DE102019001941A1 - Multifunctional modules for generating electrical energy on traffic cars for electromobility - Google Patents

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Abstract

Multifunktionale Module zur Erzeugung elektrischer Energie umfassend Solarmodule und Piezogeneratoren mit wechselseitiger Funktion und hoher Energieeffizienz, wobei die Solarmodule mit speziellen Oberflächenstrukturen zur Minderung der Reflexionsverluste der auftreffenden Solarstrahlung ausgestaltet und oberhalb der Piezogeneratoren angeordnet sowie mechanisch angekoppelt sind und als Abdeckung und Schutz sowie zur Schwingungsanregung der Piezogeneratoren dienen.Multifunctional modules for generating electrical energy comprising solar modules and piezoelectric generators with reciprocal function and high energy efficiency, the solar modules are designed with special surface structures to reduce the reflection losses of the incident solar radiation and arranged above the piezoelectric generators and mechanically coupled and as cover and protection and vibration excitation of the piezoelectric generators serve.

Description

Die Erfindung betrifft Module mit deren Anwendung elektrische Energie auf Verkehrswegen, wie z.B. Straßen und Autobahnen, für die Elektromobilität erzeugt werden kann. US 7501713 B2 und US 89072002 B1 beschreiben befahrbare Photovoltaik(PV)-Module, die auf Verkehrswegen angebracht sind und elektrischen Strom erzeugen. Die dabei gewonnene Energie wird zur Beleuchtung der Verkehrswege, zur Beheizung der Fahrbahn hinsichtlich der Schaffung eisfreier Bedingungen und für Sensorzwecke verwendet. Die betreffenden PV-Module sind elektrisch mit Speicher- und Verteilungssystemen verbunden. In den Patenten werden elektrische Netze und Kommunikationssysteme beschrieben. Die bisher entwickelten PV-Module können auf Autobahnen, Flugplätzen oder auch zwischen den Bahngleisen angeordnet werden. Sie sind fest mit der Fahrbahn verbunden und rutsch- und bruchfest gestaltet, so dass sie die mechanischen Belastungen durch fahrende Fahrzeuge dauerhaft aushalten ohne Beeinträchtigung ihrer photovoltaischen Funktionalität. Prototypen von befahrbaren PV-Modulen wurden von J. und S. Brusaw entwickelt und auf öffentlichen Plätzen angewendet (http://www.solarroadways.com/ ). Die dabei verwendeten Solarzellen sind durch bruchfestes und selbstreinigendes Glas geschützt. In einer weiteren Variante für PV-Module werden bruchfeste Glaskacheln entwickelt, die mit Noppen versehen und durch ein Gewebe miteinander verbunden sind. Unter den Kacheln sind Solarzellen verklebt, die den elektrischen Strom erzeugen (www.solmove.com). Durch Anwendung dieser PV-Module werden versiegelte Flächen zur Gewinnung von Solarenergie genutzt, die bisher nicht zur Verfügung standen, und es ist möglich, Solarstraßen zu realisieren, die als großflächige Solarkraftwerke dienen ( A.Donath, Solar Roadways: Erste Solarzellen auf der Straße verlegt, https://www.golem.de/news vom 04.10.2016 , C.Cupeau, Road paved with solar panels powers French town, https://phys.org/news/2016 vom 22.12.2016, R:Schmidt, Frankreich will 1000 km Sonnenwege, http://www.wiwo.de/technologie/green/tech/straßen vom 01.02.2016. In Frankreich wurde 1km Solarstraße unter der Bezeichnung Wattway entwickelt. Die Solarzellen sind dabei in ein mehrlagiges Kunststoffsubstrat eingebettet, das die Zellen vor der Belastung fahrender LKW's schützt. Die Solarsysteme sind nur wenige Millimeter dick und werden auf den existierenden Straßenbelag aufgebracht (www.wattwaysbycolas.com/en/.Die Wattway-Technologie wird z. Z. als Pilotprojekt in den USA getestet (http://theray.org/). Solaroad ist der erste Fahrrad-weg, der mit Solarmodulen belegt wurde und Energie für Beleuchtungszwecke erzeugt (https://wikipedia.org/wiki/SolaRoad). Die Fahrbahn besteht aus 1 cm dicken gehärtetem Glas, unter dem die Solarzellen installiert sind. Hinsichtlich der zu erwartenden elektrischen Leistung für befahrbare PV-Module geht man von einem mittleren Wert von ca. 100W/m2 aus (F.Duarte, A.F.Ferreira, Energy harvesting on road pavements: state of the art, http://dx.doi/10.1680/j.ener.15.00005). Das ist etwa die Hälfte der Leistung, die man von geneigten Dächern unter gleichen Bedingungen erhält. Flach angeordnete Solarsysteme haben den Nachteil, dass sie für die einfallende Solarstrahlung einen eher ungünstigen Einfallswinkel mit hohen Reflexionsverlusten aufweisen. Eine geneigte Südlage der Fahrbahn wirkt diesem Negativeffekt entgegen. Wenn man von den 100 Watt/m2 ausgeht, folgt für eine Fahrbahnbreite von 4 m eine zu erwartende elektrische Leistung von 400 kW/km. Grundsätzlich hängt die zu erwartende elektrische Leistung der PV-Module auf Fahrbahnen zunächst von der Leistungsfähigkeit der verwendeten Solarzellen- kristallin oder amorph oder Dünnschichtsysteme-, von der Neigung und geographischen Lage der Fahrbahn, von der Jahres- und Tageszeit und auch von der Verkehrsdichte ab.The invention relates to modules with their application of electrical energy on traffic routes, such as roads and highways, for the electromobility can be generated. US 7501713 B2 and US 89072002 B1 describe drivable photovoltaic (PV) modules that are mounted on traffic routes and generate electrical power. The resulting energy is used to illuminate the traffic routes, to heat the road in terms of creating ice-free conditions and for sensor purposes. The respective PV modules are electrically connected to storage and distribution systems. The patents describe electrical networks and communication systems. The so far developed PV modules can be arranged on highways, airfields or between the railway tracks. They are firmly connected to the road and designed to be non-slip and unbreakable, so that they can withstand the mechanical stress caused by moving vehicles without impairing their photovoltaic functionality. Prototypes of passable PV modules were developed by J. and S. Brusaw and used in public places (http://www.solarroadways.com/). The solar cells used are protected by unbreakable and self-cleaning glass. In another variant for PV modules break-resistant glass roofs are developed, which are provided with knobs and connected by a fabric. Under the tiles solar cells are glued, which generate the electric current (www.solmove.com). By using these PV modules, sealed surfaces are used to generate solar energy that was previously unavailable, and it is possible to realize solar roads that serve as large-scale solar power plants. (A.Donath, Solar Roadways: First solar cells laid on the road , https://www.golem.de/news of 04.10.2016, C.Cupeau, Road paved with solar panels powers French town, https://phys.org/news/2016 from 22.12.2016, R: Schmidt, France wants 1000 km of sunshine, http://www.wiwo.de/technologie/green/tech/straßen from 01.02.2016 In France, 1km of solar road was developed under the name Wattway.The solar cells are embedded in a multi-layer plastic substrate, the The solar systems are only a few millimeters thick and are applied to the existing road surface (www.wattwaysbycolas.com/en/.) The Wattway technology is currently being tested as a pilot project in the US (http : //theray.org/). Solaroad is the first cycle path that has been covered with solar modules and generates energy for lighting purposes (https://wikipedia.org/wiki/SolaRoad). The roadway consists of 1 cm thick tempered glass under which the solar cells are installed. With regard to the expected electric power for drivable PV modules, a mean value of approx. 100W / m 2 is assumed (F.Duarte, AFFerreira, Energy harvesting on road pavements: state of the art, http: //dx.doi /10.1680/j.ener.15.00005). That's about half of what you get from pitched roofs under the same conditions. Flat solar systems have the disadvantage that they have a rather unfavorable angle of incidence with high reflection losses for the incident solar radiation. An inclined southern layer of the roadway counteracts this negative effect. If one starts from the 100 watt / m 2 , an expected electric power of 400 kW / km follows for a lane width of 4 m. Basically, the expected electric power of the PV modules on roadways initially depends on the performance of the solar cells used, whether crystalline or amorphous or thin-film systems, on the inclination and geographical position of the roadway, on the time of year and on the day, and also on the traffic density.

