太阳能汽车应用前景与技术难点

太阳能在汽车的应用及前景分析

太阳能蓄电池的结构原理

太阳能汽车的“心脏”就是电力存储系统，它由蓄电池和电能组组成。蓄电池组相当于普通汽车的油箱。一辆太阳能汽车使用蓄电池组来储存电能以便在必要时使用，太阳能汽车启动装置控制着蓄电池组，但是当太阳能汽车开动后，是通过太阳能阵列提供能量，再充到蓄电池组内。由于技术原因，蓄电池存储能量是有限的，而且还分不同类型（铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、锂电池以及锂聚合物电池）。在太阳能汽车顶上，有一个圆弧形的太阳能电池板，板上整齐地排列着许多太阳能电池。这些太阳能电池在阳光的照射下，电极之间产生电动势，通过连接2个电极的导线，就会有电流输出。太阳能电池方阵是太阳能汽车的能源。方阵是由许多PV光电池板（通常有好几百个）组成。方阵类型受到太阳能汽车尺寸和部件费用等的制约。目前，主要有2种类型的光电池板：硅电池和砷化合物电池。一般等级的太阳能汽车通常使用硅电池板，硅太阳能电池能把10%～15%的太阳能转变成电能。它既使用方便，经久耐用，又很干净，不污染环境，是比较理想的一种电源，只是光电转换的比率小了一些。许多独立的硅片被组合，形成太阳电池方阵，依靠光伏电源供电动发动机驱动太阳能汽车。这些方阵的工作电压通常在50～200V，并能提供1000W的电力。方阵输出功率的大小受到太阳、云层的覆盖度和温度的影响。超级太阳能汽车也能使用通常类型的太阳能光电板，但更多的是使用太空级光电板。这种板很小，但是比普通的硅片电池板要昂贵得多，然而它们的使用效率非常高。一般情况下，汽车在运动时，被转换的太阳能被直接送到发动机控制系统。但有时提供的能量要大于发动机需求的电力，那么多余的能量就会被蓄电池储存以备后用。当太阳能电池方阵不能提供足够的能量来驱动发动机时，蓄电池内的被储存的备用能量将会自动补充。当太阳能汽车不运动时，所有能量都将通过太阳能光伏阵列储存在蓄电池内。也可以利用一些回流的能量来推动汽车。当太阳能汽车开始减速时，换用通用的机械制动，这时发动机将变成了一个发电机，能量通过发动机控制器反向进入蓄电池内进行储存。回充到蓄电池中的能量非常少，但是却非常实用。

太阳能天窗的原理与优点

在外观上，太阳能天窗与普通玻璃天窗有较大区别。太阳能天窗上安装了格栅状的太阳能电池板，在天窗开启后，通风透气的效果与普通天窗一样，但在天窗关闭时，从车内则看不到天空。这种太阳能天窗是在汽车天窗的玻璃下方设置有太阳能电池。太阳能电池与设置的控制单元输入端相连接，输入端连接车辆空调系统的温度传感器，同时输入端还与蓄电池和点火器相连接。点火开关打开后，用此选装开关可使太阳能天窗移动到需要的位置。当驻车或在无人看管汽车的情况下离开汽车时，一定要将太阳能天窗完全关闭。阳光充足时，鼓风机在关闭点火开关之后自动切换为太阳能运行模式。此后鼓风机电机由太阳能电池驱动，并为汽车内部空间提供新鲜空气。只有在信息娱乐系统内设置了通风功能，并且太阳能天窗已处于外翻或关闭状态时，才能运行通风。关闭点火开关后，只要没有开启驾驶员或副驾驶员车门，那么约10min内仍然能够打开或关闭太阳能天窗。遮阳板与太阳能天窗以固定方式连在一起，不能单独移动。为使气流产生的风滞噪声降至最小，导流板根据车速和天窗开度自动移动到最佳的外翻高度，此外还能明显降低车内空气的振动噪声。玻璃下方的太阳能电池吸收太阳能，经汽车天窗控制单元可对蓄电池进行充电，保证蓄电池的电能充足，同时延长蓄电池的使用寿命。太阳能天窗带给消费者的最直接好处是，在高温天气里，汽车在烈日下停车熄火，完全没有能源供给时，能自动调节车内温度。利用内置在天窗内部的太阳能集电板依靠阳光所产生的电力，经过控制系统来驱动鼓风机，将车厢外的冷空气导入车内，驱除车内热气，达到降温的目的。当驾驶者及乘员再打开车门及坐在座位上，不会感觉闷热难耐，汽车的空调系统可以在最短时间内将车内温度降至舒适的程度。同时可以改善车内的空气状况，冬天也可以减少车内前挡风玻璃的结霜。根据资料，与没有通风降温的车型相比，安装了太阳能天窗的汽车驾驶室内的温度最低可降至20℃。太阳能天窗利用太阳能供电，节能降温，十分有效地减少了汽车内由热所产生的“孤岛”效应。目前国内销售的车型当中，奔驰E级、奥迪A8、A6L、A4和途锐等部分车型都已配备了太阳能天窗。新奥迪A6L太阳能天窗可以在阳光充足时利用太阳能将鼓风机运转，将车内外空气进行交换，不消耗电能和其他能量；

