本发明公开了一种多功能装配式光伏发电路面及施工方法。
背景技术：
承载式光伏路面旨在将光伏发电工程与道路工程相结合，首先实现路面承载与发电的功能融合，使公路实现全线绿色电气化；进而以此为平台实现电气化智慧交通功能应用的搭载与供能；在高度电气化、智能化及汽车电动化的基础上承载式光伏路面作为联通平台将实现车网、电网、路网和互联网的融合，完成车路之间能量与信息的交互及调配，是实现绿色交通的主要手段之一。
发明人发现当前，光伏发电路面在美国、荷兰、法国等国均有不同程度的应用。然而，光伏路面在施工及修复过程中面临着工序繁琐、过程复杂、耗时较长且需对原有路面进行多次铣刨、切割，损害较大的问题。此外，现有光伏路面需要同时承担发电与道路承载功能，处于经济性以及现有技术的考虑，现有光伏板大多厚度较小并且为了保护内部电器元器件，其表面材料刚度较大。在路面设计中，与传统路面结构及材料的适用性差，易作为承力层导致路面结构变形不协调，减少路面使用寿命。同时，光伏路面由于内部多为电子元器件，对于路面结构的排水性能要求较高。
技术实现要素：
针对目前光伏发电路面施工与修补过程复杂及路面结构不合理布设的问题，本发明提供一种多功能装配式光伏发电路面及施工方法。旨在通过预制光伏面板与ecc组合的板块单元与沥青层现场装配结合的方法，改善承载式光伏路面的各层应力分布情况，提高施工速度，并且采用大粒径透水性沥青混合料(lspm)柔性基层加强路面结构的排水，利用lspm良好的排水性能，防止路面结构水分堆积，使沥青层出现水损坏，造成路面破坏。从而扩大承载式光伏路面的适用范围，有利于进一步推广。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
第一方面，本发明提出了一种多功能装配式光伏发电路面，除满足传统路面的承载功能，同时兼具光伏发电的功能。至少包括从下到上依次设置的路基、基层、沥青面层和功能发电层；
所述的基层采用大粒径透水性沥青混合料柔性基层；
所述的功能发电层，包括拼装在一起的预制板块单元和管线沟；每个预制板块单元由多块光伏板和ecc板两部分组成；所述的多块光伏板串并联在一起后，位于ecc板顶部且光伏板与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板的必要元器件接线盒和光伏板线路的安装槽；在相邻的光伏板之间设置温度缝，用于光伏板变形；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，板块单元相互搭接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。同时相互搭接的形式有利于减小路表水进入混凝土面层或者基层中，避免路面结构发生水损坏，提高路面结构的耐久性能。
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，所述的预制板块单元通过牛腿搭接，搭接时预留有温度缝，用于板块单元的变形。
作为进一步的技术方案，在所述的ecc板上预留有矩形凹槽和半圆形线槽，用于光伏板的必要元器件接线盒安装及光伏板之间的串并联线路连接。
作为进一步的技术方案，所述的构造钢筋包括纵向构造钢筋和横向构造钢筋，用于装配施工中保护预制的板块单元不发生损坏；在横向钢筋位置处提前预埋用于吊装用的组件。
作为进一步的技术方案，所述的面层采用沥青混凝土面层。
作为进一步的技术方案，每隔设定的距离，在路面两侧设置一个光伏电站。
作为进一步的技术方案，所述路基和基层之间还设有垫层，所述垫层采级配碎石或沙砾制成；当处于土质不良、路基过湿等不利条件时，可在路基上设置垫层。
作为进一步的技术方案，所述基层下方还设置底基层，所述底基层采用无机稳定土、级配碎石或沥青混合料制成。
第二方面，本发明还提出了一种上述多功能装配式光伏发电路面的施工方法，具体如下：
步骤1ecc板和光伏板的预制；
1-1预制ecc板；
1-2ecc板养护结束后安装光伏板，用粘结材料将光伏材料完全粘结在ecc板上，保证光伏板下部没有脱空现象发生从而影响其受力；光伏板安装时预留温度缝，温度缝采用防水并且弹性较好的材料填充密实。
1-3安装光伏板接线盒，并且按照电路设计将数块光伏板连接起来；
步骤2.根据路面设计要求，在拟建道路上铺筑路基；
步骤3.根据路面结构设计要求，选择基层为大粒径透水沥青混合料柔性基层并进行铺筑及养护，在路肩处可采用碎石路肩或在硬路肩设置碎石盲沟；
步骤4.根据道路设计要求选择面层为沥青混凝土层并进行铺筑，同时，设置良好的排水设施；
步骤5.相邻板块单元采用相互搭接的形式，并通过粘结剂与沥青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；
步骤6.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，将相邻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。
