太陽能高速公路綜述

PAGEPAGE23太陽能（高速）公路綜述沈恂達(dá)一、問題的提出在2014年3月的全國兩會(huì)上，全國政協(xié)委員、通威集團(tuán)董事局主席劉漢元先生提出了結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有高速路網(wǎng)資源狀況，參考國外已有的經(jīng)驗(yàn)和做法，充分利用國內(nèi)存量高速網(wǎng)，將其作為太陽能光伏發(fā)電的新型、有效載體，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電、交通運(yùn)輸、節(jié)能減排、安全行駛、道路養(yǎng)護(hù)、耕地保護(hù)六者的高效整合與最佳統(tǒng)一的方案[1]。劉委員提出的建議就是建設(shè)所謂的“太陽能高速公路”。在此前，廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院的歐英雷先生在2012年也提出了“利用高速公路實(shí)現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電的構(gòu)想”[2]。其實(shí)，世界上第一個(gè)提出“太陽能（高速）公路”概念的是美國愛荷達(dá)州的一對夫婦——電子工程師斯科特·布魯索（ScottBrushaw）和心理治療師朱莉（Julie）。2006年，布魯索夫婦首先提出“太陽能公路”的概念和夢想，并進(jìn)行了一系列的研究、試驗(yàn)工作，取得了卓有成效的階段性成果。此后，美國、荷蘭、意大利、英國、德國以及比利時(shí)等國也先后就此進(jìn)行了研究、探索和試驗(yàn)。2011年，世界上第一條太陽能高速公路（A18公路）在意大利建成，并向公眾開放。“太陽能高速公路”是一個(gè)全新的概念，是太陽能應(yīng)用創(chuàng)新的大膽設(shè)想。研究和試驗(yàn)表明，這種太陽能高速公路的優(yōu)點(diǎn)很多，節(jié)能、環(huán)保、智能、安全、分散，也可以節(jié)省大量的土地，其最終的、最直接的結(jié)果就是可以逐漸讓人們不再那么依賴煤和石油等礦物燃料。雖然目前太陽能高速公路的建設(shè)剛剛起步，并且還存在不少問題和困難，尤其是路面材料和造價(jià)。但畢竟這是一個(gè)偉大的創(chuàng)意和夢想！任何一位開拓者都認(rèn)為：歷史上沒有一蹴而就的發(fā)明，發(fā)明首先需要想象。二、太陽能高速公路的含義1、含義所謂太陽能高速公路是指：利用高速公路的路面、沿線設(shè)施以及周邊的環(huán)境實(shí)現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電，并為公路設(shè)施本身和沿線居民供電。它大致可以分為：路面光伏發(fā)電系統(tǒng)和沿線設(shè)施光伏發(fā)電系統(tǒng)兩大類。路面光伏發(fā)電系統(tǒng)（見圖1）路面光伏發(fā)電系統(tǒng)顧名思義是指：利用高速公路路面作為載體實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的系統(tǒng)，通常稱為“太陽能高速公路公路”或“太陽能公路”，它的基本結(jié)構(gòu)由三層組成（見圖2）：最下層：為基礎(chǔ)層或承載層，用來隔絕土壤的濕氣，避免其影響到上層太陽能光伏組件的正常工作；中間層：為太陽能光伏電池層，用來產(chǎn)生電能；最上層：為透明的保護(hù)層，保護(hù)內(nèi)部的太陽能光伏組件，同時(shí)也讓太陽光透過；也要承載路面上各種載荷的正常通過，即要滿足作為路面的所有一切條件，如堅(jiān)硬度、粗糙度和摩擦力等。這種特殊的新型路面光學(xué)材料可以是透明陶瓷、聚光透鏡或特殊的玻璃鋼。本文主要介紹的是路面光伏發(fā)電系統(tǒng)。2）沿線設(shè)施光伏發(fā)電系統(tǒng)沿線設(shè)施光伏發(fā)電系統(tǒng)是指：利用高速公路沿線的一些設(shè)施安裝光伏板來發(fā)電，如服務(wù)區(qū)建筑物屋頂和側(cè)墻、停車場、路側(cè)防撞護(hù)欄、防噪聲隔離帶（聲屏障）、路側(cè)邊坡等（圖3）。2、理論構(gòu)想太陽能高速公路的理論構(gòu)想是將太陽能電池陣列埋入高速公路的路面內(nèi)，并尋找新型的光學(xué)材料來鋪設(shè)高速公路的路面。這種新型的路面材料（如透明陶瓷和聚光透鏡等），它既要符合高速公路的行車要求，又要滿足對太陽光的透射和聚焦作用，使得鋪設(shè)在其下面的太陽能光伏陣列能接收到太陽光的輻射。也就是說中間層和最上面層兩者的共同作用應(yīng)達(dá)到高速公路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，從而確保高速公路的行車安全。