太阳能汽车

太阳能汽车（精选九篇）

太阳能汽车 篇1

随着经济的增长和科技的进步,以及人口的增加,人们对能源的需求越来越大。目前,世界上能源消费的增长率远高于人口增长率,石油、天然气、煤炭等常规能源已不能满足人们日益增长的需要。世界各国都感到化石燃料的蕴藏量正在日益减少,甚至有用竭的可能。我国《可再生能源法》于2006年1月1日起实施,《节约能源法》于2008年4月1日起施行,随着国家“十一五”能源发展规划的规定,《可再生能源中长期发展规划》的出台,各级地方政府不断加大促进循环经济发展的力度,进一步提高资源利用率,保护和改善环境,实施可持续发展。在这种情况下,必须重视再生能源的利用和发展,其中最突出的是太阳能的研究和应用。随着科学技术的发展,太阳能的利用在某些方面已显示出其经济性,因而引起许多国家对太阳能研究的重视。

2 太阳能

2.1 太阳能的特点

太阳能之所以受到人们如此的重视,是因为它具有许多优点:太阳能是一种巨大的能源,每天到达地球表面的太阳辐射能大约相当于2.5亿万桶石油;太阳能可以再生;在工业越来越发达而环境污染越来越严重的今天,太阳能却是清洁能源;太阳能可以在当地取得,大大节省了在使用矿物燃料时所需的运输费用。

我国幅员辽阔,有着丰富的太阳能资源如图1,根据全国700多个气象站长期观测和积累的资料表明,中国各地的太阳能辐射资源总量大致在3.35×103～8.40×103 MJ/m2之间,其平均值约为5.86×103 MJ/m2,该等值线从大兴安岭西麓、内蒙东北部开始,向南京北京西北侧,朝西偏南至兰州,然后径直朝南至昆明,最后沿横断山脉转向西藏南部。在该等值线以西和以北的广大地区,除天山北面的新疆小部分地区年总量约为4.46×103 MJ/m2,其余绝大部分地区的年总量超过5.86×103 MJ/m2。

来自太阳的能量在整个白天期间传到地球。不过,能量的大小随着时间的变化,天气情况和地理位置的不同而变化。在北美洲,明亮晴朗的下午太阳能密度将在大约1 000 W/m2,但是在早上和晚上或者天空阴暗的时候,太阳能密度将降至0 W/m2(参阅图2)。为了获取尽可能大部分的可得到的能量,必须了解可得到的太阳能密度变化规律。

2.2 太阳能利用过程中的问题

太阳能是一种低密度、间歇性能源,这就对太阳能的收集与应用提出了更高的要求,成本问题也是太阳能推广应用中的重要障碍之一。同时,太阳能应用是一门综合性的科学技术,因为受到各种条件的限制,目前还有许多课题等待解决。总的来说,需要解决三个问题:提高太阳能的收集效率与集光比的问题;降低太阳能应用装置成本与提高使用寿命的问题;解决低成本、高效率的贮能手段问题。就集热效率而言,应从太阳能的光热转换、光电转换、光化学转换三种转换形式分别考虑。光热转换所用的平板集热器,提高收集效率的潜力不大,目前最高热效率已经很高,若能将成本降低一半及使用寿命延长一倍,效果是可观的。光电转换是太阳能利用中非常有发展前途的一种形式。当前的工作是提高转换效率和降低光电转换器的成本。如果能像科学家们预言的那样,向太空发射贴有大量太阳能电池片的人造卫星太阳能电站,把光能转换为电能,然后用微波形式将电能输送到地球上,那么太阳能作为一种巨大而廉价的能源将有美好的前景。在光化学转换方面,植物的光合作用就是一种形式,一直为人类提供生活和生产资料。太阳能的贮存是解决太阳能间歇性的不可缺少的手段。

由此可见,太阳能在非常规能源中很有发展前途,包括用于生产和生活方面。但是关于能量转换和贮能的技术以及提高经济性的研究,无论作为空间电源还是地面应用,都有待进一步探讨,并为继续扩大应用范围而努力。

3 太阳能汽车

汽车的发明改变了人们的生活。在为我们带来方便的同时,汽车排出的尾气也成为空气污染的主要来源。汽车尾气中主要含有一氧化碳、氧化氮以及对人体产生不良影响的其他一些固体颗粒,尤其是含铅汽油燃烧后的尾气,对人体的危害更大。

