太陽能(高速)公路綜述

14太陽能〔高速〕大路綜述沈恂達(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，參考國外已有的閱歷和做法，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正確統(tǒng)一的方案[1]。劉委員提出的建議就是建設(shè)所謂的“太陽能高速大路在此前，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“利用高速大路實(shí)現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電的設(shè)想”[2]。其實(shí)，世界上第一個(gè)提出“太陽能〔高速〕大路”概念的是美國愛荷達(dá)州的一對(duì)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“太陽能大路”的概念和夢(mèng)想，并進(jìn)展了一系列的爭(zhēng)論、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)展了爭(zhēng)論、探究和試驗(yàn)。2011年，世界上第一條太陽能高速大路〔A18大路〕在意大利建成，并向公眾開放?！疤柲芨咚俅舐贰笔且粋€(gè)全的概念，是太陽能應(yīng)用創(chuàng)的大膽設(shè)想。爭(zhēng)論和試驗(yàn)說明，這種太陽能高速大路的優(yōu)點(diǎn)很多，節(jié)能、環(huán)保、智能、安全、分散，也可以節(jié)約大量的土地，其最終的、最直接的結(jié)果就是可以漸漸讓人們不再那么依靠煤和石油等礦物燃料。雖然目前太陽能高速大路的建設(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)。但歷史上沒有一蹴而就的制造，制造首先需要想象。二、太陽能高速大路的含義1、含義所謂太陽能高速大路是指：利用高速大路的路面、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，并為大路設(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)〔1〕路面光伏發(fā)電系統(tǒng)顧名思義是指：利用高速大路路面作為載體實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的系統(tǒng)，通常稱為“太陽能高速大路大路”或“太陽能大路〔見圖：最下層：為根底層或承載層，用來隔絕土壤的濕氣，避開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：為透亮的保護(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全部一切條件，如堅(jiān)硬度、粗糙度和摩擦力等。這種特別的型路面光學(xué)材料可以是透亮陶瓷、聚光透鏡或特別的玻璃鋼。本文主要介紹的是路面光伏發(fā)電系統(tǒng)。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：利用高速大路沿線的一些設(shè)施安裝光伏板來發(fā)電，如效勞區(qū)建筑物屋頂和側(cè)墻、停車場(chǎng)、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、理論設(shè)想設(shè)高速大路的路面。這種型的路面材料〔如透亮陶瓷和聚光透鏡等又要滿足對(duì)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)到達(dá)高速大路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，從而確保高速大路的行車安全。1路面光伏發(fā)電發(fā)電系統(tǒng)2路面光伏發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成3大路邊坡太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)三、我國的太陽能資源簡(jiǎn)述每秒鐘太陽輻射抵達(dá)地球外表的8.0×1013kW550萬噸的標(biāo)煤燃燒產(chǎn)生的能量。我國陸地外表每年接收的太陽能就相當(dāng)1700億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。2/32000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)太陽能資源狀況及分類如表1所示：類型地區(qū)1類型地區(qū)12西藏西部、疆東南部、青海西部、甘肅西部西藏東南部、疆南部、青海東部、寧夏南部、年日照時(shí)數(shù)〔時(shí)〕日輻射量〔千瓦小時(shí)/2〕5.1～6.4甘肅中部、內(nèi)蒙古、山西北部、河北西北部3 疆北部、甘肅東南部、山西南部、山西北部、河北東南部、山東、河南、吉林、遼寧、云南、2200～30003.8～4.5廣東南部、福建南部、江蘇北部、安徽北部4 湖南、廣西、江西、浙江、湖北、福建北部、廣東北部、山西南部、江蘇南部、安徽南部、黑龍1400～22003.2～3.8江5 四川、貴州1000～14002.5～3.2由表17～9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，不太適宜于太陽能標(biāo)準(zhǔn)發(fā)電的應(yīng)用。