法國建成的世界首條太陽能道路

近年來，我國多個城市開始推廣電動汽車。但對于使用者來說，充電對于電動汽車仍像是Bug一樣的存在，如果有一天，電動汽車擺脫充電樁的束縛，不用到處找充電樁，充電比加油還方便那該有多好。日前，在浙江紹興，總重量達200噸的大型自卸車輕松壓過一段由太陽能電池板鋪成的道路，路面完好無損。這標(biāo)志著該道路成為目前世界上承重最大的太陽能試驗道路。也意味著由浙江蘭亭太陽能科技有限公司、中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所、清華大學(xué)智慧城市與智慧交通研究中心等多家單位歷經(jīng)十年完成的“太陽一號”光伏路面成套技術(shù)研發(fā)成功。

承重200噸、光伏發(fā)電、電動智能車輛無線充電、冬季化冰雪……在太陽能公路仍是一個新概念的當(dāng)下，這條太陽能試驗道路處處顯現(xiàn)著“黑科技”特質(zhì)。那么它到底是如何實現(xiàn)上述功能的呢?

一舉兩得與“自給自足”

“太陽能道路一舉兩得，作為太陽能電站，它不單獨占用土地面積;作為道路鋪設(shè)材料，它同時具備發(fā)電功能。”中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員曲勝春接受科技日報記者采訪時表示，行車和發(fā)電是太陽能道路的兩項基本功能。

作為道路，太陽能道路必須具備承重、耐強摩擦性能。“一般的車輛只有幾噸，部隊大型坦克車才能達到100噸，如果最極端情況下路面能夠承受，小型車肯定也沒問題。”蘭亭工程建設(shè)集團工程師李景軒表示，試驗時使用了總重達200噸的大型自卸車碾壓該試驗道路，路面絲毫不為所動。

這種太陽能道路由功能層、承重層和基底層構(gòu)成。“基底層與中間承重層形成的路基有足夠的支撐能力，它們由剛性(水泥)或柔性(瀝青)結(jié)構(gòu)組成，這兩種材料本身承載力就比較強。”從事道路建設(shè)行業(yè)已三十多年的李景軒說，功能層中的太陽能光伏板雖然是一種脆性材料，但涂加了獨創(chuàng)工藝的柔性材質(zhì)保護層，因此，這個表面看似玻璃的保護層摩擦系數(shù)高、強度也高，既能保護太陽能板材，又能保證車輛正常行駛。“每一層之間都有柔性粘合性連接材料，防止層與層之間錯位、移動。”他說。

那么太陽能道路如何發(fā)電?曲勝春表示，太陽能電池雖然叫電池，但它不是儲能，而是把光轉(zhuǎn)換為電能。硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料吸收太陽光產(chǎn)生電子—空穴對，電子—空穴對遷移到PN結(jié)結(jié)區(qū)分離為自由電荷。產(chǎn)生直流電后，可以直接使用或被存儲。如果要進入市電電網(wǎng)，需經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姟?/p>

李景軒介紹，太陽能道路發(fā)電主要用來滿足當(dāng)前道路的照明、電動車充電、隧道等公路用電需求，剩余電量并入電網(wǎng)，夜間或其他需要用電時再從電網(wǎng)輸送，實現(xiàn)“自給自足”，而目前公路用電大多需要單獨輸送。

充電秘密“埋藏”在地底

該太陽能道路的出現(xiàn)讓電動汽車的充電方式出現(xiàn)全新想象：邊跑邊充電。

秘密“埋藏”在地底下。“試驗道路的太陽能電池上預(yù)埋了一組可產(chǎn)生磁力的導(dǎo)磁裝置板，根據(jù)‘磁生電電生磁’的原理，當(dāng)無線充電電動車接收到磁即可轉(zhuǎn)換成電。”李景軒說，具備電轉(zhuǎn)換裝置的電動汽車在太陽能公路上，能夠一邊奔跑一邊吸收太陽能路面?zhèn)鞒龅碾姶?，同時在“體內(nèi)”轉(zhuǎn)換為電，實現(xiàn)邊跑邊充電的炫酷功能。

曲勝春表示，太陽能道路作為供電端，通過裝置把電轉(zhuǎn)化為電磁波，電動車相當(dāng)于接收端，如果安裝了電磁波接收、轉(zhuǎn)換裝置，就可看成是無線充電電動汽車，這種汽車奔跑在太陽能道路上，就像玩跑酷游戲一路狂奔一路接收金幣，它能邊跑邊接收電磁波，并利用自身車載裝置轉(zhuǎn)換為電。“類似于無尾家電，供電端與用電器之間通過電磁場以非接觸方式傳送能量，兩者之間不用電線連接。”

至于該太陽能道路的融雪功能，李景軒說，太陽能板層下安裝了加熱材料與電加熱裝置，類似電熱毯中間有加熱絲。當(dāng)加熱達到零度，透過太陽能板材的散熱使道路積雪融化。這個過程需要靠人去觀察，需要融雪時送電，雪融化后再斷電。“我們獨創(chuàng)的太陽石熱能技術(shù)曾獲國家發(fā)明專利，雖然沒有直接運用到太陽能道路上，但啟發(fā)了太陽能發(fā)電板的研制工作，解決了融化路面積雪的復(fù)雜問題。”他說。

潛力較大，但應(yīng)用有條件

“道路可以發(fā)電，電站可以當(dāng)?shù)缆酚?，考慮這兩個功能，成本控制在其他道路的1.5倍之內(nèi)，就是贏家。”曲勝春說。李景軒則表示，太陽能道路初期投資比普通公路高約30%，但從壽命來看，太陽能道路長達20多年壽命和較少的維修，使它的年分攤成本低于普通公路，此外，它還能帶來諸如融雪和無線充電等功能。

李景軒表示，太陽能道路的無線充電技術(shù)，雖現(xiàn)在使用需求量不大，不能立刻投入使用，但隨著國家總形勢改變，技術(shù)升級換代，配套的能源、電動車、道路完善，太陽能道路技術(shù)發(fā)展?jié)摿⒎浅＞薮蟆?/p>

曲勝春也認為，太陽能道路是一種較有潛能的工程技術(shù)。作為“建筑”材料，太陽能電池板施工和安裝更方便，同時具有發(fā)電功能。不過，他認為使用太陽能電池的前提條件是日照充足，我國西部的青海、甘肅、西藏、新疆等地區(qū)陽光照射充足，加上道路占用率不高，適合建造太陽能電站，但我國山海關(guān)以東，東三省地區(qū)的冬季日照條件較弱，并不適合使用太陽能電池。太陽能電池達到閾值光強才能工作，低于閾值的結(jié)果不僅是轉(zhuǎn)換效率降低，低照度條件下可能根本不會工作。哈爾濱冬季雨雪天氣，陰云密布的時候，太陽能電池處于幾乎不發(fā)電的狀態(tài)，只能在陰雨天氣前存電，需要的時候再把電放出來。

“太陽能光伏發(fā)電道路對智能交通起到積極配套作用。在利用新能源上，太陽能道路充分利用閑置道路資源，不額外占用土地。此外，城市廣場和特殊路段上，太陽能道路還可以發(fā)揮巨大想象空間。”李景軒說。