圖1路面光伏發(fā)電發(fā)電系統(tǒng)圖2路面光伏發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成圖3公路邊坡太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)三、我國的太陽能資源簡述眾所周知，太陽能是一種取之不盡，用之不竭的綠色資源。據(jù)計(jì)算，每秒鐘太陽輻射抵達(dá)地球表面的能量高達(dá)8.0×1013kW，相當(dāng)于550萬噸的標(biāo)煤燃燒產(chǎn)生的能量。我國陸地表面每年接收的太陽能就相當(dāng)于1700億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。我國的太陽能資源十分豐富，全國有2/3以上地區(qū)，年日照時(shí)數(shù)在2000小時(shí)以上。但由于太陽能十分分散，能流密度較低，因此，到達(dá)地面的太陽能每平方米只有1000W左右。全國各地區(qū)太陽能資源情況及分類如表1所示：表1類型地區(qū)年日照時(shí)數(shù)（時(shí)）日輻射量（千瓦小時(shí)/米2）1西藏西部、新疆東東南部、青海海西部、甘肅肅西部2800～330005.1～6.42西藏東南部、新疆疆南部、青海海東部、寧夏夏南部、甘肅肅中部、內(nèi)蒙蒙古、山西北北部、河北西西北部3000～320004.5～5.13新疆北部、甘肅東東南部、山西西南部、山西西北部、河北北東南部、山山東、河南、吉吉林、遼寧、云云南、廣東南南部、福建南南部、江蘇北北部、安徽北北部2200～300003.8～4.54湖南、廣西、江西西、浙江、湖湖北、福建北北部、廣東北北部、山西南南部、江蘇南南部、安徽南南部、黑龍江江1400～220003.2～3.85四川、貴州1000～140002.5～3.2由表1可見，我國的西藏、新疆、青海和甘肅地區(qū)的太陽能資源很豐富，平均每天的日照時(shí)數(shù)都在7～9小時(shí)，特別適宜于光伏發(fā)電；而四川和貴州較差，每天的平均日照時(shí)數(shù)只有3小時(shí)左右，不太適宜于太陽能規(guī)范發(fā)電的應(yīng)用。四、太陽能高速公路發(fā)電量的理論估算1、路面太陽能高速公路假設(shè)：高速公路所在地的有效日照時(shí)間為T，太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率為η，每平方米的輻射功率為P，充電效率為γ1逆變器的轉(zhuǎn)換效率為γ2，則得：每日每平方米太陽能電池板的發(fā)電量為W1（瓦時(shí)數(shù)/米2），W1==η×P×T（1）負(fù)載每日每平方米獲得的電能（瓦時(shí)數(shù)/米2）為W2，W2==γ1×γ2×W1==η×γ1×γ2×P×T（2）面積為S的太陽能電池板每日為負(fù)載提供的發(fā)電量為W（瓦時(shí)數(shù)），W==S×W2==S×η×γ1×γ2×P×T（3）若平均日照時(shí)數(shù)T==4h，P=1000W，η==18%，γ1==70%，γ2==90%，則W==0.4536×S（千瓦小時(shí)）/日（4）設(shè)：可以安裝光伏組件的四車道高速公路的有效寬度為20m（路面寬度+硬路肩寬度），則每公里的路面面積為20000m2，日發(fā)電量約為9000（千瓦小時(shí)）/公里，那么年發(fā)電量就是328.50萬（千瓦小時(shí)）/km）。2014年底，全國高速公路的通車?yán)锍碳s為110000km，如果都用來發(fā)電的話，每年的發(fā)電量約為3613億度電，約占2014年全國總發(fā)電量55459億（度）的6.5%左右；是2014年火力發(fā)電量的8.7%。當(dāng)然，這僅僅是個(gè)理論值，因?yàn)?，不可能全國的高速公路都用來太陽能發(fā)電。2、聲屏障和防撞護(hù)欄太陽能光伏發(fā)電同樣，也可以利用高速公路上的聲屏障或兩側(cè)的防撞護(hù)欄上安裝光伏發(fā)電組件來發(fā)電。假設(shè)，每塊光伏組的面積是1米（寬）×2米（高）。按照上述條件計(jì)算可得：每塊2米2的組件，每天可以發(fā)電0.5度電（η取10%）。如果光伏組件安裝在兩側(cè)的防撞護(hù)欄上，則每公里高速公路最多可以安裝2000塊（豎裝）這樣的光伏組件，故每天至少可以提供1000（度）的電量。根據(jù)目前的高速公路機(jī)電工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備配置要求，改擴(kuò)建后的京港澳高速公路石安段每公里的外場設(shè)備（高清攝像機(jī)+微波檢測器+LED可變信息標(biāo)志+號角喇叭等）的總耗電量為每天10度電，也就是說，每公里的防撞護(hù)欄太陽能光伏組件發(fā)出的電量可以為100公里的高速公路外場設(shè)備供電。此外，光伏發(fā)電組件提供的這些電量，除了給沿線的所有機(jī)電設(shè)備全天供電外，還可以為沿線附近的部分居民提供足夠的用電量。當(dāng)然，這需要與現(xiàn)有的電網(wǎng)并網(wǎng)工作。