辉腾轿车车顶天窗上整合了28个太阳能电池板，总共可提供24W的能量，还可以在车辆静止的状态下为电扇供电，减少蓄电池能量消耗。装备了太阳能天窗的车型，一定程度上降低了空调的使用频率，除了能为驾乘者提供舒适的用车环境以外，也有利于节省燃油，更加环保。目前，配备天窗的车型在国内已十分流行，如果能在原有天窗的基础上加上太阳能的功能，虽然会增加一定的造车成本，但从长远来看，有助于节省燃油以及环境保护，同样也是未来轿车的发展趋势[2]。

太阳能汽车充满商机

近年来，各国都在竞相研发新型太阳能汽车。美国已研制成光电转换率达35%的高性能太阳能电池，为光电池在汽车上应用开辟了广阔的前景。太阳能汽车已经在一些幅员辽阔国家或沙漠地区得到有效的应用。全球最负盛名的太阳能汽车比赛在澳大利亚已经连续举办了20多年，为推动太阳能汽车的发展作出了巨大贡献。据介绍，由瑞士的4所理工大学联合成功开发的“太阳能的士”，其制造得到了几家技术领先的瑞士公司的支持。“太阳能的士”的50%的动力来自装载了Q-Cells公司提供的高效太阳能电池片的挂车，其动力心脏———ZEBRA电池可以保证在没有阳光的情况下驾驶300km。其50%的动力需求将会在瑞士的太阳能发电站补充。“太阳能的士”历时18个月，跨越5个大洲、50个国家，至少行驶5万km，成为人类历史上第1个不消耗一滴汽油、无丝毫尾气排放而环球旅行的交通工具。据报道，在环保汽车备受追捧的背景下，日本汽车巨头一方面竞相推出油电混合动力车、电动汽车来抢占市场，另一方面相继开始了搭载太阳能电池汽车的研发。日产汽车公司的纯电动与零排放新车Leaf已在日美欧市场销售。据悉，该公司正考虑把太阳能技术用于此款新车，在其车顶后半部安装太阳能电池板，为车载空调和其他部分车载设备提供辅助能源，从而提高电动车的续驶能力。本田公司也在积极进行电动汽车和太阳能技术的研究开发，并且已经试制出搭载太阳能电池的电动汽车样车。与日产公司一样，其样车的太阳能目前也是用于为车载空调及其他车载设备提供辅助电源。用更新和更高的环境技术减少温室气体排放，降低燃油费用，已成为日本车商竞争的关键所在。太阳能在汽车上的应用前景：一是太阳能主要在传统汽车上作辅助电池用，而不是作为汽车的驱动力，因为它不能带动空调里面的压缩机，空调里的压缩机上千瓦，太阳能只可以带动空调里的电扇，作为辅助动力使用；二是太阳能可以作充电站，比如在房子上搭很多的太阳能板，把太阳能收集起来给电动汽车充电；三是利用太阳能制氢，由太阳能先发电，用电解水的电制出氢气后，储存在一个大罐子里，给汽车里的燃料电池加氢，氢和氧气再化合生成水同时放出电，供汽车使用。目前，太阳能车代替燃油车还不能广泛推广使用，主要是因为太阳能电池能量密度小，转化效率低，价格昂贵，技术还不成熟。但是太阳能电动车是最清洁的绿色环保汽车，可以对电动车的核心技术进行创新改造，利用发电型智能控制系统，延长电池使用寿命，增加续驶里程。所以它的推广具有广阔的前景[3]。

太阳能汽车是一种靠太阳能来驱动的汽车。相比传统热机驱动的汽车，太阳能汽车能实现真正的零排放。正因为其环保的特点，太阳能汽车被诸多国家所提倡，太阳能汽车产业的发展也日益蓬勃。相信在不久的将来，太阳能定会在汽车上逐渐应用普及，这也是汽车企业一项任重而道远的责任。

本文作者：崔立宏工作单位：东风本田汽车有限公司

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