四、太陽能高速大路發(fā)電量的理論估算1、路面太陽能高速大路假設(shè)：高速大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W〔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)載供給的發(fā)電量為〔瓦時(shí)數(shù)，〔3〕假設(shè)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大路的有效寬度為20〔硬路肩寬度，則每公里的路面面積為200002900〔千瓦小時(shí)328.50〔千瓦小時(shí)/k2014年底，全國高速大路的通車?yán)锍碳s為110000km，假設(shè)都用來發(fā)電的話，每年的發(fā)電量約為3613201455459億〔度〕6.5%20148.7%。固然，這僅僅是個(gè)理論值，由于，不行能全國的高速大路都用來太陽能發(fā)電。2、聲屏障和防撞護(hù)欄太陽能光伏發(fā)電同樣，也可以利用高速大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。依據(jù)上述條件計(jì)算可得：每塊22的組件，每天可以發(fā)電0.5度電η取102000塊〔豎裝〕這樣的光伏組件，故每天至少可以供給1000〔度〕的電量。依據(jù)目前的高速大路機(jī)電工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備配置要求，改擴(kuò)建后的京港澳高速大路石安段每公里的〔高清攝像機(jī)+微波檢測(cè)器+LED可變信息標(biāo)志+號(hào)角喇叭等10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公里的高速大路外場(chǎng)設(shè)備供電。此外，光伏發(fā)電組件供給的這些電量，除了給沿線的全部機(jī)電設(shè)備全天供電外，還可以為沿線四周的局部居民供給足夠的用電量。固然，這需要與現(xiàn)有的電網(wǎng)并網(wǎng)工作。五、國外進(jìn)展動(dòng)態(tài)1、美國美國是最早爭(zhēng)論太陽能高速大路的國家。2006年，美國愛達(dá)荷州的一對(duì)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)的瀝青來建筑所謂的“太陽能大路”的夢(mèng)想，并得到了美國聯(lián)邦大路治理局的研發(fā)資金支持。高硬度又具有浮凸構(gòu)造的玻璃做太陽能電池板的路面。太陽能大路由嵌入超韌玻璃的六邊形太陽能板建筑而成〔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。堅(jiān)硬度、粗糙度和摩擦力，并且可以讓陽光照耀在太陽能電池板上。高硬度又具有浮凸構(gòu)造的玻璃做太陽能電池板的路面。太陽能大路由嵌入超韌玻璃的六邊形太陽能板建筑而成〔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。堅(jiān)硬度、粗糙度和摩擦力，并且可以讓陽光照耀在太陽能電池板上。其次層是一個(gè)帶有微掌握器的電子元件層，可以激活LED燈，具有掌握照明、通信和監(jiān)測(cè)功能。上面的電路可感知荷載、掌握加熱單元，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)上層電子元件枯燥，還負(fù)責(zé)安排收集到的能量及數(shù)據(jù)信號(hào)。多塊太陽能大路面板相互連接變成一條智能太陽能大路，形成一個(gè)智能的分布式電網(wǎng)。第三層是防水的底盤層，除了保護(hù)上層電子元件枯燥，還負(fù)責(zé)安排收集到的能量及數(shù)據(jù)信號(hào)。多塊太陽能大路面板相互連接變成一條智能太陽能大路，形成一個(gè)智能的分布式電網(wǎng)。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(chǎng)和人行道上，先從小規(guī)模做起，使道路能夠供電，也讓人們?cè)诙觳挥觅M(fèi)力去鏟雪了。板對(duì)氣候，重負(fù)荷及能量收集和LED有效性的耐久程度。3.7m×3.7m，每天的發(fā)電量為7.6×10-3度電，每片的本錢為6900美元。這種太陽能電池板可以鋪設(shè)在城市大路和人行道中，也可以鋪設(shè)在高速大路中。太陽能板上面鋪設(shè)高強(qiáng)度的高分子透亮塑料板。這種塑料板透亮度很高，可以讓陽光充分照耀太陽能電池板。塑料板也格外結(jié)實(shí)，而且不格外光滑，可以保證汽車在上面快速行駛而不打滑。遇到下雨天，特別的構(gòu)造可以讓雨水快速流走，而不會(huì)由于積水而影響汽車的行駛。