在“双碳”时代背景下，不少道路设计专家及学者近年来对新能源及未来交通发展开始了更深入的思考，并展开各类技术探索……随着我国太阳能光伏技术开发运用速度不断加快，太阳能光伏路面技术也得到迅猛发展，其基本原理是将光伏板铺设在道路上，既满足了太阳能光伏技术的占地需求，又可为行驶其上的电动汽车提供电能，车辆无需停车即可完成电能补充。本文对光伏路面技术的发展及应用概要介绍。

光伏路面是一种先进的跨界技术，将道路工程、电力工程、信息工程和车辆工程等多学科多行业交叉融合，通过系统化、智能化改造，使普通路面既可进行太阳能光伏发电，又能正常行车，并提供行进间车辆无线充电、车路信息交互、自动引导等服务。

光伏路面技术旨在通过太阳能光伏发电解决道路照明、道面自融雪、交通监控、安全设施、无线通讯以及未来智能交通路端设备等用电需求，远期还有望成为解决车辆无线充电、车-路-人信息交互、自动引导、智慧交通的实现平台。

图1 光伏路面技术

国外

   

2013年美国一对夫妇研发了这种由钢化玻璃封装的六边形太阳能电池板做为路面。但是这种结构不仅造价昂贵，也不符合道路工程易铺设、易维护以及承载受力的一般原理。

图2 太阳能电池板 ^[1]

2014年，英国铺筑了一条长约70米的太阳能自行车路面。这条道路由2.4米×3.3米的预制水泥混凝土板拼接而成，太阳能光伏电池被放置在了钢化玻璃层之下。这种技术的致命缺点在于钢化玻璃的承重能力有限、一旦碎裂难以维修，而且存在表面摩擦力和抗滑性能不足、铺设困难等问题，所以只能在荷载较轻的非机动车道上进行试验尝试。

图3 太阳能自行车路面 ^[2]

2016年，世界上第一段真正可供机动车行驶的“太阳能公路”在法国诺曼底地区图鲁夫尔欧佩尔什镇建成。这段“太阳能公路”长1公里、宽2米，太阳能板总面积达2800平方米。平均每天发电近800度，年发电量约28万度。但是法国的交通荷载轻、柔性基层结构承载力低。不能适应重载交通、半刚性基层等复杂条件，局限性明显。

图4 太阳能公路 ^[3]

国内

   

2017年12月28日，位于山东济南的光伏公路竣工通车，试验段全长1120米，光伏路面铺设长度1080米，预计年发电量约100万千瓦时。这条光伏公路的出生带着众多光环，如“世界第一条光伏高速公路”、“最具科技含量的现代化高速公路”、“自带充电、发电和融雪等黑科技功能”等。

图5 山东济南绕城高速南线 ^[4]

2020年9月福建省首个光伏路面示范项目落地永泰县荷溪公路服务区。在停车场内行车道下方埋设了光伏发电设备，运用多种先进复合材料和特殊结构，发挥其减震、耐久性好、承载能力高等优点，日发电量可以达到每平方米0.5度，日储电量100度以上，这些电能可以用到公路沿线路灯、服务区的充电桩等服务设施上，真正实现生态节能环保理念。

图6 永泰县光伏路面 ^[5]

浙江杭甬绍高速公路起自杭州绕城高速公路下沙枢纽，终点位于宁波穿山疏港高速公路柴桥枢纽，线位方案全长约161公里，规划双向6车道，于2017年6月26日开工建设，目前仍未建成。该“超级高速公路”将采用光伏路面，共分为三层：最表层为透光混凝土路面层，具有强度大、透光率高两大特点；中间层为光伏面板，光电转化，利用路面空闲时间吸收阳光发电；第三层为绝缘层，既有对光伏面板的物理保护作用，又防水防潮。

借助于车辆感知系统，杭绍甬高速公路再也无需担心“百吨王”、“超运车”等危险车辆对路面造成破坏，所以在道路表面防护得到充分保障的前提下，建设者们可以使用特种光伏材料代替沥青或者水泥作为路面材料，让这条智能化高速公路具备太阳能电池一般在阳光下可以发电的能力，为道路路旁的传感器和数据收发设备供电的同时，也能为通过的车辆补充电力，与此同时，光伏公路上还可以加装智能加热除冰系统，确保路面在遭到积雪覆盖的时候可以自主启动加热和排水设备，去除路面冰雪和积水，从而有效确保道路行车安全。

图7 杭绍甬高速公路 ^[6]

光伏路面技术横跨交通、汽车、能源、信息等几大工程系统，与多个经济领域存在上下游产业链关系，将为智能交通、智慧城市、智能网联汽车、大数据应用等产业的迭代升级提供强有力支持，通过多领域的协同融合，产生化学反应一样的神奇效应。我们有理由相信，光伏路面技术将带来三个行业的技术革命。

发电行业

   

近年来我国光伏产业得到快速发展，但与此同时也面临一些客观问题。例如我国东部土地资源紧张，光伏设备无处放置；而西部尽管土地辽阔，但是用电量很小，大部分电力需要输送至东部地区，这就面临输电困难的局面。

道路光伏化则可完美解决上述难题。我国东部地区路网稠密，如将道路面积充分利用，则可使太阳能光伏行业脱离“无地可用”的尴尬困境。与此同时，将路面作为能量收集平台、电力供给平台，可以沿途就地供电，满足城镇用电需求，解决了输电难的问题。

图8 光伏路面并网供电 ^[7]

交通行业

   

光伏路面将改变道路单一的行车功能。利用道路的电气化平台，通过升级交通产业软硬件配套设施，使道路向智能化平台发展，推动使整个交通产业链的换代升级。

例如，通过集成供电、传感器等信息接收、可视化设备、网络传输、后台管理以及大数据等软硬件系统，组成光伏智能道路交通管理平台。

该平台将极大地改变传统交通管理模式。交通管理部门能够根据实时交通信息和大数据分析结果对交通实现系统化和精细化管理。例如，可以通过该系统进行整个城市或区域的车辆网络化调度；也可以通过更改某条道路或某个路口的标志标识实现局部的交通控制。

图9 智慧管理平台 ^[8]

汽车行业

   

光伏路面突破了电动汽车的能源供给限制，从供给侧有效解决了电动汽车的即时动力供应，使新能源汽车远距离通行和运输成为可能，必将推动电动汽车行业的大发展，颠覆传统出行方式，丰富公众出行体验。

此外，通过接入光伏智能道路信息网络系统，道路内置的车辆定位系统，可以实现车辆之间以及车路之间的信息交互，达到真正意义上的车路协同，从而实现汽车自动驾驶引导。

图10 车路协同示意图 ^[9]

目前来看，国内外对光伏道路的探索和试验测试已经证明了光伏路面是可行的，但是它毕竟是一种全新路面结构型式，距离大规模应用还面临很多挑战。光伏道路的建设需要考虑多种技术因素，主要包括新材料、新结构路面的路用性能问题、光伏发电效率问题、行驶中充电的效能问题等，另外造价过高以及后期养护问题也需进一步研究完善。

一旦这些问题逐渐被明确并得到解决，实现技术上的突破，必将改变未来交通的模式，促进整个智慧城市的建立。让我们共同期待，光伏路面技术作为建设交通强国战略的一颗铺路石！