文/ 约翰•凯•史密斯博士 翻译/ 王志成

国际太阳能自行车发展动向

文/ 约翰•凯•史密斯博士 翻译/ 王志成

世界经济的高速发展，自然能源被大量地甚至是掠夺性地开发和利用，人类将面临自然资源枯竭的严重威胁，而且也要面对大量能源使用过程中所产生的环境污染。所以，当今社会与各国政府要实现可持续发展，必须从节约能源入手，更好地利用环保和取之不尽的能源——太阳能。

如今，太阳能自行车的发展借助于各国光伏产业的振兴。日本与光伏产业发展有关的法律是：2002年颁布的《促进新能源利用的特别措施法》和2008年11月发布的“太阳能发电普及行动计划”，确定太阳能发电应用量到2030年的发展目标要达到2005年的40倍。美国法律中促进光伏产业发展的主要有1978年的《公共事业政策管理法》（最新修订于1999年）、1990年的《清洁空气法修正案》，特别是1992年颁布的《能源政策法》进一步对可再生能源发展提出了要求，即要求到2010年可再生能源提供的总量应比1988年增加75%；并规定对太阳能和地热项目给予永久减税10%。在欧洲范围内，继德国之后，希腊、法国、意大利和西班牙也颁布了推动光伏产业发展的相关法案。德国2000年颁布的《可再生能源优先法》适用于太阳能等可再生能源生成的电力购买和偿付问题，对由太阳能等可再生能源生成电力的补贴做出了详细规定。

我国也发布了“太阳能自行车规划”：2012年9月住房城乡建设部、发展改革委、财政部下发《关于加强城市步行和自行车交通系统建设的指导意见》要求，正确引导电动自行车的发展。电动自行车在提高居民出行效率、促进节能减排等方面具有一定作用。要在城市基础设施建设中，充分利用太阳能和风能等可再生能源，考虑充电桩等设施的建设。

太阳能自行车的应用特点

太阳能自行车是将太阳能直接变成电能，驱动电机行驶的自行车。主要由太阳电池、直流电机、蓄电池、功能部件和自行车组成。

太阳能电池是自行车的发电机，蓄电池把太阳能变成的电能储存起来，一方面提供自行车启动时较大的启动电流，另一方面供特殊气候、环境与导航、照明、安全等功能使用。太阳能电池是一固态器件，它吸收阳光并将光能直接转变成电能，完全依靠其内部的固体结构完成这一功能，使用自然日光使自行车不用人力就可以快速行驶，或者带有助力功能。

目前电动自行车有许多缺陷，特别是受到续驶里程、功率、再充电能力和蓄电池寿命的障碍。传统的铅酸蓄电池（包括进口原装免维护电池），仅可充放电400次。如果蓄电池深放电使用，就是把蓄电池容量用完后充电，也只能使用20次，蓄电池也就完全失效。这就限制了电动自行车的发展。为此，美国能源部等联合出资2.6亿美元，成立美国现代电池国际财团（USABA），中长期开发“钠-硫蓄电池"、“镍-氢离子电池”、“锂-聚合物电池”、“锂-离子电池”。现在实际上能投入使用的太阳能自行车，都应用“太阳能浮动充电”原理，就是用NPS硅太阳电池和BEST全密封免维护蓄电池组合成太阳能电源，降低蓄电池的放电率，减轻蓄电池深度放电和补充蓄电池的自放电损失，可数倍提高蓄电池的使用寿命。

自行车应用太阳能的另一特点是与其配置的功能部件，诸如太阳能自行车把、太阳能自行车夜灯、太阳能供电锁、太阳能自行车导航系统、太阳能自行车活动监测仪，以及太阳能自行车信号手套、太阳能自行车安全头盔、太阳能自行车服装等。在欧美、日本等发达地区和国家，太阳能自行车的功能部件尤其受到重视，有众多公司参与研发竞争，其市场潜力巨大。

