ทางหลวงพลังงานแสงอาทิตย์: ปูทางสู่วันพรุ่งนี้ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น

บทนำ

เมื่อประชากรในเมืองเพิ่มขึ้นและความต้องการพลังงานเพิ่มขึ้น เมืองและประเทศต่างๆ ทั่วโลกจึงถูกบังคับให้แสวงหาวิธีการที่สร้างสรรค์และใช้พื้นที่อย่างมีประสิทธิภาพในการผลิตพลังงานสะอาด ในบรรดานวัตกรรมเหล่านี้ แนวคิดของทางหลวงพลังงานแสงอาทิตย์ที่ฝังแผงเซลล์แสงอาทิตย์ (PV) ลงในพื้นผิวถนนโดยตรงได้รับความสนใจ ด้วยการเปลี่ยนถนนให้เป็นทางเดินที่ผลิตพลังงาน ทางหลวงพลังงานแสงอาทิตย์สัญญาว่าจะตอบสนองความต้องการที่สำคัญสองประการพร้อมกัน: การใช้ที่ดินอย่างมีประสิทธิภาพและการผลิตพลังงานหมุนเวียนแบบกระจายอำนาจ

จากแอสฟัลต์สู่ทางเท้าพลังงานแสงอาทิตย์

แนวคิดทางหลวงพลังงานแสงอาทิตย์เกี่ยวข้องกับการแทนที่หรือซ้อนทับพื้นผิวถนนแบบดั้งเดิมด้วยแผงโซลาร์เซลล์ที่สามารถผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ได้ ในอุดมคติแล้ว แผงจะอยู่ในแนวเดียวกับถนน โดยได้รับการปกป้องด้วยชั้นโปร่งแสงที่ทนทานซึ่งช่วยให้แสงแดดส่องผ่านได้ในขณะที่ทนต่อแรงกดดันทางกลของการจราจร ใต้พื้นผิวด้านบนนี้ โมดูล PV จะเปลี่ยนแสงแดดเป็นไฟฟ้ากระแสตรง ซึ่งจะถูกนำไปใช้ทันทีเพื่อจ่ายพลังงานให้กับโครงสร้างพื้นฐานในท้องถิ่น เก็บไว้ในแบตเตอรี่เพื่อใช้ในภายหลัง หรือป้อนเข้าสู่โครงข่ายไฟฟ้า

ข้อดีของทางหลวงพลังงานแสงอาทิตย์มีหลายประการ ประการแรก พวกเขาใช้ประโยชน์จากทางเดินขนส่งที่มีอยู่ ทำให้ไม่จำเป็นต้องจัดหาที่ดินเพิ่มเติมสำหรับฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งมีคุณค่าอย่างยิ่งในภูมิภาคที่มีประชากรหนาแน่นหรือมีข้อจำกัดด้านที่ดิน ประการที่สอง การผลิตไฟฟ้าควบคู่ไปกับถนนช่วยลดการสูญเสียการส่งเนื่องจากพลังงานสามารถบริโภคได้ในท้องถิ่น: ไฟถนน สัญญาณไฟจราจร สถานีชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าข้างถนน และอาคารใกล้เคียงล้วนได้รับประโยชน์ ประการที่สาม เมื่อรวมกับรถยนต์ไฟฟ้า ทางหลวงพลังงานแสงอาทิตย์อาจทำให้การชาร์จแบบไดนามิกเป็นไปได้ในที่สุด โดยที่ยานพาหนะที่ติดตั้งตัวรับที่เหมาะสมจะดึงพลังงานจากถนนขณะขับขี่ ซึ่งอาจลดความวิตกกังวลเกี่ยวกับระยะทางและการพึ่งพาสถานีชาร์จแบบคงที่

อย่างไรก็ตาม แนวคิดที่ดูเหมือนสง่างามนี้ต้องเอาชนะอุปสรรคสำคัญ ถนนต้องเผชิญกับการสัมผัสกับน้ำหนักบรรทุกหนัก อุณหภูมิที่รุนแรง และสภาพอากาศที่ไม่เอื้ออำนวยอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์จึงต้องมีความทนทานและมีประสิทธิภาพสูง นอกจากนี้ การเดินสายไฟที่ฝังอยู่ในถนนจะต้องปิดผนึกอย่างสมบูรณ์เพื่อป้องกันความชื้นและอันตรายจากไฟฟ้า โปรโตคอลการบำรุงรักษาและการซ่อมแซมสำหรับแผง PV ที่ใช้บนถนนมีความซับซ้อนโดยเนื้อแท้มากกว่าการติดตั้งบนหลังคา ดังนั้น การใช้งานในโลกแห่งความเป็นจริงจึงมุ่งเน้นไปที่โครงการนำร่องที่ออกแบบมาเพื่อตอบคำถามสำคัญทางเทคนิคและเศรษฐกิจ

