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在过去的几十年中，替代能源的价格已经下降，可以说未来最有希望的能源是太阳能。早在1954年，贝尔实验室生产出世界上第一个效率为6％的实用太阳能电池，开始了太阳能竞赛。现在，正如新南威尔士大学的工程师所证明的那样，太阳能电池可以达到30％的效率，并且制造技术使它们比过去几年便宜得多。

许多工程师和发明家都非常重视利用太阳能作为未来能源的前景。特斯拉等科技公司已投资太阳能电池屋顶板和锂离子电池等发明，以储存电力并按需发放。但是，几家公司和数千名日常人员一直在支持太阳能的新用途：太阳能道路。 

明天的道路

太阳能道路是一种概念，其中太阳能电池板嵌入用于替换或搁置在路径和道路顶部的材料中。目前正在开发和/或测试几个主要的太阳能道路项目，所有这些项目都具有收集太阳能的道路的相同核心原则。

第一条太阳能道路“ SolaRoad ”是2014年在荷兰Krommenie安装的太阳能自行车道。路径长70米（略低于230英尺）。安装成本超过300万美元。在过去的一年中，这个装置产生了9800千瓦时的能量（荷兰语链接）。它被认为是成功的，并可能在未来几个月扩大。

另一条太阳能自行车道于2016年10月在波兰的Pruszków揭幕，夜晚有一盏炽热的蓝色。

然而，唯一能够承受车辆交通的太阳能道路之一是位于法国诺曼底的一个叫做Tourouvre-au-Perche的小村庄。该道路为一条车道，长1公里（0.6英里），是2016年12月开通的太阳能道路。该模型被称为Wattway，目前的安装将保持两年，以测试耐用性和效率。安装成本估计超过500万美元。

但是我们将在本文中关注的太阳能道路项目在美国。虽然其他太阳能道路面临类似的挑战和批评，但Solar Roadways在设计，材料和野心方面都是独一无二的。

Solar Roadways：Sandpoint，Idaho，USA

Solar Roadways（成立于2006年）的愿景是所有道路，人行道和停车场都被智能太阳能单元所取代，这些太阳能单元包含多种功能，可以应对与交通相关的问题和发电。简而言之，想象一下模块化太阳能系统，其中每个模块包含太阳能电池板，电池存储器，微控制器，加热器和LED。然后，用这些模块替换道路上的沥青，并通过这样做，创建对环境有智慧和积极的道路系统。

Solar Roadways提供的一些技术数据如下：

• 230瓦太阳能电池，效率为18.5％

• 太阳能道路道路的能量输出高达158.47亿千瓦时（假设所有道路都已安装）

• 如果安装，温室气体减少75％

您可以在Solar Roadways网站的“ Numbers ”页面上看到用于到达最后一个项目符号点的计算。

道路可以立即改变布局，响应交通，提醒人们穿越道路的人，自动解冻，同时提供令人难以置信的电力声音。

但如果这听起来好得令人难以置信，那可能就是这样。随后的一些批评是太阳能道路概念中固有的，而其他批评则是太阳能道路的野心所特有的。

对太阳能道路的批评

Solar Roadways承诺很多，但从工程角度看，它们的可行性令人沮丧。正是在这一点上，一些读者将涌向评论部分并开始捍卫Solar Roadways作为未来的道路系统。有些人甚至可能会发表评论，例如“人们认为x是愚蠢的，或者y是不可行的但是我们实现了”。然而，真正的科学依赖于确凿的证据和理性思考。因此，在得出任何结论之前，请考虑以下问题。

