飛天遁地！為了給EV補能人類有多拼？

[愛卡汽車 行業動态 原創]

自從新能源浪潮席卷全球汽車市場以來，純電車型的補能就成為了汽車行業甚至全社會共同關注的話題。為了讓一輛輛“短腿怪”能夠像它們的喝油前輩一樣更效率更便捷也更經濟的補能，人們可以說是無所不用其極，新招數老辦法一起上。下面就讓我們來一起看看那些關于電動車補能的奇思妙想。

隻能“打輔助”的太陽能充電站

衆所周知，充電站和樁的建設并不能無序擴張，需要考慮到所在地電網的負荷以及充電站接入電網的成本等問題。但如果充電站/樁所提供的電能是完全獨立于電網外的呢？聽起來相當美好，對吧？這玩意兒可是确實存在的！

早在2016年，國内某光伏企業就在廣東東莞建成了國内第一座離網太陽能充電站，該充電站确實可完全獨立于電網營運，僅使用太陽能儲能為純電動車型充電，對電網不會造成壓力，甚至可以在無電地區搭建營運。

相對于并網太陽能充電站，離網式更為稀少，受限于太陽能電池闆的采能效率，離網式太陽能充電站并不具備大規模推廣的條件。

無獨有偶，大衆集團子公司Electrify America在2020-2021年間在加州較偏遠地區同樣鋪設了多座離網太陽能充電站，這些地區常年光照充足，可以為這些充電站的儲能設施提供所需的電能，是以無論白天還是夜間，車輛都可以在這些充電站進行補能。

看起來是非常理想的補能方式了，可為什麼沒有推廣？

最大的問題其實是收集能源的效率，以上述位于廣東東莞的離網太陽能充電站為例，其每日發電量僅為80度電左右，這樣的發電量對于如今電池容量越來越大的電動車來說簡直和開玩笑一樣，即便以2016年當時較為主流的配備25.6kWh電池的北汽EV160計算，電量從30%充至80%，該離網太陽能充電站一天也僅能服務6-7台車。

即便配備大面積太陽能電池闆，太陽能充電站想要為規模流量的純電車提供快充服務，仍需要接入當地電網系統。

而Electrify America在加州農村建造的離網太陽能充電站也面臨同樣的問題，依靠功率為4.28kW的跟蹤式太陽能電池陣列發電，配備容量為32kWh儲能電池，這樣的規格根本無法應對大流量的純電補能需求。這也是為什麼該類充電站僅提供6kW交流充電樁的原因。

專業從事太陽能電池闆列陣制造的美國Sunrun公司針對充電站的太陽能闆規模做過計算，如果要維持一個150kW充電功率的快充樁的正常營運，需要鋪設469塊太陽能電池闆為其供電；而特斯拉V3超充（最大功率300kW）甚至是功率更高的由ABB生産的335kW-350kW的超充電樁，則需要1000塊以上的太陽能電池闆為其供電，這些太陽能電池闆總面積能達到1800多平米，要知道這僅僅是一個充電樁！按目前大陸高速服務區4-6個快充樁的規格，一個充電站所需的太陽能電池闆用“遮天蔽日”形容一點也不誇張。

按照太陽能企業的計算，維持一個150kW充電功率快充樁的正常營運，僅依靠太陽能則需要鋪設469塊總面積近千平米的太陽能電池闆，如此規模用“遮天蔽日”形容毫不過分。

其實作為純電動車行業龍頭的特斯拉，其CEO埃隆·馬斯克也曾在2016年提出過離網太陽能充電站的設想，但直到目前，包括特斯拉在西藏建設的光儲充一體化超級充電站，以然是以并網的形式存在，并不能完全獨立于電網體系外大規模營運。

特斯拉很早就開始投入到太陽能充電站的技術研發當中，并在西藏等陽光充足的地區建設有光儲充一體化超級充電站。

離網太陽能充電模式并不适合大規模應用到充電站，但對于有條件安裝相應裝置的私人使用者來說是一種比較理想的補能形式。

雖然離網太陽能充電形式暫時還無法大規模應用到充電站上，但實際這種形式是可以為家庭使用者采用的，目前國内外都有不少企業在推廣針對家庭使用者的太陽能離網充電方案。雖然太陽能電池闆轉化電能的效率針對快充或超充顯得力不從心，但對于采用慢充的家庭使用者來說這種低效率帶來的影響并不那麼難以忍受，而通過太陽能轉化電能省下來的電費則是相當實際的收益。

充電公路：天上與地下之争

利用充電樁充電或是到換電站換電，是目前最普遍的純電動車補能方式了，但即便是以快捷著稱的換電模式，也仍需要駕駛員駕車行駛到特定地點，再多花費幾分鐘的時間才能完成補能過程。有沒有一種補能方案是在用車過程中不需要付出額外時間成本的呢？

法國人在2016年率先嘗試了太陽能充電公路，但結果相當不理想，耐用性、發電效率、路噪等問題一一浮現。

第一個做出相關嘗試的是法國人。2016年，法國大型土木建設公司Colas在72年前盟軍登陸的區域——法國北部諾曼底，修建了一條長達1公裡的太陽能充電公路——“Wattway”，别看僅有短短1公裡，但這段道路因為鋪設了超過2800塊太陽能充電闆，造價高達500萬歐元。需要說明的是，這條公路并不能在車輛行駛過程中直接為其充電，而是通過轉化太陽能為電能為道路設施（比如路燈）、附近充電站供電，同時在降雪時還可以通過采集太陽能時産生的熱量将冰雪自動融化。