异彩纷呈的太阳能自行车

据欧盟自行车产业协会（EUBIA）的统计，欧洲各类自行车市场销售量在2015年达到20.5万辆，2014年为17.3万辆，预估2016年为23万辆以上，近3年复合平均成长率为19.7%，且呈现稳定增长的趋势。2015年欧洲电动自行车前三大畅销地区为荷兰、英国与德国，这些国家同时是自行车的消费大国，尤其在荷兰，平均每人都拥有1辆自行车。不过，自行车可分为脚力自行车（F-bicycle）、电动辅力自行车（EA-bicycle）、电动自行车（E-Bicycle）与再生动力辅助自行车（RPA-bicycle）；而在再生动力辅助自行车类又分为太阳能自行车（SP-bicycle）、风力自行车（W-bicycle）等。由于法令规章的关系，欧盟各国多将E-Bike归类为Moped（似50cc以下的机车），所以目前欧洲电动自行车市场销售有80%还是以Pedelec（电动助力车）为主。但是，随着可持续发展理念、节约能源与绿色环保潮流的推动发展，再生动力辅助又行车省力的RPA-bicycle市场逐渐兴起，这类型的车更是受到欧美发达国家银发族的青睐。尤其是太阳能自行车一直有众多公司参与研发竞争，其未来市场规模必将迅猛发展。当前国外研发推出的太阳能自行车创新产品有：

Peng sun太阳能自行车

2016年1月在美国新奥尔良举办的“国际公路交通展览会”上，美国马萨诸塞州的Super Pedestrian公司推出最新款Peng sun太阳能自行车。该车设有一个能量转换高效率的共轭聚合物顶蓬，它有两个作用，一是用来防护太阳光的照射和雨水的侵袭，第二个作用就是收集太阳能转化为自行车所需的电能。当骑车者正在普通自行车上为爬坡而累得气喘吁吁之时，Peng sun太阳能自行车主却可以毫不费力地从后面超越他们，因为有强大的太阳为其提供动力。

Crystalline silicon太阳能自行车

著名自行车制造商美利达最近推出使用太阳能作动力的Crystalline silicon自行车，该车正在德国、比利时和挪威等国面市。设计师保罗·克里斯称，这辆自行车后部设置有两块吸收太阳能的黑色单晶硅电池板，只需全天暴晒在太阳底下就可以“充电”，在电能充足的情况下，骑车者不必用力蹬自行车，而且可在晚间亮灯行驶。这辆太阳能自行车最高车速可达25 km/h。

据介绍，Crystalline silicon太阳能自行车除了后部的电池板外，它与一般电动自行车别无二致。它只要在充足的日光下晒上1天，就可以连续行驶逾30 km。在行驶期间电力被用完也不必担心，骑车者可以采用脚踏方式，一边行驶一边利用动力原理为自行车充电。

Beast太阳能自行车

2015年9月中旬在拉斯维加斯举办的“美国国际自行车展”上，加拿大自行车生产商Daymak公司又推出新品Beast太阳能自行车。

据Daymak发言人达纳·麦金泰尔介绍，本次新推出的Beast太阳能自行车，是配置DDS驱动系统的越野型自行车。DDS驱动系统采用系列模块式日光电源（24 V控制电源），可提供模块式和一体式两种伺服驱动系统。它是自行车力动的转换套件，可以替代原有自行车的后轮，其最大的特点就是靠太阳能发电。

Flying wings太阳能自行车

2015年10月下旬在墨西哥城世贸展览中心的“墨西哥自行车展览会”上，美国Cannondale公司展出了最新款的Flying wings太阳能自行车。这辆山地自行车进行了车体造型的全方位创新设计，使得其在充分利用太阳能并且快速充电的基础上，还保证了强度和良好减震性能，整车的质量（重量）也再创新低（不足15 kg）。该车采用一次成型的Head Shok Lefty单侧悬，以碳纤维作包层的镁金属芯材车架可使该车轻松地应付颠簸和碰撞。

然而，Flying wings太阳能自行车最超乎想象的新创意还是在车身两侧安装了2块太阳能电池板，并以快速充电技术用于辅助补充电力。其电力不仅用于辅助驱动，还用于车辆测速仪、液晶屏等供电。

Disc array太阳能自行车

丹麦自行车制造商Sparta最新推出了Disc array太阳能自行车，其最大特点是太阳能电池板安装在自行车轮上，而充电池则安装在自行车车架上；这样一体化的设计看起来仍像一辆普通的自行车，但是它可以采用太阳能辅助驱动，并且降低了车子的质量（重量）以及空气动力阻力。