Neben der Gewinnung von Solarenergie durch Anwendung von Solarmodulen auf Autobahnen und anderen Verkehrswegen werden Projekte zur Nutzung der mechanischen Energie durch sich bewegende Fahrzeuge bearbeitet ( University of California, Merced, Project EPC-16-049: Ultra-High Power Density Roadway Piezoelectric Energy Harvesting System, Start Date: 15.05.2017, http://www.lancester.ac.uk/news/articles/2017/developing-road-that can generate power from passing traffic). Dabei kommen piezoelektrische Generatoren (Piezogeneratoren), die die mechanische Energie der Fahrzeuge in nutzbaren elektrischen Strom wandeln, zum Einsatz. Kernstück der Piezogeneratoren sind piezoelektrische Kristalle (Keramiken), die vor ihrer Anwendung elektrisch gepolt werden müssen. Piezoelektrische Materialien erzeugen unter Einwirkung von mechanischen Spannungen, wie z.B. Kompression, Dehnung, Torsion elektrische Ladungen bzw. elektrische Ströme und Spannungen, die durch Änderung ihrer elektrischen Polarisation zustande kommen. Das funktioniert nur dann, wenn sich die mechanischen Größen bei Ihrer Einwirkung auf die piezoelektrischen Materialien ändern. Nach erfolgter Einwirkung müssen die piezoelektrischen Materialien entspannen, damit sie bei erneuter mechanischer Einwirkung wieder elektrische Ladungen erzeugen können. Es erfolgt damit eine Wandlung von mechanischer in elektrische Energie, die insbesondere unter starken sich wiederholenden Druckimpulsen oder Schwingungen effizient auftritt.In addition to generating solar energy through the use of solar modules on highways and other transport routes, projects to harness mechanical energy from moving vehicles are also being pursued (University of California, Merced, Project EPC-16-049: Ultra High Power Density Roadway Piezoelectric Energy Harvesting System , Start Date: 15.05.2017, http://www.lancester.ac.uk/news/articles/2017/developing-road-that can generate power from passing traffic). In this case, piezoelectric generators (piezoelectric generators), which convert the mechanical energy of the vehicles into usable electric power, are used. At the heart of the piezoelectric generators are piezoelectric crystals (ceramics), which must be electrically poled prior to their use. Piezoelectric materials generate under the action of mechanical stresses, e.g. Compression, strain, torsion electrical charges or electrical currents and voltages, which come about by changing their electrical polarization. This only works if the mechanical parameters change as you apply them to the piezoelectric materials. After the action has taken place, the piezoelectric materials must relax so that they can again generate electrical charges upon renewed mechanical action. There is thus a conversion of mechanical into electrical energy, which occurs efficiently in particular under strong repetitive pressure pulses or vibrations.