การนำไปใช้ในระยะแรก เรียนรู้จากโครงการนำร่องทั่วโลก

ความพยายามบุกเบิกหลายแห่งทั่วโลกได้ทดสอบแนวคิดทางหลวงพลังงานแสงอาทิตย์ในระดับต่างๆ แม้ว่าจะยังไม่มีการใช้งานในวงกว้าง แต่แต่ละโครงการนำร่องได้ให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญเกี่ยวกับประสิทธิภาพของวัสดุ เทคนิคการติดตั้ง ผลผลิตพลังงาน และต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน เราจะตรวจสอบตัวอย่างที่โดดเด่นที่สุดจากฝรั่งเศส จีน เนเธอร์แลนด์ และอินเดีย

โครงการนำร่อง eRoad ของจีนในจี่หนาน

คู่ขนานกับความพยายามของฝรั่งเศส จีนเริ่มทดสอบเทคโนโลยีถนนพลังงานแสงอาทิตย์ประมาณปี 2017 ในเมืองจี่หนาน มณฑลซานตง วิศวกรได้ติดตั้งโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ไว้ใต้ชั้นคอนกรีตโปร่งแสงบนถนนระยะทางหนึ่งกิโลเมตร "eRoad" นี้มีเป้าหมายเพื่อจ่ายพลังงานให้กับไฟถนน ป้ายโฆษณาอิเล็กทรอนิกส์ และกริด LED ขนาดเล็กในท้องถิ่น ความแตกต่างที่สำคัญจากรุ่นของฝรั่งเศส ได้แก่:

•  การป้องกันแผง: แทนที่จะใช้กระจกนิรภัย การออกแบบของจีนใช้คอนกรีตโปร่งแสงที่มีความแข็งแรงสูงซึ่งมีความทนทานต่อรอยขีดข่วนมากกว่าและสามารถทนต่อการจราจรของรถบรรทุกหนักได้ดีกว่า
• การก่อสร้างแบบแยกส่วน: โมดูล PV ถูกจัดเรียงในส่วนที่เชื่อมต่อกันซึ่งช่วยให้เปลี่ยนได้ง่ายขึ้นหากแผงล้มเหลว ลดความจำเป็นในการปูถนนใหม่เป็นระยะทางยาว
• การตรวจสอบแบบบูรณาการ: เครือข่ายเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิของแผง ผลผลิตกระแสไฟฟ้า และสภาพพื้นผิวถนนแบบเรียลไทม์ ทำให้สามารถบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์และตอบสนองต่อความเสียหายได้อย่างรวดเร็ว

ในขั้นต้น Jinan eRoad สร้างพลังงานได้ประมาณ 600–800 กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อวันในช่วงแสงแดดที่เหมาะสม เพียงพอที่จะใช้งานไฟถนนในท้องถิ่นและป้อนเข้าสู่กริดในท้องถิ่นในปริมาณเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับโครงการ Wattway ประสิทธิภาพลดลงเมื่อเวลาผ่านไป การจัดแนวที่ไม่ตรงกันเล็กน้อยระหว่างการติดตั้งทำให้เกิดการสะสมน้ำ และรอยแตกเล็กๆ ปรากฏขึ้นในคอนกรีตโปร่งแสงหลังจากผ่านไปหลายเดือนของรอบการแช่แข็ง-ละลาย การโจรกรรมสายทองแดงและส่วนประกอบ PV ก็กลายเป็นปัญหาที่เกิดขึ้นซ้ำๆ เช่นกัน ทำให้ทีมงานต้องปรับปรุงมาตรการรักษาความปลอดภัย

อย่างไรก็ตาม โครงการนำร่องได้เน้นย้ำถึงจุดแข็งของจีน: ความสามารถในการผลิตคอนกรีตโปร่งแสงเฉพาะทางในระดับที่ใหญ่ ความเชี่ยวชาญในการติดตั้งถนนแบบแยกส่วน และความสามารถในการผลิตในท้องถิ่นสำหรับทั้งโมดูล PV และสารเคลือบป้องกัน โดยการทำซ้ำการออกแบบ ปรับปรุงสูตรคอนกรีต เพิ่มประสิทธิภาพสารเคลือบหลุมร่องฟัน และเสริมการยึดแผง โครงการนี้ได้ส่งมอบแผนงานสำหรับทางหลวงพลังงานแสงอาทิตย์ที่ทนทานมากขึ้นซึ่งเหมาะกับสภาพอากาศที่หลากหลาย