Disc array太阳能自行车的最高速度可达30 km/h，车主也可以在车把上安装部件用以设置所需的速度。据该车设计师John Flossie介绍，他优选了将自行车的圆盘形阵列太阳能电池板安装在车轮的辐条，管状锂离子电池组固定在车辆中央的主框架，驱动部件则采用低能耗高功率的LECAHP-500W电机。Flossie说：“该车Disc array的两个侧面都能够在阳光充足的日子里收集太阳能；当然，它的电池也可通过家用电源插座充电。”

No hub太阳能自行车

总部设在旧金山的IDEO公司研发出新款No hub太阳能自行车，该车是全球一流设计师莫塔巴·拉伊斯的创新产品，其最诱人的创新是“No hub（无轮毂）设计”，即将前后轮都变成无轮毂驱动的结构，轮子中间的空间，正好用来放置圆形的太阳能电池板。而且车轮中的这些电池板，角度是可以调整的，可向两面成30°旋转；平时太阳能电池板与车身保持水平，不会影响骑行，停车充电的时候，简单地调整太阳能电池板的角度，就能获得更好的光电转换效率。

据IDEO公司介绍，No hub太阳能自行车更为适用的功能是：能够提供3种驱动模式，即人工动力、半电动以及全电动模式，使用者可以根据需要来选择不同的驱动模式。

SPEP太阳能自行车

在2015年10月泰国曼谷国际自行车展上，日本Yamaha公司展出了最新款SPEP太阳能自行车。该自行车最诱人特点是既能够利用太阳能辅助驱动，又具有净化空气的环保功能。据Yamaha发言人介绍，SPEP太阳能自行车配备有高效率太阳能储能电池板、电动机和锂电池，能够通过绿色的太阳能转换并将电能用于自行车动力。

更为神奇的是，该自行车设置的过滤系统还可利用电池的能量继续净化空气。因为它的铝制框架就是一套光合作用系统，利用可见光、二氧化碳和自行车水箱中的水进行光合作用，将二氧化碳转化为氧气，使空气得到净化。此外，骑车者在蹬动脚踏板时，不仅能为净化系统提供能量，也可以通过车把下部的内置空气净化机吸附污染物及粉尘；以减少骑车者周边空气中的污染物，并让氧气随时环绕在骑车者身边。因此它可以抗击雾霾天气里大气中的颗粒物（包括粗颗粒物PMl0和细颗粒物PM2.5），有助于空气质量的改善，深受业界人士和消费者的好评和欢迎。

争奇斗艳的太阳能车部件

据美国自行车联合会（ABA）最新报告指出：值得注意的是，在欧洲、北美与日本等发达地区与国家，各厂商竞相研发太阳能自行车的功能部件，已经呈现种类不一、争奇斗艳的市场格局。厂商们正凭借着产品节约能源、绿色环保又功能新奇的特点，逐渐打开市场需求。虽规模较小，但是市场竞争异常激烈。其市场发展的预期是：伴随全球高度环保意识与高龄化社会趋势，加上新政策与新规格的实施，对省力又环保的太阳能自行车功能部件的需求增长是勿庸置疑的。

当前国外研发推出的太阳能自行车功能部件的创新产品有：

Green lighting太阳能自行车灯

在2015年11月意大利米兰新展会中心举行的“国际自行车摩托车博览会”上，荷兰Rydon公司研发展出的Green lighting太阳能自行车灯创新产品，将使夜晚骑车者更安全。

据Rydon公司研发部经理阿南德·夏尔马指出，设置自行车灯晚上骑行时会更安全，但是一般的车灯会出现电池被盗或破损的情况。为了解决所有这些问题，Rydon研发部利用多晶硅与InP材料开发出一种可以永久提供绿色能源的太阳能自行车灯，它可以安装到任何自行车框架上。夏尔马表示，Green lighting灯的灯座是一块20 cm×20 cm吸收太阳能的InP多晶硅电池板，白天使用它来存储能源，晚上骑自行车的时候可以打开车灯使用，这对于夜晚骑车的人来说将会更加安全。

Folding太阳能自行车灯

在2015年9月美国拉斯维加斯举行的“国际自行车展”上，美国山地车知名品牌Huffy公司展出了新颖的Folding大阳能自行车灯。这是一款融合了多种优点于一身的山地车野营创新灯具。