獨(dú)具慧眼的公共太陽能高速大路公司已經(jīng)和凱斯內(nèi)斯能源〔CaithnessEnergy〕達(dá)成合作協(xié)議，從加州101國道沿線建立七座太陽能高架，從圣何塞始終延長(zhǎng)到吉爾蕾。公共太陽能高速大路公司表示，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3000家庭的電力需求。經(jīng)過測(cè)算，一段1000米長(zhǎng)的四車道高速大路的發(fā)電量可供300個(gè)家庭使用。假設(shè)美國的大路都能變成太陽能大路，即使太陽能電池的效率只有10%，那么這些高速大路利用太陽能所發(fā)的電能相當(dāng)于美國年32太陽能高速大路同時(shí)還能解決其它的一些問題，如大路內(nèi)裝的傳感器用來監(jiān)控交通流量；加熱器〔電熱絲〕可防止寒冬季節(jié)冰雪滯留在大路上，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)作物澆灌。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)亮變換成車路線或是各種道路指示標(biāo)志。另外，在太陽能高速大路上行駛的電動(dòng)汽車可以直接在大路上充電，以有效地解決電動(dòng)汽車的續(xù)航問題。目前，推廣這種太陽能大路的最大的瓶頸是工程投入太大，本錢太高。美國的能源局已經(jīng)撥款給負(fù)責(zé)研發(fā)的太陽能大路公司，以期大幅降低生產(chǎn)本錢，讓太陽能高速大路變?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)建筑高速大路的國家又將有一項(xiàng)的創(chuàng)舉?？ㄋ醽喴獯罄鳛槭澜缟系谝粋€(gè)建筑高速大路的國家又將有一項(xiàng)的創(chuàng)舉?？ㄋ醽?A18高速大路〔西西里島600公里高速大路網(wǎng)絡(luò)中增的一段30公里的大路〕將成為一條完全由太陽能作為動(dòng)力的高速大路，而且將是世界上的第一條太陽能高速大路。意大利Pizzarotti公司籌劃、修建的這條卡塔尼亞-錫拉庫薩高速大路已于2011年1月1日向公眾開放。整段大路所需電力將百分之百地由沿路安裝的8萬個(gè)光伏太陽能板供給，包括路面照明、隧道通風(fēng)、道80萬套設(shè)施。整個(gè)太陽能電板的供電面積超過20公頃，估量總本錢超過6000萬歐元，每年的太陽能發(fā)電量估量為1200萬千瓦時(shí)，這相當(dāng)于每年節(jié)約3.1萬噸石油，削減1萬噸二氧化碳排放。2011年，在西西里島地區(qū)，墨西拿-A20高速大路沿線36.8萬瓦的太陽能電板，并183公里長(zhǎng)的沿線建筑供給電力。在意大利北部，波爾扎諾A22高速大路〔途徑阿爾卑斯山脈延長(zhǎng)至奧地利〕沿線的一個(gè)居民區(qū)安裝了防噪聲隔離帶168萬千瓦時(shí)電，足20%的用電需求。3、荷蘭荷蘭嘗試在一般道路上鋪設(shè)太陽能電池板。荷蘭應(yīng)用科學(xué)院成立了“太陽能之路”工程組，研發(fā)了一種型的太陽能電池系統(tǒng)，通過一個(gè)聚光裝置將道路外表吸取的太陽光會(huì)聚到一個(gè)小型的高效太陽能電池上。他們的太陽能裝置，預(yù)備在阿姆斯特朗四周的一個(gè)小鎮(zhèn)上進(jìn)展試驗(yàn)行的道路鋪設(shè)。據(jù)科研人員估量，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)3500千瓦時(shí)。60米長(zhǎng)的路面和一個(gè)小停車場(chǎng)收集到的太陽能正在為一座有70套住房的四層樓房供暖。在四周的城市霍倫，夏天從3．6萬平方英尺〔10．093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。就目前狀況看，太陽能作為一種能源，它的進(jìn)展瓶頸在于造價(jià)太高。太陽能在荷蘭被稱為“灰色能3倍。2014716日發(fā)表了一個(gè)以太陽能面板當(dāng)做高速大路隔音墻的設(shè)計(jì)原型，這是荷蘭交通及水治理部托付的一項(xiàng)打算。第一階段估量在鹿特丹以南30公里的小城多德雷赫特市四周的高速大路路段，裝設(shè)一段長(zhǎng)度達(dá)4506公尺的太陽能隔音墻。目前，該公司正在用測(cè)試面板和太陽光仿真器進(jìn)展發(fā)電量測(cè)試，從而找出安裝這種隔音墻的最正確位置，真正的開發(fā)和建筑將由荷蘭交通及水治理2015年進(jìn)展招標(biāo)。能源爭(zhēng)論中心發(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大路上時(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)，還由于裝設(shè)了雙面太陽能面板，能夠進(jìn)展發(fā)電”。會(huì)不會(huì)影響發(fā)電量等等?，F(xiàn)階段能源爭(zhēng)論中心的解決方案，是將6米高的隔音墻分為兩局部，4米是安裝太陽能面板，面板上有一層特別的涂料，下面的2米則由玻璃制成，這樣不僅降低本錢，而且有用。