史艳芳
中电投新疆能源化工集团吐鲁番有限公司 新疆维吾尔自治区吐鲁番市838000
摘要：在我国进入21世纪快速发展的新时期，为了研究光伏材料在我国各行业领域中的实体应用，通过制作透光混凝土的方法分析以及光伏发电技术在光伏路面的应用，研究了光纤扦插法（先植法、后植法）、光伏发电结构、光伏路面结构。结合新能源汽车近年市场发展状况及电力来源的研究，充分将光伏发电技术融入高速公路的建设中。同时，探究针对依靠光伏技术建立的光伏路面的基础结构，延伸光伏发电技术所产生的能量、信息等实体领域的交互作用及应用，开拓光伏电池市场的发展前景。
关键词：光伏发电；光纤扦插法；光伏路面结构
引言
铺面是交通系统的重要基础设施，铺面智能化是实现智慧交通，乃至智慧城市的重要保障与基础。近年来，太阳能发电已成为各个行业能源转型的关键技术之一，太阳能路面发电技术逐渐成为铺面智能化领域的研究重点。世界上第一条智能道路是位于英国中心商业区的“鸟街”，当行人走在“鸟街”上时，路面产生的能量可驱动路边的蓝牙音箱，悦耳的鸟叫声会在行人周边响起，因此这条智能道路被称为“鸟街”。近年来，国内关于智能路面的研究层出不穷，但是关于智能路面的内涵没有统一的标准。同济大学赵鸿铎等将智能铺面定义为由先进的结构材料、感知网络、数据中心、通信网络和能源系统组成，具有主动感知、自动辨析、自主适应、动态交互、持续供能等智能能力的铺面设施。该定义很好的诠释了智能铺面组成要素与关键特征，为后续智能铺面技术的研发奠定了坚实的基础。本文拟结合国内外光伏铺面技术的工程案例，分析光伏铺面的应用现状与当前存在的问题，同时探究光伏铺面的关键技术中的光电转换效率问题，提出相应的优化解决方案，以期为光伏铺面技术的研发工作提供新的思路。
1太阳能路面结构及工作原理
太阳能路面全称为“太阳能光伏发电路面”，是指采用太阳能光伏发电层替代传统的沥青或水泥混凝土面层，或者将太阳能光伏发电层直接铺设于现有的沥青或水泥混凝土路面表面，作为面层的一种全新的多功能路面，这与传统的沥青和水泥混凝土路面有着本质的不同，其面层不仅需要满足高速安全行车的交通功能要求，而且还需要具有高效利用太阳能发电的绿色交通和智慧交通的功能。目前国内外普遍采用的结构型式从上至下依次为表层透光抗滑保护层（透光层）、中层光伏电池发电层（发电层）、底层隔水保护连接层（连接层）构成的太阳能光伏发电面层，以及其下的承重层和路基等。
2光伏发电对光伏路面现况与发展前景
2.1对产业结构的影响
随着新旧动能转换的逐步推进，我国的能源结构亟须调整，首当其冲的是电力产业结构。目前，成熟化和规模化的光伏发电技术给我国传统电力产业结构转型带来了挑战，并进一步促使电力企业原有的发电、销电、售电模式进行革新。光伏发电较传统火力发电形式更具资源节约、绿色清洁的优点，具有较高的节能减排效益。因此，作为光伏发电的创新形式，光伏路面发电与传统供电方式相比，维护成本更低、安全性能更高，有望成为绿色电网发展的契机，可解决西电东送难题。
2.2光伏路面设计
光伏路面是一项极具挑战性且发展前景极强的道路交通技术，利用光电能量信息交互，将光伏发电工程与道路工程相结合，实现路面承载与发电的功能融合，进而以此为平台实现车路之间能量与信息的交互。为保证光伏发电工程正常且高效率地进行，将光伏路面铺置于宽3.00米的高速公路应急车道中，充分考虑路面结构（发电层、保护层、绝缘层）。一是透光抗滑保护层——透光混凝土。