五、國外發(fā)展動(dòng)態(tài)1、美國美國是最早研究太陽能高速公路的國家。2006年，美國愛達(dá)荷州的一對科學(xué)家夫婦斯科特·布魯索（ScottBrushaw）和朱莉（Julie）首先提出，用太陽能板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的瀝青來建造所謂的“太陽能公路”的夢想，并得到了美國聯(lián)邦公路管理局的研發(fā)資金支持。2009年，他們收到了第一筆用于建造太陽能電池板公路原型的政府撥款。2013年春天，布魯索夫婦啟動(dòng)了試點(diǎn)項(xiàng)目，在愛達(dá)荷州桑德波因特市用太陽能電池板建成了一個(gè)露天停車場。斯科特認(rèn)為停車場是進(jìn)行LED光源和發(fā)電系統(tǒng)試驗(yàn)的絕佳試驗(yàn)場。可以重新配置方向箭頭和停車線，來應(yīng)對停車高峰，而且所產(chǎn)生的電能可以為附近的企業(yè)供電。為此，當(dāng)?shù)卣?jiǎng)勵(lì)了他們75萬美元。多次試驗(yàn)后，他們終于成功研發(fā)出一種高硬度又具有浮凸結(jié)構(gòu)的玻璃做太陽能電池板的路面。太陽能公路由嵌入超韌玻璃的六邊形太陽能板建造而成（見圖4）。除了基座，太陽能電池面板由三層組成。第一層是含有太陽能電池板、LED燈和供暖系統(tǒng)的硬玻璃層。這種半透明、高強(qiáng)度、防水的公路表面層，能夠提供足夠大的堅(jiān)硬度、粗糙度和摩擦力，并且可以讓陽光照射在太陽能電池板上。第二層是一個(gè)帶有微控制器的電子元件層，可以激活LED燈，具有控制照明、通信和監(jiān)測功能。上面的電路可感知荷載、控制加熱單元，讓汽車在冰雪天氣也能正常行駛。第三層是防水的底盤層，除了保護(hù)上層電子元件干燥，還負(fù)責(zé)分配收集到的能量及數(shù)據(jù)信號。多塊太陽能公路面板相互連接變成一條智能太陽能公路，形成一個(gè)智能的分布式電網(wǎng)。圖4超韌玻璃的六邊形太陽能板目前，布魯索夫婦已經(jīng)在自家的車道上應(yīng)用了太陽能路面。在冬天它的化雪功能能夠正常使用，道路每年也可以正常工作，除了正常磨損，一切都好?，F(xiàn)在夫婦倆想要把這樣的道路推廣到公共停車場和人行道上，先從小規(guī)模做起，使道路能夠供電，也讓人們在冬天不用費(fèi)力去鏟雪了。布魯索夫婦已經(jīng)著手開始進(jìn)行原型階段的第二階段，包括建造一個(gè)停車場，用來測試太陽能道路電池板對氣候，重負(fù)荷及能量收集和LED有效性的耐久程度。另外，美國的綠色能源公司開發(fā)的像地磚一樣的太陽能電池板，面積為3.7m×3.7m，每天的發(fā)電量為7.6×10-3度電，每片的成本為6900美元。這種太陽能電池板可以鋪設(shè)在城市公路和人行道中，也可以鋪設(shè)在高速公路中。太陽能板上面鋪設(shè)高強(qiáng)度的高分子透明塑料板。這種塑料板透明度很高，可以讓陽光充分照射太陽能電池板。塑料板也十分牢固，而且不十分光滑，可以保證汽車在上面快速行駛而不打滑。遇到下雨天，特殊的構(gòu)造可以讓雨水迅速流走，而不會(huì)因?yàn)榉e水而影響汽車的行駛。獨(dú)具慧眼的公共太陽能高速公路公司已經(jīng)和凱斯內(nèi)斯能源（CaithnessEnergy）達(dá)成合作協(xié)議，從加州開始在全美各州開展太陽能發(fā)電項(xiàng)目。事實(shí)上，該項(xiàng)目已經(jīng)取得了加州交通部的支持。他們計(jì)劃在美國101國道沿線建立七座太陽能高架，從圣何塞一直延伸到吉爾蕾。公共太陽能高速公路公司表示，七座高架的光伏系統(tǒng)最高可以產(chǎn)生15兆瓦的電量。形象地說，它能夠滿足3000家庭的電力需求。經(jīng)過測算，一段1000米長的四車道高速公路的發(fā)電量可供300個(gè)家庭使用。如果美國的公路都能變成太陽能公路，即使太陽能電池的效率只有10%，那么這些高速公路利用太陽能所發(fā)的電能相當(dāng)于美國年耗電量的3倍，此外還能節(jié)省2倍的石油用量。這樣做的結(jié)果，美國的能源有望擺脫石油的束縛。太陽能高速公路同時(shí)還能解決其它的一些問題，如公路內(nèi)裝的傳感器用來監(jiān)控交通流量；加熱器（電熱絲）可防止寒冬時(shí)節(jié)冰雪滯留在公路上，能有效地防止路面結(jié)冰或積雪。下雨天通過路邊的落水管將雨水收集起來，經(jīng)過濾后可用于農(nóng)作物灌溉。某家公司研發(fā)的12英寸見方的太陽能道路板內(nèi)嵌了一些LED燈，可以在陰天或夜晚點(diǎn)亮變換成新車路線或是各種道路指示標(biāo)志。另外，在太陽能高速公路上行駛的電動(dòng)汽車可以直接在公路上充電，以有效地解決電動(dòng)汽車的續(xù)航問題。目前，推廣這種太陽能公路的最大的瓶頸是工程投入太大，成本太高。美國的能源局已經(jīng)撥款給負(fù)責(zé)研發(fā)的太陽能公路公司，以期大幅降低生產(chǎn)成本，讓太陽能高速公路變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，早日投入使用。