另外，必需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)工程已得到歐盟經(jīng)費(fèi)贊助，估量2016年中開頭建筑，荷蘭能源爭(zhēng)論中心特別看好利用太陽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。太陽能自行車道SolaRoad201411月正230英尺〔70米2.4x3.3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〔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，上面掩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，外層路面是透亮的，以保證陽光可以射入，但也相當(dāng)結(jié)實(shí)。這條太陽能自行車道能將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，50千瓦小時(shí)的電量，可用于街燈、交通信號(hào)燈或供四周民宅使用。66正在鋪設(shè)路面這條這條太陽能自行車道目前的造價(jià)是150萬歐元，并打算在2016年拓展至100米，而那時(shí)的造300SolaRoad的這項(xiàng)爭(zhēng)論成果是世界首創(chuàng)，它將使荷蘭成為可持續(xù)創(chuàng)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(hào)燈和路邊的居民家庭供給能量。測(cè)試將持續(xù)三年，以進(jìn)一步進(jìn)展太陽能。4、英國世界上第一個(gè)全國性高速大路電動(dòng)汽車充電站網(wǎng)絡(luò)，20119太陽能1218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大路?！泵恳粋€(gè)充電站都將供給100%的“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32A2013A20141月，世界上最大的太陽能發(fā)電橋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，并將削減大量的碳排放。5、德國20102010年11月16日?qǐng)?bào)導(dǎo)，德國阿沙芬堡高速大路上架起太陽能發(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)電工程。160002.81100萬歐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、意大利等國家都開頭試用太陽能聲屏障。7、比利時(shí)Enfinity公司在比利時(shí)四號(hào)高速大路〔HSL4〕旁的鐵路隧道2.1哩〔3.6公里〕的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用了1600050,000平方米〔8個(gè)足球場(chǎng)大小，總造價(jià)為2100給鄰近安特衛(wèi)普中心火車站的一半用電。一年的發(fā)電量為3300兆瓦時(shí)，約供給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)能源公司澳洲永續(xù)能源公司GoingSolar將太陽能板融入高速大路的隔音墻上。GoingSolar的第一個(gè)高速大路工程是在TullamarineCalder高速大路上實(shí)施的，這段太陽能板隔音墻長(zhǎng)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，為高速大路供給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。由于這段高速大路就位在住宅區(qū)四周，因此所產(chǎn)生的電力可以毫不費(fèi)工夫的供給給四周的住家使用。值得一提的是這這個(gè)系統(tǒng)每年供給的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。99、日本2013治理的地區(qū)高規(guī)格道路路基斜坡。作為發(fā)電設(shè)施設(shè)置場(chǎng)所的是有明海沿岸大路從久保田立交四周到福所江2公里的南側(cè)斜坡〔7〕1萬平方米。圖7右側(cè)是南側(cè)斜坡。六、國內(nèi)簡(jiǎn)況在我國有些地區(qū)的的高速大路上，已經(jīng)應(yīng)用太陽能電源為監(jiān)控系統(tǒng)的一些外場(chǎng)設(shè)備供電。開頭供電的對(duì)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(cè)器等。從去年開頭，在京港澳高速大路改擴(kuò)建工程中的石安區(qū)段的建路段——邯鄲東南環(huán)〔38公里〕上，全部的外場(chǎng)機(jī)電設(shè)備全部承受太陽能來供電，以實(shí)現(xiàn)主線“去電纜化一流”的科技示范路的創(chuàng)目標(biāo)。