太阳能在汽车辅助空调系统中的应用

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充电，或者辅助驱动车内的部份低能耗ｒ———：入
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温度传感器测定室内的温度是否超过预
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［摘要］针对夏日户外停车时，车内温度迅速上升这一问题，提出了利用太阳能作为能源驱动汽车的 辅助空调系统方案．首先介绍了车内气流管理控制系统，通过该系统控制驱动风扇，使室内外空气流通达到 温度平衡；其次利用太阳能半导体制冷教！术，设计车栽半导体制冷空调；最后对这两种辅助温控系统做了比较． ［关键词］汽车；太阳能；空调系统 【中图分类号］ＴＫ０１＋８ ［文献标志码］Ａ ［文章编号］１００８—３８０４（２００８）Ｓ一００５０—０３
０
引
言
空调系统是汽车舒适性不可或缺的环节，炎炎夏日中汽车熄灭引擎，关闭空调停泊在室外，在炽 热的太阳炙烤下，其车内温度可以到达５０—６０℃．当驾驶员再次进入车内时，热浪席卷，其热难忍， 这不仅严重影响了汽车时的舒适性，同时，乘室内的高级装饰品或存放在车内的电子物品如音响、仪 表等，均会因高温而影响性能和使用寿命，另外，高温之下，车内的某些装饰品常常会发出难闻的气 味，极大地危害驾驶员的身体健康．据中国室内装饰协会曾对２００辆汽车进行检测，结果发现，若以 室内空气质量为参考标准，近９０％的汽车都存在车内空气甲醛或苯含量超标问题，在夏天，这一数 值甚至会达到平时的２０倍…．不开空调，其热难耐，开了空调，又要大量的增加燃油的消耗量． 在寻求问题解决的办法中，利用太阳能空调无疑是解决问题最节能与环保的好办法，然而，由于 车身面积有限与太阳能电池板转换效率低的限制，若要完全利用太阳能来驱动常规的车内的几千瓦的 空调系统是不现实的．但是可以充分利用太阳能电池板所产生的能源，来驱动车内的辅助空调系统， 使其尽量减少室内“温室效应”． １
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监控系统就一直处于上述的工作状态，［——一ｌ
一旦内部的温度高于设定值，监控系统 就会进入Ｆ一个环节，比较室内外的温
璧：。翌量室空氅鎏耋圭耄型罂芒妻竺竺 环境温度，监控系统就会打开气阀并开
时吸人外界的新鲜空气，可以使室内外 的温度处于相对平衡的状态‘４。．系统的 工作流程如图Ｉ所示． ３
汽车车顶太阳能电池板发电容量及利用研究
我国拥有丰富的太阳能资源，我国陆地面积接收的太阳能的总量在３．３×１０１０到８．６×１０６ ｋＪ／ｍ２・ａ
之间，其总量相当于２４ ０００亿ｔ煤，表为ｌ所示的我国各地总辐射量及日照总时数‘２１．如果太阳能能 应用到汽车上，其将具有十分广阔的前景．
表１我国各地总辐射及日照总时数 地区
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图１ 气流监控系统原理流程图
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室内空气温度
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降低事内温度
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车载太阳能半导体制冷空调
半导体制冷是利用热电制冷效应的一种制冷方式，因此又称为热电制冷或温差电制冷．半导体制冷器
余部分则进入储能设备储存，以供太阳光较
弱的时候使用，从而保证设备能够长时间的
图２热电制冷原理图
正常运行．数控匹配器使整个系统的能量传输始终处于最佳匹配状态，同时对储能设备的过充、过放 进行控制．该系统如果改变半导体制冷装置的电流方向，可以作为取暖装置，能够用做汽车室内的暖 空调，或者用于去除前挡风玻璃的霜冻，提高驾驶员的视觉效果．其系统图如图３所示：
应用会更加广泛和成熟． ［参考文献］
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ｐｌｉｅｄ Ｄ
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万方数据
・５２・
厦门理工学院学报
２００８拒
利用半导体的热电制冷效应，由太阳能电池直
接供给所需的直流电，达到制冷制热的效果