本发明提供的装配式ecc光伏路面结构能够实现快速施工，分散光伏板受力，加强对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，延长光伏路面使用寿命。
如上所述，本发明提供的装配式ecc光伏路面结构，具有以下有益效果：
1.ecc受力层作为主要承重层，其结构强度、耐久性、抗变形能力均强于常见路用材料，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，避免因强度过高及变形过大等原因发生破坏。
2.通过预制ecc板及光伏面板，将光伏面板预先安装到ecc板上，完成管线布设，不仅能够提高道路铺设的效率和质量，还可以实现大面积机械化施工，节约人力与时间。
3.通过在ecc层中设置管线沟与接线盒，不仅在铺设的时候更加快速，同时增大到路面的距离，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.在路面某一模块发生损坏需要维修时，只需将该模块吊装运走，吊装新的模块并与其它模块接线连接，实现快速修补。
6.通过设置大粒径透水性沥青混合料(lspm)柔性基层，可将路面结构中由于板块搭接下渗的水排出，避免大量积水反复冲刷沥青混凝土面层，造成沥青面层的水损坏。
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光伏发电公路单车道横断面图；
图2预制板块单元俯视图；
图3预制的板块单元横断面图；
图4板块单元搭接图；
图5ecc板构造钢筋示意图；
图6吊装组件示意图；
图7光伏电站布置图；
图中：1管线沟、2光伏板、3ecc层、4沥青混凝土层、5lspm基层、6矩形凹槽、7横向构造钢筋、8温度缝、9纵向构造钢筋、10吊装构件、11中央分隔带、12光伏电站、13圆环螺钉、14六角螺帽。
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，为实现光伏路面的大幅推广，需做到改善光伏路面的受力条件，加快光伏路面的施工速度，加强路面结构的排水性能。超高韧性水泥基复合材料(ecc)具有良好的力学性能和耐久性能，其高抗弯拉强度、高延性以及多缝开裂性能，很适合用作路面材料。ecc材料的特性使其适合作为光伏路面的主要受力层使用，能够更好地分散光伏面板受到的压应力以及弯拉应力，提高光伏路面使用性能。此外，采用工厂预制板块单元的方式，提前将多块光伏板安装在大的板块中，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。
同时，大粒径透水性沥青混合料(lspm)作为具有一定空隙率能够将水分自由排出路面结构的沥青混合料，常常被用作路面结构的基层。研究和应用证明lspm不仅可以抵抗较大的塑性和剪切变形，承受重载交通的作用，同时兼具良好的排水性能，与常见的半刚性基层相比，提高了工程施工速度，减少设备投入，同时可大大缩短封闭交通的时间，增加社会经济效益。lspm的性能使其很适合作为光伏路面的排水基层使用，可以大大降低光伏路面的水损坏风险，提高其应用范围。
针对目前光伏发电路面施工与修补过程复杂、路面结构不合理布设以及排水功能要求高的问题，本发明提供一种多功能装配式光伏发电路面及施工方法。旨在通过工厂提前预制光伏板与ecc组合的路面板块单元然后现场装配并且采取lspm作为路面结构排水基层的方法，实现快速施工与修补，同时合理分布各结构层的受力条件，加强路面结构的排水，使得光伏路面长期使用性能更加优良，进一步延长光伏路面的使用寿命。
实施例1
本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，多功能装配式光伏发电路面至少包括从上到下依次设置：路基、基层、沥青面层、ecc受力层、光伏面板层，ecc受力层与面层及太阳能光伏发电层之间有极薄的粘结层。
所述路基可为符合我国《公路路基设计》(jdgd30)规定的土路基；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；
所述基层为大粒径透水性沥青混合料(lspm)柔性基层(对应图中的lspm基层)，lspm作为基层要承受车辆荷载，另外还需兼具排水功能，混合料需形成骨架结构，设计需遵循《大粒径透水性沥青混合料(lspm)柔性基层设计与施工指南》的要求，空隙率平均值宜控制在15％-18％，厚度宜为8-15cm，使得混合料形成骨架结构，保证排水顺畅。此外由于渗入基层内部的水分将通过整个路肩进行排出，为此需对路肩进行特殊设计，可采用碎石路肩或在硬路肩设置碎石盲沟。
所述面层可以为沥青混凝土面层4，用于承受荷载并为ecc板的装配提供平整界面。沥青混凝土面层4的设计厚度应符合我国《公路沥青路面设计规范》(jdgd50)规定，一般厚度介于12cm-18cm之间；其材料设计可根据我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtj052)；其各项技术指标应符合我国应符合《公路沥青路面施工技术规范》(jtjf40)规定。
