【Applied Energy最新原创论文】太阳能路面发电效能影响因素研究综述

学术   2024-12-05 18:31   美国  

原文信息

A review on the influencing factors of solar pavement power generation efficiency

原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261924022803


Highlights

(1) 总结了太阳能路面的实心板块和空心板块两种结构型式。

(2) 分析了影响太阳能路面发电效能的外部环境和内部自身两类因素。

(3) 展望了太阳能路面发电效能提升所面临的挑战和前景。

Research gap

分析了太阳能路面实心板块和空心板块结构各自的优缺点,并对影响太阳能路面发电效能的各类影响因素进行了总结,可为太阳能路面的发电效能提升及规模化应用提供建议和参考。

摘要

太阳能路面是一种新型的基于道路能量收集的路面结构型式,其将光伏发电技术与传统路面结构相结合,使道路主体由能源消费者向能源供给者转变,具有巨大的发展潜力和广阔的应用前景,但在实际应用中太阳能路面难以达到预期发电效能已经成为制约其发展的重要原因。为此,本研究通过收集整理国内外相关文献,对太阳能路面的结构形式及其发电效率的影响因素进行了总结和综述。首先,分析了太阳能路面常用的三层式结构,比较了实心板块和空心板块两种结构型式的优缺点。在此基础上,全面分析了影响太阳能路面发电效能的道路环境和内部自身因素。研究结果表明,在交通荷载作用和路面结构要求等条件的限制下,太阳能路面的发电效率除了需考虑常规因素的影响外,还必须考虑动态阴影遮挡、透明面板特性和路面结构类型等独特因素的影响,这些因素的综合作用导致现阶段太阳能路面发电效能及发电耐久性远不及预期。现有研究表明,要使太阳能路面在20年的运营期内具有经济可行性,其平准化电力成本必须低于0.2$/kWh。据此,本文讨论了太阳能路面发电性能面临的挑战和前景,并可在动态阴影监测系统、灰尘污垢清洁技术、表层透光结构设计、聚光光伏路面及复合发电路面等方面加强深入研究,进而提高道路俘能能力。从长远来看,太阳能路面发电的潜力有待进一步挖掘。

Abstract

Solar pavement is a new type of pavement structure based on road energy collection, it makes the main body of the road change from energy consumer to energy supplier and has huge development potential and broad application prospects. However, the difficulty of solar pavement in achieving the expected power generation efficiency in practical applications has become an important reason for restricting its development. Therefore, this study summarizes and reviews the structural forms of solar pavement and the factors influencing its power generation efficiency by collecting and sorting relevant literature. Firstly, the three-layer type structure of solar pavement is analyzed and the advantages and disadvantages of the two structural forms of solid and hollow panels are compared. On this basis, the road environment and internal factors affecting the effectiveness of solar pavement power generation are comprehensively analyzed. The results of the study demonstrate that, in consideration of traffic loads and pavement structural requirements, the power generation efficiency of solar pavements must consider the impact of distinctive factors, including dynamic shadow occlusion, transparent panel characteristics, and pavement structure type, in addition to the influence of conventional factors. The combined effect of these factors leads to the current solar pavement power generation efficiency and power generation durability being far less than expected. The existing literature indicates that for solar pavements to be financially viable over a 20-year operational period, their levelized cost of electricity must be less than 0.2 $/kWh. Accordingly, the challenges and prospects of the power generation performance of solar pavement are discussed, and in-depth research can be strengthened in the areas of testing and evaluation methods, construction and maintenance technology, power generation durability, techno-economic feasibility and profitability, and life cycle assessment. In the long term, the potential for solar pavement power generation needs to be further explored.

Keywords

Road engineering

Road energy collection

Photovoltaic power generation

Solar pavement

Power generation efficiency

Influencing factor

Graphics

图1 图形摘要

图2 结构流程图

图3 太阳能路面结构示意

图4 各国典型的太阳能路面结构

作者简介

团队介绍:

本研究由长沙理工大学研究人员完成。

通信作者简介:

查旭东,博士,长沙理工大学交通运输工程学院二级教授,博士生导师,主要从事道路与铁道工程学科及道路桥梁与渡河工程专业的教学、科研和技术服务工作,主要研究方向包括耐久性路面结构设计理论及新技术,道路工程新材料、测试及施工控制技术,特殊路基稳定与加固新技术,重点开展的研究方向有路面结构设计理论、无损检测技术与反分析、路面施工质量控制技术、路面养护维修技术、路面新材料和功能材料应用技术、太阳能智能发电路面技术、天然沥青筑路技术、路面加筋技术、路基边坡防护与加固技术等。


第一作者简介:

吕瑞东,博士研究生,从事道路材料设计、道路结构分析,交通能源融合等领域研究。在Applied Energy、Construction and Building Materials、Sustainable Energy Technologies and Assessments等期刊发表论文7篇。

关于Applied Energy

本期小编:朱莲峰;审核人:周佛金

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