Piezogeneratoren auf Basis des Kompressionstyps setzen sich aus Stapeln von piezoelektrischen zylindrischen Scheiben zusammen, die schichtförmig in einem Behälter angeordnet sind. ( H.Roshani, S. Dessouky, A. Papagiaunakis, Experimental Study to Harvest Energy from Asphalt Roadways, MOJ Civil Eng 2016, 1(3): 00013, WO 2012038955 , CA 2715129 C , US 8278800 B2 , WO 2009/098676 ). Die piezoelektrischen Scheiben sind mit Elektroden versehen und elektrisch parallel geschaltet, so dass sich die durch Druckänderungen erzeugten Ströme addieren. Die dabei auftretende elektrische Spannung ist der Dicke der Scheiben proportional. Als piezoelektrische Materialien für Piezogeneratoren werden bevorzugt Blei-Zirkonium-Titanat-Keramiken (PZT-Keramiken) angewendet, weil sie sich durch hohe elektromechanische Umwandlungskoeffizienten und durch hohe piezoelektrische Ladungs- und Spannungskoeffizienten auszeichnen, die wiederum die Effizienz der Energiewandlung bestimmen. Zur Gewinnung der bisher ungenutzten kinetischen Energie sich bewegender Fahrzeuge werden die paketförmig gekapselten Piezogeneratoren in zuvor in die Fahrbahn eingebrachte Hohlräume eingelassen und mit Asphalt bedeckt. Die Anordnung der Piezogeneratoren erfolgt reihenförmig in Fahrtrichtung an den Orten, an denen Fahrzeugräder wahrscheinlich auftreffen in einem definierten Abstand voneinander (z.B. 60 cm). Zur Abführung der elektrischen Energie werden in die Fahrbahn Schlitze eingefräst, in die elektrische Leitungen verlegt werden. Bei der Passage von Fahrzeugen werden die piezoelektrischen Scheiben in den Piezogeneratoren durch die auf sie auftreffenden Fahrzeugräder zusammengedrückt, indem der Druck über die Asphaltdecke an die Piezogeneratoren übertragen wird, und es entstehen Strom- und Spannungsimpulse, die über Dioden gleichgerichtet und z.B. Kondensatoren zur Speicherung der elektrischen Energie zugeleitet werden. Sind die in Piezogeneratoren befindlichen Wandlermaterialien als schwingungsfähige Gebilde gestaltet, erhält man Piezogeneratoren vom Schwingungstyp (S. Roundy, P. K. Wright, A piezoelectric vibration based generator for wireless electronics, Smart Mater. Struct. 13 ( 2004), 1131- 1142). Dabei sind die piezoelektrischen Wandler als Membrane oder als mit einer Masse versehene Biegeschwinger gestaltet, wobei die piezoelektrischen Mebranmaterialien auch mäanderförmig bzw. serpentinartig auf einem schwingungsfähigen Bieger angeordnet sind ( US 9294014 B2 , US 20130207520 ). Die spezifische Gestaltung der piezoelektrischen Schwingungssysteme bestimmt ihre Eigenfrequenz und ihre Effizienz bei der Wandlung von Schwingungsenergie in elektrische Energie. Bei der Passage von Fahrzeugen wird die Fahrbahn zu Schwingungen angeregt und die Schwingungen auf die Piezogeneratoren übertragen und in elektrische Energie gewandelt. Von Vorteil für die Energiewandlung ist dabei die Anregung von Resonanzschwingungen in den Piezogeneratoren durch optimale Anpassung der piezoelektrischen Schwingungssysteme an die durch die Fahrzeuge hervorgerufenen Schwingungen. Während bei Piezogeneratoren vom Kompressionstyp wenige diskrete Strom- und Spannungsimpulse erzeugt werden, entstehen bei Piezogeneratoren nach dem Schwingungstyp eine Vielzahl von Energieimpulsen bis die Schwingung abgeklungen ist. Bei hohen Geschwindigkeiten von größer als 100 km/h der Fahrzeuge bleibt der angeregte Schwingungszustand auch in den Piezogeneratoren erhalten, die sich zwischen den Achsabständen der Fahrzeuge befinden. Auf diese Weise tragen Piezogeneratoren zwischen den Achsen zur Energiewandlung bei, obwohl sie nicht unmittelbar mit einem sich bewegenden Rad in Kontakt sind. Die durch Piezogeneratoren mögliche erzeugte elektrische Leistung hängt zum einen von den Leistungsparametern der Piezogeneratoren und ihrer Anzahl ab, zum anderen bestimmen die Geschwindigkeit, das Gewicht und die Flussrate (passierende Fahrzeuge pro Stunde) der Fahrzeuge die Energieausbeute. Die Anzahl der in die Fahrbahn eingebrachten Generatoren beträgt 5000 bis 6000 pro Kilometer und Radspur. Das ergibt 10000 bis 12000 Generatoren für eine Fahrbahn. Beim Passieren der Fahrzeuge befinden sich im Schatten der Fahrzeuge je nach Achsabstand ca.90% der Generatoren, die nach Anregung durch das erste Radpaar erst mit einer Verzögerung vom nachfolgenden Radpaar angeregt werden. Bei einem Achsabstand von 4,5m und einer Geschwindigkeit von 104 km/h (65 mph) beträgt diese Verzögerung 0,13 s. Das entspricht einer Anregungsfrequenz von 7 Hz für die Generatoren. Um eine kontinuierliche Energieerzeugung zu gewährleisten, muss die Dauer eines Energieimpulses eines einzelnen Piezogenerators in diese Größenordnung fallen. Auf einer Autobahn bewegen sich die Fahrzeuge nicht Stoßstange an Stoßstange, sondern haben einen Abstand von mindestens zwei Fahrzeuglängen. Das sind etwa 60 m bei Lastzügen und bedeutet, dass mehr als 50% der in die Fahrbahn eingebrachten Piezogeneratoren zwischen den Lastzügen nur teilweise oder nicht angeregt sind, wodurch eine Minderung ihres Auslastungsgrades verbunden ist. Das Gewicht der Fahrzeuge hat ebenso einen Einfluss auf die Energieausbeute, weil die erzeugten elektrischen Ladungen an den Piezogeneratoren dem Gewicht proportional sind. Bei einem Truck-Anhänger geht man von15000 N/Rad (Newton/Rad) bzw. von einem Druck von 100 MPa (Pasqual) aus. Vollbesetzte Busse oder beladene Lastzüge unterscheiden sich hinsichtlich ihres Gewichtes stark von Personenkraftwagen oder ähnlichen Fahrzeugen. Hinsichtlich der zu erreichenden elektrischen Leistung durch Anwendung von Piezogeneratoren auf 1km Fahrbahn werden je nach Typ des Piezogenerators und je nach Ausgestaltung des Piezoprojektes 13 MW/km bis 50MW/km , 2MW/km, 486 kW/km, und 100 bis 200 kW/km (D. Hill, A. Agrarwal, N.Tong, Assessment of Piezoelectric Materials for Roadway Energy Harvesting, DNV California Energy & Sustainability. CEC-500-2013-007, January 2014, R.Kour, A. Charif, Piezoelectric Roads: Energy Harvesting Method Using Piezoelectric Technology, Innov Ener Res 2016, Volume 5, Issue 1, 1000132 , B.C.Kok, S.Gareh, H.H.Goh, C.Uttraphan, Electromechanical-Traffic Model of Compression-Based Piezoelectric Energy Harvesting, MATEC Web of Conferences 70, 10007 (2016) A.Katwala, Lancaster University Developing Energy-Harvesting Roads, https://www.imeche.org/news/news-article/lancesteruniversity-de, 18.09.2017, H.Najini, S.A.Muthukumraswamy, Piezoelectric Energy generation from Vehicle Traffic with Technoeconomic Analysis, J. of Renewable Energy, Vol.2017, Article ID 9643858, 16 pages) angegeben bei 600 Fahrzeugen pro Stunde und 12000 Generatoren pro Kilometer. Die große Schwankungsbreite der angegebenen Leistungswerte erklärt sich dadurch, dass schwingungsbasierte Piezogeneratoren deutlich effizienter sind als druckbasierte nach dem Kompressionstyp. Piezogeneratoren nach dem Schwingungstyp wandeln auch effizient Schwingungen der Fahrbahn mit höheren Frequenzen (ca. 60 Hz) um, wie sie durch Fahrzeuge mit hohen Geschwindigkeiten hervorgerufen werden.Piezoelectric generators based on the compression type are composed of stacks of piezoelectric cylindrical disks, which are arranged in layers in a container. (H.Roshani, S. Dessouky, A. Papagiaunakis, Experimental Study on Harvest Energy from Asphalt Roadways, MOJ Civil Eng 2016, 1 (3): 00013, WO 2012038955 . CA 2715129 C . US 8278800 B2 . WO 2009/098676 ). The piezoelectric disks are provided with electrodes and electrically connected in parallel, so that the currents generated by pressure changes add up. The occurring electrical voltage is proportional to the thickness of the discs. As piezoelectric materials for piezoelectric generators lead zirconium titanate ceramics (PZT ceramics) are preferably used, because they are characterized by high electromechanical conversion coefficients and by high piezoelectric charge and voltage coefficients, which in turn determine the efficiency of the energy conversion. To obtain the previously unused kinetic energy of moving vehicles, the packet-shaped encapsulated piezoelectric generators are embedded in previously introduced into the roadway cavities and covered with asphalt. The arrangement of the piezoelectric generators is in rows in the direction of travel at the places where vehicle wheels likely to hit at a defined distance from each other (eg 60 cm). To dissipate the electrical energy slots are milled into the road, are laid in the electrical lines. In the passage of vehicles, the piezoelectric disks are compressed in the piezoelectric generators by the impinging on them vehicle wheels by the pressure on the asphalt surface is transmitted to the piezoelectric generators, and there are current and voltage pulses rectified via diodes and, for example, capacitors for storing the electrical energy to be supplied. If the transducer materials in piezoelectric generators are designed as oscillatory structures, vibrating type piezoelectric generators are obtained (S. Roundy, PK Wright, A piezoelectric vibration-based generator for wireless electronics, Smart Mater Struct. 13 (2004), 1131-1142). In this case, the piezoelectric transducers are designed as membranes or as massed bending vibrators, wherein the piezoelectric membrane materials are also arranged in a meandering or serpentine manner on a vibratory bender ( US 9294014 B2 . US 20130207520 ). The specific design of the piezoelectric vibration systems determines their natural frequency and their efficiency in the conversion of vibration energy into electrical energy. In the passage of vehicles, the road is excited to vibrate and transmitted the vibrations to the piezoelectric generators and converted into electrical energy. An advantage of the energy conversion is the excitation of resonant vibrations in the piezoelectric generators by optimal adaptation of the piezoelectric vibration systems to the vibrations caused by the vehicles. While a few discrete current and voltage pulses are generated in compression type piezoelectric generators, piezoelectric generators produce a large number of energy pulses after the oscillation type until the oscillation decays. At high speeds greater than 100 km / h of the vehicles, the excited state of vibration is maintained even in the piezoelectric generators located between the axle spacings of the vehicles. In this way, piezoresistors between the axles contribute to energy conversion, even though they are not directly in contact with a moving wheel. The electrical power generated by piezoelectric generators depends on the one hand on the performance parameters of the piezoelectric generators and their number, on the other hand determine the speed, weight and flow rate (passing vehicles per hour) of the vehicles, the energy yield. The number of generators installed in the lane is 5000 to 6000 per kilometer and wheel track. This results in 10,000 to 12,000 generators for a roadway. When passing the vehicles are in the shadow of the vehicles depending on the center distance about 90% of the generators, which are excited after excitation by the first pair of wheels only with a delay from the next pair of wheels. With a wheelbase of 4.5m and a speed of 104 km / h (65 mph), this delay is 0.13 s. This corresponds to an excitation frequency of 7 Hz for the generators. To ensure continuous energy production, the duration of an energy pulse of a single piezoelectric generator must fall in this order of magnitude. On a highway, the vehicles do not move bumper to bumper, but have a distance of at least two vehicle lengths. This is about 60 m in the case of road trains and means that more than 50% of the piezoelectric generators installed in the roadway are only partially or not excited between the road trains, as a result of which their degree of utilization is reduced. The weight of the vehicles also has an influence on the energy yield, because the generated electrical charges on the piezoelectric generators are proportional to the weight. With a truck trailer one assumes 15000 N / wheel (Newton / wheel) or from a pressure of 100 MPa (Pasqual). Busy buses or loaded trucks differ greatly in their weight from passenger cars or similar vehicles. Depending on the type of piezoelectric generator and depending on the design of the piezoproject 13 MW / km to 50MW / km, 2MW / km, 486 kW / km, and 100 to 200 kW / km depending on the type of piezoelectric generator to be achieved by using piezoelectric generators (Hill Hill, A. Agrarwal, N.Tong, Assessment of Piezoelectric Materials for Roadway Energy Harvesting, DNV California Energy & Sustainability, CEC-500-2013-007, January 2014, R.Kour, A. Charif, Piezoelectric Roads: Energy Harvesting Method Using Piezoelectric Technology, Innov Ener Res 2016, Volume 5, Issue 1, 1000132, BCKok, S.Gareh, HHGoh, C.Uttraphan, Electromechanical-Traffic Model of Compression-Based Piezoelectric Energy Harvesting, MATEC Web of Conferences 70, 10007 (2016) A.Katwala, Lancaster University Developing Energy Harvesting Roads, https://www.imeche.org/news/news-article/lancesteruniversity-de, 18.09.2017, H.Najini, SAMuthukumraswamy , Piezoelectric Energy Generation from Vehicle Traffic with Techno-economic Analysis, J. of Renewable Energy, Vol.2017, Article ID 9643858, 16 pages) indicated at 600 vehicles per hour and 12,000 generators per kilometer. The large fluctuation range of the specified power values is explained by the fact that vibration-based piezoelectric generators are significantly more efficient than compression-type compressors. Vibrating type piezoelectric generators also efficiently convert lanes of the roadway to higher frequencies (about 60 Hz), such as those caused by high speed vehicles.