所述光伏板2和ecc层3组合形成功能发电层，包括预制的板块单元以及管线沟1；预制的板块单元由光伏板和ecc板两部分组成。其中光伏板由透光耐磨材料、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，保证太阳能电池板正常发电，同时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。
ecc板内部预留矩形凹槽和半圆形线槽，用于光伏板的必要元器件接线盒安装及光伏板之间的串并联线路连接。同时ecc板内设置横向构造钢筋7与纵向构造钢筋9，用于装配施工中保护板块单元不发生损坏。
在横向构造钢筋7位置处预埋方便吊装的构件，该构件由圆环螺钉13与六角螺帽14组成，将六角螺帽14焊接在钢筋上并将圆环螺钉13固定，一起浇入ecc板中。在吊装过程中，主要使用吊车等施工车辆利用圆环螺钉的顶部圆环进行吊装施工。吊装完成后，使用电锯等工具将侧面的螺钉部分锯掉，避免其影响ecc板的纵向搭接。侧边安装螺钉吊装方式是在考虑装配施工更快捷的同时避免对上部光伏板造成损坏。
每个预制板块单元由一块ecc板和多块光伏板构成，一般情况下，一块ecc板对应设置三块光伏板；其中，ecc板厚可以为3-7cm；光伏板与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要求一般大于1mpa，粘结材料可为环氧树脂、聚氨酯复合胶等。光伏板之间需要设置温度缝用于光伏板变形，其中，温度缝可以设计成5-10mm，温度缝用变形较大的弹性材料填充。
光伏板必要的接线盒安装在ecc板的矩形凹槽内，光伏板之间的线路铺设在半圆形凹槽并相互连接。
本实施中，相邻的预制板块单元板采用牛腿搭接形式，搭接长度可以设计成15-30cm，且搭接时预留有温度缝，温度缝的取值可以设计成5-10mm，用于板块单元的变形。板块单元相互搭接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。管线沟采用强度高，防水性能好的材料填充至路面的高程。
为保证光伏发电路面产生的电流能够正常上网供电，需要每间隔一定距离设立一座光伏电站，例如，距离值可以设置成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，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。
为了进一步优化设计方案，所述太阳能光伏发电路面还包括以下特征中的任意一种或两种：
(1)所述路基和基层之间还设有垫层，所述垫层采级配碎石或沙砾制成；当处于土质不良、路基过湿等不利条件时，可在路基上设置垫层。
(2)所述基层下方还设置基底层，所述底基层采用无机稳定土、级配碎石或沥青混合料制成，优选地，可设置18cm-20cm。
实施例2
基于上述的一种装配式ecc光伏路面结构，本实施例公开了一种施工方法，该方法包括以下步骤：
1关于ecc板的预制具体步骤如下：
(1)称取足量的水泥、粉煤灰、石英砂、纤维等材料利用ecc搅拌机进行搅拌。
(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24-48h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。
(4)ecc板养护结束后安装光伏板，用粘结材料将光伏材料完全粘结在ecc板上，保证光伏板下部没有脱空现象发生从而影响其受力。光伏板安装时预留5-10mm温度缝，温度缝采用防水并且弹性较好的材料填充密实。
(5)安装光伏板接线盒，并且按照电路设计将数块光伏板连接起来。
2.根据路面设计要求，在拟建道路上铺筑路基
3.根据路面结构设计要求，选择基层为大粒径透水沥青混合料柔性基层并进行铺筑及养护，在路肩处进行特殊设计，可采用碎石路肩或在硬路肩设置碎石盲沟。
4.根据道路设计要求选择面层为沥青混凝土层并进行铺筑，同时，设置良好的排水设施。
5.相邻板块单元采用相互搭接的形式，并通过粘结剂与沥青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5-10mm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。
6.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。
7.装配板块单元时要严格控制相邻板之间的高差，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光伏路面结构能够实现快速施工，分散光伏板受力，加强对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，延长光伏路面使用寿命。
