近日，交通运输部公路科学研究院（简称部公路院）在湖南长沙组织召开太阳能发电路面技术交流会，针对清洁能源公路现状与发展趋势、太阳能发电路面在国内外的应用现状以及关键技术问题、未来发展趋势等进行了交流。本网特邀部公路院高级工程师蒋海峰、杨勇、刘志强就太阳能公路的特点、现状、发展方向进行介绍。
江苏南京太阳能光伏停车棚。徐琦 摄
特点
能行车 能发电 能除冰
近年来，国内外对太阳能公路技术的应用研究主要集中在太阳能发电路面技术和架空式太阳能光伏公路。
太阳能发电路面是将太阳能吸能板铺设在现有沥青混凝土路面或水泥混凝土路面上，利用路面空间产生能源的一种新型路面结构形式。太阳能路面结构不仅具有公路行车功能，还具备实时为电动汽车无线充电、公路表面自动加热除冰等功能，同时还可利用电池板上的LED灯提供交通信号和交通标线等交通管理信息。
太阳能发电路面由三层组成：最上层为半透明的保护层，用来保护内部元件，同时让太阳光透过；中间层为太阳能电池，用来产生电力；最下层用来隔绝土壤湿气，避免其影响电池内部线路。
太阳能发电路面设想在2006年由美国的一对科学家夫妇提出并开始研究，加拿大、法国等国也相继展开研究。2014年，荷兰建成世界首条太阳能电池板道路；2016年，法国建成世界首条太阳能发电公路。我国湖南长沙理工大学科研团队从结构力学、光伏发电材料和路面功能设计等方面进行了初步研究，并派成员参与了加拿大太阳能发电路面的相关研究和示范实施工作。
架空式太阳能光伏公路充分利用公路路面上层立体空间，在公路行车路面的上方建设适当高度的太阳能光伏发电廊道，在产生电能的同时集公路线形诱导、辅助照明、智能监控等功能于一体，是新型的公路交通基础设施。
截至2015年，世界最大单体太阳能光伏建筑一体化电站是位于江苏南京江宁的光伏停车棚。该光伏停车棚年均发电量1120万千瓦时，节约标准煤约1.1万吨，减排二氧化碳等有害气体2.9万吨。
目前，架空式太阳能光伏公路已经具备良好的研究与应用基础，造价在可接受范围内。对于架空式太阳能光伏公路，现阶段的研究方向主要集中在光伏发电廊道支撑结构、发电集电新工艺、设计设置方法和智慧化公路服务应用扩展方面。
美国太阳能发电路面材料。部公路院 供图
现状
技术和性价比需提高
太阳能发电路面代表了未来道路技术的发展方向。然而，目前该种路面造价高，对表层透光层的承载能力、耐久性、行车抗滑性以及透光性等方面均有很高的技术要求。
目前，太阳能发电路面技术在国内外大都处于试验室研发阶段，尚存在大量关键核心技术问题急需攻关。举例来说，太阳能发电路面换能材料不仅需要具有高效率的发电性能，更要有较好的路用性能，以确保路面的耐久性和行车安全。当前太阳能发电路面材料的发电性能和路用性能仍存在矛盾，需要研究解决。
从经济效益说，太阳能发电路面材料价格较高，初期投入成本大。另外，其能量收集效能和转换效率目前还不高，尚需在材料选择、系统构型、电路设计等方面加强研究，以提高其总体经济效益，为推广应用奠定基础。
架空式太阳能光伏公路的核心技术是光伏发电，相对成熟，国内外均有大范围使用光伏发电的工程。但是，在公路行车路面上方安装光伏发电廊道，需要采用大量复杂的监控系统以保证公路系统健康安全运行，目前还没有应用案例。同时，架空式太阳能光伏公路的运营、维护和管理对公路现有的养护维修模式和成本有较大影响。因此，将光伏发电廊道作为公路基础设施布设于公路路面上方，其适用性、可行性以及性价比等还需要进行研究论证。
架空式太阳能光伏公路示意图。部公路院 供图
方向
攻克技术难题开展示范应用
太阳能发电路面与架空式太阳能光伏发电廊道是公路发展中具有里程碑意义的革命性创新技术，是绿色能源与道路交通技术交叉发展的前沿方向。下一步，应继续密切关注国内外太阳能发电路面与架空式太阳能光伏公路的研究进展和应用情况，多方争取科技资源，组织团队开展深入专题研究，提高相关技术成熟度，使我国太阳能发电路面与架空式太阳能光伏公路技术跻身世界先进行列。
今后，我国应分阶段做好太阳能发电路面与架空式太阳能光伏公路的研究、建设。
近期，应系统总结研究太阳能公路在国内外的技术现状和应用情况，在此基础上，系统梳理我国需攻克的关键技术问题。
中期，应重点研发太阳能发电路面新材料、新工艺，进行关键技术研发、路面设计及施工；解决光伏发电廊道结构设计和支撑结构可靠性设计等关键技术难题，形成太阳能公路建设成套技术、产品、施工工艺和装备等。
远期，应开展示范应用，解决太阳能公路运行监测、养护管理、安全保障等技术难题，并研究基于太阳能公路的交通出行智慧服务技术体系，如电动汽车无线充电技术、路面融冰融雪技术、太阳能主动发光标志标线等，形成太阳能公路交通安全保障和运行服务技术体系。
【链接】
美国：最先提出太阳能发电路面设想
用太阳能板代替传统沥青来建造太阳能公路的设想，最早由美国的一对科学家夫妇在2006年提出。2009年，在美国联邦公路局的资金支持下，他们研制出由相互咬合的六边形钢化玻璃面板组成的太阳能路面材料。玻璃面板中嵌有光伏电池板，能利用太阳能发电。
2016年6月，美国密苏里州交通运输部门发布计划，将在66号公路铺设一段可以利用太阳能发电的测试路面。铺设这条公路的每块地砖都内置了太阳能电池、LED照明、加热元件和强度足够支撑一辆卡车重量的钢化玻璃。这些特制的地砖除了能为电网补充电力，还能在雨雪天气时通过内置加热装置快速蒸发路面雨雪。
荷兰：建成世界首条太阳能发电道路
2014年，荷兰北部城市克罗曼尼建成了世界首条太阳能电池板自行车道，总长度约70米。该道路在水泥板里嵌入了晶体硅太阳能电池板，可将太阳能转化为电能，并输送给电网，为路灯、交通信号灯和附近民宅供电。该路面表层是可起到保护作用的玻璃，可承受12吨重的消防车。
荷兰工程师们称，这条太阳能电池板道路每平方米每年可发电70千瓦时，整条道路的年发电量可满足一户家庭的全年用电。
日本：建成5000平方米光伏发电棚
2016年，日本完成了车棚型百万光伏电站的建设。整个光伏发电棚面积约5000平方米，输出功率约为1.1兆瓦。
该光伏发电棚以相对较少的基础支撑较多数量的电池板，而且以大面积阵列承受风力，因此基础工程规模较大，现场打混凝土基础较费时间。鉴于此，日本采取了在工厂里用模板打好混凝土，制作预制基础，然后运到发电站的方法。
光伏发电棚使得夏季车内温度不易升高，冬季下雪时路面不会积雪。
