一文了解光伏公路技術(shù)的發(fā)展趨勢及面臨的挑戰(zhàn)
近年來,我國太陽能光伏技術(shù)開發(fā)運(yùn)用速度不斷加快,在交通系統(tǒng)領(lǐng)域,太陽能光伏公路技術(shù)發(fā)展迅猛。簡單理解,太陽能光伏技術(shù)是將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù),太陽能光伏公路技術(shù)簡稱為光伏公路技術(shù),主要涉及光伏路面及行進(jìn)中的電動(dòng)車輛充電。
光伏公路技術(shù)的基本原理是將光伏板鋪設(shè)在公路上,既滿足了太陽能光伏技術(shù)的占地需求,又可為行駛其上的電動(dòng)汽車提供電能。光伏公路上便于為行進(jìn)中的車輛充電,車輛無需停車即可完成電能補(bǔ)充,包括有線充電、無線充電的方式,尤其以無線充電方式為主。
技術(shù)快速發(fā)展
筆者在中國文摘數(shù)據(jù)庫中經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn),截至2018年3月26日,涉及光伏路面整體結(jié)構(gòu)以及鋪設(shè)方法的已公開的中國申請有300余件,涉及太陽能電池的已公開的中國申請有8700余件,涉及環(huán)氧樹脂、鋼化玻璃、透光混凝土等表層底層材料的中國申請有2800余件,涉及行進(jìn)車輛無線充電的中國申請有700余件,涉及行進(jìn)車輛有線充電的中國申請有100余件。
關(guān)于光伏路面整體結(jié)構(gòu),較早的申請是于2008年由個(gè)人申請人提交,技術(shù)方案公開了在普通的太陽能電池上層加裝一層透明、半透明的玻璃或塑料以支撐電力汽車運(yùn)行其上,或者于其上鋪設(shè)導(dǎo)軌以運(yùn)行電力火車。
關(guān)于行進(jìn)中的車輛充電技術(shù),相關(guān)申請對路面和車輛的電池、電路、線圈、導(dǎo)電軌道以及車輛與路面能量源的配合方式等均有改進(jìn)。為改進(jìn)鋪設(shè)效率,簡化施工,一種太陽能道路路面模塊化建材裝置的相關(guān)申請公開了改進(jìn)的鋪設(shè)方式。路面上的無線充電裝置是行進(jìn)車輛充電技術(shù)的重要部分,某申請公開了在路面上設(shè)置無線充電裝置的一些具體參數(shù),發(fā)射端以100米至1000米的間隔安裝在公路車道下面,發(fā)射端與車載接收端垂直距離在5毫米至400毫米,當(dāng)車載接收端離發(fā)射端10米至20米時(shí),啟動(dòng)充電,通過脈沖電磁波、車載充放電超級(jí)電容模塊、車載蓄電池實(shí)現(xiàn)電能傳輸和儲(chǔ)存,可以傳輸50KHZ至100MHZ的高頻交流電,車內(nèi)設(shè)置抗電磁干擾層,防止電磁干擾影響車內(nèi)儀表、儀器。
路用性能是光伏路面技術(shù)的關(guān)鍵要求之一,光伏路面結(jié)構(gòu)和材料只有滿足路用性能才有可能投入規(guī)模化實(shí)施利用。某高校于2014年提交的一件申請?zhí)岢隽艘环N路面結(jié)構(gòu)單元,在混凝土凹陷內(nèi)設(shè)置太陽能電池板,上蓋聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)透光保護(hù)板,獲得了作用標(biāo)準(zhǔn)軸載在zui不利荷位時(shí),亦能滿足安全行車力學(xué)性能要求的結(jié)構(gòu)尺寸模型。
關(guān)于行進(jìn)車輛充電技術(shù),如何實(shí)現(xiàn)發(fā)射線圈和接受線圈持續(xù)動(dòng)態(tài)耦合是被持續(xù)關(guān)注的一個(gè)重要問題。在某公司于2017年提交的一件申請中,公開了一種充電系統(tǒng),根據(jù)車載無線充電裝置的位置動(dòng)態(tài)切換發(fā)射線圈的工作狀態(tài),根據(jù)工作狀態(tài)控制一個(gè)或多個(gè)電源提供電能,實(shí)現(xiàn)持續(xù)動(dòng)態(tài)耦合。
隨著技術(shù)的發(fā)展,光伏路面的核心基礎(chǔ)功能逐漸衍生出一些復(fù)合應(yīng)用。如某件申請中出現(xiàn)了一些復(fù)合結(jié)構(gòu)單元,擴(kuò)展了融冰融雪功能、路面降溫功能、附加景觀功能、余熱利用、電力利用、人路信息交互、車路信息交互等,還出現(xiàn)了一些關(guān)于如何提高施工效率的裝配結(jié)構(gòu)的改進(jìn),如裝配支架、裝配孔等。
難題有待突破
目前來看,光伏公路技術(shù)距離大規(guī)模應(yīng)用還面臨很多挑戰(zhàn),主要包括新材料、新結(jié)構(gòu)路面的路用性能問題、光伏發(fā)電效率問題、行駛中充電的效能問題等。具體而言,主要涉及新材料路面的強(qiáng)度問題,熱脹冷縮引起的路面翹曲、路面材料低溫開裂、材料紫外老化等問題,路面復(fù)雜結(jié)構(gòu)對施工工藝要求*的問題,組件使用壽命、防水、防腐蝕、耐久、變形、光線不佳情況下的發(fā)電效率問題,光伏模塊的故障率問題,穩(wěn)定供電問題,太陽能電池板本身的能量轉(zhuǎn)化效率不高的問題,復(fù)雜的光伏發(fā)電電勢調(diào)節(jié)問題,電磁共振線圈龐大、感應(yīng)傳輸功率低的問題等。隨著這些問題逐漸被明確并得到解決,光伏公路技術(shù)將不斷完善,很快便會(huì)更好地服務(wù)人們的生活。
已公開的申請披露了大量技術(shù)信息,同時(shí)設(shè)置了各種不同的保護(hù)范圍,這些技術(shù)信息為太陽能光伏公路發(fā)展提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐,對于研發(fā)者來說,利用好這些公開技術(shù)信息更有利于技術(shù)進(jìn)步,確定合適的保護(hù)范圍更有利于保護(hù)創(chuàng)新成果。對于太陽能光伏公路的建設(shè)者、相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)者銷售者、相關(guān)方法的使用者來說,其需要提高知識(shí)產(chǎn)權(quán)意識(shí),促進(jìn)新能源交通系統(tǒng)領(lǐng)域的創(chuàng)造、保護(hù)、運(yùn)用,讓知識(shí)產(chǎn)權(quán)更好地促進(jìn)新能源交通系統(tǒng)的發(fā)展。