接在一起，可以保证荷载的传递，使相邻板共同受力，减小板块单元的应力。同时搭接形式有利于减小路表水进入混凝土面层或者基层中，尽可能避免路面结构发生水损坏，提高路面结构的耐久性能。但是需要说明的是，无论是搭接部分还是插接部分，均是通过设置ecc板的侧面形状实现的，光伏模组的形状依然采用现有的矩形。

进一步的，由于预制式单元为矩形结构，因此，其插接或者搭接部分可以是仅沿道路纵向方向设置，也可以是沿着道路的纵向方向和横向方向均设置，具体的根据路面的强度要求进行设置。且插接或者搭接方式可以混合着使用；在一块预制板块单元的某个面上设置搭接部分，其他面上设置插接部分；或者某段路的相邻预制板单元之间搭接，某段路的相邻预制板单元之间插接等，具体的根据实际需要进行设置。

进一步的，在预制式单元板搭接时，也要预留有温度缝，温度缝的宽度可设计为1-10mm，用于板块单元的变形，温度缝用变形较大的弹性材料填充，弹性材料的形变大小根据实际需要进行选择。

进一步的，在图5中，沿着道路的纵向方向(对应图中的车辆行驶方向)，在道路上设置四列预制式单元，在第一列和第二列之间沿着车辆行驶的方向设置管线沟，在第三列和第四列之间沿着车辆行驶的方向设置管线沟；同时在与车体行驶方向垂直的方向设置管线沟，管线沟内采用强度高，防水性能好的材料填充至路标的高程，保证路面的平整度复合要求。

为保证光伏发电路面产生的电流能够正常上网供电，需要每间隔一段距离设立一座光伏电站13，具体的距离可以根据需要设计成1000m-1500m；光伏电站由变压器、开关站、汇流箱、逆变器等组成。如图5所示，光伏电站建立在道路外侧，纵向管线沟用于收集沿线光伏模组产生的电力，然后通过一条横向管线将一定范围内产生的电流汇集起来，通过其内部的光伏矩形等光伏组件转换后并网使用。

实施例2

本实施例基于实施例1中公开的装配式ecc—水泥混凝土光伏发电路面结构，公开了一种施工方法，具体如下：

1关于预制板块单元的预制具体步骤如下：

(1)按照下述表1ecc配合比称量各种材料，然后依次加入混凝土搅拌机中拌和均匀。搅拌顺序为：向搅拌机中加入水泥、粉煤灰、石英砂、增稠剂干拌3min，然后加入提前混合了减水剂的水再次搅拌5min，待到减水剂充分发挥功效后并且浆体的流动性能较好时，逐渐加入pva纤维，该过程6min中内完成。

表1ecc配合比

(2)材料搅拌均匀后，将ecc浇筑在提前准备好的模板中，为保证预制的ecc板尺寸及预留的矩形凹槽和半圆形线孔质量合格，应使用钢试模。同时在浇筑过程中应进行多次对试模中的ecc插捣以保证ecc板均匀密实。浇筑完成后，对试件的上表面进行细致的抹平，最在试模顶部放置钢板进一步对试模顶面进行处理，以保证试件顶面具有非常好的平整度以便后续工作顺利开展。

(3)将带模具的试件放置24h后拆除钢模具，并在适宜温度条件下持续养护28天，期间应对试件表面覆盖土工布并定期喷洒水处理。ecc材料性能如表2所示。

表2ecc材料性能

(4)ecc板养护结束后安装光伏模组，用粘结材料将光伏材料完全粘结在ecc板上，保证光伏模组下部没有脱空现象发生从而影响其受力。光伏模组安装时预留1-10mm温度缝，温度缝采用防水并且弹性较好的材料填充密实。

(5)安装光伏模组接线盒，并且按照电路设计将数块光伏模组连接起来。

2.根据路面结构设计，在拟建道路上铺筑路基及基层。

路基12可为符合我国《公路路基设计》(jdgd30)规定的土路基，路基应稳定、密实、均质，能够对路面结构提供均匀的支撑；其各项技术指标应符合我国《公路路基施工技术规范》(jtjf10)规定。

基层10可为水泥稳定粒料、碾压混凝土或贫混凝土基层，要具有足够的抗冲刷能力和一定的刚度。其设计厚度应符合《水泥混凝土路面设计规范》(jdgd40)规定，视公路等级或交通量的需要，可设置一层或两层，当基层较厚时分两层施工时；所述基层材料的选取及其技术指标应符合我国相关规范规定。