这些有害物质会引起头晕、失眠、食欲不振、恶心、贫血等多种疾病。汽车制造厂商进行了大量研究,进行“清洁燃料”汽车的研制,如电动汽车、混合动力汽车和燃料电池电动汽车等。

太阳能汽车由于其零污染、能源丰富,代表了汽车发展的新水平,因此被人们称为“未来汽车”。和传统汽车不同,太阳能汽车已经没有发动机、底盘、驱动、变速箱等构件,而是由电池板、储电器和电机组成,但因其造价昂贵、动力受太阳照射时间限制及承载能力差等特点而无法普及。这些太阳能汽车普遍采用质轻价贵的航空、航天材料,力求达到车体轻、速度快。

太阳能汽车真正走进大众生活,还有很多难题需要解决。首先是太阳能的采集与转换问题。根据一般的材料应用与技术能力,太阳能转换率只能达到20%左右,难以满足汽车高速行驶所需要的足够动力,而7～8 m2的太阳能电池板也导致车身过大转动不够灵活,内部空间过于狭小;其次是制价太高。由于太阳能电池板大多采用宇航材料,造价昂贵,例如在2002年8月南京理工大学承办的南京“国际大学生太阳能汽车友谊赛”中,参赛的3辆汽车中,“追日”号造价7.8万美元,“Solar MinerⅢ”号造价9.5万美元,而“Ra”号造价高达100万美元。

不过,科技的发展日新月异。目前已在海南省三亚市亚龙湾热带森林公园使用太阳能能量补偿电动车。美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)的科学家于近日宣布,已使太阳电池光电转换效率达到40.8%,这是迄今被证实的最高效率。

3.1 太阳能汽车的基本原理

图3给出了能量怎样在一辆太阳能汽车内流动的一种一般的想法。阳光照射太阳能电池阵列的电池,就生产电流。能量(电流)能传输到蓄电池贮存,也可以直接到电动机控制器或者两者的结合。送到控制器的能量用来为转动车轮并且使汽车移动的电动机提供动力。

通常如果汽车在运动中,被转变的太阳光被直接传送到电动机控制器,但是有时有更多的来自阵列的能量以至于超过了电动机控制器的需要。当这种情况发生时,那些额外的能量会在蓄电池内储存起来供以后使用。

当太阳能电池阵列不能产生足够的能量驱动电动机满足速度要求的时候,蓄电池所储存的能量将用来补充电池阵列。

当然,当汽车不在运动中时,来自太阳能电池阵列的全部能量被储存在电池里。

还有一种方法可以收回用来推进汽车的一些能量。当汽车被减速时,不使用正常的机械刹车,电动机被变成一台发电机,能量向后通过电动机控制器流进蓄电池贮存起来。这被称为可再生刹车。虽然返回蓄电池的能量的数量是小的,但是完全有所帮助。

3.2 太阳能汽车的电路系统

一辆太阳能汽车的核心是由电池和动力电子组成的电力系统。电力系统控制和管理进入和退出系统的全部动力。

蓄电池在一辆传统汽车里相当于一个油箱。一辆太阳能汽车使用蓄电池储存在以后的某一时间将被使用的能量。太阳汽车使用充满电的蓄电池启动,但是在开始之后,只有太阳能电池产生的能量能用来给蓄电池再充电。能使用的蓄电池的最大数量被每种类型电池的重量所限制。一般使用的电池类型是:

NiCad,NiMH和锂电池提供改进的动力重量比率在更普通的铅酸电池之上,但是它们是需要仔细的维修并且更昂贵的技术。

电池组由导线连接的几个个别的模件组成,产生要求的系统电压。通常,使用在84～108 V之间的体制电压,取决于他们的电力系统。

一辆太阳能汽车里的一些最复杂的零部件是动力电子。它们包括峰值功率追踪器,电动机控制器和数据获取系统。动力电子的主要功能是在系统内监控并且控制电。

峰值功率追踪器决定由太阳能电池阵列所致使动力最大化并且递送它给电池贮存或者给电动机控制器产生推进力的电。当太阳能电池阵列给电池充电时,峰值功率追踪器帮助保护电池以防过载而损坏。追踪器在一辆太阳能汽车里使用的峰值功率的数量随各队的设计而变化。峰值功率追踪器可能非常轻便并且通常效率超过95%。电动机控制器处理来自驱动加速器的基于信号的被送往电动机的电。不同类型的电动机控制器与不同的电动机相配合工作。购买电动机时,通常也买被用于与那台电动机配合的一个控制。有多种类型的电动机控制器,最好的一个效率超过90%。