Huffy公司设计师杰尔德·爱德瓦尔介绍，Folding太阳能自行车灯小巧玲珑，方便携带，折叠起来就像随身带的小镜子，放在口袋里都可以；其次，它很环保，白天把它挂在自行车上折放开来，顶部15 cm×10 cm的太阳能板就会吸收太阳能并储存于内置的电池中，到了晚上打开按钮，就成了一盏实用的小灯；特别是它顶部还设计了一根挂带，相当贴心，可以方便地挂在自行车上或者树枝上，非常适合山地车运动露营时夜晚使用。

Intelligence太阳能自行车后灯

2015年3月在莫斯科“第11届国际自行车及配件展览会”上，著名自行车制造商Piaggio展出了创新产品Intelligence太阳能自行车后灯，这款智能小巧的车后灯由一块12 cm×12 cm高效率吸收太阳能的折叠式CdTe电池板、灯座与内置电脑芯片和动作感应器组成，能够“识别、判断”周围环境与自行车行驶状态，从而控制自行车后灯的亮或灭。

据Piaggio发言人介绍，日常骑车人对于自行车后灯的亮灭往往关注不够，很多时候就会导致电源浪费与交通事故。而利用太阳能供电的Intelligence自行车后灯就会解决此类问题的发生。比如，当周围环境暗下来并且车子前进时，Intelligence车后灯便会开启；而超过30 s的停车状态时则会自动熄灭。值得一提的是，该车灯不会因外界干扰（如过往车辆前大灯的晃过）而改变工作状态。当然，如此智能小巧又精致的车后灯在安装时也配备了一定的防盗措施，让小偷不会轻易将其盗走。

Skylock太阳能自行车锁

旧金山VeloLabs公司新上市的Skylock太阳能自行车锁，被誉为能够开启自行车的“联网时代”。据VeloLabs公司发言人威廉·卡瓦提介绍，Skylock是由内置的高效光电转换的GaAs太阳能面板供电的，因为完全无需充电使用，并可以与iPhone配对，通过手机监控给自己的自行车上锁，或者将密码分享给其他有需要使用的朋友。VeloLabs希望未来这一密码的分享范围将不仅仅被限制在家人和朋友圈内，而是可以在整个自行车平台上进行分享。

卡瓦提还说明，Skylock太阳能车锁第一眼看上去就像一个闪闪发光的U形锁，但仔细一看就会发现很多不同。它有一个太阳能充电电池、盗窃和碰撞警报、无钥匙进入系统与iPhone共享器。有了这款锁，基本上就告别钥匙了，只要在阳光下晒1 h，就足以提供一个星期的电力。用户可以利用手机来控制开锁，只要靠近一定的距离，它就会自动解开。Skylock还具备其他一些贴心的功能。比如，当有人长时间抓住你自行车不放的时候，Skylock便可以通过短信通知的方式进行提醒。而且，当你所骑乘的自行车遭遇车祸的时候，Skylock会主动询问用户是否安好，如果用户没有反馈的话，Skylock便会自动联系周边的救援机构。

TRT太阳能自行车把

在2015年11月中旬的巴西圣保罗安“国际交通展览会”上，美国Schwinn自行车公司展出的新款TRT太阳能自行车把，这将是新潮车手的必备装备。

据介绍，这种车把采用具备一定硬度和韧性的本体异质结光伏材料做成了X条纹，条纹和车把之间是一层空隙，吸收的阳光与空气可以流通。于是，夏天的时候能通风，保持手心干燥、凉爽；而到了冬天，阳光又通过太阳能电池促使内置的电热丝提供加热功能，让手部不至于因为太过寒冷而冻僵。

PIS太阳能自行车赛服

在2015年8月下旬德国绯德烈斯哈芬举办的“欧洲国际自行车贸易博览会”上，瑞士Piaggio单车用品公司展出了即将上市的PIS太阳能自行车赛服。这种赛服的背部敷有一层高效率光电能量转换的CdTe薄膜，并在赛服下边沿设有充气器与安全弹簧钩，是一种先进的光电充气安全服。

