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與工程研究所、清華大學智慧城市與智慧交通研究中心等多家單位歷經十年完成的“太陽一號”光伏路面成套技術研發(fā)成功。
法國建成的世界首條太陽能道路
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下，這條太陽能試驗道路處處顯現(xiàn)著“黑科技”特質。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;作為道路鋪設材料，它同時具備發(fā)電功能。”中國科學院半導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)結構組成，這兩種材料本身承載力就比較強。”從事道路建設行業(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，而是把光轉換為電能。硅、砷化鎵等半導體材料吸收太陽光產生電子—空穴對，電子—空穴對遷移到PN結結區(qū)分離為自由電荷。產生直流電后，可以直接使用或被存儲。如果要進入市電電網，需經逆變器轉變?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，夜間或其他需要用電時再從電網輸送，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埋了一組可產生磁力的導磁裝置板，根據‘磁生電電生磁’的原理，當無線充電電動車接收到磁即可轉換成電。”李景軒說，具備電轉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”轉換為電，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，通過裝置把電轉化為電磁波，電動車相當于接收端，如果安裝了電磁波接收、轉換裝置，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雜問題。”他說。
潛力較大，但應用有條件
“道路可以發(fā)電，電站可以當?shù)缆酚茫紤]這兩個功能，成本控制在其他道路的1.5倍之內，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，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，技術升級換代，配套的能源、電動車、道路完善，太陽能道路技術發(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。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，低于閾值的結果不僅是轉換效率降低，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。