3.3 太阳能汽车的车身和底盘

太阳能汽车的最特别的部分是车身。柔顺而奇特的形状是很能引起注意的太阳能汽车的车身由几个部分所组成,但是每一辆车都是独特的,因为没有成文的标准除了空间的限制条件之外。在设计车身时,主要目标将使空气动力学的阻力减到最小,使对太阳能吸收的面积最大化,质量最小化,和安全最大化。在什么样的车身形状和尺寸最有效率方面有很多理论,但需要经过大量模拟和测试来发现最佳形状。一个合理的车辆形状能节省数百瓦特的动力并且对制造一辆最高效的太阳能汽车很重要。在发展一个高效的太阳能汽车底盘过程中的主要挑战是使可靠和安全最大化,但是使重量减到最小。所有额外的重量需要更多的能量使汽车在道路上行驶。这就意味着必须把重量减到最小,并且一个关键部位是底盘。尽管如此安全是主要关心的事,底盘必须满足严格的力量和安全要求。通常,有三类底盘在太阳能汽车里使用:space frame使用焊接或者联结的管状结构支持负荷和身体。车身是一个轻便的,不承受载荷的组合式壳体,被分别安装在底盘上;semi-monocoque or carbon beam使用合成梁和舱壁承受载荷并且和一个不承载的组合式belly pan 结合在一起,汽车的顶级部分通常是安装于belly pan的车身组合片;monocoque chassis使用车身部份结构支持负荷。以上三类底盘都能形成高强度低重量的车辆。很多太阳能汽车使用上述种类底盘的结合。

3.4 太阳能电池板阵列

太阳能电池阵列在越野的Rayce期间是车辆的唯一的能源。阵列由把太阳能转变成电的许多(经常是几百)光电的太阳能电池组成。一般使用多种太阳能电池技术建造他们的阵列。

阵列的电池类型和空间尺寸被规则限制,取决于车辆的尺寸和种类。

电池被导线连接形成线。几根线经常被导线连接形成一个部分或者小组,其电压在名义上接近于电池的电压。有一些用于将电池联系在一起的方法,但是主要目标是在提供的有限空间内获得尽可能多的多的太阳能电池。太阳能电池非常脆弱并且很容易被损坏。通过密封保护电池免受天气影响和其他破坏而破损。有几种方法被用来密封电池,目标是在增加最小重量的前提下保护电池。

太阳能电池阵列产生的能量依据天气,太阳在天空的位置,和太阳能电池阵列本身的不同而不同。在明亮晴朗的中午,一个完善的太阳能汽车电池阵列将生产超过1 000瓦特(1.3 hp)的动力。电池阵列的能量被用来为电动机提供动力或者储存在蓄电池内供以后使用。

3.5 太阳能汽车的驱动

太阳能汽车的驱动和传动系统和传统的汽车有很大不同。太阳能汽车的驱动和传动系统由电动机和将动力传到驱动轮的传动零部件组成。由于产生的动力较小(少于5 hp)通常只有一个汽车后面的车轮被电动机驱动。

太阳能汽车使用的电动机的类型没有什么限制。其动力一般在2～5 hp之间。在太阳能汽车中使用的最普遍的是无刷式双弯曲的直流电动机。直流无刷式电动机相当轻便并且在一定的转速下能达到98%的效率,但是它比典型的刷子类型直流电动机昂贵的多。

因为多齿轮的变速器很少在太阳能汽车里使用,双向的电动机有时被作为一种电子变速器使用。在双向旋转之间的选择改变电动机的速度等级。低速的旋转为启动和通过提供高的转矩,而高速的旋转有更高的效率并且最适合巡航行驶(正常运行)。

4 结束语

随着非可再生资源的枯竭,世界范围内亟待解决的问题是新能源的开发和利用。汽车主要消耗的是石油产品,其排放物造成严重的环境污染。因此使用清洁燃料的汽车的开发和研制备受世人瞩目。本文以太阳能作为车辆的主要能源,研究新型动力系统的太阳能电动车。重点研究太阳能汽车能量管理系统的协调匹配,达到最大限度的节能。

通过对前面的材料分析,利用太阳能驱动汽车完全可行,太阳能汽车可以应用于高尔夫球场,露天游乐场观光车,大型野外动物园观光车,园林草坪修剪服务车,太阳能作为可再生的能量及环保且储藏丰富,是一个非常有前途的汽车能源。

参考文献

(1)钱伯章,等.国内可再生能源新闻(J).太阳能,2008,(9):59-60.