据Piaggio发言人声称，PIS太阳能赛车服使用时，赛车手可将安全弹簧钩挂在坐椅后沿上，一旦发生事故，利用阳光供电的充气器会在0.2 s之内迅速将赛车服充气，于是胀鼓鼓的赛车服便紧紧裹住赛车手的身体，保护住颈、脊梁、骨盆、肝、脾、心、肺等人体重要部位。据悉，这种赛车服可使个人驾车活动与赛车运动的伤亡率减少80%以上，并使大多数重伤减为轻伤。

Intelligence太阳能自行车安全监控器

韩国Samsung集团展出一款Intelligence太阳能自行车安全监控器，这种能保证安全行驶的智能自行车拥有优美的弧形框架，铝制车身总体采用曲管设计，以便吸收和缓冲在粗糙路面上颠簸骑行时产生的一些震动。

据Samsung介绍，该车后轮两边设有两块26 cm×18 cm高效率吸收太阳能的折叠式电池板，而在车框架内还隐藏着一系列利用光与电转换的智能安全监控器，安装有储蓄电池、Arduino模块、传感器、Wi-Fi和蓝牙通讯模块等。其中4个环境光传感器能够感应天色的变化，天黑时自行启动激光划线器，在自行车的两旁投射出一条单独的虚拟激光车道。通过在路面上标示出安全驾驶距离，提醒前后方的车辆不要靠得太近，以便为骑车者夜间出行提供安全保护。

Navigation太阳能自行车LED灯

2015年9月在美国拉斯维加斯的“国际自行车展”上，加拿大的Vanhawks公司推出一款Navigation太阳能自行车依靠车把上的LED灯进行导航，方法简单而又“聪明”。该车身主体采用一体成型碳纤维材质，后车架上设有15 cm×15 cm折叠式太阳能电池板，全车仅重18磅（约7.95 kg），另外车架内还装设由太阳能供电的智能导航设置：有蓝牙4.0、内置GPS、速度传感器、加速度计、陀螺仪等。

据Vanhawks公司介绍，当骑车者按照预先设定的路线需要转弯时，自行车左侧或者右侧把手的LED灯就会发亮。如果有物体或汽车靠近自行车时，车把内的传感器会通过震动相应一侧的车把来提醒骑车人注意，车架内智能导航设置与车把内传感器均通过车架上的太阳能电池板产生的电能来补充能量。车主在手机上安装配套的APP，骑行路线、时间、速度和消耗的卡路里等信息都会被记录下来。通过预设行进路线，骑行过程中车把上的LED灯可以起到导航作用；如果自行车丢失，也可以通过定位找回。总之，Vanhawks公司这款太阳能自行车LED灯系统，除了能有效提高了安全性外，还大大增加了自行车的乐趣。

新颖独特的太阳能车道

什么样的自行车产品与交通设施才能够成为未来的主流呢？开发太阳能自行车专用的科学的交通设施，倡导绿色环保出行将是未来自行车产品与交通设施最火的全球话题。目前，国外开发与应用的太阳能供电自行车专道、太阳能自行车充电停车场、太阳能自行车充电棚等包括：

全世界第一条以太阳能供电的自行车专用道，已于2014年11月12日在荷兰阿姆斯特丹附近的克罗默尼市正式开放运营。在这条被称作“太阳之路”的车道上，只有自行车骑行者被允许在路面上进行蹬、跳、骑行、上下车等；同时使结实的电池路面有效地收集太阳能转换为电能，直接给自行车道沿途的交通设施和人居房屋供电。

这条“太阳之路”是北荷兰省政府、荷兰应用科学研究团队（TNO）及几家私营公司的共同合作结果，它采用PDC光电直接转换技术。其实，这条百米长模块化自行车道如同一个个“夹心蛋糕”，它是由每块面积为2.5 m×3.5 m的混凝土模块铺设而成；水泥块上面覆盖着一层1 cm厚的结晶状硅太阳能电池；电池之上又覆盖一层厚1.2 cm可以让阳光透过的半透明钢化玻璃。该路面看起来像微波炉里的烹饪转盘，它有粗糙的毛化表面，以确保骑行者不会在上面打滑，而且足以承受1辆卡车的质量（重量），人们完全可以在上面骑自行车跑动。