3.根据道路设计要求选择面层为水泥混凝土层并进行铺筑及养护。

面层为水泥混凝土9，是路面结构的主要承力层，承担车辆荷载并为预制的光伏模组和ecc组合的路面板块单元提供稳定的支撑。要具有足够的强度和耐久性，表面平整。水泥混凝土的设计厚度应符合我国《公路水泥混凝土路面设计规范》(jdgd40)，一般厚度介于15cm-40cm之间，厚度选取依据公路等级和交通量确定；其材料设计可根据我国《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(jtje30)，其各项技术指标应符合我国《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(jtjf30)规定。

4.混凝土面层施工结束后，对水泥混凝土层表面进行找平，之后在其表面均匀的涂抹粘结剂，粘结剂可为环氧树脂、聚氨酯复合胶等，利用吊车或者其他的施工机械将预制的板块单元运至现场进行安装工作。

5.相邻板块单元采用相互插接和搭接的形式，并通过粘结剂与水泥混凝土面层粘结成为一个整体共同承担荷载。板块单元搭接时预留1-10mm温度缝用于消散温度产生的变形，温度缝大小取决于当地的温度梯度和预制的单元板块的长度。采用防水并且弹性较好的材料将温度缝填充密实。

7.单车道内对称铺设两列预制好的板块单元，中间留有15cm宽管线沟，将相领的板块单元按照电路设计连接好，所有线路埋设在管线沟内，采用强度高的防水材料对管线沟进行灌注，至路面高程。

装配板块单元时要严格控制相领板之间的高差，并且要使路面的平整度满足规范要求。

本发明提供的装配式ecc—水泥混凝土光伏发电路面结构可以实现路面结构层的快速施工，并且路面结构层受力更加合力，同时加强对了管线沟和接线盒的保护，使光伏路面长期使用性能更加优良，能够提高光伏路面使用寿命。

实施例3

根据实施例2过程光伏路面铺设完毕，当路面被损坏需要修补时，其实施步骤如下：

若板块单元遭到损坏，失去路用功能或者发电功能需要对其进行更换时，可将损坏板取下并更换新的板块单元，并恢复该处的电路连接即可。具体步骤如下：

1.板块单元预制过程同实施例1

2.将道路中已损坏板块单元拆除，注意不要损坏管线沟中连接好的电路。对下部水泥混凝土层可采用砂浆等材料重新找平。

3.将工厂提前预制好的板块单元运送至修补现场，与相邻板块单元采用相互搭接的形式，并通过粘结剂与水泥混凝土面层粘结成为一个整体。板块单元搭接时预留5-10mm温度缝，采用防水并且弹性较好的材料将温度缝填充密实。

4.恢复该板块单元管线与相邻板块管线的之间的连接。

5.修补该板块单元周围管线沟的损坏。

6.将已拆除的损坏板回收进行检查，并进行后续修补待用。

7.开放交通，正常通车。

实施例4

针对既有水泥混凝土路面改建光伏发电路面施工方法:包括以下步骤：

步骤1预制板块单元的预制

1-1配置ecc材料，且搅拌；

1-2将ecc材料浇筑在提前准备好的模板中，达到性能要求后，拆模得到

ecc板；

1-3安装光伏板光伏模组，用粘结材料将光伏材料完全粘结在ecc板上，光伏板光伏模组安装时，预留温度缝，温度缝采用防水并且弹性较好的材料填充密实。

1-4安装光伏板光伏模组接线盒，并且按照电路设计将数块光伏板光伏模组连接起来。

步骤2.对现有水泥混凝土路面进行调查与分析评价，当其路面结构强度不满足要求时，采取罩面、铣刨、砂浆修补等手段对路面进行修复，然后对水泥混凝土层表面进行找平；

步骤3.对既有水泥混凝土路面进行拉毛处理；

步骤4.用高压水枪清洗路面，将路表面松散颗粒或者其他脏污充分清洗干净，以提升预制板单元与水泥混凝土路面之间的粘结效果；

步骤5.待既有路面烘干或者自然晾干后，之后在其表面均匀的涂抹粘结剂，将预制的板块单元运至现场进行安装工作；

步骤6相邻板块单元采用相互搭接的形式，并通过粘结剂与水泥混凝土面层粘结成为一个整体共同承担荷载。板块单元搭接时预留温度缝用于消散温度产生的变形，采用防水并且弹性较好的材料将温度缝填充密实。

作为进一步的技术方案，所述的单车道内对称铺设两列预制好的板块单元，中间留有宽管线沟，将相领的板块单元按照电路设计连接好，所有线路埋设在管线沟内，采用强度高的防水材料对管线沟进行灌注，至路面高程。

作为进一步的技术方案，装配板块单元时要严格控制相领板之间的高差，并且要使路面的平整度满足规范要求。

本发明提供的装配式ecc—水泥混凝土光伏发电路面结构能够实现路面发生损坏后的快速修补，如此能够减少因路面维修而造成的交通不便的问题，而且在更换过程中对其他板块影响甚小，施工难度低方便快捷。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。