(2)陈哲艮.降低晶体硅太阳能电池和组件制造成本的探讨(J).中国新能源,2008,(7):1-4.

(3)国家发改委能源研究所.世界可再生能源发展趋势解读(J).中国新能源,2008,(7):21.

(4)陶建军.太阳能电池组件的综合应用(J).能源技术,2008,29(5):268-270.

(5)康健.浅谈可再生能源的合理开发和利用(J).太阳能.2008,(7):61-62.

(6)陈学俊,袁旦庆.能源工程(修订本)(M).西安:西安交通大学出版社,2007.

(7)陈军,陶占良.能源化学(M).北京:化学工业出版社,2004.

(8)左然,施明恒,王希麟.可再生能源概论(M).北京:机械工业出版社,2007.

(9)郝勇.汽车排气污染现状及防治对策(J).环境保护科学,2003,29(8):15-16.

(10)冬青,阳君.电动汽车和太阳能汽车的发展前景(J).交通世界,1994,(1):25-27.

太阳能汽车作文 篇2

这辆车全身都是红色的，是用纳米吸波制作的。车全长1.5米，高80厘米跟车的形状一样，上面有红，蓝，白三种颜色的按钮。

红色的按钮主要是为了预到事故可以生出翅膀来，飞到半空中，这样可以避免危险发生，蓝色的按钮可以让汽车到海底去，带你畅游海底世界，欣赏美景。白色的按钮主要是为了调节大小用的，如果遇到过桥汽车超重的问题就可以轻松解决了。

这辆太阳能汽车之所以叫做太阳能汽车就是因为这辆车可以直接吸收太阳能，无需加油，这样不仅人人都能做到绿色出行，还很节约。

除此之外，这辆车还可以开启无人驾驶模式，这样就可以让驾驶员解放双手，更加方便。

最厉害的功能来了，只要你大喊一声“太阳能汽车”!他就可以自动寻找你的声音找到你，这样它就自动跑到你的身边了。

完全太阳能电动汽车设想 篇3

这个项目有其独特的性质和好处。通常电动汽车都会有锂电池，即使当太阳能电池板在为电动汽车充电时，锂电池也会启动并利用净计量法将多余的电量销售给公共事业公司。同样电动汽车也可以从电网上获得所需的电流。

这个项目的一个特质是它将电力存储在电池中以支持利用太阳能电力为电动汽车充电，而不是从电网上获得电力，因此电量是真正来自于太阳能电池板。其特别之处在于，在电池完全充满时，多余的电量会自动连接电网，为周围社区提供可靠的电力支持。

或许你很好奇智能城市圣地亚哥指的是什么？所谓智能城市圣地亚哥就是结合圣地亚哥天然气和电力公司、圣地亚哥市、加利福尼亚大学圣地亚哥分校和圣地亚哥清洁技术各方资源的一个集合体，通过这几方的共同努力将该项目向前推进，提高当地能源的独立性 ，减少温室气体排放，并将圣地亚哥树立成清洁能源领先城市的形象。