Die bisher einzeln angewendeten Piezogeneratoren und Solarmodule auf Fahrbahnen haben eine Reihe von Nachteilen, die für ihre Anwendung zur elektrischen Versorgung von Elektrofahrzeugen vor Ort nicht förderlich sind. Solarmodule auf Fahrbahnen liefern zunächst keine oder eine nur geringe Energie nachts, bei Regenwetter, bei Nebel oder an trüben und bewölkten Tagen. Insbesondere während der Monate November bis Januar liefern sie zu wenig Energie, um die aufwendige elektrische Infrastruktur auf Fahrbahnen zur Energieverteilung und Speicherung zu rechtfertigen. Auch ist die im Winterhalbjahr erzielbare elektrische Energie zur Versorgung von Elektrofahrzeugen unzureichend. Das Konzept der Solarstraßen wird auch in der Literatur kritisch eingeschätzt (A Twist in the Drive to pave Roads with Solar Panels, https://news.nationalgeographic.com/2017/07/chasing-genius-solarroadways.html, Solar Roadways: An Engineering Failure, https://interestingengineering.com/solar-roadways-engineeringfailure). Ein wesentlicher Nachteil von Piezogeneratoren auf Fahrbahnen zur Energiegewinnung besteht darin, dass ein Großteil der installierten Generatoren nicht dauernd im Betrieb ist auch während eines starken Verkehrsflusses. Bei Lastzügen beispielsweise befinden sich unter der Fahrbahn zwischen den Radachsen immer Piezogeneratoren, die nicht oder nur teilweise im Betrieb sind und damit den Gesamtenergieertrag mindern. Dieser negative Effekt tritt noch ausgeprägter auf, wenn man die Fahrbahnfläche zwischen zeitlich aufeinanderfolgenden Fahrzeugen betrachtet. Da sich die Fahrzeuge aufgrund des notwendigen Sicherheitsabstandes nicht Stoßstange an Stoßstange fortbewegen können, ist zwischen ihnen ein Freiraum von zwei oder drei Fahrzeuglängen erforderlich in dem die installierten Piezogeneratoren während des Fahrzeugverkehrs nicht im Betrieb sind oder sich im Ausschwingen befinden. mit negativen Folgen für ihre Auslastung. Höchstens 40 bis 50% der installierten Piezogeneratoren tragen dauernd zur Energieerzeugung bei. Weiterhin ist es nicht sinnvoll, die gesamte Fläche der Fahrbahn mit Piezogeneratoren zu belegen, sondern nur die Flächen, die von den Rädern kontaktiert werden oder ihre Umgebung. D.h. etwa nur die Hälfte der zur Verfügung stehenden Fahrbahnfläche kann bei der Energieerzeugung genutzt werden. Kritische Anmerkungen zu den Piezogeneratoren auf Fahrbahnen wurden veröffentlicht (P.E.Ross, Good Vibrations? California to Test Using Road Rumbles as a Power Source, https://spectrum.ieee.org/cars-thatthink/transportation/infrastructur). Um die Nachteile der beschriebenen Solarmodule und Piezogeneratoren auszugleichen werden Hybridsysteme vorgeschlagen, die sich aus Solarmodulen und Piezogeneratoren zusammensetzen und auf Fahrbahnen gemeinsam aufgebracht sind ( US 8080901 , US 2010/02310446 A1 ). Nevon bietet Solar-Piezo-Hybrid-Systeme an, deren elektrische Energie zu der gleichen Batterie zugeführt und durch einen Mikrokontroller gesteuert werden(http://nevonprojects.com/solar-piezo-hybrid-power-chargingsystem/). Design der elektrischen Strom- und Speicherkreise zur gleichzeitigen Aufnahme der elektrischen Energie von Hybridsystemen aus Solarmodulen und Piezogeneratoren auf Fahrbahnen zur Anwendung bei der Versorgung von Beleuchtungssystemen werden ebenfalls dargestellt (E.Barakat, N.Sinno, T.Tannouri, L.Farah, Design of an Intelligent Energy Harvesting Road Using Solar Panels and Piezoelectric Harvesters, https://www.researchgate.net/publication/283091676, S.Sathiyamoorthy, N.Bharathi, Hybrid Energy Harvesting Using Piezoelectric Materials, Automatic Rotational Solar Panel, Vertical Axis Wind Turbine, Procedia Engineering 38 (2012) 843-852).Die aufgezeigten Hybridsysteme führen zu keiner wesentlichen Verbesserung bei der Versorgung von Elektrofahrzeugen, weil die dabei verwendeten Solarmodule und Piezogeneratoren nur nebeneinander angewendet werden und keine Synergieeffekte aufweisen.The piezoresistors and solar modules on roadways that have been used individually to date have a number of disadvantages that are not conducive to their use for the electrical supply of electric vehicles on site. At first, solar modules on roadways deliver little or no energy at night, in rainy weather, in fog or on cloudy and cloudy days. In particular, during the months of November to January they provide too little energy to justify the complex electrical infrastructure on roads for power distribution and storage. Also, the achievable in the winter months electrical energy for the supply of electric vehicles is insufficient. The concept of solar roads is also critically evaluated in the literature (A Twist in the Drive to Pave Roads with Solar Panels, https://news.nationalgeographic.com/2017/07/chasing-genius-solarroadways.html, Solar Roadways: An Engineering Failure, https://interestingengineering.com/solar-roadways-engineeringfailure). A major disadvantage of piezoelectric generators on roads for energy production is that a large part of the installed generators is not constantly in operation even during a heavy traffic flow. In the case of road trains, for example, under the roadway between the wheel axles there are always piezoelectric generators which are not or only partially in operation and thus reduce the overall energy yield. This negative effect is even more pronounced when looking at the road surface between vehicles in chronological succession. Since the vehicles can not move bumper to bumper due to the necessary safety distance, between them a clearance of two or three vehicle lengths is required in which the installed piezoelectric generators are not in operation during vehicle traffic or are in swinging. with negative consequences for their utilization. A maximum of 40 to 50% of the installed piezoelectric generators permanently contribute to the generation of energy. Furthermore, it does not make sense to cover the entire surface of the road with piezoelectric generators, but only the surfaces that are contacted by the wheels or their environment. This means that only about half of the available road surface can be used in energy production. Critical comments on roadway piezoelectric generators have been published (PERoss, Good Vibrations - California to Test Using Road Rumbles as a Power Source, https://spectrum.ieee.org/cars-thatthink/transportation/infrastructur). To compensate for the disadvantages of the described solar modules and piezoelectric generators hybrid systems are proposed, which are composed of solar modules and piezoelectric generators and are mounted on roadways together ( US8080901 . US 2010/02310446 A1 ). Nevon offers solar piezo hybrid systems, whose electrical energy is supplied to the same battery and controlled by a microcontroller (http://nevonprojects.com/solar-piezo-hybrid-power-chargingsystem/). Design of electric power and storage circuits for simultaneously receiving the electrical energy from hybrid systems of solar modules and piezoelectric generators on roadways for use in the supply of lighting systems are also presented (E.Barakat, N.Sinno, T.Tannouri, L.Farah, Design of at Intelligent Energy Harvesting Road Using Solar Panels and Piezoelectric Harvesters, https://www.researchgate.net/publication/283091676, S.Sathiyamoorthy, N.Bharathi, Hybrid Energy Harvesting Using Piezoelectric Materials, Automatic Rotational Solar Panel, Vertical Axis Wind Turbine , Procedia Engineering 38 (2012) 843-852). The shown hybrid systems lead to no significant improvement in the supply of electric vehicles, because the solar modules and piezoelectric generators used here are only used side by side and have no synergy.