将混凝土与光学纤维结合在一起，通过研究透光材料贯穿混凝土进行光线传导，进而研制出了一种半透明的混凝土材料——一种全新的透光性材料。透光混凝土是将定量的光导纤维等导光材料在一定排列组合下植入混凝土基体中，使得光学纤维等导光材料能够传导光线并在人眼背光处对光线进行接收，这就是透光混凝土完整的制作过程。此类透光混凝土是以光学纤维作为导光材料，但其制作过程繁琐及与混凝土黏结性能较差，所以在光伏路面的应用中。本文主要利用先植法对透光混凝土进行运用，通过以混凝土为骨架、以光导纤维为主体材料，共同组成高速公路光伏路面应急车道。表面的打磨让路面变得较普通路面更为粗糙，且不易发生反光现象。使行驶中的车辆与路面表层产生更大的摩擦力，有效防止车辆在恶劣行驶情况下突发打滑、紧急制动侧翻等突发情况。同时，还拥有优异的抗压能力，能够承载各类重量级车辆行驶通过时所产生的动力荷载。为驾驶员提供了较为舒适、安全的驾驶环境，大大降低我国高速路事故发生率。二是光伏发电控制层——光伏玻璃。光伏发电层位于透光抗滑保护层之下，以确保光伏发电结构不受车辆动力荷载的破坏，保证路面发电工作持续进行。它主要结构包括：光伏发电板、控制器、蓄电池及各种辅助材料。太阳能电池组件（也叫太阳能电池板）是光伏发电系统中的核心部分，也是光伏发电系统中最重要的部分。透过透光混凝土在阳光下的作业，利用光电效应原理将太阳能转化为电能，在电路的传送下通过蓄电池控制器作用传送至蓄电池、附近基站进行储电，或是推动负载工作，这就是光伏发电板的发电结构。
2.3光伏路面结构层材料
光伏路面的技术研发具有很大挑战性，其旨在将光伏发电工程与道路工程相互结合，保障路面正常承载兼具发电功能。因此，光伏发电路面的关键技术在于，如何保证布设在路面结构中光伏板拥有较高的存活率及耐久性；路表透光抗滑磨耗层既能透射光线，又能提供车辆行驶摩擦力；其他辅助层次起到缓冲、布线、绝缘等功能。目前，国外光伏发电技术主要有三类：美国的太阳能“砖”、荷兰的预制水泥混凝土光伏板和法国的直埋式光伏路面。美国的太阳能玻璃“砖”路面因平整度差、易透水，容易出现基层破坏二而导致面层过量变形；荷兰的水泥混凝土预制板技术因构件现场难以拼装、表面摩阻性差，只在自行车道上进行了试验；法国的直埋式技术因缺乏对光伏板发电层的保护，当车辆的反复碾压时，会造成光伏发电层严重损坏，而从丧失发电能力。关于光伏路面结构模型设计与材料优选，国内研究者主要涉及以下光伏路面结构模型。光伏铺面整体采用三层结构、两种建筑材料建成，上层为功能层，是具有超过90%的透光率透光混凝土路面；中层为光伏板，既是承重层，又可利用路面空闲时间吸收存储太阳能，并进行光电转换；下层为基底绝缘层，三层结构总厚度不超过3cm，每层结构之间由粘结材料连接，有效避免错台、局部翘起等问题。
结语
随着政府接连出台多项相关配套政策，光伏行业逐渐兴起，新能源汽车的普及，使得绿色能源得到最大化利用，大大降低了汽车尾气对我国环境的污染。光伏技术逐渐走向成熟化，紧跟未来光伏产业的进一步良性、持续发展，并逐步向产业化、规模化发展。光伏产品技术水平的不断提高、成本的不断下降将愈发成为企业的追求之一。但技术的进步仍是我国未来光伏产业发展的主要目标。巩固、发展光伏技术在我国发电行业的领先，以优质的光伏技术打开新能源发展的大门，迎接新一轮全新的复兴与发展。
参考文献
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