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：
若光伏板遭到损坏，失去路用功能时，应将损坏板取下并更换新板，并恢复该处管线连接损坏板后续修补待用。
若ecc层遭遇破坏需更换时：
1.ecc板预制过程及光伏面板的粘贴同实施例1
2.将已损坏ecc板移除，并对下部沥青混凝土层重新找平，找平后均匀涂抹粘结层。
3.利用吊车将新的ecc板运至现场，并紧密粘贴在粘结层上。
4.恢复该板管线与相邻管线的连接，对管线沟进行注浆处理。
5.对该板附近伸缩缝进行填充，并对该板附近光伏路面表层进行找平处理。
6.已拆除的损坏板回收进行检查，并进行后需修补待用。
本发明提供的装配式ecc光伏路面结构能够实现路面快速修补，如此能够缓解因修补路面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。
技术特征：
1.一种多功能装配式光伏发电路面，其特征在于，至少包括从下到上依次设置的路基、基层、沥青面层和功能发电层；
所述的基层采用大粒径透水性沥青混合料柔性基层；
所述的功能发电层，包括拼装在一起的预制板块单元和管线沟；每个预制板块单元由多块光伏板和ecc板两部分组成；所述的多块光伏板串并联在一起后，位于ecc板顶部且光伏板与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板的必要元器件接线盒和光伏板线路的安装槽；在相邻的光伏板之间设置温度缝，用于光伏板变形；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搭接在一起，搭接部分设置在ecc板。
2.如权利要求1所述的多功能装配式光伏发电路面，其特征在于，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。
3.如权利要求2所述的多功能装配式光伏发电路面，其特征在于，所述的预制板块单元通过牛腿搭接，搭接时预留有温度缝，用于板块单元的变形。
4.如权利要求1所述的多功能装配式光伏发电路面，其特征在于，所述的安装槽包括矩形凹槽和半圆形线槽，矩形凹槽用于光伏板的必要元器件接线盒安装，所述的半圆形线槽用于光伏板之间的串并联线路连接。
5.如权利要求1所述的多功能装配式光伏发电路面，其特征在于，所述的构造钢筋包括纵向构造钢筋和横向构造钢筋，在所述的横向钢筋位置处提前预埋用于吊装用的组件。
6.如权利要求1所述的多功能装配式光伏发电路面，其特征在于，所述的面层采用沥青混凝土面层。
7.如权利要求1所述的多功能装配式光伏发电路面，其特征在于，每隔设定的距离，在路面两侧设置一个光伏电站。
8.如权利要求1所述的多功能装配式光伏发电路面，其特征在于，所述路基和基层之间还设有垫层，所述垫层采级配碎石或沙砾制成。
9.如权利要求1所述的多功能装配式光伏发电路面，其特征在于，所述基层下方还设置基底层，所述底基层采用无机稳定土、级配碎石或沥青混合料制成。
10.如权利要求1-9任一所述的多功能装配式光伏发电路面的施工方法，其特征在于，具体如下：
步骤1ecc板和光伏板的预制；
1-1预制ecc板；
1-2ecc板养护结束后安装光伏板，用粘结材料将光伏材料完全粘结在ecc板上，光伏板安装时预留温度缝，温度缝采用防水并且弹性材料填充密实；
1-3安装光伏板接线盒，并且按照电路设计将数块光伏板连接起来；
步骤2.根据路面设计要求，在拟建道路上铺筑路基；
步骤3.根据路面结构设计要求，选择基层为大粒径透水沥青混合料柔性基层并进行铺筑及养护，在路肩处采用碎石路肩或在硬路肩设置碎石盲沟；
步骤4.根据道路设计要求选择面层为沥青混凝土层并进行铺筑，同时，设置排水设施；
步骤5.相邻板块单元采用相互搭接的形式，并通过粘结剂与沥青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，且采用防水并且弹性材料将温度缝填充密实；
步骤6.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，采用防水材料对管线沟进行灌注，至路面高程。
技术总结
本发明公开了一种多功能装配式光伏发电路面及施工方法，至少包括从下到上依次设置的路基、基层、沥青面层和功能发电层；基层采用大粒径透水性沥青混合料柔性基层；功能发电层，包括拼装在一起的预制板块单元和管线沟；每个预制板块单元由多块光伏板和ECC板两部分组成；所述的多块光伏板串并联在一起后，位于ECC板顶部且光伏板与ECC板之间通过粘结材料粘结在一起，形成一个整体；在ECC板内部设置构造钢筋，在ECC板内预留有用于安装光伏板的必要元器件接线盒和光伏板线路的安装槽；在相邻的光伏板之间设置温度缝，用于光伏板变形；在温度缝用变形较大的弹性材料填充；相邻的预制板块单元搭接在一起，搭接部分设置在ECC板。
技术研发人员：葛智;冯玉洁;管延华;吴建清;孙仁娟;袁化强;李武;张暄
受保护的技术使用者：山东光实能源有限公司;山东大学
技术研发日：.11.18
技术公布日：.02.21
