Hybrid Solar-Piezoelectric Pavement Systems: A Dual-Mode Approach to Renewable Energy Harvesting and Sustainable Infrastructure

Abdulgader Alsharif

المؤلفون

عبد القادر الشريف شعبة هندسة القوى الكهربائية، كلية الهندسة الكهربائية، كلية الهندسة، جامعة التكنولوجيا الماليزية، UTM، سكوداي 81310، جوهور، ماليزيا المؤلف

الكلمات المفتاحية:

رصف الطاقة الشمسية، حصادة الطاقة الكهروضغطية، حصاد الطاقة الهجينة، البنية التحتية الذكية، تقييم دورة الحياة،، التحليل التقني الاقتصادي

الملخص

تستهلك المناطق الحضرية كميات متزايدة من الكهرباء للنقل والبنية التحتية، إلا أن مساحات شاسعة (الطرق والأرصفة ومسارات الدراجات) لا تزال غير مستغلة بالكامل. تهدف أنظمة الرصف الهجينة الشمسية-الكهربائية الضغطية إلى تجميع كل من الإشعاع الشمسي والطاقة الميكانيكية للمركبات من أسطح الطرق. تستعرض هذه الورقة مشاريع تجريبية حالية للرصف الشمسي (مثل SolaRoad وWattway) ودراسات الرصف الكهرضغطية، ثم تقترح نهجًا مشتركًا مع تصميم نموذجي لمنصة اختبار وإطار عمل للنمذجة. صممنا مسارًا بطول 3 × 1 متر مزودًا بوحدات كهروضوئية مدمجة تحت طبقة تآكل متينة ومحولات كهرضغطية في القاعدة. يُستخدم نموذج متعدد الفيزياء (العناصر المحدودة للميكانيكا، ومعادلات كهرضغطية تكوينية، ومحاكاة NREL PV) لتقدير إنتاج الطاقة في الساعة بناءً على الإشعاع المحلي وأنماط حركة المرور (من بيانات NREL PVWatts وبيانات حركة المرور DOT). نُقدم أيضًا تحليلًا تقنيًا واقتصاديًا وتحليلًا لدورة حياة الأنظمة الكهروضوئية الهجينة والتقليدية المُثبتة على الأسطح. تشير النتائج الأولية إلى إنتاجية طاقة مُجتمعة تتراوح بين 100 و150 كيلوواط/ساعة للمتر المربع سنويًا (الأنظمة الكهروضوئية)، بالإضافة إلى ما بين بضع وعشرات الكيلوواط/ساعة لكل مركبة (الأنظمة الكهروضوئية الكهروضوئية)، مع هيمنة الطاقة الشمسية على إنتاج الطاقة الهجينة. لا تزال تكلفة التركيب والصيانة المرتفعة (أغطية زجاجية متينة، وإصلاحات الأرصفة) تُشكل عوائق، لذا فإن فعالية التكلفة منخفضة إلا في حالات مُحددة. مع ذلك، يُمكن للأرصفة الهجينة أن تُزود أجهزة الاستشعار، أو أعمدة الطرق المُضاءة بمصابيح LED، أو اللافتات بالطاقة الذاتية في المناطق ذات حركة المرور المنخفضة. نُحدد القيود الرئيسية (المتانة في ظل التجمد/الذوبان، وكفاءة إلكترونيات الطاقة، والاختبارات القياسية)، ونوصي بإجراء المزيد من التجارب الميدانية.

التنزيلات

تنزيل البيانات ليس متاحًا بعد.

REFERENCES

Colagrossi, M. (2019, August 18). France’s first solar roadway turned out to be a ‘total disaster’. Big Think. Retrieved from https://bigthink.com/

Abdussalam Ali Ahmed (2025). Synergizing Renewable Energy and Electric Vehicles: An Experimental Analysis of Grid Integration, Charging Optimization, and Environmental Impact. Journal of Insights in Basic and Applied Sciences, 1(1), 35-43

Colas. (n.d.). Wattway - Photovoltaic road surfacing. Colas.com. Retrieved September 2025, from https://www.colas.com/innovation/wattway-photovoltaic-road-surfacing

Abdussalam Ali Ahmed (2025). Hybrid Tidal-Wave Systems with Advanced Materials for Efficient and Durable Renewable Ocean Energy. Libyan Open University Journal of Applied Sciences (LOUJAS), 1(1), 29-43.

Electreon. (2022, November 10). Electreon’s Electrified Roadways named among TIME’s 100 Best Inventions of 2021 [Press release]. Retrieved from https://www.electreon.com/

Heller, L. F., Brito, L. A. T., Coelho, M. A. J., Brusamarello, V., & Nuñez, W. P. (2023). Development of a pavement-embedded piezoelectric harvester in a real traffic environment. Sensors, 23(9), 4238.

National Renewable Energy Laboratory (NREL). (2023). PVWatts® Calculator [Online tool]. Retrieved from https://pvwatts.nrel.gov/

Oltermann, P. (2014, November 5). World’s first solar cycle lane opens in the Netherlands. The Guardian. Retrieved from https://www.theguardian.com/environment/2014/nov/05/world-first-solar-cycle-lane-netherlands

Abdulgader Alsharif (2025). AI-Based Spatiotemporal Analysis of Solar and Wind Energy Potential Using Satellite and Ground Sensor Data. Scientific Journal for Publishing in Health Research and Technology, 1(1), 01-07

Abdussalam Ali Ahmed (2025). Hybrid AI Models for Forecasting and Optimizing Solar Energy Generation Under Varying Weather Conditions. Scientific Journal for Publishing in Health Research and Technology, 1(1), 35-41

Sun, J. Q., Xu, T. B., & Yazdani, A. (2023). Ultra-High Power Density Roadway Piezoelectric Energy Harvesting System. Energy Research and Development Division, Final Project Report, Department of Mechanical Engineering, University of California.

Abdussalam Ali Ahmed, HudaElslam Mohamed (2025). Accelerating the Green Transition: An Experimental Study on the Integration of Renewable Energy with Electric Vehicle Infrastructure. Journal of Insights in Basic and Applied Sciences, 1(1), 01-09.

Vizzari, D., Gennesseaux, E., Lavaud, S., Bouron, S., & Chailleux, E. (2021). Pavement energy harvesting technologies: a critical review. RILEM Technical Letters, 6, 93-104.

Abdulgader Alsharif (2025). Global Trends in Electric Vehicle Charging Demand and Infrastructure Development. (2025). Libyan Open University Journal of Applied Sciences (LOUJAS), 1(1), 20-28.

Abdussalam Ali Ahmed (2025). Hybrid Tidal-Wave Systems with Advanced Materials for Efficient and Durable Renewable Ocean Energy. (2025). Libyan Open University Journal of Applied Sciences (LOUJAS), 1(1), 29-43.

Chen, S., Wei, L., Huang, C., & Qin, Y. (2025). A Review on the Technologies and Efficiency of Harvesting Energy from Pavements. Energies, 18(15), 3959.

Wikipedia Contributors. (n.d.). SolaRoad. In Wikipedia. Retrieved September 2025, from https://en.wikipedia.org/wiki/SolaRoad

Abdulgader Alsharif (2025). Global Trends in Electric Vehicle Charging Demand and Infrastructure Development. Libyan Open University Journal of Applied Sciences (LOUJAS), 1(1), 20-28