“光伏公路”通向智能交通时代

“中国首个光伏高速”试验区开幕式现场

中国新闻社

“太阳能光伏”和“高速公路”在我们的社会生活中经常遇到。前者直接将阳光转化为电能，为人们提供新的绿色能源；后者极大地改变了人们的出行方式，提高了他们的出行效率。如果两者结合，会发生什么样的“化学反应”？最近，在山东济南出版的《中国第一台光伏高速》引起了人们的关注。该试验路段仅长约1.12公里，表明现代道路交通系统正在悄然发生前所未有的变化。它将在继续完成车辆交通传统使命的基础上，发展成为现代清洁能源中心和现代智能交通的核心载体。

(1)相当大的发电路面能经受住考验

对于“光伏之路”，发电无疑是人们想知道的第一个指标。光伏高速试验段位于济南绕城高速公路南线。太阳能光伏路面长1.08公里，总面积近5900平方米。分布式并网发电能力的峰值功率超过800千瓦。并网发电采用全并网方式，年发电量约100万度。根据这样的发电效率，这个试验段的效益无疑是相当可观的。

发电效益非常重要，但作为道路基础设施，“光伏路”的容量和安全性无疑更为重要。

“光伏道路”应用的核心技术称为“承重光伏路面技术”，由上海同济大学交通工程学院张红超教授的团队开发。其核心是解决太阳能光伏组件路面的承重问题，即使路面不仅具有良好的透光率，保证光电转换效率维持在较高水平，而且摩擦系数必须满足道路交通安全的要求，并能承受各种车辆的长期碾压和磨损。根据上述目标要求，张红超团队开发的承重光伏路面分为三层:最上层为透光混凝土路面层，具有高强度和高透光率两个特点；中间层为光伏板，即光电转换功能层，在路面空闲时吸收阳光发电；第三层是绝缘层，它不仅对光伏板有物理保护，还具有防水和防潮性能。

经山东省公路检测中心检测，张红超团队研制的承重光伏路面的技术指标和交通安全系数超过了目前常用的沥青混凝土路面，其强度和使用性能符合国家相关规定，完全满足车辆正常使用的要求。一名参加测试的中国巴士司机对路面表示满意。他说在这种道路上开车的感觉和其他类型的道路一样。

(2)将能源中心转变为智能交通

“光伏高速公路”意味着道路交通可以成为新能源中心。这意味着无论道路通向哪里，都会有丰富的清洁能源。它不仅能为道路标记系统等与公路相关的道路基础设施提供电力支持，还能为新兴的电动汽车提供电源。事实上，济南绕城高速南线“光伏高速公路”试验段现已接入电网并接入充电桩，可随时为电动汽车提供充电服务。此外，电磁感应线圈保留在该段光伏路面下。随着电动汽车无线充电技术的成熟，未来电动汽车可以在该路段行驶时充电。这表明“光伏之路”从根本上解决了电动汽车面临的“里程焦虑”。它不仅可以提供电能，广泛建设充电桩等基础设施，还可以使电动汽车通过无线充电技术获得后续充电服务。

由于清洁电力随时可用，“光伏道路”为交通智能提供了更现实的条件。据报道，测试段已经预留了一个信息端口，将来可以访问各种信息采集设备。车辆信息、拥堵状况等信息将聚合成交通大数据，并与其他数据一起进行分析，为智能交通和智能城市的建设提供支持。在张红超看来，从高速公路的光伏路面到未来的智能交通，需要完成三个步骤。第一步是实现高速公路的电气化，也就是说，高速公路应该满足未来随时随地对智能用电设备的需求。“光伏高速公路”的发展为此奠定了基础。第二步是实现车路协调，即实现能源、信息、互联网等技术的整合，实现绿色、安全、高效的人流和物流通道。第三步是进入智能交通阶段，即智能道路与城市道路共同构成智能交通系统，这将带来新的技术创新和模式创新。

由于能产生足够的电能，“光伏高速公路”可以通过组装将电能转化为热能的设备，智能感知路面的结冰情况，开启电加热系统，融化路面上的冰雪，大大提高行车安全系数，尤其是在北方冬季行车更安全。

(3)降低建设成本，因地制宜推广

在国际上，是几名美国科学家首次将太阳能光伏发电与道路交通结合起来并付诸实践。2006年，他们提出了用太阳能电池板代替传统沥青来建造所谓的“太阳能路”的想法，并开发了一种叫做“太阳能路”的太阳能电池板。其表面由超耐磨特种玻璃制成，最大载荷为125吨。太阳能道路系统项目后来在美国66号公路的密苏里段启动了一个小规模的试点建设项目，但由于建设成本和其他因素，该项目没有得到推广。

2016年12月，一条1000米长、2米宽的单向“太阳能路”在诺曼底的法国小镇图鲁弗勒·珀西投入使用。这段高速公路每年产生大约280，000千瓦时的电力，可以支持一个有5000人口的小镇的日常公共照明。

中国科学家开发的“太阳能高速公路”于2017年9月首次被报道。在张红超教授团队的支持下，山东齐鲁交通发展集团投资的660平方米光伏路面示范区在济南建成，实现了并网发电。光伏道路示范区还配有电动汽车充电桩、智能导向标线等衍生应用设施。这是张红超带领同济大学科研团队8年来在光伏智能道路关键技术领域取得的重要成果。

2007年10月，浙江省绍兴市建成了世界上负荷最大的太阳能试验路，并经历了200吨的大型自卸汽车，道路完好无损。这标志着由浙江兰亭太阳能科技有限公司、中国科学院宁波材料技术与工程研究所、清华大学智能城市和智能交通研究中心等单位在10年后建成的“太阳一号”光伏路面道路成为当时世界上最承重的太阳能试验道路。

中国“光伏高速公路”研发的突破和试验段的建设，使人们感受到其光明的发展和应用前景。中国科学院半导体研究所研究员屈胜春表示，大规模推广“光伏高速公路”在很大程度上取决于建设和维护成本。事实上，由于成本高，美国和法国的光伏公路项目仍处于试验应用阶段，尚未得到推广。曲胜春认为，考虑到交通和发电效益，只要控制在普通公路的1.5倍以内，建设成本是可行的。

据济南绕城高速公路试验段项目的知情人士透露，光伏高速公路路面的建设成本远高于普通高速公路，而在养护方面，从试验数据来看，光伏路面的成本低于普通高速公路，同时其模块化设计为快速维修提供了便利。然而，降低“光伏路”建设成本在很大程度上取决于太阳能光伏技术的进步。随着钙钛矿光伏电池等新型光伏材料的开发利用，预计将进一步提高光电转换率，降低价格，为“光伏公路”的建设和推广创造条件。

即使降低建设成本，建设“光伏公路”也要因地制宜。屈胜春指出，光伏发电的必要条件是充足的阳光，这显然非常适合阳光充足的地区，如青海、甘肃、*、*等。但是，对于日照条件差、雨雪天气严重的地区，建设“光伏道路”发电效率非常低，弊大于利。