揭秘1.08公里光伏高速公路背后的高科技

揭秘1.08公里光伏高速公路背后的高科技

【匠領(lǐng)導(dǎo)讀】2017年底，一組關(guān)于濟(jì)南南繞城高速的新聞?wù)紦?jù)了各大媒體的頭版，一排毛玻璃樣的的路面材料引起了全球的關(guān)注。為什么小小的路面材料能夠引起如此廣泛的關(guān)注呢?因?yàn)檫@短短的1.08公里的特殊路面，很有可能就是開(kāi)啟未來(lái)智能交通的鑰匙。

2006年，美國(guó)一對(duì)光伏愛(ài)好者夫婦首先提出了光伏路面的概念，在寬敞明亮的公路上鋪設(shè)光伏組件，讓路面不僅能通車(chē)、還能發(fā)電，甚至拓展更多的使用場(chǎng)景。很多人敏銳地意識(shí)到，這項(xiàng)技術(shù)將引發(fā)人類(lèi)交通方式的巨大變革。法國(guó)甚至宣布已經(jīng)建成了世界上第一條光伏路面，但其只是鋪設(shè)在一條車(chē)流較小的鄉(xiāng)間道路上。在車(chē)速更快、車(chē)輛更密集的高速公路上鋪設(shè)光伏路面，將是一個(gè)更大膽的嘗試。

敢于第一個(gè)吃螃蟹的人叫張宏超，山東濟(jì)南人，同濟(jì)大學(xué)最年輕的博士生導(dǎo)師。他參與研究的這塊特殊材料板，就是被盜光伏路面的主要組成材料。

900公里之外的山東濟(jì)南，有關(guān)人員正在運(yùn)用這種材料板，實(shí)施一項(xiàng)超級(jí)工程。作為發(fā)電核心的多晶硅電池，不輕拿輕放都會(huì)碎裂，又如何承受路面上成千上萬(wàn)輛汽車(chē)的碾壓呢?

這項(xiàng)工程最大的難點(diǎn)就在保護(hù)光伏電池的材料上。這里是濟(jì)南的南繞城高速，以每天4萬(wàn)輛車(chē)的斷面通行量、每年10%到15%的交通增長(zhǎng)率，專(zhuān)家測(cè)算的最終結(jié)果是：在15年的設(shè)計(jì)年限內(nèi)，這段路需要承受后軸載重10噸的卡車(chē)2400萬(wàn)次的碾壓。同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院教授、博士導(dǎo)師張宏超表示：“那么說(shuō)我們的這個(gè)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和承載力就要滿(mǎn)足這個(gè)總的損傷量，在這個(gè)操作量下不至于發(fā)生損壞。”

選擇最佳的材料并找到最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案沒(méi)有捷徑，只有通過(guò)研發(fā)團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室里反復(fù)的試錯(cuò)配比。同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師張宏超告訴記者：“要做力學(xué)的測(cè)試、老化的測(cè)試、環(huán)境侵獨(dú)的測(cè)試，然后根據(jù)這些測(cè)試結(jié)果進(jìn)行篩除。有的時(shí)候你可能做很長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)沒(méi)有一個(gè)可以的，可能又推倒重來(lái)，回到最原始的配方去解決問(wèn)題。”

張宏超意識(shí)到，這種材料應(yīng)該以透光的顆粒材料作為骨架結(jié)構(gòu)，保證足夠的透光性;用聚合物作為粘結(jié)劑，保證足夠的承載力。“前期呢，我們主要篩選了三大類(lèi)聚合物，每一類(lèi)里面都有成百上千種材料。這個(gè)東西有點(diǎn)像配藥，如果排列組合的話(huà)，它會(huì)有無(wú)窮無(wú)盡的組合方式。”

然而透光性與承載力是一對(duì)你死我活的冤家。混凝土太厚，會(huì)影響通光量和發(fā)電效率;太薄，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不可靠，承載力就會(huì)打折。如何讓這種組合最為合理，還需要大量的模擬實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)的搜集對(duì)比，才能給出最佳的方案。山東光實(shí)能源有限公司核心研發(fā)成員張暄認(rèn)為，要對(duì)比兩塊同樣大小的試驗(yàn)路段，以數(shù)據(jù)舉例并解釋。厚度差多少，發(fā)光率會(huì)發(fā)生變化，具體數(shù)據(jù)。

經(jīng)過(guò)近兩年的研發(fā)試驗(yàn)，數(shù)十萬(wàn)次的碾壓實(shí)驗(yàn)，位于山東的這項(xiàng)超級(jí)工程終于找到了最符合條件的光伏路面材料。

張宏超介紹說(shuō)，這種材料是一個(gè)多層的復(fù)合結(jié)構(gòu)，如果細(xì)分起來(lái)呢，應(yīng)該分為表面的透光磨耗層，中間一層是加強(qiáng)層，在這個(gè)加強(qiáng)層后面是光伏電池層和導(dǎo)線(xiàn)層，然后才到了底板層。“所以說(shuō)，很多人擔(dān)心的你是不是一層毛玻璃，會(huì)被壓壞，在這種結(jié)構(gòu)里面，是不存在的。”

2017年12月28日，這條由中國(guó)科學(xué)家自主研發(fā)的光伏路面正式通車(chē)。它的設(shè)計(jì)壽命、力學(xué)參數(shù)、路用性能等指標(biāo)遠(yuǎn)超其他國(guó)家，成為全球第一條真正的光伏“高速”公路。試運(yùn)行一百天，僅發(fā)電量一項(xiàng)指標(biāo)就突破了十萬(wàn)千瓦時(shí)。如果讓山東全省的公路都能發(fā)電，一年的發(fā)電量將達(dá)到270億千瓦時(shí)，可以頂替十四座350兆瓦的熱電廠(chǎng)。試想所有的公路都換成光伏路面，中國(guó)的能源供給結(jié)構(gòu)將發(fā)生巨大的改變。

然而，發(fā)電并不是它最重要的意義。齊魯交通發(fā)展集團(tuán)有限公司副總經(jīng)理張西斌分析，未來(lái)超級(jí)公路需要解決的問(wèn)題，就是智能交通、智慧交通來(lái)解決車(chē)的安全問(wèn)題，那么就必須由電力來(lái)支撐。

磁懸浮汽車(chē)在電子化道路網(wǎng)上，交錯(cuò)行駛，行駛數(shù)據(jù)通過(guò)光伏路面進(jìn)行信息匯總讓無(wú)人駕駛更加安全可靠，這些科幻電影里才會(huì)發(fā)生的事情，都將會(huì)隨著這條光伏公路的建成變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，未來(lái)智能交通的支撐性技術(shù)，就是光伏路面技術(shù)。

這段公路，雖然只有短短的1.08公里，卻是一個(gè)真正的世界級(jí)超級(jí)工程。已經(jīng)折射出了一縷曙光，渲染出未來(lái)智能交通的遠(yuǎn)大圖景。