太陽能公路真的來了！行車發(fā)電除冰樣樣行

:太陽能公路是一種新型公路，在承擔(dān)交通功能的同時可為當(dāng)?shù)靥峁╇娏?，從而?jié)省能源。

近日，交通運輸部公路科學(xué)研究院（簡稱部公路院）在湖南長沙組織召開太陽能發(fā)電路面技術(shù)交流會，針對清潔能源公路現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢、太陽能發(fā)電路面在國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀以及關(guān)鍵技術(shù)問題、未來發(fā)展趨勢等進(jìn)行了交流。本網(wǎng)特邀部公路院高級工程師蔣海峰、楊勇、劉志強(qiáng)就太陽能公路的特點、現(xiàn)狀、發(fā)展方向進(jìn)行介紹。

江蘇南京太陽能光伏停車棚。徐琦 攝

特點

能行車 能發(fā)電 能除冰

近年來，國內(nèi)外對太陽能公路技術(shù)的應(yīng)用研究主要集中在太陽能發(fā)電路面技術(shù)和架空式太陽能光伏公路。

太陽能發(fā)電路面是將太陽能吸能板鋪設(shè)在現(xiàn)有瀝青混凝土路面或水泥混凝土路面上，利用路面空間產(chǎn)生能源的一種新型路面結(jié)構(gòu)形式。太陽能路面結(jié)構(gòu)不僅具有公路行車功能，還具備實時為電動汽車無線充電、公路表面自動加熱除冰等功能，同時還可利用電池板上的LED燈提供交通信號和交通標(biāo)線等交通管理信息。

太陽能發(fā)電路面由三層組成：最上層為半透明的保護(hù)層，用來保護(hù)內(nèi)部元件，同時讓太陽光透過；中間層為太陽能電池，用來產(chǎn)生電力；最下層用來隔絕土壤濕氣，避免其影響電池內(nèi)部線路。

太陽能發(fā)電路面設(shè)想在2006年由美國的一對科學(xué)家夫婦提出并開始研究，加拿大、法國等國也相繼展開研究。2014年，荷蘭建成世界首條太陽能電池板道路；2016年，法國建成世界首條太陽能發(fā)電公路。我國湖南長沙理工大學(xué)科研團(tuán)隊從結(jié)構(gòu)力學(xué)、光伏發(fā)電材料和路面功能設(shè)計等方面進(jìn)行了初步研究，并派成員參與了加拿大太陽能發(fā)電路面的相關(guān)研究和示范實施工作。

架空式太陽能光伏公路充分利用公路路面上層立體空間，在公路行車路面的上方建設(shè)適當(dāng)高度的太陽能光伏發(fā)電廊道，在產(chǎn)生電能的同時集公路線形誘導(dǎo)、輔助照明、智能監(jiān)控等功能于一體，是新型的公路交通基礎(chǔ)設(shè)施。

截至2015年，世界最大單體太陽能光伏建筑一體化電站是位于江蘇南京江寧的光伏停車棚。該光伏停車棚年均發(fā)電量1120萬千瓦時，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約1.1萬噸，減排二氧化碳等有害氣體2.9萬噸。

目前，架空式太陽能光伏公路已經(jīng)具備良好的研究與應(yīng)用基礎(chǔ)，造價在可接受范圍內(nèi)。對于架空式太陽能光伏公路，現(xiàn)階段的研究方向主要集中在光伏發(fā)電廊道支撐結(jié)構(gòu)、發(fā)電集電新工藝、設(shè)計設(shè)置方法和智慧化公路服務(wù)應(yīng)用擴(kuò)展方面。

美國太陽能發(fā)電路面材料。部公路院 供圖

現(xiàn)狀

技術(shù)和性價比需提高

太陽能發(fā)電路面代表了未來道路技術(shù)的發(fā)展方向。然而，目前該種路面造價高，對表層透光層的承載能力、耐久性、行車抗滑性以及透光性等方面均有很高的技術(shù)要求。

目前，太陽能發(fā)電路面技術(shù)在國內(nèi)外大都處于試驗室研發(fā)階段，尚存在大量關(guān)鍵核心技術(shù)問題急需攻關(guān)。舉例來說，太陽能發(fā)電路面換能材料不僅需要具有高效率的發(fā)電性能，更要有較好的路用性能，以確保路面的耐久性和行車安全。當(dāng)前太陽能發(fā)電路面材料的發(fā)電性能和路用性能仍存在矛盾，需要研究解決。

從經(jīng)濟(jì)效益說，太陽能發(fā)電路面材料價格較高，初期投入成本大。另外，其能量收集效能和轉(zhuǎn)換效率目前還不高，尚需在材料選擇、系統(tǒng)構(gòu)型、電路設(shè)計等方面加強(qiáng)研究，以提高其總體經(jīng)濟(jì)效益，為推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

架空式太陽能光伏公路的核心技術(shù)是光伏發(fā)電，相對成熟，國內(nèi)外均有大范圍使用光伏發(fā)電的工程。但是，在公路行車路面上方安裝光伏發(fā)電廊道，需要采用大量復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)以保證公路系統(tǒng)健康安全運行，目前還沒有應(yīng)用案例。同時，架空式太陽能光伏公路的運營、維護(hù)和管理對公路現(xiàn)有的養(yǎng)護(hù)維修模式和成本有較大影響。因此，將光伏發(fā)電廊道作為公路基礎(chǔ)設(shè)施布設(shè)于公路路面上方，其適用性、可行性以及性價比等還需要進(jìn)行研究論證。

架空式太陽能光伏公路示意圖。部公路院 供圖

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