撰稿：Nicholas Brown

汽车对风能和太阳能的利用 篇4

随着社会总体实力的快速发展, 世界汽车领域也得到了空前的发展, 汽车拥有量不断上升, 极大的消耗了有限资源, 同时也造成周围环境的污染。在我国, 70%的大气污染物来自汽车废弃的排放, 这就成为了可经济持续发展的一个严重的环境污染问题。因此, 改变能源消耗, 充分利用可持续发展的能源, 。研究出新能源利用的汽车, 对于汽车行业的可持续发展, 积极面对环境污染和能源消耗的挑战是有伟大而深远的意义。伴随全球可用能源危机的上升, 石油资源衰竭以及大气的污染、全球温度上升的危害升高, 各国政府和汽车公司普遍的认识到节能和减排是未来汽车技术发展的重中之重, 为了让人们满足对汽车需求, 目前全世界以研发的纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车虽然在节能和减排中达到了要求, 但在使用方面还是存在很多的不足。一是制造成本较高, 使推广应用受到很大的局限;二是需要使用各类别的铅酸电池, 普遍的存在着外形尺寸大和价格昂贵、寿命短、重量大、充电受到限制、安全性能差等缺点;三是使用锂电池和镍氢离子电池, 即使性能优于铅酸电池, 相比寿命较长, 但还是需经常充电, 给使用造成严重的限制。风能、太阳能汽车则是一种依靠风能、太阳能来提供能源的汽车。相比传统热机驱动的汽车, 风能、太阳能汽车算是真正的零排放。正因为其环保的特性, 风能、太阳能汽车被许多发达国家所倡导, 风能、太阳能汽车的研究开发及设计制造也得到了日益发展。

2 世界对太阳能、风能汽车的研究现状

1982年澳大利亚人汉斯和帕金用玻璃纤维和铝制成了一辆“静静的完成者”的太阳能汽车。这款太阳能汽车和传统的汽车不论在外观还是运行原理上都有很明显的优势, 这款汽车没有了发动机、底盘、驱动、变速箱等传统汽车必须要的构件, 而是由蓄电池和电机组成的.利用贴在车体外表的太阳电池板, 将太阳能直接转换成电能, 再通过电能的转变, 给车辆提供动力, 车的行驶速度只需控制输出电机的功率就可以实现。目前这款太阳车的车速最高能达到l00码以上, 无太阳光时最大续行能力也在100码左右。2009年3月31, 英国动力工程师理查德-简金斯驾驶他设计的“绿鸟”风力车打破新的记录。在风速仅在48.2码的情况下, “绿鸟”风力车的速度竟然突破了202.9码, 打破了此前3月20日由美国人鲍勃-舒马赫驾驶“铁鸭”号所创造的187.8码的风力车速度纪录。与传统的汽车所不同的是, “绿鸟”采用一对钢性翅膀, 这种翅膀能够以与机翼同样的方式产生向上提升的动力。整辆风力车几乎全部都采用碳纤材料, 唯一的金属部件就是风叶与车轮的轴承。据简金斯解释, 这种采用空气动力学和较轻的质量能够使“绿鸟”轻而易举的达到风速的三倍以上。“绿鸟”早期原型, 曾在风速为40码左右的情况下, 行驶速度达到了144码。没有携带引擎的“绿鸟”由此也越居了世界上最有效率的电驱动车。据介绍“绿鸟”的制造采用了飞机与F1赛车的技术领域。2011年, 德国工程师德克·吉昂和斯特凡·塞默尔目前研制出了一种以风能为能源的汽车, 并在澳大利亚地完成了约合4828公里距离的测试, 从而刷新了三项世界纪录, 而且是低排放, 动力花费仅为13.5美元。这辆新能源汽车名为“风力探测者”。1月26日, 德国两位工程师德克·吉昂和斯特凡·塞默尔驾驶“风力探测者”从西澳大利亚珀斯市出发, 18天到达悉尼。这测试旅行打破了了多项世界记录:这是首次由风力为能源穿澳大利亚的旅行, 约合4828公里的距离是由风力为能源的陆上交通工具行驶的最长距离, “风力探测者”是一款轻型汽车, 车身总质量仅约220公斤, 车内可容纳两位乘员。车体呈鸡蛋状, 由碳纤维材料制成, 。轮胎则都是特别制造的自行车轮胎, 这样可以极大的减小阻力。车内装有一8千瓦时的锂离子蓄电设备。不过, 研究人员并没有将电池组接入固定电网进行充电。他们利用了碳纤维做成了一根长约6米的伸缩套管式天线, 天线顶部装有一个风力涡轮机。尽管升起天线需要差不多1个小时, 但是这种天线可以在夜间驾驶员休息时为汽车的蓄电池组充电。

3 风能、太阳能汽车能源未来展望及总结

太阳能汽车作文 篇5

但是未来，可就不用这样为难了，因为有了我的高科技太阳能汽车，它的外形虽然和普通的车子一模一样，但是它们之间的功能可是有着天壤之别的。比如说：夜晚前方光线昏暗，按一下金色的按钮，从玻璃里就会散发出一道金色的光芒，给你指明方向。