Neben den aufgezeigten Piezogeneratoren, installiert in der Fahrbahn, wurden Technologien entwickelt, Piezogeneratoren bzw. Piezowandler in die Reifen der Räder der sich auf der Fahrbahn bewegenden Fahrzeuge zu integrieren insbesondere für Messzwecke aber auch zur Energiegewinnung. Während der Bewegung der Fahrzeuge rotieren ihre Räder entlang der Fahrbahnoberfläche und erfahren dabei Deformationen und Schwingungen in den Fahrzeugreifen, die vom Gewicht der Fahrzeuge, ihrer Geschwindigkeit und der Oberflächenstruktur der Fahrbahn bestimmt werden. Die in den Reifen auftretenden Deformationen und Schwingungen werden zur Erzeugung elektrischer Signale bzw. elektrischer Energie genutzt, indem man in den Reifen piezoelektrische Sensor- und Wandlerelemente installiert. Die dabei erzeugten elektrischen Ströme werden in das Innere der Fahrzeuge geleitet, elektrisch verarbeitet und zur Bestimmung des Riefendruckes, der Geschwindigkeit der Fahrzeuge, der Ermittlung des Reibwertes und anderer Zustandsgrößen verwendet ( US 7260984 B2 , WO 2008083872 A1 , US 20100295655 A1 , DE 102007001361 A1 , WO 2012038955 A1 , US 4504761 , DE 102004031810 B4 ). In einer speziellen Ausgestaltung der Wandlerelemente werden piezoelektrische Kabel und Faser in die Reifen eingearbeitet und liefern die elektrischen Signale( WO 2001080327 A1 , US 20170084817 A1 , US 7138750 B2 , EP 2268494 A1 ). Eine direkte Zuleitung der elektrischen Ströme zur Autobatterie wird in US 20110043161 A1 , US 6992423 B2 , und De 60127109 T2 beschrieben. Die piezoelektrisch erzeugte elektrische Energie wird auch zum Antrieb von Elektroautos vorgeschlagen( US 20080084138 A1 ).In addition to the shown piezoelectric generators, installed in the roadway, technologies have been developed to integrate piezoelectric generators or piezo transducers into the tires of the wheels of vehicles moving on the roadway, in particular for measuring purposes but also for generating energy. During the movement of the vehicles, their wheels rotate along the road surface and thereby experience deformations and vibrations in the vehicle tires, which are determined by the weight of the vehicles, their speed and the surface structure of the roadway. The deformations and vibrations occurring in the tires are used to generate electrical signals or electrical energy by installing piezoelectric sensor and transducer elements in the tires. The generated electrical currents are conducted into the interior of the vehicles, electrically processed and to Determination of scribe pressure, vehicle speed, determination of friction coefficient and other state variables ( US 7260984 B2 . WO 2008083872 A1 . US 20100295655 A1 . DE 102007001361 A1 . WO 2012038955 A1 . US 4504761 . DE 102004031810 B4 ). In a special embodiment of the transducer elements piezoelectric cable and fiber are incorporated into the tires and provide the electrical signals ( WO 2001080327 A1 . US 20170084817 A1 . US 7138750 B2 . EP 2268494 A1 ). A direct supply of electrical currents to the car battery is in US 20110043161 A1 . US 6992423 B2 , and De 60127109 T2 described. The piezoelectrically generated electrical energy is also proposed for driving electric cars ( US 20080084138 A1 ).

