ระบบจ่ายไฟระดับพื้นดิน นวัตกรรมพลังงานสำหรับยานพาหนะไฟฟ้า

ระบบจ่ายไฟระดับพื้นดิน หรือที่รู้จักในชื่อ surface current collection หรือในภาษาฝรั่งเศสว่า alimentation par le sol คือแนวคิดและกลุ่มเทคโนโลยีที่ช่วยให้ยานพาหนะไฟฟ้าสามารถรับพลังงานไฟฟ้าจากระดับพื้นดิน แทนที่จะใช้สายส่งไฟฟ้าเหนือศีรษะ (overhead lines) ซึ่งเป็นวิธีที่แพร่หลายมากกว่า

ประวัติและระบบในยุคแรก

ระบบจ่ายไฟระดับพื้นดินมีมาตั้งแต่ยุคเริ่มต้นของรถรางไฟฟ้า โดยมักถูกนำมาใช้ในพื้นที่ที่สาธารณชนต้องการรักษาทัศนียภาพของเมืองและหลีกเลี่ยงการติดตั้งสายไฟระโยงระยางเหนือท้องถนน

ระบบร่องนำไฟฟ้า (Conduit Current Collection)

ระบบร่องนำไฟฟ้าถูกนำมาใช้ครั้งแรกในปี ค.ศ. 1881 กับรถราง Gross-Lichterfelde โดยมีลักษณะเป็นช่องหรือร่องที่ขุดไว้ใต้ผิวถนน ซึ่งอาจอยู่ระหว่างรางวิ่งหรือใต้รางด้านใดด้านหนึ่ง ตัวรถจะเชื่อมต่อกับ "คันไถ" (plow) ที่วิ่งอยู่ในร่องเพื่อรับกระแสไฟฟ้าจากรางไฟฟ้าสองเส้นที่อยู่ด้านข้างของร่องส่งไปยังมอเตอร์ไฟฟ้าของรถ

ระบบนี้ถูกนำไปใช้ในหลายเมือง เช่น บูดาเปสต์ วอชิงตัน ดี.ซี. และลอนดอน โดยในวอชิงตัน ดี.ซี. สายรถรางในย่านใจกลางเมืองทั้งหมดถูกเปลี่ยนมาใช้ระบบนี้ในปี ค.ศ. 1899 และใช้งานจนถึงปี ค.ศ. 1962 อย่างไรก็ตาม ระบบนี้มักประสบปัญหาการอุดตันจากโคลนและสิ่งสกปรก รวมถึงมีค่าใช้จ่ายในการขุดร่องที่สูง ทำให้ในที่สุดถูกแทนที่ด้วยสายส่งเหนือศีรษะ

ระบบจุดสัมผัส (Stud Contact Systems)

ระหว่างปี ค.ศ. 1899 ถึง 1921 มีการพัฒนาระบบจุดสัมผัส ซึ่งจ่ายไฟผ่านหมุดที่ติดตั้งไว้บนถนนเป็นระยะๆ โดยตัวรถจะมีรองเท้าสัมผัสหรือสกีสัมผัสที่เชื่อมต่อกับหมุดเหล่านี้ เมื่อรถวิ่งผ่าน หมุดจะทำหน้าที่เป็นสวิตช์ไฟฟ้าเชื่อมต่อพลังงานเข้าสู่ตัวรถ

ระบบนี้มีอายุการใช้งานสั้นเนื่องจากปัญหาด้านความปลอดภัย เช่น การรั่วไหลของปรอทในสวิตช์บางรุ่น หรือกลไกที่ค้างในตำแหน่งจ่ายไฟ ทำให้พื้นผิวถนนมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ซึ่งเป็นอันตรายต่อผู้สัญจร

ระบบสมัยใหม่

หลังจากช่วงหยุดพักไปหลายทศวรรษ ระบบจ่ายไฟระดับพื้นดินได้ถูกพัฒนาขึ้นอีกครั้งในช่วงทศวรรษ 1970 ถึง 1990 แต่ยังไม่มีความเสถียรเพียงพอสำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์ จนกระทั่งการมาถึงของระบบ Alstom APS ซึ่งเป็นระบบแรกที่นำมาใช้งานเชิงพาณิชย์ในปี ค.ศ. 2003 และเป็นมาตรฐานความปลอดภัยสมัยใหม่

ถนนไฟฟ้า (Electric Road Systems)

ในปัจจุบัน เทคโนโลยีนี้ได้ขยายขอบเขตไปสู่ "ถนนไฟฟ้า" ที่สามารถชาร์จไฟให้ยานพาหนะขณะขับขี่ (Dynamic Charging) โดยในประเทศสวีเดนมีการทดสอบระบบรางในถนนโดยบริษัท Elways-Evias และ Elonroad ซึ่งช่วยให้รถบรรทุกและรถยนต์ไฟฟ้าสามารถชาร์จแบตเตอรี่ได้ในขณะที่รถกำลังเคลื่อนที่

ระบบถนนไฟฟ้าถูกพบว่ามีความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจมากกว่าระบบสายส่งเหนือศีรษะหรือระบบชาร์จแบบเหนี่ยวนำในบางกรณี และช่วยลดความจำเป็นในการใช้แบตเตอรี่ขนาดใหญ่ในยานพาหนะ