SolaRoad แสดงให้เห็นถึงหลายประเด็น: ประการแรก ความสำคัญของการเลือกวัสดุที่เข้ากันได้กับสภาพอากาศในท้องถิ่น (ในกรณีนี้คือฝนที่ตกบ่อยและหิมะเป็นครั้งคราวในยุโรปเหนือ); ประการที่สอง ความจำเป็นในการใช้ลวดลายพื้นผิวบนกระจกเพื่อให้แน่ใจว่ามีแรงเสียดทานสำหรับนักปั่นจักรยาน; และประการที่สาม คุณค่าของโปรโตคอลการตรวจสอบและบำรุงรักษาที่สามารถยืดอายุการใช้งานของแผงฝัง แม้ว่าจะถูกยกเลิกในที่สุด แต่ SolaRoad ได้แจ้งความพยายามในภายหลังในการออกแบบแผงเฉพาะสภาพอากาศและเน้นย้ำว่าการติดตั้งขนาดเล็ก เช่น เส้นทางจักรยาน ทางเท้า และพื้นผิวที่จอดรถสามารถทำหน้าที่เป็นพื้นที่ทดสอบก่อนที่จะจัดการกับทางหลวงที่มีการจราจรหนาแน่นและมีความเร็วสูง

การทดลองที่เกิดขึ้นใหม่ของอินเดีย

ในปี 2019 อินเดียได้เปิดตัวการทดลองระยะเริ่มต้นกับถนนพลังงานแสงอาทิตย์ในสองเขต: ทางหลวงในรัฐทมิฬนาฑูและถนนในรัฐเกรละทางตอนใต้ การติดตั้งนำร่องเหล่านี้รวมแผง PV ไว้ใต้พื้นผิวคอนกรีต โดยมีเป้าหมายเพื่อให้แสงสว่างแก่โคมไฟถนนในท้องถิ่นและจ่ายพลังงานให้กับสัญญาณไฟจราจร แม้ว่าความพยายามเหล่านี้จะได้รับการเผยแพร่น้อยกว่าความพยายามในยุโรปและจีน แต่ก็แสดงให้เห็นถึงความกระตือรือร้นของอินเดียในการใช้โซลูชันพลังงานหมุนเวียนในเครือข่ายทางหลวงขนาดใหญ่

อย่างไรก็ตาม การทดลองในอินเดียพบกับความท้าทายที่ไม่เหมือนใคร: ความร้อนในเขตร้อนทำให้อุณหภูมิการทำงานของแผงสูงขึ้น ลดประสิทธิภาพลงเล็กน้อย ฝนมรสุมจำเป็นต้องมีการระบายน้ำที่แข็งแกร่งใต้แผง และการจราจรของรถบรรทุกหนักต้องการให้แผงทนต่อแรงกดซ้ำๆ อย่างเข้มข้น ความร่วมมือระหว่างภาครัฐและเอกชนที่เกี่ยวข้องกับหน่วยงานทางหลวงของอินเดียและบริษัทเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์มุ่งเน้นไปที่การแก้ไขปัญหาเหล่านี้ ปรับปรุงสูตรคอนกรีต และปรับปรุงการปิดผนึกแผงต่อสิ่งสกปรกและความชื้น ข้อเท็จจริงที่ว่ากระทรวงคมนาคมและทางหลวงของอินเดียยังคงให้ทุนสนับสนุนโครงการนำร่องบ่งบอกถึงความมองโลกในแง่ดีเกี่ยวกับบทบาทในอนาคตของทางหลวงพลังงานแสงอาทิตย์ในโครงสร้างพื้นฐานของประเทศ

การชาร์จ EV ขณะเคลื่อนที่

จอกศักดิ์สิทธิ์ของการใช้ไฟฟ้าบนถนนเกี่ยวข้องกับการชาร์จแบบไร้สายขณะเคลื่อนที่ผ่านขดลวดเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าที่ติดตั้งอยู่ใต้พื้นผิวถนน ยานพาหนะไฟฟ้าที่ติดตั้งตัวรับสัญญาณเสริมสามารถชาร์จแบตเตอรี่ได้ขณะขับขี่ เมื่อจับคู่กับการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ วิธีการนี้สามารถขยายระยะทางของยานพาหนะไฟฟ้าได้อย่างมากโดยไม่ต้องหยุดบ่อยๆ แม้ว่าร่องรอยการชาร์จขณะเคลื่อนที่ในปัจจุบันจะจำกัดอยู่ที่ช่องทางเฉพาะในเมืองไม่กี่แห่ง แต่การรวมเข้ากับส่วนทางหลวงพลังงานแสงอาทิตย์สามารถสร้างทางเดินที่พึ่งพาตนเองได้ซึ่งยานพาหนะสามารถดึงพลังงานได้แบบเรียลไทม์