Der Vorteil der in die Reifen installierten Piezowandler besteht darin, dass die erzeugte elektrische Energie direkt von den Reifen in das Fahrzeug geleitet werden kann und dort elektrische Systeme versorgt oder die Batterie auflädt ohne eine aufwendige Installation der Piezogeneratoren in der Fahrbahn. Von Nachteil ist dabei, dass alle Energie liefernden Fahrzeuge mit den Piezogeneratoren ausgerüstet werden müssen verbunden mit höheren Preisen für die Fahrzeuge. Weiterhin ist es schwierig, komplex gestaltete und effiziente Piezogeneratoren aus Platzgründen in die Reifen zu integrieren. In die Reifen integrierte Piezowandler bieten zwar einen Ansatz zur Versorgung von Elektrofahrzeugen mit elektrischem Strom, ihre bisherige Effizienz bei der Energiewandlung ist aber nicht ausreichend, Elektrofahrzeuge zu versorgen.The advantage of the piezoelectric transducers installed in the tires is that the generated electrical energy can be routed directly from the tires into the vehicle, where it supplies electrical systems or charges the battery without a complicated installation of the piezoelectric generators in the roadway. The disadvantage here is that all energy-supplying vehicles must be equipped with the piezo generators connected with higher prices for the vehicles. Furthermore, it is difficult to integrate complex designed and efficient piezoelectric generators for reasons of space in the tires. Piezo converters integrated in the tires offer an approach to the supply of electric vehicles to electric vehicles, but their previous efficiency in energy conversion is not sufficient to supply electric vehicles.

Die Aufgabenstellung der Erfindung besteht darin, kombiniert und gemeinsam mit Synergieeffekten Solarmodule und Piezogeneratoren auf Fahrbahnen zu entwickeln und anzuwenden, wobei eine effiziente Gestaltung und Anordnung der Solarmodule und Piezogeneratoren eine optimale Energieerzeugung zulässt und eine elektrische Versorgung von Elektrofahrzeugen vor Ort gewährleistet bei möglichst geringen technologischen Investitionskosten.The object of the invention is to combine and develop together with synergy solar modules and piezoelectric generators on roadways and apply, with an efficient design and arrangement of solar modules and piezoelectric generators allows optimal energy production and ensures electrical supply of electric vehicles on site with the lowest possible technological investment costs ,

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem gemäß des in 1 dargestellten Querschnittes die Solarmodule 1 als Abdeckung fest mit den Piezogeneratoren 2 auf der Fahrbahn 12 verankert sind und Multifunktionsmodule 3 bilden, wobei in die Frontgläser 4 der Solarmodule 1 halbkreisbogenförmige nach Osten, Süden und Westen ausgerichtete Oberflächenrillen 5 eingeprägt sind, die sowohl die Reflexionsverluste bei flach angeordneten Solarsystemen- wie sie auf Verkehrswegen oft vorliegen- unter flachem Lichteinfall gegenüber der Horizontalen stark mindern als auch eine effiziente Schwingungsanregung und Energieübertragung an den Piezogeneratoren hervorrufen durch die sich über die Solarmodule 1 bewegenden Fahrzeuge. Gemäß 1 sind die Solarzellen 6 durch Heißsiegelfolien 7 und 8 zwischen den gehärteten Frontgläsern 4 und den Rückgläsern 9 angebracht, wobei die Rückgläser 9 mittig mit zylindrischen Füßen 10 versehen sind. Zur Realisierung der Kombination von Solarmodulen 1 mit den Piezogeneratoren 2 zu den erfindungsgemäßen Multifunktionsmodulen 3 sind die Solarmodule 1 mit ihren zylindrischen Füßen 10 in den Asphalt 11 der Fahrbahn 12 eingebracht und mit einer Kopplungs- und Klebeschicht 13 an die Piezogeneratoren 2 mechanisch angekoppelt. Die in den 1 bis 4 dargestellten Oberflächenrillen 5 auf den Frontgläsern 4 der Solarmodule 1 bedingen durch ihre spezifischen Strukturen zum einen eine Erhöhung der elektrischen Leistung der Solarzellen 6 zum anderen bewirken sie auch eine Erhöhung der Effizienz der Piezogeneratoren 2 durch verbesserte Schwingungsanregung mit positiver Auswirkung für die gesamte elektrische Ausgangsleistung der Multifunktionsmodule 3.According to the invention the object is achieved by according to the in 1 illustrated cross-section of the solar modules 1 as cover firmly with the piezoelectric generators 2 on the roadway 12 are anchored and multifunction modules 3 form, being in the front glasses 4 the solar modules 1 semi-circular, east, south and west facing surface grooves 5 are impressed, both the reflection losses in flat arranged solar systems as they are often present on roads under low light incidence against the horizontal greatly and also cause an efficient vibration excitation and energy transfer to the piezoelectric generators through which the solar modules 1 moving vehicles. According to 1 are the solar cells 6 by heat sealing foils 7 and 8th between the hardened front glasses 4 and the rear glasses 9 attached, with the rear glasses 9 in the middle with cylindrical feet 10 are provided. For the realization of the combination of solar modules 1 with the piezoelectric generators 2 to the multifunctional modules according to the invention 3 are the solar modules 1 with her cylindrical feet 10 in the asphalt 11 the roadway 12 introduced and with a coupling and adhesive layer 13 to the piezoelectric generators 2 mechanically coupled. The in the 1 to 4 surface grooves shown 5 on the front glasses 4 the solar modules 1 Due to their specific structures, they increase the electrical power of the solar cells 6 on the other hand, they also increase the efficiency of the piezoelectric generators 2 through improved vibration excitation with positive effect for the entire electrical output power of the multifunctional modules 3 ,

