文章来源：中国沥青路面网

太阳能是地球上最为丰富的可再生资源，取之不尽，用之不竭。美国太阳能公路绿色能源公司测算，一公里长的四车道太阳能路面的发电量可供300户家庭使用。如果美国70%公路能建成太阳能路面，美国能源就可以摆脱对石油的依赖。

2013年，我国国家能源局发布的城市居民用电量为6793亿千瓦时，人口总数按13．6亿计算，则全国人均年用量为499．5千瓦时。据此可以推算，只要全国30%的公路修建成光伏太阳能路面，发电量即可满足全国城市居民一年的生活用电。由此可以看出，利用数量庞大的公路路面把太阳能储存起来并转换成电能，将会产生巨大的经济效益和社会效益，而且是安全环保的绿色能源。

当阳光照进公路

太阳能在公路交通方面的应用始于20世纪90年代。1996年美国弗吉尼亚理工学院的托马斯威廉等人，提出了用集成相变材料作为吸收太阳能的铺面材料，以防止路面冰冻的构思。1997年提出了运用太阳能运行道路电子系统，并进行了小范围的试验。1998年俄克拉何马州立大学开展桥梁热流体循环融冰技术的研究。2000年美国地热中心的伦德进行了路面融冰雪的太阳能和地热能系统设计和实验。与此同时，在美国新泽西州、怀俄明州、弗吉尼亚州，以及日本、阿根廷、加拿大、瑞士等地相以及日本、阿根廷、加拿大、瑞士等地相续进行了这方面的研究。

1995年，日本在二户市修建了世界首个全自动路面集热能循环热流融冰雪系统，试验证明这比热电缆系统节电84%以上。1998年北海道大学研究人员，对日本早期实施的19类地面集热蓄能融冰雪工程，进行比较分析，表明平均地面集热率可达36%。

在欧洲，20世纪90年代瑞士道路桥梁委员会和苏黎世合作，于1994年在瑞士Ａ8高速公路丹里温路段的桥梁上开展了蓄能融雪运行试验，这套技术不仅在冬季可以蓄能融雪，提高路面平均温度10摄氏度左右，还能在夏季降低路面温度15摄氏度至20摄氏度，减少高温损害。同时，在美国芝加哥机场使用类似的装置，可融化约87%的冰雪。

太阳能与公路两个产业有多种不同方式、不同程度的结合。从21世纪开始，由于光伏产业的发展，出现了一种最基本和最有效的结合方式，即沿公路安装太阳能电池板，电池板所发的电为照明、道路信号标志和隧道通风提供电力。2008年12月美国俄勒冈州声称，修建了第一条太阳能发电公路——沿着波特兰市南部一段高速公路铺设的6万千瓦太阳能电池板正式运行。在这前后，德国和意大利也大规模运用了这类技术。意大利沿道路边缘设有8万块太阳能板，每块收集1200万千瓦时的电能，而德国用了1．6万块太阳能板，每年收集320万千瓦时的电能。

显然，太阳能电池板道路是一个很有前景的发展方向，但在经济上需进行慎重考虑。目前，美国爱达荷州一家公司通过政府资助，继续研究这项技术，但其可行性实验被限制在人行道和停车场等很小的范围内。

光能转换

美国罗得岛州大学的研究者总结了四种可能实施的太阳能转化技术。

第一种方法是在公路中央分隔带和栅式隔离带上，缠绕柔软的光伏电池来获取太阳能。

第二种方法可以在道路表面下铺设充水的水管，在水管中加人热水可供建筑物采暖或驱动发电厂的涡轮机，这些热水还可以存储起来，并返回到路上防止可能的冰冻或进行融冰。

第三种方法仍然在研究中，涉及到联接埋置在不同深度的半导体。半导体产生的热差，可以用来发电，这就是著名的“塞贝克效应”，它又称第一热电效应，指由两钟不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物体间的电压差的热电现象。一天内道路基层和路基之间存在变化的温度梯度，为使用热电原理发电提供了可能，根据研究温差5摄氏度就可以产生250毫瓦的电力，可以为低功率的传感器提供电力。

第四种方法是最有前景的技术，也较为先进。这是一个多层次的系统，由透明面层和一个复杂的支持太阳能收集的底板电子层所组成。以这个系统为基础建造的公路，有能力点亮各种道路信息板，甚至可以取消道路标线和信号。

目前，太阳能利用还不到全球能源消耗的0．05%，为了获取可用的、丰富的可再生能源系统，需要注人资金研制与太阳能相关的新发明，并进一步提高其利用效率。

光能与公路融为一体

太阳能路面是2009年美国工程师斯科特提出的一种全新的路面类型，理念上与欧洲近期提出的“第五代公路”相近。太阳能路面是指利用光伏太阳能吸能板铺筑而成，既能满足车辆行驶的需要，又能为道路设施、车辆和当地社区提供电力，并能实现道路全程信息管理的路面系统。

太阳能路面有很多鲜明的特点，其所使用的材料主要为光伏太阳能电池吸能板，电子元件和高强度透明材料，路面结构形式从上而下分别为表层透光保护层(透光)、中层太阳能电池吸能层(含电子元件)和底层隔水保护层，其下是普通的路面基层和路基。太阳能路面使用新技术，可以实施道路全程监控和管理，实时解决交通隐患和故障。

光伏太阳能路面与传统的沥青和水泥混凝土路面有着本质上的区别，特别是面层不仅需要满足安全行车的性能要求，有足够的强度、耐久性、抗滑性和透光性，而且还具备髙效吸能的特性。所以，太阳能路面需要采用一种特殊材料来制造，这也是研发的重点和难点。

2009年，斯科特提出太阳能路面的概念后，美国联邦公路局很快给予资助。斯科特初步设计的太阳能路面，实现了太阳能集热板路面结构形态的拼装，以及道路LED路灯实时信息导向功能。他使用一个边长30厘米的小太阳能电池板，日发电量7．6千瓦时。由此，斯科特通过计算认为，如全美洲际高速公路都采用这种设计，那么即使太阳能电池的效率只有10%，也足够整个美国的电力供应。2011年他又得到美国联邦公路局的第二笔资助，现正着力于太阳能路面表面材料的选择和试验，以及整体结构模型的拼装和调试。

2011年，加拿大滑铁卢大学教授苏珊泰伊也开展了太阳能路面的研究工作，其团队设计的路面模型为三层结构：高强度透明表面层、高效吸能层和结构保护衔接层。研究工作分五个阶段进行，分别是研究方案设计、结构设计、拼装试铺、试验检测和性能分析。目前，他们正处在结构设计、材料选择和光电组件设计的第一阶段工作。苏珊针对斯科特设计模型的一些缺点，增加了太阳能路面结构与基础的整体设计，但目前功能设计主要是针对加拿大的气候条件选定的，如冬季融雪，没有从多功能角度考虑太阳能路面的结构设计，也没有对整体结构的受力特性进行研究。

长沙理工大学教授査旭东和张起森，从2011年开始关注太阳能路面，并搜集这方面的资料，经研究初步拟定了从结构力学分析、光伏发电、材料选择和制备、结构整体设计和路面功能等方面的工作思路，探索光伏太阳能路面系统的研制、集成和性能检测评价，最后构达成双重目标，建出一个既能高效清洁利用，又能高速、耐久和安全行车的太阳能路面系统。根据这个工作目标，已初步进行了空心板路面结构力学分析和太阳能路面空心板结构模型试验研究，对面板的材料PMMA和PEEA进行了有关功能性参数的测定，并推荐给斯科特的团队进行试验研究。

随着技术的不断进步，公路和太阳能将会携手走向更光明的未来。