一文了解光伏公路技术的发展趋势及面临的挑战

近年来，我国太阳能光伏技术开发运用速度不断加快，在交通系统领域，太阳能光伏公路技术发展迅猛。简单理解，太阳能光伏技术是将太阳能转换为电能的技术，太阳能光伏公路技术简称为光伏公路技术，主要涉及光伏路面及行进中的电动车辆充电。

光伏公路技术的基本原理是将光伏板铺设在公路上，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。光伏公路上便于为行进中的车辆充电，车辆无需停车即可完成电能补充，包括有线充电、无线充电的方式，尤其以无线充电方式为主。

技术快速发展

笔者在中国专利文摘数据库中经检索发现，截至2018年3月26日，涉及光伏路面整体结构以及铺设方法的已公开的中国专利申请有300余件，涉及太阳能电池的已公开的中国专利申请有8700余件，涉及环氧树脂、钢化玻璃、透光混凝土等表层底层材料的中国专利申请有2800余件，涉及行进车辆无线充电的中国专利申请有700余件，涉及行进车辆有线充电的中国专利申请有100余件。

关于光伏路面整体结构，较早的申请是于2008年由个人申请人提交，技术方案公开了在普通的太阳能电池上层加装一层透明、半透明的玻璃或塑料以支撑电力汽车运行其上，或者于其上铺设导轨以运行电力火车。

关于行进中的车辆充电技术，相关专利申请对路面和车辆的电池、电路、线圈、导电轨道以及车辆与路面能量源的配合方式等均有改进。为改进铺设效率，简化施工，一种太阳能道路路面模块化建材装置的相关专利申请公开了改进的铺设方式。路面上的无线充电装置是行进车辆充电技术的重要部分，某专利申请公开了在路面上设置无线充电装置的一些具体参数，发射端以100米至1000米的间隔安装在公路车道下面，发射端与车载接收端垂直距离在5毫米至400毫米，当车载接收端离发射端10米至20米时，启动充电，通过脉冲电磁波、车载充放电超级电容模块、车载蓄电池实现电能传输和储存，可以传输50KHZ至100MHZ的高频交流电，车内设置抗电磁干扰层，防止电磁干扰影响车内仪表、仪器。

路用性能是光伏路面技术的关键要求之一，光伏路面结构和材料只有满足路用性能才有可能投入规模化实施利用。某高校于2014年提交的一件专利申请提出了一种路面结构单元，在混凝土凹陷内设置太阳能电池板，上盖聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)透光保护板，获得了作用标准轴载在最不利荷位时，亦能满足安全行车力学性能要求的结构尺寸模型。

关于行进车辆充电技术，如何实现发射线圈和接受线圈持续动态耦合是被持续关注的一个重要问题。在某公司于2017年提交的一件专利申请中，公开了一种充电系统，根据车载无线充电装置的位置动态切换发射线圈的工作状态，根据工作状态控制一个或多个电源提供电能，实现持续动态耦合。

随着技术的发展，光伏路面的核心基础功能逐渐衍生出一些复合应用。如某件专利申请中出现了一些复合结构单元，扩展了融冰融雪功能、路面降温功能、附加景观功能、余热利用、电力利用、人路信息交互、车路信息交互等，还出现了一些关于如何提高施工效率的装配结构的改进，如装配支架、装配孔等。

难题有待突破

目前来看，光伏公路技术距离大规模应用还面临很多挑战，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。具体而言，主要涉及新材料路面的强度问题，热胀冷缩引起的路面翘曲、路面材料低温开裂、材料紫外老化等问题，路面复杂结构对施工工艺要求极高的问题，组件使用寿命、防水、防腐蚀、耐久、变形、光线不佳情况下的发电效率问题，光伏模块的故障率问题，稳定供电问题，太阳能电池板本身的能量转化效率不高的问题，复杂的光伏发电电势调节问题，电磁共振线圈庞大、感应传输功率低的问题等。随着这些问题逐渐被明确并得到解决，光伏公路技术将不断完善，很快便会更好地服务人们的生活。

已公开的专利申请披露了大量技术信息，同时设置了各种不同的保护范围，这些技术信息为太阳能光伏公路发展提供了强大的技术支撑，对于研发者来说，利用好这些公开技术信息更有利于技术进步，确定合适的保护范围更有利于保护创新成果。对于太阳能光伏公路的建设者、相关产品的生产者销售者、相关方法的使用者来说，其需要提高知识产权意识，促进新能源交通系统领域专利的创造、保护、运用，让知识产权更好地促进新能源交通系统的发展。