2、意大利意大利作為世界上第一個(gè)建造高速公路的國家又將有一項(xiàng)新的創(chuàng)舉?？ㄋ醽?錫拉庫薩A18高速公路（西西里島600公里高速公路網(wǎng)絡(luò)中新增的一段30公里的公路）將成為一條完全由太陽能作為動(dòng)力的高速公路，而且將是世界上的第一條太陽能高速公路。意大利Pizzarotti公司籌劃、修建的這條卡塔尼亞-錫拉庫薩高速公路已于2011年1月1日向公眾開放。整段公路所需電力將百分之百地由沿路安裝的8萬個(gè)光伏太陽能板提供，包括路面照明、隧道通風(fēng)、道路指示牌、緊急電話等80萬套設(shè)施。整個(gè)太陽能電板的供電面積超過20公頃，預(yù)計(jì)總成本超過6000萬歐元，每年的太陽能發(fā)電量預(yù)計(jì)為1200萬千瓦時(shí)，這相當(dāng)于每年節(jié)約3.1萬噸石油，減少1萬噸二氧化碳排放。2011年，在西西里島地區(qū)，墨西拿-巴勒莫A20高速公路沿線安裝了總計(jì)36.8萬瓦的太陽能電板，并已經(jīng)能夠?yàn)?83公里長的沿線建筑提供電力。在意大利北部，波爾扎諾A22高速公路（途徑阿爾卑斯山脈延伸至奧地利）沿線的一個(gè)居民區(qū)安裝了防噪聲隔離帶。這一長達(dá)1公里的防噪聲隔離帶是由太能板制成的，并且每年能發(fā)電68萬千瓦時(shí)電，足以滿足當(dāng)?shù)?0%的用電需求。3、荷蘭荷蘭嘗試在普通道路上鋪設(shè)太陽能電池板。荷蘭應(yīng)用科學(xué)院成立了“太陽能之路”項(xiàng)目組，研發(fā)了一種新型的太陽能電池系統(tǒng)，通過一個(gè)聚光裝置將道路表面吸收的太陽光匯聚到一個(gè)小型的高效太陽能電池上。他們的太陽能裝置，準(zhǔn)備在阿姆斯特朗附近的一個(gè)小鎮(zhèn)上進(jìn)行試驗(yàn)行的道路鋪設(shè)。據(jù)科研人員估計(jì)，他們鋪設(shè)的太陽能道路，每年每平方米能生成約50千瓦時(shí)的電能，而荷蘭的每個(gè)家庭的年耗電量為3500千瓦時(shí)。在荷蘭北部的村莊阿芬霍倫，從60米長的路面和一個(gè)小停車場收集到的太陽能正在為一座有70套住房的四層樓房供暖。在附近的城市霍倫，夏天從3．6萬平方英尺（1平方英尺約合0．093平方米）的路面收集到的熱能被儲(chǔ)存起來，到了冬天，這些熱能被用來為大約16萬平方英尺的工業(yè)園區(qū)供暖。就目前情況看，太陽能作為一種新能源，它的發(fā)展瓶頸在于造價(jià)太高。太陽能在荷蘭被稱為“灰色能源”，因?yàn)樘柲馨l(fā)電的價(jià)格是傳統(tǒng)電力成本的3倍。荷蘭能源研究中心2014年7月16日發(fā)表了一個(gè)以太陽能面板當(dāng)做高速公路隔音墻的設(shè)計(jì)原型，這是荷蘭交通及水管理部委托的一項(xiàng)計(jì)劃。第一階段預(yù)計(jì)在鹿特丹以南30公里的小城多德雷赫特市附近的高速公路路段，裝設(shè)一段長度達(dá)450公尺、高度6公尺的太陽能隔音墻。目前，該公司正在用測試面板和太陽光仿真器進(jìn)行發(fā)電量測試，從而找出安裝這種隔音墻的最佳位置，真正的開發(fā)和建造將由荷蘭交通及水管理部在2015年進(jìn)行招標(biāo)。能源研究中心發(fā)言人說：“這種隔音墻不像傳統(tǒng)水泥墻，車輛駕駛或乘客覺得開車在高速公路上時(shí)，像被關(guān)在一個(gè)密閉的空間，以太陽能面板蓋成的隔音墻，能夠讓人看到墻外面的景物，不會(huì)感覺太封閉。最重要的是，這種隔音墻在隔離噪音的同時(shí)，還因?yàn)檠b設(shè)了雙面太陽能面板，能夠進(jìn)行發(fā)電”。這個(gè)項(xiàng)目的最大的挑戰(zhàn)是交通問題、怎樣去清除隔音墻上的灰塵？車輛往來的陰影，特別是大型貨車，會(huì)不會(huì)影響發(fā)電量等等?，F(xiàn)階段能源研究中心的解決方案，是將6米高的隔音墻分為兩部分，上面4米是安裝太陽能面板，面板上有一層特殊的涂料，下面的2米則由玻璃制成，這樣不僅降低成本，而且實(shí)用。另外，必須考慮裝置的安裝方向，以南北向安裝的話，上午就能靠東邊的太陽能板發(fā)電，下午靠西邊的太陽能板發(fā)電，這樣能大大增加發(fā)電量。這個(gè)創(chuàng)新工程已得到歐盟經(jīng)費(fèi)贊助，預(yù)計(jì)2016年中開始建造，荷蘭能源研究中心特別看好利用太陽能面板做為高速公路的隔音墻的前景，認(rèn)為這種隔音墻將成為多德雷赫特市的示范工程，將來這些太陽能產(chǎn)生的電力還可以為電動(dòng)汽車的充電站供電。國外媒體報(bào)道，世界上第一條太陽能自行車道由荷蘭SolaRoad公司研發(fā)、建設(shè)，并于2014年11月正式開通。這條太陽能道路位于英國一個(gè)叫克羅默尼的城鎮(zhèn)里，全長230英尺（70米），由2.4x3.3米的預(yù)制水泥混凝土板拼接而成，太陽能電池則被放置在了鋼化玻璃層之下（圖5）。