[发明专利]一种导热型沥青混凝土路面温差发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及自供能路面技术，特别是一种导热型沥青混凝土路面温差发电系统。

背景技术

沥青路面具有油耗低、噪音小、抗滑性好、车辆磨损小等优点，目前已在城市道路、高速公路、桥面铺装、机场跑道中得到广泛应用。在世界各国已建公路中，沥青路面占80%以上；截至2012年底，我国高速公路总里程已经超过了9.6万公里，稳居世界第二位，其中85％以上的高速公路采用沥青路面。

作为直接暴露在自然环境下的建筑结构，沥青路面直接受到太阳辐射、气温、风力等自然因素的影响，会接受积蓄大量的路面热能，由于为黑色路面，近似黑体，对太阳辐射的吸收能力极强，辐射吸收系数一般在0.8到0.95之间。尤其是在夏季高温时节，路面吸热快、温升高，路表的温度甚至高于环境温度20-30℃，夏季炎热地区沥青路表温度甚至可达到70℃。同时，沥青混凝土导热系数较小，内部积聚的大量热量不易释放，高温持续时间较长。由于沥青粘弹性体的特性，高温对沥青路面的机械性能极为不利，在车辆载荷作用下，高温的沥青混凝土极易发生粘性变形，出现车辙、波浪推移、粘轮等现象，导致路面损坏，这就会直接影响到路面的使用性能和耐久性。夜晚城市路面内部积蓄的热量又缓慢释放到大气中，引起环境温度的上升，该效应可加剧城市热岛效应。因此，路面高温对沥青路面的使用寿命和城市环境都具有负面影响。如何及时有效地转移沥青路面热量、降低路面温度梯度、延长道路使用寿命，从而提高公路建设的投资效益一直是世界各国交通部门和道路研究工作者迫切希望解决的问题。

国内目前对沥青路面热量转移研究的主要方向是将沥青路面收集的热量直接用于建筑供暖制冷或将热量储存起来用于冬季路面融雪化冰，然而由于导热系统复杂，供暖制冷效率较低；用于冬季路面融雪化冰仅仅处于理论探索阶段，能量的跨季节存储问题还没有找到合适的解决办法。极少数对沥青路面温差发电的研究也只是处于起步探索阶段，且均采用在城市沥青路面内铺设水流管网，利用水作为传递热量的媒介进行温差发电的。由于水流管网与沥青路面的接触面积过小，造成导热效果差，从而影响系统的发电效率，且由于城市沥青道路使用性能的要求对管道材料的要求较高，一般管道材料均不能满足发电系统的要求，因而极大地限制了城市沥青路面温差发电系统的推广。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种导热型沥青混凝土路面温差发电系统，系统能够大规模收集和转移太阳能热量，同时利用温差发电效应，通过半导体温差发电模块，将该热量与温差发电模块冷端的温差转换成电能进行利用，同时可防止沥青路面的高温永久变形，提高路面的使用性能和耐久性，有效缓解夏天城市热岛效应。

本发明的原理是：夏季高温时，利用高导热性能太阳能集热用沥青混凝土层收集太阳能，使路面热力学能增加，通过布置在沥青路面下的铝片导热，使铝片热端与土壤冷端或地下自来水管道外壁形成温差，利用半导体温差发电片，将路面采集的热量转化为直接使用的电能，经DC/DC变换器、蓄电池组、逆变器等即可直接并入电网；同时太阳能集热用沥青混凝土层的高导热性能能够降低沥青路面的温度梯度，从而降低夏季高温时节由于温度梯度引起的路面热应力破坏，提高路面使用性能和耐久性并缓解城市热岛效应。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供的导热型沥青路面温差发电系统，其由太阳能集热系统、发电系统和电能储存转换系统三个子系统组成。其中，太阳能集热系统作为整个温差发电系统的热源，主要由铺设在路基上的掺入石墨等导热性填料的集热用沥青混凝土层和导热铝片组成，其结构为至上而下依次是乳化沥青混凝土封层、导热型沥青混凝土层、导热铝片、隔热材料层；发电系统由多个半导体温差发电片模块组和增强导热的导热硅脂组成，其中半导体温差发电片模块结构至上而下依次为导热硅脂、半导体温差发电片、导热硅脂、散热片，各温差发电片模块相互串联连接；电能储存转换系统包括DC/DC变换器、逆变器和蓄电池组。

本发明提供了一种全新的太阳能利用模式，其涉及到沥青路面的可持续发展、新型绿色能源的开发利用问题。因此，具有以下3个主要优点：

1.改善夏季道路行车安全：该系统夏季光照下可减缓路面升温速率，降低路面内部温度，减少因沥青路面软化和车辆重载综合作用造成的路面车辙破坏，防止路面永久变形的产生；

2.绿色环保，节约能源：全天候自动调节路面温度，减少路面温差变化，白天降低升温速率，晚上提高降温速率，保持沥青混凝土的常温状态，减少城市道路洒水车的工作时间，节约水资源，同时温差发电产生的电能还可作为城市道路照明、红绿灯等市政工程用电的补充，从而节省电能；