揭秘1.08公里光伏高速公路背后的高科技

 2017年底，一组关于济南南绕城高速的新闻占据了各大媒体的头版，一排毛玻璃样的的路面材料引起了全球的关注。为什么小小的路面材料能够引起如此广泛的关注呢?因为这短短的1.08公里的特殊路面，很有可能就是开启未来智能交通的钥匙。


2006年，美国一对光伏爱好者夫妇首先提出了光伏路面的概念，在宽敞明亮的公路上铺设光伏组件，让路面不仅能通车、还能发电，甚至拓展更多的使用场景。很多人敏锐地意识到，这项技术将引发人类交通方式的巨大变革。法国甚至宣布已经建成了世界上第一条光伏路面，但其只是铺设在一条车流较小的乡间道路上。在车速更快、车辆更密集的高速公路上铺设光伏路面，将是一个更大胆的尝试。


敢于第一个吃螃蟹的人叫张宏超，山东济南人，同济大学最年轻的博士生导师。他参与研究的这块特殊材料板，就是被盗光伏路面的主要组成材料。


900公里之外的山东济南，有关人员正在运用这种材料板，实施一项超级工程。作为发电核心的多晶硅电池，不轻拿轻放都会碎裂，又如何承受路面上成千上万辆汽车的碾压呢?


这项工程最大的难点就在保护光伏电池的材料上。这里是济南的南绕城高速，以每天4万辆车的断面通行量、每年10%到15%的交通增长率，专家测算的最终结果是：在15年的设计年限内，这段路需要承受后轴载重10吨的卡车2400万次的碾压。同济大学交通运输工程学院教授、博士导师张宏超表示：“那么说我们的这个结构强度和承载力就要满足这个总的损伤量，在这个操作量下不至于发生损坏。”

选择最佳的材料并找到最优化的设计方案没有捷径，只有通过研发团队在实验室里反复的试错配比。同济大学交通运输工程学院教授、博士生导师张宏超告诉记者：“要做力学的测试、老化的测试、环境侵独的测试，然后根据这些测试结果进行筛除。有的时候你可能做很长时间的实验没有一个可以的，可能又推倒重来，回到最原始的配方去解决问题。”

张宏超意识到，这种材料应该以透光的颗粒材料作为骨架结构，保证足够的透光性;用聚合物作为粘结剂，保证足够的承载力。“前期呢，我们主要筛选了三大类聚合物，每一类里面都有成百上千种材料。这个东西有点像配药，如果排列组合的话，它会有无穷无尽的组合方式。”

然而透光性与承载力是一对你死我活的冤家。混凝土太厚，会影响通光量和发电效率;太薄，会导致结构不可靠，承载力就会打折。如何让这种组合最为合理，还需要大量的模拟实验和数据的搜集对比，才能给出最佳的方案。山东光实能源有限公司核心研发成员张暄认为，要对比两块同样大小的试验路段，以数据举例并解释。厚度差多少，发光率会发生变化，具体数据。


经过近两年的研发试验，数十万次的碾压实验，位于山东的这项超级工程终于找到了最符合条件的光伏路面材料。

张宏超介绍说，这种材料是一个多层的复合结构，如果细分起来呢，应该分为表面的透光磨耗层，中间一层是加强层，在这个加强层后面是光伏电池层和导线层，然后才到了底板层。“所以说，很多人担心的你是不是一层毛玻璃，会被压坏，在这种结构里面，是不存在的。”


2017年12月28日，这条由中国科学家自主研发的光伏路面正式通车。它的设计寿命、力学参数、路用性能等指标远超其他国家，成为全球第一条真正的光伏“高速”公路。试运行一百天，仅发电量一项指标就突破了十万千瓦时。如果让山东全省的公路都能发电，一年的发电量将达到270亿千瓦时，可以顶替十四座350兆瓦的热电厂。试想所有的公路都换成光伏路面，中国的能源供给结构将发生巨大的改变。


然而，发电并不是它最重要的意义。齐鲁交通发展集团有限公司副总经理张西斌分析，未来超级公路需要解决的问题，就是智能交通、智慧交通来解决车的安全问题，那么就必须由电力来支撑。


磁悬浮汽车在电子化道路网上，交错行驶，行驶数据通过光伏路面进行信息汇总让无人驾驶更加安全可靠，这些科幻电影里才会发生的事情，都将会随着这条光伏公路的建成变为现实，未来智能交通的支撑性技术，就是光伏路面技术。

这段公路，虽然只有短短的1.08公里，却是一个真正的世界级超级工程。已经折射出了一缕曙光，渲染出未来智能交通的远大图景。