Solar Roadways的第一个问题来自内置的太阳能电池板本身。由于路面需要是平坦的，因此面板需要尽可能低的轮廓。这意味着面板内的太阳能电池是平放的。

这并不理想，因为太阳能电池在直接指向光源（在我们的例子中是太阳）时会产生最多的电力。随着时间的推移，太阳确实在天空中移动，而地球上的每个地方都有最佳的太阳能电池板倾斜度和方向。例如，我的家乡（灵伍德）的角度最高，在冬季为16度，夏季为62度。相比之下，德克萨斯州休斯顿的角度在冬季为36度，夏季为84度。更先进的太阳能系统使用跟踪机制来保持太阳能电池始终指向太阳。您可以在此处调查您所在地区太阳的最佳角度。

然而，太阳能道路将始终固定指向直接向上（或者更具体地说，它们将与道路处于同一倾斜度）。请记住，这是在系统消耗功率之前。

创建道路标记和信息显示的机制是使用LED，因为它们通常与高效光源相关联。然而，在这样的环境中使用LED会带来许多问题。

在这种情况下，LED最重要的问题是它们的视角很窄（通常在10度到60度之间），这使得它们难以在极端角度看到。例如，垂直向上指向的LED很容易从上方看到（如太阳能道路广告中所示），但是从通常涉及驱动的角度看到相同的LED对于普通LED来说几乎是不可能的。

存在具有更宽角度的LED（通常通过结合透镜）。然而，这些不仅明显更昂贵，而且大部分发出的光仍然垂直于地面发射。一种解决方案是以一定角度安装LED以指向驱动器，但是这种解决方案仍然存在问题。例如，每个“像素”必须使用多个LED，所有“LED”都指向不同的角度，以保证可以从所有角度看到信息。第二个问题是能耗的显着增加。这种视角问题可能是为什么太阳能道路的所有镜头都是在黑暗条件下或从高角度拍摄的。

LED的第二个问题是在白天使它们可见所需的功率量。LED广告牌很清楚这个问题：单个LED广告牌每年可以使用数十万千瓦时的能量，只是为了保持足够的亮度以保持可见。

在Sandpoint的Jeff Jones Town Square，观看Solar Roadways安装现场直播中的Solar Roadways LED 。可见性明显地根据一天中的时间而变化。

根据美国运输部的数据， 截至2013年，美国拥有超过270万英里的铺设道路。当批量购买太阳能电池板时，太阳能电池板的价格降至每瓦0.74美元左右，即每千瓦740美元（这是价格）用于住宅电力的太阳能电池板，而不是计算器或低功率应用中的太阳能电池板。

使用20％效率的太阳能电池板，将单个面板产生的能量设置为每平方米200瓦（假设地球表面接收1000 W / m 2），因此一平方米面板的成本约为148平方米。考虑到这一点，超过270万英里的道路铺设，太阳能电池板的成本单独爆发了数万亿。这没有考虑到模块本身的能量损失和消耗，也没有考虑安装成本。

问题4 - 加热

太阳能道路拥有这些道路如何防止冰雪积聚，这将大大有利于寒冷的气候。然而，根据thunderf00t计算，融冰所需的能量远远超过设计师可能已经意识到的。 

要将1 千克的雪变成1千克的水，需要334千焦的能量，达到92.77瓦时。假设1米的面板上有13厘米的积雪。那将是大约0.013立方米的雪。假设  新铺设的雪的密度为每立方米100kg（含水量10％），那么1平方米面板上的雪重总重量约为1.3kg。

因此，融化雪的最小能量（请记住，这是从0°C冰到0°C水ICfans）是434.4kj或120.6瓦小时。太阳能电池板在最佳条件下（冬天不是）每平方米能够达到200瓦，剩余能量约为80瓦。这不考虑LED，电源转换器或任何电路的功耗。

如果积雪在低于0度的温度下降，则能量会增加。如果积雪是-10°C并且必须升高到-1°C（就在它融化之前），那么所需的总能量是18.81 J /克，这相当于7瓦的功率（从80开始）瓦特到73瓦的剩余电量）。 

