太陽能交通漫談

■ 伍細(xì)玖

一 引言

日常生活中，人們一般將太陽電池板設(shè)置于建筑物的頂部，避開遮擋物以便于接收太陽輻射能，這是目前最廣泛的一種太陽能利用方式。但是，在交通路面領(lǐng)域，例如高速路、高架立交橋等，雖擁有綿長廣闊的路面空間，但卻沒有被充分利用。世界各國科技人員已將太陽能為交通工具提供動力視為重要的研究課題。本文主要對世界上交通路面領(lǐng)域的太陽能應(yīng)用情況進(jìn)行介紹。

二 架設(shè)于交通路面上的太陽能發(fā)電裝置

筆者發(fā)明的專利“架設(shè)于交通路面上的太陽能發(fā)電裝置”(申請?zhí)枺篊N200920062418.X)就是利用所有交通路面(如公路、鐵路、高架橋、河、涌)的上方空間架設(shè)太陽電池板來發(fā)電的一種發(fā)電裝置，如圖1所示。這種發(fā)電裝置是在所有交通路面的上方發(fā)電，其所有的面積之大，是其他太陽能發(fā)電項目無法比擬的。對于需發(fā)展超大型的太陽能發(fā)電場是最合適的場地，而且安裝方便，容易維護(hù)，送電距離較近，電力輸送損耗小，架設(shè)施工方便，不會破壞環(huán)境，不失為當(dāng)前發(fā)展太陽能很有前途的一個方法。

在交通路面的上方架設(shè)太陽能發(fā)電板，如果能夠采取合理、科學(xué)的架設(shè)方法(如透光、防水，堅固、自動追光裝置等)，還能有效防止路面積雪、陽光曝曬而造成的路面龜裂。在此基礎(chǔ)上，還能安裝通迅、供電電纜，太陽能熱水器等。此項目工程已在德國的公路及美國的洲際公路上實施并發(fā)電，其發(fā)電效果良好。

圖1 架設(shè)于交通路面上的太陽能發(fā)電裝置圖

三 美國州際公路上的太陽能應(yīng)用

美國有不少州際公路上沒有路燈，為減少夜間公路高速行駛的危險，設(shè)計師Tyson Steele為這些公路設(shè)計了一款太陽能設(shè)備(圖2)，它們像是一座座橋一樣橫跨于公路之上，依靠鋼纜固定于公路兩旁。這些供夜間照明使用的太陽能設(shè)備，不僅夏季可保持路面的清爽，冬季還可減少路面積雪，防止車輛出現(xiàn)過度打滑狀態(tài)，有效減少交通事故的發(fā)生。此外，這款太陽能設(shè)備還能將多余的能量輸送到鄰近的城市使用。

圖2

四 日本高速公路上的太陽能系統(tǒng)

2011年中日本高速公路株式會社(NEXCO中日本)運(yùn)營的“名古屋第二環(huán)狀汽車道”植田、有松、鳴海三個路段，安裝了京瓷提供的總輸出功率約2MW(約9500塊)的太陽電池組件，成為日本高速公路上最大的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。考慮到周圍建有住宅樓等情況，采用的是對組件表面進(jìn)行防反光處理的“防眩型組件”。

此發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)電力將用作調(diào)整公路照明以及收費站等設(shè)施的一部分電源。每年的發(fā)電量可高達(dá)218萬kWh，相當(dāng)于約460戶(每戶每年的電耗按4734kWh計算)一般家庭的用電量。可以滿足該高速公路(名古屋南JCT～高針JCT)使用電力的約40%。

五 倫敦最大的太陽能橋

在維多利亞時期建造的倫敦黑衣修士橋上，太陽能世紀(jì)公司正在安裝覆蓋面積為6000m2的太陽電池板，屆時黑衣修士橋有望成為世界上最大的太陽能橋。建成后黑衣修士橋頂部將覆蓋4400塊巨型太陽電池板，每年生產(chǎn)電力約90萬kWh，可滿足大橋50%的能源需求，且每年將減少二氧化碳排放500t多，相當(dāng)于35個美國家庭一年的排放總量。

圖4 覆蓋有太陽電池板的倫敦黑衣修士橋

六 歐洲第一條太陽能鐵路軌道

雖然目前大部分火車已采用電力作為驅(qū)動能源，但其中絕大多數(shù)車輛使用的電力來自非綠色能源，比如來自火力發(fā)電站的電力。2011年6月比利時開通了一條部分使用太陽能的火車，為太陽能及其他清潔能源在大型鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)內(nèi)的使用，創(chuàng)造一個成功的先例。作為全球首列太陽能火車，比利時的這列太陽能火車其動力能源既非來自核電站也非煤炭，火車運(yùn)行所需電力全部由1.6萬塊設(shè)置在高速鐵路隧道頂板的太陽電池板提供。這種實地供電不僅減少能耗，還降低運(yùn)輸成本。

為了防止對自然環(huán)境造成破壞，鐵路上方覆蓋了隔板，形成全長3.6km的隧道，隧道頂部被認(rèn)為是放置太陽電池板的最佳位置。隧道頂部共安裝16萬塊太陽電池板，太陽電池板總面積達(dá)5萬m2，相當(dāng)于8個籃球場，每年約可產(chǎn)生3300MW的電量，相當(dāng)于約1000個家庭的年用電量，工程投資約1570萬歐元。太陽能產(chǎn)生的電力主要用于照明、信號等鐵路基礎(chǔ)設(shè)施以及電源供給。