一种基于可旋转光伏电池板的光伏路砖的制作方法

本发明属于道路交通技术领域，特别是涉及一种基于可旋转光伏电池板的光伏路砖。

背景技术：

随着社会的不断发展、科技的不断创新，人们对能源的需求日益增加。自从三次科技革命以来，能源已经成为了国家经济的命脉。而我国既是能源消耗大国，又是能源短缺大国。现阶段我国的人均能源资源极度匮乏，在地球化石能源有限的大环境下，开发新型能源对于国家发展具有重大的战略意义。目前，开发前景较好、有望应用于未来世界的新能源主要有太阳能、风能、地热能、海洋能、核能等。不难发现，在众多新型能源中，太阳能源的发展趋势较为良好，且在日常生活中已经有了普遍的应用。相较之传统的化石能源，太阳能具有清洁环保、没有地域的限制、用之不竭、是世界上可以开发的最大能源等卓越优点。我国国土面积位居世界第三，幅员辽阔且光照充裕，十分适合大力发展太阳能发电系统。

目前的太阳能转换技术多数为光热发电和光伏发电。光伏发电的主要原理是应用半导体的光电效应。光电效应就是利用光照使不均匀半导体或者半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象，它首先是由光子(光波)转化为电子、光能量转化为电能量的过程，然后再形成电压。光热发电原理是通过反射镜将太阳光汇聚到太阳能收集装置内，利用太阳能加热收集装置内的传热介质(液体或气体)，再加热水形成蒸汽来带动发电机发电或者直接带动发电机发电，即利用大规模阵列抛物线镜面或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。

光伏发电的主要缺点是其照射的能量分布密度小，安装使用时需要占用大量的土地资源。光伏组件长时间、大面积地裸露在恶劣环境中，加剧了其腐蚀、老化的速率。光伏组件一旦出现故障，其排查检修的难度较大，且配件价格较为昂贵。能够较好地解决这一问题的一种方法是将其集成到道路中，隔离光伏组件与外界环境的交互，由此形成光伏道面系统。将光伏发电系统应用于行车道面已有先例，但将光伏发电系统集成到城市商业中心人行道路却鲜有尝试。

同时，新兴物联网产业的快速发展，使物联网时代“万物感知”的发展理念成为未来世界不可或缺的一部分。随着科技的发展，可以进一步在光伏步道砖原型的基础上加以改进，添加无线输电单元，为道路上行人的可充电移动设备输入电能，并可以实现人机交互等智能化功能。与传统路面相比，智能路面能够有效延长道路寿命、提高道路性能、提升服务品质。

尽管我国光伏道面技术与以前相比已经有了较大的突破，但现有的光伏道面仅是将光伏阵列以固定角度排列，因此接受光照的有效面积较小，发电效率普遍较低，且承载大量的过度载荷时存在一定问题，这就极大地限制了光伏产业链的发展。于此，寻求一种高光电转化效率的光伏路面技术是目前该领域的一个重大课题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的是在于提供一种基于可旋转光伏电池板的光伏路砖。

为了达到上述目的，本发明提供的基于可旋转光伏电池板的光伏路砖包括承重层钢化玻璃砖体、可转动光伏电池板和驱动控制组件；其中，所述的承重层钢化玻璃砖体为长方体形空心结构，顶面制成平凸透镜的形状；可转动光伏电池板以能在垂直面内规定角度转动的方式安装在承重层钢化玻璃砖体的空腔内，并且通过导线与外部用电设备相连接；驱动控制组件也安装在承重层钢化玻璃砖体的空腔内，包括连杆、舵机和单片机；连杆的一端与可转动光伏电池板的中部相连，另一端连接在舵机的驱动轴上；单片机同时与可转动光伏电池板及舵机电连接。

所述的承重层钢化玻璃砖体的侧面形成有用于贯穿可转动光伏电池板上导线的导线孔。

所述的可转动光伏电池板由半导体材料制成，转角范围为-20°—20°。

本发明提供的基于可旋转光伏电池板的光伏路砖具有如下有益效果：可在光伏电池板面积一定的情况下，增加光伏电池板的有效光照面积(实质上是增加了光伏电池板接收光子的数量)，提高了光伏电池板的发电量。另外，可以保护内部的可转动光伏电池板、驱动控制组件不受外界恶劣环境的干扰，极大提高其使用寿命，并提升了光伏电池板的发电量。本光伏路砖可作为步道砖铺设在广场、地铁口、人行道、公园等人群密集地带，营造出特殊氛围。