圖5荷蘭建成世界首條太陽能自行車道這條太陽能道路是在水泥混凝土板里嵌入了晶體硅太陽能電池板，上面覆蓋著一層薄薄的鋼化玻璃。這層鋼化玻璃是起到保護(hù)作用的保溫玻璃層，外層路面是透明的，以保證陽光可以射入，但也相當(dāng)堅(jiān)固。這條太陽能自行車道能將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，每平方米每年可產(chǎn)生50千瓦小時(shí)的電量，可用于街燈、交通信號燈或供附近民宅使用。圖6是路面鋪設(shè)情況。圖6正在鋪設(shè)路面這條太陽能自行車道目前的造價(jià)是150萬歐元，并計(jì)劃在2016年拓展至100米，而那時(shí)的造價(jià)將會(huì)超過300萬歐元。SolaRoad的這項(xiàng)研究成果是世界首創(chuàng)，它將使荷蘭成為可持續(xù)創(chuàng)新的領(lǐng)導(dǎo)者。SolaRoad公司的官員表示，這種太陽能道路產(chǎn)生的能量可以為街道、交通信號燈和路邊的居民家庭提供能量。測試將持續(xù)三年，以進(jìn)一步發(fā)展太陽能。4、英國世界上第一個(gè)全國性高速公路電動(dòng)汽車充電站網(wǎng)絡(luò)，2011年9月在英國投入使用。這種免費(fèi)使用的\o"太陽能新聞專題"太陽能充電站已經(jīng)現(xiàn)身12個(gè)高速路服務(wù)區(qū)，并還將有18個(gè)服務(wù)區(qū)的免費(fèi)充電站投入使用。這一舉措意味著電動(dòng)汽車將第一次能夠行駛到英國的任何地方。充電站網(wǎng)絡(luò)由Ecotricity環(huán)境能源公司負(fù)責(zé)建設(shè)，公司創(chuàng)始人表示：“統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示電動(dòng)車在城鎮(zhèn)行駛時(shí)并不需要中途充電，真正需要充電的是城市間的高速公路。”每一個(gè)充電站都將提供100%的“\o"綠電新聞專題"綠電”，電力由Ecotricity環(huán)境能源公司遍布英國的風(fēng)力和太陽能發(fā)電場提供。如果使用32A快速充電站，電動(dòng)汽車在短短20分鐘內(nèi)便可完成充電，完全充滿需要兩個(gè)小時(shí)。較慢的13A充電站則為在服務(wù)區(qū)酒店過夜的駕駛者使用。2014年1月，世界上最大的太陽能發(fā)電橋在倫敦揭幕運(yùn)行，該橋頂共覆蓋4400塊太陽能電池板，可滿足該橋北岸繁忙的布萊克弗賴爾斯火車站一半的用電需求，并將減少大量的碳排放。5、德國2010年11月16日報(bào)導(dǎo)，德國阿沙芬堡高速公路上架起太陽能發(fā)電板，有效利用了閑置空間，這是德國最重要的太陽能發(fā)電項(xiàng)目。德國一條高速公路隧道里安裝了16000塊太陽能板，將提供2.8兆瓦的電量。這項(xiàng)計(jì)劃花費(fèi)1100萬歐元投資，需要16年才能收回投資。6、瑞士1989年，瑞士建成了第一個(gè)太陽能聲屏障系統(tǒng)，在保證降噪效果的同時(shí)，還可以利用太陽能發(fā)電?，F(xiàn)在，德國、英國、法國、意大利等國家都開始試用太陽能聲屏障。7、比利時(shí)歐洲Enfinity公司在比利時(shí)四號高速公路（HSL4）旁的鐵路隧道上，安裝了長達(dá)達(dá)2.1哩（約3.6公里）的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用了16000片太陽能板，總面積為50,000平方米（約8個(gè)足球場大?。?，總造價(jià)為2100萬美元。太陽能產(chǎn)生的電力使用在一些鐵路基礎(chǔ)設(shè)施上，包含照明、取暖、以及供給鄰近安特衛(wèi)普中央火車站的一半用電。一年的發(fā)電量為3300兆瓦時(shí)，約提供1000個(gè)家庭使用，一年可減少2400噸的二氧化碳排放。8、澳洲澳洲永續(xù)能源公司GoingSolar將太陽能板融入高速公路的隔音墻上。GoingSolar的第一個(gè)高速公路工程是在TullamarineCalder高速公路上實(shí)施的，這段太陽能板隔音墻長達(dá)500公尺。這套太陽能系統(tǒng)平均每年可輸出18.7兆瓦時(shí)的電力，為高速公路提供10%的照明電力，並減少26噸的二氧化碳廢氣排放量。其太陽能板來自德國的SchottSolar，由GoingSolar負(fù)責(zé)安裝。由于這段高速公路就位在住宅區(qū)附近，因此所產(chǎn)生的電力可以毫不費(fèi)工夫的供應(yīng)給附近的住家使用。值得一提的是這這個(gè)系統(tǒng)每年提供的18.7兆瓦時(shí)電力，將能在15年內(nèi)收回投資。此外，這種類型的太陽能板，也能透過非直射光源產(chǎn)生能量。