太阳能道路 让电动汽车边跑边充电

法国建成的世界首条太阳能道路

近年来，我国多个城市开始推广电动汽车。但对于使用者来说，充电对于电动汽车仍像是Bug一样的存在，如果有一天，电动汽车摆脱充电桩的束缚，不用到处找充电桩，充电比加油还方便那该有多好。日前，在浙江绍兴，总重量达200吨的大型自卸车轻松压过一段由太阳能电池板铺成的道路，路面完好无损。这标志着该道路成为目前世界上承重最大的太阳能试验道路。也意味着由浙江兰亭太阳能科技有限公司、中科院宁波材料技术与工程研究所、清华大学智慧城市与智慧交通研究中心等多家单位历经十年完成的“太阳一号”光伏路面成套技术研发成功。

承重200吨、光伏发电、电动智能车辆无线充电、冬季化冰雪……在太阳能公路仍是一个新概念的当下，这条太阳能试验道路处处显现着“黑科技”特质。那么它到底是如何实现上述功能的呢?

一举两得与“自给自足”

“太阳能道路一举两得，作为太阳能电站，它不单独占用土地面积;作为道路铺设材料，它同时具备发电功能。”中国科学院半导体研究所研究员曲胜春接受科技日报记者采访时表示，行车和发电是太阳能道路的两项基本功能。

作为道路，太阳能道路必须具备承重、耐强摩擦性能。“一般的车辆只有几吨，部队大型坦克车才能达到100吨，如果最极端情况下路面能够承受，小型车肯定也没问题。”兰亭工程建设集团工程师李景轩表示，试验时使用了总重达200吨的大型自卸车碾压该试验道路，路面丝毫不为所动。

这种太阳能道路由功能层、承重层和基底层构成。“基底层与中间承重层形成的路基有足够的支撑能力，它们由刚性(水泥)或柔性(沥青)结构组成，这两种材料本身承载力就比较强。”从事道路建设行业已三十多年的李景轩说，功能层中的太阳能光伏板虽然是一种脆性材料，但涂加了独创工艺的柔性材质保护层，因此，这个表面看似玻璃的保护层摩擦系数高、强度也高，既能保护太阳能板材，又能保证车辆正常行驶。“每一层之间都有柔性粘合性连接材料，防止层与层之间错位、移动。”他说。

那么太阳能道路如何发电?曲胜春表示，太阳能电池虽然叫电池，但它不是储能，而是把光转换为电能。硅、砷化镓等半导体材料吸收太阳光产生电子—空穴对，电子—空穴对迁移到PN结结区分离为自由电荷。产生直流电后，可以直接使用或被存储。如果要进入市电电网，需经逆变器转变为交流电。

李景轩介绍，太阳能道路发电主要用来满足当前道路的照明、电动车充电、隧道等公路用电需求，剩余电量并入电网，夜间或其他需要用电时再从电网输送，实现“自给自足”，而目前公路用电大多需要单独输送。

充电秘密“埋藏”在地底

该太阳能道路的出现让电动汽车的充电方式出现全新想象：边跑边充电。

秘密“埋藏”在地底下。“试验道路的太阳能电池上预埋了一组可产生磁力的导磁装置板，根据‘磁生电电生磁’的原理，当无线充电电动车接收到磁即可转换成电。”李景轩说，具备电转换装置的电动汽车在太阳能公路上，能够一边奔跑一边吸收太阳能路面传出的电磁，同时在“体内”转换为电，实现边跑边充电的炫酷功能。

曲胜春表示，太阳能道路作为供电端，通过装置把电转化为电磁波，电动车相当于接收端，如果安装了电磁波接收、转换装置，就可看成是无线充电电动汽车，这种汽车奔跑在太阳能道路上，就像玩跑酷游戏一路狂奔一路接收金币，它能边跑边接收电磁波，并利用自身车载装置转换为电。“类似于无尾家电，供电端与用电器之间通过电磁场以非接触方式传送能量，两者之间不用电线连接。”

至于该太阳能道路的融雪功能，李景轩说，太阳能板层下安装了加热材料与电加热装置，类似电热毯中间有加热丝。当加热达到零度，透过太阳能板材的散热使道路积雪融化。这个过程需要靠人去观察，需要融雪时送电，雪融化后再断电。“我们独创的太阳石热能技术曾获国家发明专利，虽然没有直接运用到太阳能道路上，但启发了太阳能发电板的研制工作，解决了融化路面积雪的复杂问题。”他说。

潜力较大，但应用有条件

“道路可以发电，电站可以当道路用，考虑这两个功能，成本控制在其他道路的1.5倍之内，就是赢家。”曲胜春说。李景轩则表示，太阳能道路初期投资比普通公路高约30%，但从寿命来看，太阳能道路长达20多年寿命和较少的维修，使它的年分摊成本低于普通公路，此外，它还能带来诸如融雪和无线充电等功能。

李景轩表示，太阳能道路的无线充电技术，虽现在使用需求量不大，不能立刻投入使用，但随着国家总形势改变，技术升级换代，配套的能源、电动车、道路完善，太阳能道路技术发展潜力将非常巨大。

曲胜春也认为，太阳能道路是一种较有潜能的工程技术。作为“建筑”材料，太阳能电池板施工和安装更方便，同时具有发电功能。不过，他认为使用太阳能电池的前提条件是日照充足，我国西部的青海、甘肃、西藏、新疆等地区阳光照射充足，加上道路占用率不高，适合建造太阳能电站，但我国山海关以东，东三省地区的冬季日照条件较弱，并不适合使用太阳能电池。太阳能电池达到阈值光强才能工作，低于阈值的结果不仅是转换效率降低，低照度条件下可能根本不会工作。哈尔滨冬季雨雪天气，阴云密布的时候，太阳能电池处于几乎不发电的状态，只能在阴雨天气前存电，需要的时候再把电放出来。

“太阳能光伏发电道路对智能交通起到积极配套作用。在利用新能源上，太阳能道路充分利用闲置道路资源，不额外占用土地。此外，城市广场和特殊路段上，太阳能道路还可以发挥巨大想象空间。”李景轩说。（科技日报）