Solar Roadways的一个论点是它将创造大量的工程工作。这个特定的观点是正确的，因为维持这样一个系统即使不是不可能也会非常困难。假设一个面板具有20年（即达到80％功率输出的时间）的典型太阳能电池的寿命（由于它们处于不可饶恕的环境而非常慷慨），那么整个道路系统将会需要每20年进行一次修复，这使得该项目的平均成本每年达到1.15万亿美元 - 这只是替代太阳能电池的计算，不包括劳动力成本。

但是，这种假设依赖于所有面板工作直到其寿命结束。个别面板破碎了怎么办？考虑到需要实施的面板数量（1.57×10 11，其中每个面板为1平方米），百万分之一的故障率仍然导致需要在该故障率时间内更换1,570,000个面板。

道路是由沥青制成的。它是一种廉价，广泛丰富的材料，由石油工业副产品和石材制成。太阳能道路的表面应由玻璃制成，玻璃本身包含许多尚未解决的问题，包括如果损坏的瓷砖被压碎则会产生玻璃粉尘的危险。

玻璃表面的使用时间尚未确定，但交通繁忙会迅速使玻璃表面承受。即使这对于道路来说不是问题本身，对于玻璃下的太阳能电池板来说也是一个非常大的问题。为了使面板以最大效率工作，玻璃必须尽可能光学透明，以使光线落在面板上。然而，划伤的玻璃具有漫射的倾向，即漫射光并沿随机方向发送，这降低了其光学透明度，因此阻碍了太阳能电池板发电的能力。

但这种光学透明度具有更具破坏性的潜力，尚未被考虑过。

安全可能是最重要的问题，危险在于玻璃。如果玻璃是钢化的并且具有混浊的外观，则面板的电输出将减少。因此，为了解决这个问题，面板使用透明玻璃以尽可能多地照射光线。然而，这导致了当太阳在天空中太低时发生的非常危险的情况。

来自太阳的光线（当它在天空中低时）会以低角度撞击面板，在路面上反射光线如镜子或水坑。这意味着整条道路将反映早晨和晚上照亮驾驶员的眼睛并可能导致事故。

尽管有这些缺点，Solar Roadways项目仍继续获得政府和Indiegogo的资助。该系统已在多个地方进行了演示，包括车道和爱达荷州桑德波因特的第一个公共装置。然而，太阳能道路系统开始显示其运行失败的迹象，大多数面板在安装后的两周内无法运行。

更重要的是，根据斯科特·布鲁索（Scott Brusaw）的说法，装置的显示匆匆而且有缺陷，这意味着这些面板能够“提供一个灯光秀” 。“太阳能电池和加热元件在当前状态下无法使用。”

应该创建一个网站，以显示系统的实时能源生产，但网站地址尚不存在，这留下了一个问题：  “系统真的发电吗？” 

缺乏路试和真正的能源生产数字给半导体人的印象是，太阳能道路更像是一个有趣的项目而不是问题解决者。这并不意味着应该扼杀或嘲笑新的想法。这意味着新想法在被放弃之前应该掌握事实和数据。

如果在Indiegogo上筹集的200万美元用于购买高效太阳能电池板，那么从这样一个农场产生的能量将大约为148万瓦，这可能为这些电池板寿命结束之前的160个家庭提供电力。 。事实上，这笔钱（以及政府提供的750,000美元赠款）本来可以用来建造太阳能农场。

总结

不幸的是，当新的令人兴奋的想法 - 例如自填水瓶和超循环运输 - 吸引了公众的想象力时，物流似乎就会被淘汰。

仅考虑成本后，太阳能道路目前是不切实际的。而不是在可能或可能不起作用的道路上花费数万亿美元，经过验证的太阳能发电场可以以很小的成本建造并提供更多（和实际）的电力。

无论如何，这些太阳能道路的研究，资金和支持可能会继续下去。运动是否在公园和自行车道中占据一席之地，或者扩展到功能性和永久性道路，将部分取决于它获得了多少公共利益。但不要搞错 - 这些项目是否成功实现了有效收获太阳能的目标，这是一个工程问题。目前，赔率看起来并不好。