9、日本2013年，日本佐賀縣準(zhǔn)備向利用太陽能電池板開展發(fā)電業(yè)務(wù)的運(yùn)營商頒發(fā)許可，允許其免費(fèi)占用該縣管理的地區(qū)高規(guī)格道路路基斜坡。作為發(fā)電設(shè)施設(shè)置場所的是有明海沿岸公路從久保田立交附近到福所江大橋共約2公里的南側(cè)斜坡（圖7）。合計(jì)面積約為1萬平方米。圖7右側(cè)是南側(cè)斜坡。六、國內(nèi)簡況在我國有些地區(qū)的的高速公路上，已經(jīng)應(yīng)用太陽能電源為監(jiān)控系統(tǒng)的一些外場設(shè)備供電。開始供電的對象僅是一些小功耗的設(shè)備，如全程監(jiān)控系統(tǒng)中的攝像機(jī)、微波檢測器等。從去年開始，在京港澳高速公路改擴(kuò)建工程中的石安區(qū)段的新建路段——邯鄲東南環(huán)（38公里）上，所有的外場機(jī)電設(shè)備全部采用太陽能來供電，以實(shí)現(xiàn)主線“去電纜化”，真正實(shí)現(xiàn)部、省交通部門提出的“國內(nèi)領(lǐng)先，國際一流”的科技示范路的創(chuàng)新目標(biāo)。目前，該工程正在安裝施工，預(yù)計(jì)到5月份可以竣工。從總體上考慮，國內(nèi)還沒有一個(gè)部門或單位提出過實(shí)現(xiàn)太陽能高速公路的設(shè)想和規(guī)劃，更不可能進(jìn)行某些研究、探索和試點(diǎn)。盡管如此，已經(jīng)有一些地方的高速公路利用服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站、隧道、聲屏障等沿線設(shè)施建立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，服務(wù)于設(shè)施內(nèi)部的供電、照明、取暖，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能、環(huán)保效果。下面的一些實(shí)例僅是其中的一部分。1、河南省2011年9月，京港澳高速公路安陽服務(wù)區(qū)建成了60千瓦（Wp）太陽能光伏電站并網(wǎng)發(fā)電。該電站是全國首座太陽能光伏電站，每年發(fā)電量為85850千瓦時(shí)，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤780噸，預(yù)計(jì)可穩(wěn)定運(yùn)行25年。。2、陜西省2014年1月，位于“十天高速”陜西段西鄉(xiāng)縣茶條嶺的高速公路110千瓦光伏電站項(xiàng)目完成接網(wǎng)交工驗(yàn)收。該項(xiàng)目采用用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電模式，預(yù)計(jì)年發(fā)電量為15.04萬千瓦時(shí)，所發(fā)電主要用于茶條嶺隧道內(nèi)的燈光照明、動(dòng)力服務(wù)，成為隧道供電重要組成部分，每年可節(jié)省費(fèi)用15萬元。電站運(yùn)營25年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1466噸，二氧化碳減排3749噸，二氧化硫減排113噸。3、福建省在永武高速公路一期路段上，建設(shè)了金雞嶺隧道太陽能發(fā)電系統(tǒng)和閩粵主線站太陽能發(fā)電系統(tǒng)。1）金雞嶺隧道太陽能發(fā)電系統(tǒng)該光伏發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能板采用臺(tái)灣產(chǎn)的單晶硅材料，太陽能板面積約624平方米，24臺(tái)逆變器采用德國進(jìn)口。每平方米太陽能板發(fā)電量約80瓦，每平方米太陽能板約1600元，每千瓦投資約3.9萬元，每臺(tái)逆變器約2.7萬元。該系統(tǒng)采用太陽能與市電并聯(lián)互補(bǔ)型系統(tǒng)（不饋入電網(wǎng)），向隧道照明設(shè)備供電，太陽能供電優(yōu)先，太陽能輸出功率不足時(shí)由市電補(bǔ)充供電。金雞嶺隧道照明總負(fù)載為44千瓦，使用多級回路控制，太陽能發(fā)電系統(tǒng)總功率為50千瓦，不用蓄電池作后備電源；控制器放置于配電房內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對照明回路控制。試運(yùn)行期間最大發(fā)電量達(dá)36千瓦，目前的發(fā)電量約為15千瓦。2）閩粵主線站太陽能發(fā)電系統(tǒng)該系統(tǒng)負(fù)責(zé)向LED情報(bào)板供電和向路燈夜間照明供電。向LED情報(bào)板供電與隧道太陽能供電方案類似，但太陽能發(fā)電系統(tǒng)功率僅有為15千瓦。太陽能板（采用非晶硅柔性板）安裝于收費(fèi)棚頂。白天太陽能系統(tǒng)與市電并聯(lián)互補(bǔ)發(fā)電，供應(yīng)大型LED情報(bào)板用電，情報(bào)板峰值功率26千瓦，正常工作功率為10千瓦，當(dāng)太陽光照不足時(shí)由市電補(bǔ)充供電。