ในพื้นที่ห่างไกลหรือพื้นที่ที่เกิดภัยพิบัติ ถนนพลังงานแสงอาทิตย์สามารถทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานฉุกเฉินได้ เมื่อโครงสร้างพื้นฐานของกริดล้มเหลวเนื่องจากพายุ แผ่นดินไหว หรือวิกฤตอื่นๆ โฟโตโวลตาอิกที่ฝังอยู่และการจัดเก็บแบตเตอรี่ที่อยู่ติดกันสามารถทำให้การสื่อสารที่สำคัญ การทำความเย็นทางการแพทย์ และการให้แสงสว่างทำงานได้ ตัวอย่างเช่น ทางหลวงที่เชื่อมต่อหมู่บ้านห่างไกลในพื้นที่ภูเขาสามารถทำงานเป็นไมโครกริดระหว่างที่ไฟฟ้าดับ สนับสนุนคลินิกในท้องถิ่นและความพยายามบรรเทาทุกข์

ทางหลวงพลังงานแสงอาทิตย์ที่โดดเด่นสามารถทำหน้าที่เป็นสถานที่แสดงการศึกษา ดึงดูดนักท่องเที่ยว นักเรียน และผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรม ทัวร์นำชมเส้นทางจักรยานพลังงานแสงอาทิตย์หรือศูนย์บริการนักท่องเที่ยวริมถนนที่มีการแสดงแบบโต้ตอบสามารถเพิ่มความตระหนักของสาธารณชนเกี่ยวกับพลังงานหมุนเวียน ในทำนองเดียวกัน พื้นที่พักผ่อนริมทางหลวงอาจมีตู้ชาร์จ ตู้ข้อมูล และตู้สาธิตที่แสดงสถิติการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์แบบเรียลไทม์ ด้วยการผสานการมีส่วนร่วมของสาธารณชนเข้ากับโครงสร้างพื้นฐาน ชุมชนสามารถส่งเสริมวัฒนธรรมแห่งความยั่งยืนและนวัตกรรม

การกำหนดเส้นทางที่ยั่งยืนไปข้างหน้า

การเดินทางไปสู่ทางหลวงพลังงานแสงอาทิตย์ในระดับเชิงพาณิชย์ยังคงเป็นงานที่กำลังดำเนินการอยู่ โครงการนำร่องในฝรั่งเศส จีน เนเธอร์แลนด์ และอินเดียในช่วงแรกๆ ได้ส่องสว่างทั้งคำมั่นสัญญาและข้อผิดพลาดของการฝังโมดูลโฟโตโวลตาอิกไว้ใต้พื้นผิวถนน แม้ว่าความพยายามในขั้นต้นเหล่านี้จะเผยให้เห็นความท้าทาย ต้นทุนที่สูงกว่าที่คาดไว้ ปัญหาความทนทาน พลังงานที่ต่ำกว่าที่คาดไว้

ในขณะที่โลกกำลังมองหาเส้นทางนวัตกรรมเพื่อให้บรรลุเป้าหมายด้านสภาพภูมิอากาศ ทางหลวงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นภาพลักษณ์ที่ทรงพลัง: ถนนที่ทำมากกว่าการเคลื่อนย้ายยานพาหนะ พวกมันสร้างพลังงานสะอาด ขับเคลื่อนชุมชน และขับเคลื่อนความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี แม้ว่าการเดินทางไปสู่การใช้งานอย่างแพร่หลายอาจยาวนานและต้องการการวิจัย การลงทุน และการสนับสนุนนโยบายอย่างต่อเนื่อง แต่ผลตอบแทนที่เป็นไปได้ เช่น การลดรอยเท้าคาร์บอน ความยืดหยุ่นของกริดที่เพิ่มขึ้น และเครือข่ายการขนส่งที่ชาญฉลาดขึ้น ทำให้การเดินทางนี้คุ้มค่า

ในปีต่อๆ ไป เมื่อโครงการนำร่องเติบโตเต็มที่และเทคโนโลยีเติบโตเต็มที่ ทางหลวงพลังงานแสงอาทิตย์อาจเปลี่ยนจากความแปลกใหม่ไปสู่บรรทัดฐาน กลายเป็นคุณลักษณะมาตรฐานของโครงสร้างพื้นฐานที่ยั่งยืน เมื่อวันนั้นมาถึง การขับรถอย่างง่ายๆ จะไม่เพียงแต่พาคุณจากจุด A ไปยังจุด B เท่านั้น แต่ยังมีส่วนช่วยในการผลิตพลังงานหมุนเวียน ขับเคลื่อนบ้าน โรงเรียน และยานพาหนะไฟฟ้าตลอดการเดินทาง ท้ายที่สุดแล้ว ทางหลวงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นตัวแทนของความจริงที่มุ่งมั่น: เมื่อการสร้างสรรค์นวัตกรรมมาบรรจบกับการดูแลสิ่งแวดล้อม สภาพแวดล้อมที่สร้างขึ้นของเราสามารถกลายเป็นเครื่องมือที่ทรงพลังสำหรับการเปลี่ยนแปลงในเชิงบวก