利用上述的制冷原理，设计了车载太阳 能半导体制冷空调系统，该系统主要由四部 份组成：车外太阳能电池板、数控匹配器、 储能设备和半导体制冷装置．车外太阳能电 池板输出直流电，其中一部分可以直接供给 半导体制冷装置，闲置状态时的电能或者剩
复杂；后者的半导体制冷技术刚处于起步阶段，制冷的效率低，但结构简单紧凑，有良好的发展潜力． 汽车的太阳能空调具有运行费用低（可无运行费用），无运动部件，寿命长，无噪声．它既节约 了能源，还不使用破坏大气层的氟里昂等有害物质，是名副其实的绿色空调．随着光电转化效率的进
一步提高，太阳能电池价格的逐年下降，汽车太阳能空调研究的更深人研究，太阳能空调在汽车上的
的基本元件是热电偶对，即把一个“Ｐ”型半导体元件和一只“Ｎ”型半导体元件连成的热电偶．其热电 制冷原理图如图２所示．当直流电源接通，上面接头的电流方向是“ｎ”到“Ｐ”，温度降低，并且吸热，
形成冷端；下面接的电流方向是“Ｐ”到“ｎ”，温度上升，并且放热，形成热端把若干对热电偶连接起
来就构成了常用的热电堆，借助各种传热器件，使热电堆的热端不断散热，并保持一定的温度，把热电堆 的冷端放到工作环境中去吸热，产生低温，这就是半导体制冷的工作原理［５】．太阳能半导体制冷系统就是
汽车在阳光下停泊，车内空气无法流通，使得车体成了收集太阳能的温室，随着热量的持续增
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系统的能源来源于车顶的太阳能电 池板．汽车发动机正常工作时，此时太 阳能电池板所产生的电能可以给蓄电池
加，室内的温度也随之升高，车内皮革的装饰物释放大量有害物质，最终使车内空气品质变糟．若能 够在车内加装太阳能风扇，使汽车在停泊期间无油耗并且可以提供新鲜空气并降温，保证车内良好的
Ｈｕａｎｇ Ｋ，Ｔｚｅｎｇ ｅｎｇ．Ｃｈｕｎｇ，Ｍａ
ｓｙｓｔｅｍ【Ｊ］．玲
Ｅｎｅｒｇｙ，２００５（４）：４１－１５４． ［５］刘华军。李来风．半导体热电制冷材料的研究进展［Ｊ］．低温工程，２００４（１）：３２．３８． ［６］罗斌，代彦军．太阳能半导体制冷技术发展和前景［Ｊ］．可再生资源，２００６（１）：７－９．
第１６卷增刊 ２００８年１２月
厦门理工学院学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｘｉａｍｅｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｄ．１６
Ｓｕｐ．
Ｄｅｃ．２００８
太阳能在汽车辅助空调系统中的应用
连加椿１，葛晓宏１’２
（１．厦门大学物理与机电工程学院，福建厦门３６１００５；２．厦门理工学院科技处，福建厦门３６１０２４）
图３太阳能半导体空调系统图
４
结语
两种辅助温控系统都是采用节能与环保的太阳能作为能量来源，在一定程度的起到降温的作用，前者
通过风扇来排出室内热气，吸人外界常温空气来实现降温，后者是通过半导体制冷将冷空气注入室内，排 除热气的办法达到制冷效果按照目前的研究现状，前者的技术更加成熟，降温的效率更高，但结构较为
ｍｉｌｌ×ｌｏｏ
ｍｉｌｌ单晶硅
源自文库
电太阳电池在完全曝晒时可产生２５ ｗ的电能，对于小型轿车有１．８１ ｍ２车顶面积，这个空间安装的 光电池在完全曝晒时能产生大约２２５ Ｗ／ｈ的电能＂Ｊ．这个功率完全可以为驱动空调系统的风扇或者 其辅助设备．为太阳能在汽车上的应用提供了有利的条件．
２太阳能驱动的汽车室内气流管理系统
万方数据
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［收稿日期】２００８—１１—０２ ［作者简介］连加椿（１９８３一），男，硕士研究生．
万方数据
增刊
连加椿，等：太阳能在汽车辅助空调系统中的应用
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由于传统的轿车，空调系统功率一般在几千瓦左右，而太阳辐射功率至多ｌ ｋＷ／ｍ２，目前的光电 转换效率均小于３０％．因此若全部应用太阳能驱动传统的轿车，需要几十平方米的接收面积，显然难 以达到，但在传统汽车上，可以用太阳能作为辅助动力．如果将太阳能电池板布满车顶，这样可以起 到两个作用：其一，可以吸收了部份的光能，使其转化成电能来辅助驱动汽车的空调系统，同时可以 有效地阻止太阳辐射热能通过车顶进入室内；其二，能够有效的减少车载蓄电池的负担，空闲的时候 可以反过来给蓄电池充电．根据Ｓｅｋｕｆｉｔ公司太阳能盖板的产品介绍，２０组１００