作为欧洲自行车最多的国家之一，荷兰计划率先用太阳能电池板铺设自行车道，从而使得本国的交通更加绿色环保。据当地电力管理人员介绍，这条太阳能自行车道每年每平方米可发电50 kWh，所产生的电力可用于沿途的太阳能自行车、交通设施（信号灯）、街道照明甚至是家庭用电等。在北荷兰省政府制定的发展可持续能源计划中，“太阳之路”项目被列为重点内容，根据这个计划，太阳能供电自行车道未来将在全省区进行广泛的推广和应用。另据TNO预测，在荷兰全国现有140 000 km长的公路中，将可提供400～500万 km2的自行车道接收太阳能供电面积，如果全部用来发电，其效果不可估量。

2015年夏季，在韩国中部位于首尔以南大约160 km、连接韩国大田和世宗两大城市的高速公路中间，出现了一道奇特的“风景线”：在总长约32 km的自行车道上安装了太阳能电池板顶棚。如果你是经常穿梭于这两个城市之间的骑友，应该会对这条高速公路上的自行车道非常满意；因为一方面可以让高速公路上的骑车人免受日晒雨淋之苦，另一方面还能够用太阳能来发电，所产生的电力可用于沿途的太阳能自行车、交通设施（信号灯）等。

日本是世界最大并且最成熟的太阳能市场。日本旨在到2020年其太阳能光伏发电容量达到14 GW，到2030年达到50 GW。现在，与自行车相关的太阳能交通设施在日本有了更多的开发与推广，其中参与研发的主要有三洋公司、京瓷集团、夏普公司、KCCS公司、东芝公司和奥利克斯公司等。

不久前，日本京瓷公司与其京瓷通信系统集团公司（KCCS）共同开发出使用京瓷高功率太阳能电池为混合助力自行车充电的环保型太阳能自行车停车场，并由KCCS负责在日本滋贺市政厅率先安装投放并进行销售。

据介绍，滋贺市政厅安装启用的太阳能自行车停车场系统，打破了太阳能电池是安装在屋顶的普遍观念，将其安装成栅栏式，这样不仅施工容易，而且还可以节省空间。本系统使用太阳能电池产生的电力为电动自行车充电。在这两个停车场的屋顶，三洋安装了内置异质振面薄层（HIT）太阳能电池板，它是由两片超薄非晶硅层与单结晶硅薄膜夹层组成，这种组合改善边界特征，减少发电损失。HIT太阳能板所产生的能源将储存在锂离子电池系统，该电池系统替代了目前的电源插座的功能，借助储存在锂电池中的太阳能电源，让车辆在紧急情况下能够正常使用，即便在阴天也能供混合助力自行车的电池充电；与此同时，太阳能停车场的锂离子系统还集成了一个直流充电器，使光伏能源成为直接电流供自行车充电使用，多余的电力还可为停车场二极管灯提供夜间照明，无需将其转换为其他电流。

据介绍，与停车场配套的“Love music”太阳能混合助力自行车，配置有光电动力自控器、锂离子电池系统和“三洋智能能源系统”。其电动机靠一种自动充电电池提供电力，而自动充电电池的电则可以来自车上一种发电机系统。该发电系统拥有再生充电功能，在自行车刹车或下坡时启动，在行驶时可同时生产电力和为电池充电。这种自行车因为有了太阳能停车场，使用者从一开始就能骑上电力充足的助力自行车了。

据NEDO的调研指出，三洋电机公司用于自行车充电的HIT太阳能电池的转换电能效率每平方英尺达23%，是目前全世界最高效率，亦可在高温下维持此效率。这种系统“完全是独立的，且洁净”，没有使用任何矿物能源。NEDO的调研报告认为，三洋电机公司已成为光电池和各种充电电池行业全球最大的企业之一。据NEDO的调研报告介绍，三洋公司依靠同样类型的装置，已为许多企业、学校和商店的混合动力自行车提供了太阳能供电。该公司的“太阳能自行车供电开发计划”预计将帮助日本减少二氧化碳排放，实现清洁能源的社会，同时稳定电力供应和需求。

（原文作者为美国商务部产业投资局首席顾问约翰·凯·史密斯博士，译据美国杂志《新产业经济发展报告》2016年第2期）