目前，該工程正在安裝施工，估量到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)太陽能高速大路的設(shè)想和規(guī)劃，更不行能進(jìn)展某些爭(zhēng)論、探究和試點(diǎn)。盡管如此，已經(jīng)有一些地方的高速大路利用效勞區(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)，效勞于設(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)例僅是其中的一局部。1、河南省20119月，京港澳高速大路安陽效勞區(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85850780252、陜西省2014年1月，位于“十天高速”陜西段西鄉(xiāng)縣茶條嶺的高速大路110千瓦光伏電站工程完成接網(wǎng)交工驗(yàn)收。該工程承受用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電模式，估量年發(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)力效勞，成為隧道供電重要組成局部，每年可節(jié)約費(fèi)用1525年可節(jié)約。3、福建省在永武高速大路一期路段上，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)。金雞嶺隧道太陽能發(fā)電系統(tǒng)該光伏發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能板承受臺(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8016003.9萬元，每臺(tái)逆變器約2.7萬元。該系統(tǒng)承受太陽能與市電并聯(lián)互補(bǔ)型系統(tǒng)〔不饋入電網(wǎng)〕，向隧道照明設(shè)備供電，44千瓦，使用多級(jí)回路掌握，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；掌握器放置于配電房?jī)?nèi)，實(shí)現(xiàn)比照明回路掌握。試運(yùn)行期間最大發(fā)電量達(dá)3615千瓦。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〔承受非晶硅柔性板〕安裝于收費(fèi)棚頂。白天太陽LED26千瓦，正常工作功率為10千瓦，當(dāng)太陽光照缺乏時(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L(zhǎng)ED等，由太陽LED310千瓦，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)電高速大路效勞區(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)的高速大路效勞區(qū)加油站。該工程位于攀西高速九段四周的攀枝花效勞區(qū)內(nèi)，由164302010千瓦的微網(wǎng)135301520千瓦，全部供給高速大路攀枝花效勞區(qū)加油站的生產(chǎn)和照明使用。5、其它從2011年起，國內(nèi)也有一些公司開頭著手太陽能聲屏障、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。由于大路兩側(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，高速大路聲屏障加裝光伏組件無疑是上佳選擇。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4300米的型太陽能隔離墻〔8〕，這種“隔離帶”，設(shè)有S太陽能電池板夜間發(fā)光，更加美觀、醒目。底座承受水泥材料，強(qiáng)度更高，更加結(jié)實(shí)耐用。8太陽能隔離帶太陽能停車棚，是一種太陽能與停車結(jié)合的節(jié)能產(chǎn)品，它既可以保護(hù)汽車不受太陽照耀，又可以發(fā)電，同時(shí)又是一個(gè)秀麗的景觀。據(jù)初步測(cè)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2100太陽能停車棚，是一種太陽能與停車結(jié)合的節(jié)能產(chǎn)品，它既可以保護(hù)汽車不受太陽照耀，又可以發(fā)電，同時(shí)又是一個(gè)秀麗的景觀。據(jù)初步測(cè)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2100個(gè)車棚以825年的壽命期，將會(huì)為業(yè)主奉獻(xiàn)10萬元的利潤(rùn)。至于單位的停車場(chǎng)那收益就更大了。