閩粵主線收費(fèi)站內(nèi)路燈和庭院景觀燈均改為LED等，由太陽能蓄電池供電，使用LED路燈和庭院燈的負(fù)載最大功率為3千瓦，配套太陽能發(fā)電系統(tǒng)總功率為10千瓦，按4天陰雨天考慮配置鉛酸膠體電池。4、四川省據(jù)2012年5月報(bào)道，四川省首個(gè)光伏發(fā)電高速公路服務(wù)區(qū)加油站在鹽邊落成，這是四川省內(nèi)首個(gè)利用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的高速公路服務(wù)區(qū)加油站。該項(xiàng)目位于攀西高速新九段附近的攀枝花服務(wù)區(qū)內(nèi)，由164塊太陽能光伏電池板組成30千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)。項(xiàng)目主要由20千瓦的微網(wǎng)固定系統(tǒng)和10千瓦的微網(wǎng)跟蹤系統(tǒng)組成，總投資135萬元，總裝機(jī)容量30千瓦，預(yù)計(jì)日用負(fù)荷可達(dá)15千瓦至20千瓦，全部供給高速公路攀枝花服務(wù)區(qū)加油站的生產(chǎn)和照明使用。5、其它從2011年起，國內(nèi)也有一些公司開始著手太陽能聲屏障、太陽能停車棚的研發(fā)、生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。太陽能的最大的優(yōu)點(diǎn)之一是它幾乎可以在任何地方不限規(guī)模的使用。由于公路兩側(cè)的隔音板沒有充分利用起來，加上道路聲屏障具有較大朝陽空間的特點(diǎn)，因此，高速公路聲屏障加裝\o"光伏新聞專題"光伏組件無疑是上佳選擇。光伏聲屏障在不影響原有道路聲屏障安全性、隔音吸聲性能的基礎(chǔ)上，將其作為\o"太陽能光伏新聞專題"太陽能光伏發(fā)電裝置的載體,做到一物兩用，有效發(fā)揮投資效益，更好地使用清潔能源。2013年，哈爾濱松北大道安裝了全長4300米的新型太陽能隔離墻（圖8），這種“新隔離帶”，設(shè)有S形金屬防眩板，可有效阻擋對向汽車射來的影響駕駛的燈光。太陽能電池板夜間發(fā)光，更加美觀、醒目。底座采用水泥材料，強(qiáng)度更高，更加堅(jiān)固耐用。圖8太陽能隔離帶另外，高速公路服務(wù)區(qū)以及一般建筑的露天停車場、別墅的停車位建設(shè)太陽能停車棚也是也是一種不錯(cuò)的選擇。尤其在高速公路上的休息站、加油站等供電成本較大的地方，更體現(xiàn)了它的優(yōu)勢：它可以作為休息站、加油站的供電設(shè)施，可以大大減少這些站點(diǎn)的供電投資。太陽能停車棚，是一種太陽能與停車結(jié)合的節(jié)能新產(chǎn)品，它既可以保護(hù)汽車不受太陽照射，又可以發(fā)電，同時(shí)又是一個(gè)漂亮的景觀。據(jù)初步測算，太陽能停車棚節(jié)能效果比較明顯，假設(shè)每個(gè)車棚發(fā)電量為2千瓦，一般在100個(gè)車棚以上就可以滿足高速路休息站的用電需要。8年左右就可以收回車棚的投資，一個(gè)太陽能車棚在25年的壽命期，將會(huì)為業(yè)主貢獻(xiàn)10萬元的利潤。至于單位的停車場那收益就更大了。六、關(guān)于造價(jià)和效益1、造價(jià)估計(jì)由于國外已經(jīng)建成的太陽能高速公路很少，很多國家尚處于摸索和試驗(yàn)階段，因此，確切的造價(jià)估算很困難，筆者只是收集到國外一些零碎的數(shù)據(jù)供參考。提出“太陽能公路”設(shè)想的布魯索夫婦認(rèn)為，太陽能公路的成本約是傳統(tǒng)公路造價(jià)的3倍。美國綠色能源公司已經(jīng)開發(fā)了這種“微型的太陽能高速公路”，一塊3.7米×3.7米見方的太陽能電池板，每天可以發(fā)電7.6×10-3度電，成本為6900美元。為此，美國能源局已經(jīng)給負(fù)責(zé)研制的太陽能公路公司（SolarRoadways）撥款，以期大幅度地降低生產(chǎn)成本，讓太陽能高速公路變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，早日投入使用。比利時(shí)一條3.6公里的太陽能高速公路，太陽能板的總面積為50000米2，年發(fā)電量為330萬千瓦，總造價(jià)為2100萬美元。意大利建造的世界上第一條太陽能高速公路，全長30公里，太陽能板的總面積為20萬平米，總造價(jià)為6000萬歐元，平均每公里造價(jià)為200萬歐元（折合人民幣1400萬元），每平米的造價(jià)為300歐元（折合人民幣2100元）。荷蘭的世界第一條太陽能自行車道，全長70米，造價(jià)是150萬歐元。大體上，國外的試驗(yàn)性太陽能高速公路的路面造價(jià)約為每平米500美元。