In den 2, 3 und 4 sind vorteilhafte Oberflächenreliefs der Frontgläser 4 dargestellt. Durch die kreisbogenförmige nach Osten, Süden und Westen ausgerichtete Rillenstruktur 5 werden flache Winkel der einfallenden Solarstrahlung 14 angehoben, die unter flachen Winkeln auftretenden Reflexionsverluste gemindert und damit die Strahlungsleistung an den Solarzellen 6 erhöht mit positiver Wirkung auf ihre erzeugte elektrische Leistung. Die flache Strahlung- in Bezug zur Horizontalen- der im Osten aufgehenden und im Westen untergehenden Sonne trifft günstig auf die senkrecht zur Strahlungsrichtung angeordnete Rillenstruktur. Unter dem Aspekt sowohl der effizienten Reflexionsminderung als auch der effizienten Schwingungsanregung sind gemäß 4 die Breite B der Rillen im Bereich 3 bis 8 mm, die Tiefe T von 3 mm bis 8 mm und ihr Abstand A von 3 bis 5 mm auszugestalten. Durch die kreisbogenförmige Rillenstruktur 5 in den Frontgläsern 4 wird zum einen die äußere Reflexion des einfallenden Strahles 14 zwischen Luft und Glas verringert und zum anderen ein von der Solarzelle 6 reflektierter Strahl durch Totalreflexion an der Grenzfläche Glas/Luft zurück zur Solarzelle 6 geleitet. Dieser positive Effekt tritt insbesondere im Winterhalbjahr und den Monaten September und April auf, wenn die Solarstrahlung eher unter flachen Winkeln auch während des gesamten Tages auftritt. Die erfindungsgemäßen Rillen 5 sind dabei so gestaltet, dass sie an den Rändern der Frontgläser 4 offen sind und auf diese Weise für einen günstigen Wasserablauf sorgen mit positivem Effekt für die Selbstreinigung der Verkehrswege und Verbesserung der Rutschfestigkeit der sich auf ihnen bewegenden Fahrzeuge. In einer weiteren Variante der Erfindung werden abgeplattete Halbkugeln mit beispielsweise einem Durchmesser von 3 bis 10 mm-vorzugsweise 5 mm- kreisbogenförmig in die Oberfläche der Frontgläser 4 eingeprägt mit ähnlichen positiven Effekten hinsichtlich der Reflexionsminderung bei flachen Einfallswinkeln der Solarstrahlung. Die abgeplatteten Halbkugeln sind so gestaltet, dass die zu ihrem oberen Teil gehörenden Kugelsegmente mit einem Drittel des Radius der Halbkugeln weggelassen werden. Es entstehen auf diese Weise zwischen den abgeplatteten Halbkugeln Zwischenräume, die sowohl das Einfangen der Solarstrahlung erleichtern und ihre Reflexion mindern als auch die Schwingungsanregung der sich bewegenden Fahrzeuge fördern.In the 2 . 3 and 4 are advantageous surface reliefs of the front glasses 4 shown. Due to the circular arc oriented to the east, south and west groove structure 5 become flat angles of incident solar radiation 14 raised, the reflectance losses occurring at shallow angles and thus reduces the radiant power at the solar cells 6 increases with positive effect on their generated electrical power. The flat radiation - in relation to the horizontal - the sun rising in the east and sinking in the west hits favorably on the groove structure arranged perpendicular to the radiation direction. Under the aspect of both the efficient reflection reduction and the efficient vibration excitation are according to 4 the width B the grooves in the area 3 to 8th mm, the depth T from 3 mm to 8 mm and their distance A from 3 to 5 mm. Through the circular arc groove structure 5 in the front glasses 4 on the one hand, the external reflection of the incident beam 14 reduced between air and glass and on the other hand one of the solar cell 6 reflected beam by total reflection at the glass / air interface back to the solar cell 6 directed. This positive effect occurs especially in the winter months and the months of September and April, when the solar radiation occurs more likely at shallow angles throughout the day. The grooves according to the invention 5 are designed so that they are on the edges of the front glasses 4 open and thus ensure a favorable drainage with a positive effect on the self-cleaning of the roads and improving the skid resistance of the moving vehicles on them. In a further variant of the invention, flattened hemispheres with, for example, a diameter of 3 to 10 mm, preferably 5 mm, arcuate into the surface of the front glasses 4 imprinted with similar positive effects in terms of Reduction of reflection at flat angles of incidence of the solar radiation. The flattened hemispheres are designed so that the ball segments belonging to their upper part are omitted with one third of the radius of the hemispheres. It created in this way between the flattened hemispheres gaps that facilitate both the capture of solar radiation and reduce their reflection and promote the vibration excitation of moving vehicles.