六、關(guān)于造價(jià)和效益1、造價(jià)估量由于國外已經(jīng)建成的太陽能高速大路很少，很多國家尚處于摸索和試驗(yàn)階段，因此，精準(zhǔn)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“太陽能大路”設(shè)想的布魯索夫婦認(rèn)為，太陽能大路的本錢約是傳統(tǒng)大路造價(jià)的3倍。美國綠色能源公司已經(jīng)開發(fā)了這種“微型的太陽能高速大路3.73.7米見方的太陽能電池板，每天可以發(fā)電7.6×10-3度電，本錢為6900美元。為此，美國能源局已經(jīng)給負(fù)責(zé)研制的太陽能大路公司〔SolarRoadways〕撥款，以期大幅度地降低生產(chǎn)本錢，讓太陽能高速大路變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，早日投入使用。3.6500002330萬千瓦，2100萬美元。意大利建筑的世界上第一條太陽能高速大路，全長(zhǎng)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2100元。荷蘭的世界第一條太陽能自行車道，全長(zhǎng)70150萬歐元。大體上，國外的試驗(yàn)性太陽能高速大路的路面造價(jià)約為每平米500美元。按此推算，每公里車道的造價(jià)為1757004400萬人民幣。依據(jù)劉漢元委員的估算，依據(jù)當(dāng)前的建設(shè)水平，每公里車道的光伏電站建設(shè)的本錢可掌握在230萬元左右。2、效益狀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大路或太陽能大路，因此也談不上有精準(zhǔn)的效益數(shù)據(jù)，多數(shù)都是估量或推想，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)約大量土地，還能與市電并網(wǎng)供給居民用電等。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??；依據(jù)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。下面列舉一些推測(cè)的數(shù)據(jù)做參考：國外狀況美國一段一公里長(zhǎng)的四車道高速大路發(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公里長(zhǎng)3080萬個(gè)設(shè)施的電力12003110萬噸二氧化碳的排放量。荷蘭鋪設(shè)的太陽能道路，每平方米能生成約50千瓦時(shí)的電能，而荷蘭每個(gè)家庭的年耗電為3500千瓦時(shí)，故70平方米的太陽能道路就可以供給一個(gè)家庭的用電量。????。國內(nèi)狀況20129.62萬公里，全國高速大路的車道里程42.463.5米計(jì)算，單條車道的空間面積約為35002。假照實(shí)際裝機(jī)容量按152/230千瓦,14.862，如利用全國高速大路建設(shè)太陽能光伏電站，總裝機(jī)容量近1000億瓦；即便只有50%的高速大路具備裝機(jī)條件，500億瓦，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過全國現(xiàn)有總裝機(jī)容量，年發(fā)電量可達(dá)490億度，約占全國全年消耗量的9%19535200萬噸，依據(jù)現(xiàn)有的補(bǔ)貼及脫硫電價(jià)計(jì)算，每450億元的經(jīng)濟(jì)效益。高速大路建設(shè)太陽能光伏電站，單車道每大路每年的發(fā)電量就可直接產(chǎn)生大約25萬元的財(cái)寶，而同等單車道每公里對(duì)應(yīng)的農(nóng)田每年的收益僅為2000元左右。劉漢元說，充分利用我國高速大路沿線及其效勞區(qū)、停車場(chǎng)，推動(dòng)太陽能光伏電站建設(shè)，能滿足高速陽擋雨，避開強(qiáng)光照耀使駕駛員眩暈，同時(shí)，高速大路的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)對(duì)于降低養(yǎng)護(hù)本錢、削減因道路性能下降導(dǎo)致惡性交通事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義七、存在的主要問題如上所述，要實(shí)現(xiàn)太陽能高速大路必需解決兩個(gè)關(guān)鍵問題：路面構(gòu)造和造價(jià)。1前面已經(jīng)介紹，太陽能高速大路的路面分為三層，其中最上層為透亮的保護(hù)層。該層有兩個(gè)作用：一是保護(hù)內(nèi)部的太陽能光伏組件，同時(shí)也讓太陽光透過；二是要承載路面上各種載荷的正常通過，即要滿足作為路面的全部一切條件，如堅(jiān)硬度、粗糙度和摩擦力等。由此可見，太陽能高速大路的路面既要滿足規(guī)定的交通需求〔足夠的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、耐久性以及平坦性和抗滑的要求等，又要滿足接收足夠的太陽光的輻射量，即保證光伏電池組件的轉(zhuǎn)換效率。目前，國外的科技人員正在爭(zhēng)論