盡管Colas在“Wattway”建成之初向公衆承諾，該道路可以承受任何大型車輛通過，并公開了路面的結構：一層高強度透光材料作為路面最表層鋪設在太陽能充電闆之上作為保護。但事實上在道路開通的第三年，這條公路已經被損毀殆盡，表層保護材料在大型車通過時會直接斷裂。

使用不到三年，造價500萬歐元的Wattway就已損毀殆盡。

這條公路的問題還遠不止于此，特殊材質的使用僅考慮到了收集太陽能的需求，但車輛通過是産生的超标路噪天天擾亂着周邊居民的生活；即便建成初期，路面完好無損的狀态下，其發電量也不足預期的一半……

就在法國這條Wattway建成一年多後，2017年底，中國山東濟南也竣工通車了一條太陽能高速公路，路段全長2公裡。其原理與法國的Wattway基本相同，但命運卻更為悲慘。在通車第六天後，這段全長2公裡的太陽能高速路就被大面積損壞，多塊太陽能電池面闆被盜。截至2019年該路段的太陽能電池面闆僅存十餘米。

山東濟南在2017年修建了一段長約2公裡的太陽能高速路，這段道路的命運與Wattway差相仿佛。

看起來在公路上鋪設太陽能電池闆的模式是行不通了，不過充電公路的構想并未被抛棄。瑞典人和德國人針對充電公路提出了“新”思路，你問我為什麼打引号？往下看就明白了。

瑞典人的“新”思路說穿了其實很傳統：有軌電車。2018年，瑞典道路建設企業eRoadArlanda在首都斯德哥爾摩郊區，修建了一條約2公裡的充電公路。和上述兩條太陽能公路相比，瑞典的這條公路是真的可以實作為過往車輛即時充電的功能，但前提是車輛需要在底盤上安裝一個連接配接臂。

瑞典人的有軌充電公路雖然并不新穎，但勝在足夠實用。

這條位于斯德哥爾摩郊外長約2公裡的公路，可以為安裝了連接配接臂的車輛充電，但造價同樣不菲。

通過該連接配接臂，将該段公路上鋪設的帶電軌道所傳輸的電量充入車内電池。連接配接臂在車輛駛離充電公路後可以自動斷開。這段公路造價同樣不菲，每英裡（約1.6公裡）的造價在140萬英鎊（約1162萬元人民币）左右。不過盡管看起來不太高大上，同時又相當昂貴，但至少這條有軌充電公路相比用太陽能闆鋪路要來的堅固許多，目前包括瑞典、德國在内的國家也都在推廣該項技術。

帶電軌道會将電量通過連接配接臂傳輸到車内電池中，當車輛駛離該路段時，連接配接臂會自動與軌道斷開，并收回車内。

如果把有軌充電公路稱為“遁地”的話，那麼接下來的這個補能思路玩的就是“飛天”了：在德國，如果你驅車從法蘭克福前往達姆施塔特，會發現在途中會有一段約3公裡左右的路段，整條公路都安裝了架空電網，可以為安裝了頂置式受電弓的電動貨車進行充電。截止到2021年10月，全德國已經有15公裡的架空電網了；在瑞典，從耶夫勒（Gavle）到山特維肯（Sandvik）的E16高速公路上，同樣也搭建了架空電網。

德國人則采用了架空電網為安裝了頂置受電弓的車輛充電，截至2021年10月，全德共有15公裡安裝了架空電網的高速路段。

看到這，肯定有網友會說：這不就和曾經在國内很多城市都出現過的“大辮子”公共汽車一樣麼？确實從技術角度來看，無論是有軌式充電公路還是架空電網與受電弓的組合，都算不上新技術。不過接下來的無線充電公路應該算是前沿技術了。

在2020年12月，以色列科技公司ElectReon在瑞典哥特蘭島（ Gotland）的維斯比（ Visby），鋪設了全球首條無線充電公路——Smartroad Gothland，其工作原理是在1.65公裡長的道路瀝青層下方埋設感應線圈，為安裝了感應裝置的貨運車輛實作電量的動态無線傳輸。

無線充電公路的示範視訊

在多次試驗過程中，以60km/h行駛的車輛，可以確定擷取每小時70kW的充電電量，而且即便是當地常見的降雪天氣也并不會影響無線充電的效率；而在以色列特拉維夫和德國卡爾斯魯厄，也都鋪設有采用相同技術的無線充電公路。

無論是有軌充電、架空電網電弓充電還是更先進的無線充電公路技術，“充電公路”試驗的成功，都讓瑞典與德國對于“解決EV補能困境”的前景感到樂觀，進而有意願對相關技術進行大規模的基建投入：瑞典計劃到2030年，将該國2000公裡的道路實作可充電化；而德國計劃斥資120億歐元，到2030年實作4000公裡道路的可充電化。

鑒于試驗階段所取得的成功，德國和瑞典都計劃斥巨資推廣充電公路技術。

結語：正如鄧公所說：“不管黑貓白貓，能捉老鼠的就是好貓。”，各類新舊充電技術與思路也是如此。隻要能在恰當的場景下解決純電動車的補能困擾，那就是好辦法。而本文介紹的以上内容，也不過是人類智慧投射到EV補能領域的小小一角而已，相信随着更多相關領域企業與專家投身于新能源領域，未來一定會有更新、更有效率也更具市場化前景的補能技術被挖掘出來。