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。
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。”
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。
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。