Hinsichtlich einer effizienten Energieerzeugung auf Verkehrswegen ergänzen sich die erfindungsgemäßen multifunktionalen Module optimal. Bei hohem Verkehrsfluss, nachts, bei Nebel und Regen liefern die Piezogeneratoren elektrischen Strom und tragen zur Stabilisierung einer elektrischen Grundlast bei, während bei geringem Verkehrsaufkommen, am Tage und unter günstigen Solarbedingungen die Komponente der Solarmodule der erfindungsgemäßen multifunktionalen Module bedeutende Stromanteile liefern. Durch die Kombination von solarer und piezoelektrischer Energiegewinnung werden die zur Verfügung stehenden Flächen auf den Verkehrswegen besser ausgenutzt, indem zwischen den Fahrzeugen solare und Piezoenergie abwechselnd gewonnen wird. Von Vorteil ist dabei auch, dass für beide Energiearten gleichzeitig die gleiche Infrastruktur hinsichtlich der notwendigen elektrischen Leitungswege und der Energiespeicherung und eine gemeinsame Parkettierung von Solarmodulen und Piezogeneratoren genutzt werden können mit hohem Einsparpotential für die Investitionskosten. Durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Module auf Verkehrswegen wird eine elektrische Infrastruktur geschaffen, die es gestattet, Elektromobile vor Ort mit elektrischer Energie zu versorgen und damit die Elektromobilität auch auf größeren Strecken zu gewährleisten. Durch die elektrische Versorgung vor Ort ist es möglich, die Fahrzeuge mit kleineren Akkumulatoren auszurüsten und damit Gewicht und bedeutende Mengen an elektrischer Energie einzusparen.With regard to efficient energy production on traffic routes, the multifunctional modules according to the invention complement each other optimally. At high traffic flow, at night, in fog and rain, the piezoelectric generators provide electrical power and contribute to the stabilization of a basic electric load, while at low traffic, during the day and under favorable solar conditions, the component of the solar modules of the multifunctional modules according to the invention provide significant amounts of electricity. The combination of solar and piezoelectric energy generation makes better use of the available space on the traffic routes by alternating solar and piezoelectric energy between the vehicles. It is also advantageous that for both types of energy at the same time the same infrastructure in terms of the necessary electrical conduction paths and energy storage and a common tiling of solar modules and piezoelectric generators can be used with high savings potential for the investment costs. By applying the modules according to the invention on roads an electrical infrastructure is created, which allows to provide electric vehicles on site with electrical energy and thus to ensure the electromobility on longer distances. The on-site electrical supply makes it possible to equip the vehicles with smaller accumulators, thereby saving weight and significant amounts of electrical energy.

Ausführungsbeispielembodiment

1. Zur Realisierung eines multifunktionalen Moduls zur Energieerzeugung wird zunächst die Solarmodul-Komponente gestaltet, indem man ein 10 mm dickes gehärtetes Frontglas mit den Abmessungen 600 mal 600 mm verwendet, in das halbkreisförmige Oberflächenrillen mit einem Radius von 300 mm eingeprägt sind und die sich von einem Glasrand zum anderen erstrecken. Die Tiefe und Breite der Rillen betragen jeweils 4 mm und ihr Abstand 5 mm. Die Profile der Rillen sind beispielsweise u- oder trapezförmig geformt. Zwischen dem speziell gestalteten Frontglas und dem Rückglas befindet sich die zur Energieerzeugung notwendige Solarzelle mit Heißsiegelfolie auf Front- und Rückglas aufgebracht. Das Rückglas ist auf seiner Rückseite in einem Abstand von 150 mm von seinen Rändern mit zylindrischen Ausstülpungen eines Durchmessers von 50 mm und einer Höhe von 40 mm versehen, die in in der Fahrbahn eingebrachte Bohrungen mit Asphalt oder Gießharz befestigt werden. Die Abstände zwischen den zylindrischen Ausstülpungen betragen 200 mm. Die Befestigung der Solarmodul-Komponente in der Fahrbahn kann auch durch Stege, die an der Rückseite des Rückglases angebracht sind, erfolgen. Unterhalb der für die Befestigung der Solarmodul-Komponenten eingebrachten Bohrungen sind Piezogeneratoren in geeigneten Abständen befestigt, die von den Solarmodul-Komponenten so schützend abgedeckt sind, dass die zylindrischen Ausstülpungen über eine mechanische Kopplungsschicht einen effizienten mechanischen Kontakt zu den Piezogeneratoren aufweisen.1. For the realization of a multifunctional module for power generation, the solar module component is first designed by using a 10 mm thick tempered front glass of dimensions 600 by 600 mm, in which semi-circular surface grooves with a radius of 300 mm are embossed and which extend one glass edge to the other. The depth and width of the grooves are each 4 mm and their distance 5 mm. The profiles of the grooves are shaped for example u- or trapezoidal. Between the specially designed front glass and the rear glass, the solar cell necessary for energy production with heat-sealing film is applied to the front and rear glass. The back glass is provided on its backside, at a distance of 150 mm from its edges, with cylindrical protuberances of a diameter of 50 mm and a height of 40 mm, which are fixed in roadway boreholes with asphalt or cast resin. The distances between the cylindrical protuberances are 200 mm. The attachment of the solar module component in the roadway can also be effected by webs which are attached to the back of the rear glass. Underneath the bores introduced for the attachment of the solar module components, piezoelectric generators are attached at suitable intervals, which are covered by the solar module components in such a protective manner that the cylindrical protuberances have an efficient mechanical contact with the piezoelectric generators via a mechanical coupling layer.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (3)

Multifunktionale Module zur Erzeugung elektrischer Energie umfassend Solarmodule und Piezogeneratoren mit wechselseitiger Funktion und hoher Energieeffizienz, wobei die Solarmodule mit speziellen Oberflächenstrukturen zur Minderung der Reflexionsverluste der auftreffenden Solarstrahlung ausgestaltet und oberhalb der Piezogeneratoren angeordnet sowie mechanisch angekoppelt sind und als Abdeckung und Schutz sowie zur Schwingungsanregung der Piezogeneratoren dienen.Multifunctional modules for generating electrical energy comprising solar modules and piezoelectric generators with reciprocal function and high energy efficiency, the solar modules are designed with special surface structures to reduce the reflection losses of the incident solar radiation and arranged above the piezoelectric generators and mechanically coupled and as cover and protection and vibration excitation of the piezoelectric generators serve. Multifunktionale Module nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Frontgläser der Solarmodule kreisbogenförmige bzw. halbkreisbogenförmige Oberflächenrillen oder abgestumpfte Halbkreise enthalten, die sowohl die Reflexionsverluste der auf die Module einfallenden Solarstrahlung mindern als auch eine effiziente Schwingungsanregung durch sich auf ihnen bewegende Fahrzeuge bewirken.Multifunctional modules after Claim 1 characterized in that the front glasses of the solar modules contain arcuate or semicircular surface grooves or truncated semicircles, which reduce both the reflection losses of the solar radiation incident on the modules and cause efficient vibration excitation by them moving vehicles. Multifunktional Module nach Anspruch 2 gekennzeichnet dadurch, dass die Rillen u- und/oder trapezförmige Querschnitte aufweisen mit einer Breite von 3 bis 8 mm - vorzugsweise 4 mm-, einer Tiefe von 3 bis 8 mm - vorzugsweise 4 mm - und ein Abstand zwischen ihnen von 3 bis 7 mm - vorzugsweise 4 mm - ausgestaltet wird und die halbkreisförmig angeordneten abgestumpften Halbkugeln einen Durchmesser von 3 bis 10 mm -vorzugsweise 5 mm aufweisen.Multifunctional modules after Claim 2 characterized in that the grooves have u- and / or trapezoidal cross-sections with a width of 3 to 8 mm - preferably 4 mm, a depth of 3 to 8 mm - preferably 4 mm - and a distance between them of 3 to 7 mm - Is preferably designed 4 mm - and the semi-circularly arranged truncated hemispheres have a diameter of 3 to 10 mm, preferably 5 mm.
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