附图说明

图1为本发明提供的基于可旋转光伏电池板的光伏路砖结构纵向剖视图。

图2为本发明提供的基于可旋转光伏电池板的光伏路砖侧视图。

图3为本发明提供的基于可旋转光伏电池板的光伏路砖中平凸透镜光学原理示意图。

图4为在同等条件下可转动光伏电池板与不可转动光伏电池板各月单位千瓦平均日发电量折线图。

图5为本发明提供的基于可旋转光伏电池板的光伏路砖中承重层钢化玻璃砖体纵向光线折射图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的基于可旋转光伏电池板的光伏路砖进行详细说明。

如图1、图2所示，本发明提供的基于可旋转光伏电池板的光伏路砖包括承重层钢化玻璃砖体1-1、可转动光伏电池板2和驱动控制组件；其中，所述的承重层钢化玻璃砖体1-1为长方体形空心结构，顶面制成平凸透镜1-2的形状；可转动光伏电池板2以能在垂直面内规定角度转动的方式安装在承重层钢化玻璃砖体1-1的空腔内，并且通过导线与外部用电设备相连接；驱动控制组件也安装在承重层钢化玻璃砖体1-1的空腔内，包括连杆3-1、舵机3-2和单片机3-3；连杆3-1的一端与可转动光伏电池板2的中部相连，另一端连接在舵机3-2的驱动轴上；单片机3-3同时与可转动光伏电池板2及舵机3-2电连接。

所述的承重层钢化玻璃砖体1-1的侧面形成有用于贯穿可转动光伏电池板2上导线的导线孔1-3。

所述的可转动光伏电池板2由半导体材料制成，转角范围为-20°—20°。

在本发明提供的基于可旋转光伏电池板的光伏路砖中，所述的承重层钢化玻璃砖体1-1能够较好保护其内部的可转动光伏电池板2和驱动控制组件不受到破坏，并且具有良好的观赏效果。平凸透镜1-2的聚光原理如图3所示，在相同面积的光伏发电板条件下，采用平凸透镜的光伏电池板有效光照面积可增大，从而能够产生更多的电流。在使用中可以将多块光伏路砖组成光伏路砖阵列，间隔铺设以达到最佳的使用效果。

本发明人利用pvsyst光伏系统仿真软件对本光伏路砖的发电量进行了模拟计算，并对比了可转动光伏电池板和不可转动光伏电池板两种模式的年发电量。模拟结果如图4所示，可转动光伏电池板的各月单位千瓦平均日发电量均高于不可转动模式光伏电池板。同时，经过计算，对于100m2的光伏阵列而言，将光伏电池板设计为可转动模式，年发电量提高了14.86％；光伏系统单位千瓦发电量提高了14.90％；光伏系统负载使用率也提高了0.4％。因此，光伏电池板设计为可转动模式，确实能够显著提高光伏发电量。

现将本发明提供的基于可旋转光伏电池板的光伏路砖的使用方法阐述如下：在具体应用中可以将本光伏路砖铺设在广场、地铁口、人行道、公园等人群密集地带的地面上。在使用过程中，如图5所示，阳光直射到承重层钢化玻璃砖体1-1上时，光线会折射进入其顶面的平凸透镜1-2内，经过平凸透镜1-2的聚光可使光束汇集到可转动光伏电池板2上，可转动光伏电池板2将吸收太阳能量而产生电流并输出给外界用电设备。在此过程中，单片机3-3将根据可转动光伏电池板2所产生的电流大小控制舵机3-2上的驱动轴旋转一定的角度，使连杆3-1和可转动光伏电池板2一起转动，以此来调整可转动光伏电池板2与水平面之间的夹角，使其尽量满足光束垂直入射的条件，承重层钢化玻璃砖体1-1纵向光线折射如图5所示。当光线强度降低到阈值时，本光伏路砖停止工作。在光照的条件下，本光伏路砖在承受载荷作用的同时，可转动光伏电池板2可以根据太阳入射角变化自动调节其转动角度，由此达到最佳的发电效果。