按此推算，每公里車道的造價(jià)為175萬美元，四車道太陽能高速公路每公里的造價(jià)為700萬美元，按照當(dāng)前的換算率，約為4400萬人民幣。根據(jù)劉漢元委員的估算，按照當(dāng)前的建設(shè)水平，每公里車道的光伏電站建設(shè)的成本可控制在230萬元左右。2、效益情況由于目前國外尚未建成一條完整的、真正意義上的太陽能高速公路或太陽能公路，因此也談不上有確切的效益數(shù)據(jù)，多數(shù)都是估計(jì)或推測，但作為參考還是可用的。至于社會(huì)效益，大家都是公認(rèn)的：環(huán)保、綠色、節(jié)能、安全，節(jié)省大量土地，還能與市電并網(wǎng)提供居民用電等。關(guān)于經(jīng)濟(jì)效益，在前面的介紹中，已經(jīng)提到一些，發(fā)電量多少、可節(jié)約多少噸標(biāo)煤、石油，減排多少噸二氧化碳……；按照現(xiàn)有的補(bǔ)貼及脫硫電價(jià)計(jì)算，每年可直接產(chǎn)生多少億元的經(jīng)濟(jì)效益等。下面列舉一些預(yù)測的數(shù)據(jù)做參考：1）國外情況美國一段一公里長的四車道高速公路發(fā)電量可供300個(gè)家庭使用。美國加州101國道上七座太陽能高架，其光伏系統(tǒng)可以生產(chǎn)15兆瓦的電量。意大利A18公里里長30公里，沿沿線安裝的太太陽能光伏裝裝置將百分之之百滿足沿線線80萬個(gè)設(shè)施施的電力需求求。路面上的的光伏設(shè)備每每年發(fā)電量為為1200萬千千瓦時(shí)，相當(dāng)當(dāng)于每年節(jié)約約31萬噸石油油，并減排110萬噸二氧氧化碳的排放放量。荷蘭鋪設(shè)的太陽能能道路，每平平方米能生成成約50千瓦時(shí)的的電能，而荷荷蘭每個(gè)家庭庭的年耗電為為3500千瓦瓦時(shí)，故700平方米的太太陽能道路就就可以提供一一個(gè)家庭的用用電量。…………。2）國內(nèi)情況劉漢元委員分分析，到20012年底，我我國的高速公公路總里程已已達(dá)9.622萬公里，全全國高速公路路的車道里程程為42.446萬公里。按按照每條車道道3.5米計(jì)算，單條條車道的空間間面積約為33500米2。如果實(shí)際際裝機(jī)容量按按15米2/千瓦計(jì)算，則每公公里的光伏容容量為2300千瓦,。而全國高高速公路僅車車道總面積就就達(dá)14.886億米2，如利用全全國高速公路路建設(shè)太陽能能光伏電站，總總裝機(jī)容量近近1000億瓦；即便只只有50%的高速速公路具備裝裝機(jī)條件，裝裝機(jī)容量也可可達(dá)500億瓦，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超超過全國現(xiàn)有有總裝機(jī)容量量，年發(fā)電量量可達(dá)4900億度，約占占全國全年消消耗量的9%%，且每年能能節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤煤1953萬噸噸，二氧化碳碳減排52000萬噸，按按照現(xiàn)有的補(bǔ)補(bǔ)貼及脫硫電電價(jià)計(jì)算，每每年可直接產(chǎn)產(chǎn)生450億元的的經(jīng)濟(jì)效益。高速公路建設(shè)設(shè)太陽能光伏伏電站，單車車道每公路每每年的發(fā)電量量就可直接產(chǎn)產(chǎn)生大約25萬元的財(cái)財(cái)富，而同等等單車道每公公里對應(yīng)的農(nóng)農(nóng)田每年的收收益僅為20000元左右右。劉漢元說，充分利利用我國高速速公路沿線及及其服務(wù)區(qū)、停停車場，推動(dòng)動(dòng)太陽能光伏伏電站建設(shè)，能能滿足高速公公路沿線通信信設(shè)施、視頻頻監(jiān)控系統(tǒng)、服服務(wù)區(qū)等運(yùn)行行用電需要。“光光伏電站的物物理結(jié)構(gòu)還可可以為高速公公路遮陽擋雨雨，避免強(qiáng)光光照射使駕駛駛員眩暈，同同時(shí)，高速公公路的預(yù)防性性養(yǎng)護(hù)對于降降低養(yǎng)護(hù)成本本、減少因道道路性能下降降導(dǎo)致惡性交交通事故發(fā)生生的風(fēng)險(xiǎn)具有有重要意義。”七、存在的主要問問題如上所述，要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)太陽能高速速公路必須解解決兩個(gè)關(guān)鍵鍵問題：路面面結(jié)構(gòu)和造價(jià)價(jià)。路面材料摸索前面已經(jīng)介紹，太太陽能高速公公路的路面分分為三層，其其中最上層為為透明的保護(hù)護(hù)層。該層有有兩個(gè)作用：：一是保護(hù)內(nèi)內(nèi)部的太陽能能光伏組件，同同時(shí)也讓太陽陽光透過；二二是要承載路路面上各種載載荷的正常通通過，即要滿滿足作為路面面的所有一切切條件，如堅(jiān)堅(jiān)硬度、粗糙糙度和摩擦力力等。由此可見，太陽能能高速公路的的路面既要滿滿足規(guī)定的交交通需求（足