不但它的玻璃能当作灯来使用，而且它的车门还能当作一对可以飞上蓝色的翅膀，带你到天空中享受一股清新的空气，那感觉，就像是进入了天堂一样。

怎么样，惊讶了吧？它不但能带你上天，还能带你入海呢，它变成了潜水艇时，车门向上形成了一个保护盾，而车底再升上来就行了。有人会问，那人怎么坐呀？没关系，坐不了可以躺呀！这还能让人感觉着更舒服呢！

澳太阳能电动汽车速度刷新纪录 篇6

本次挑战中，新南威尔士大学的Sunswift团队选择了一条位于澳大利亚维多利亚汽车研究中心的环形赛道，该赛道单圈4.2公里长，测试车辆需要不断地沿着赛道行驶。为了避免疲劳，需要两名车手在更换轮胎时轮流驾驶。

物理学家组织网8月7日报道称，新南威尔士大学的Sunswift车队组建于1996年，是澳大利亚最大的太阳能赛车队，其中近四分之一的成员都是在校大学生。此次用来打破纪录的这辆电动汽车名为Sunswift EVE，采用全电力驱动并融入了太阳能充电系统。Sunswift EVE是该团队制造的第五代电动汽车。2011年，该团队制造的Sunswift Ivy曾创下“世界最快太阳能汽车”的吉尼斯世界纪录（约88.5公里每小时）。2007年的时候，Sunswift Ⅲ则创下了从珀斯到悉尼的“最快太阳能客车”纪录。

Sunswift团队称，他们想将EVE的技术应用到商业当中，并希望EVE能成为澳大利亚首部合法上路的太阳能汽车。目前该结果还有待国际汽联的最终确认。而如要走入寻常百姓家，EVE还面临着多项强制安全测试。

太阳能汽车 篇7

研发以太阳能供电的汽车空调系统, 能把太阳能光伏电源储存于电池内, 即将太阳的光能转化为太阳能电池的电能加以利用并将多余的电能存储起来供汽车空调系统使用。电流经过MPPT和控制系统进入蓄电池或者直接驱动电动机, 也可以以二者结合的方式进行。在一定的阳光照射下, 电能将直接进入蓄电池, 进而将电能主要供给空调使用, 调节汽车内的温度, 特别适合在炎热的夏天使用, 解决了夏天中午出入汽车内就像“蒸笼”的问题, 持续供有冷气输入, 使汽车内始终保持恒温状态。并且平日里多余的电还可以用来汽车照明、播放MP3、以及充当移动式电源等。该方法每年能使每辆汽车减少四吨二氧化碳的排放量, 为建设环保节约型社会创造了良好的条件。

1 太阳能光伏发电原理与系统

1.1 硅太阳能电池工作原理

太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应。半导体具有热敏性, 光敏性和掺杂性。表现为半导体在环境温度上升, 受到的光照强度增强, 纯净的半导体中掺入杂质的情况下, 半导体的导电能力会显著增强。本征半导体半导体主要为高纯度的硅和锗, 为正四棱锥结构, 正电荷表示硅原子, 负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。当硅晶体中掺入微量3价元素如掺入硼时, 硅晶体中就会存在着一个空穴, 它的形成可以参照下图1:

图中, 正电荷为Si, 负电荷为Si周围的4个价电子。硼原子最外层有3个价电子, 这3个价电子与周围4个Si原子形成共价键时缺少一个电子, 即共价键结构中产生一个空穴, Si原子周围的电子很容易填补这个空穴, 因此在原来的位置上产生新的空穴, 而此时硼原子变为负离子。形成P型半导体。同样的道理, 在Si中掺入5价的磷原子以后, 因为磷原子周围有五个价电子, 其中4个与硅原子形成4个共价键, 多余的一个自由电子, 形成N型半导体, 多子为自由电子。N型半导体中的多子为空穴, 这样, P型和N型半导体结合在一起, 空穴和电子相遇复合而消失, 就会在接触面形成电势差产生内电厂, 这就是PN结。

当半导体接受光照后, 在PN结中, N型半导体的多子 (空穴) 的扩散运动加强, 而P型区中的多子 (自由电子) 往N型区移动, 从而形成从N型区到P型区的电流结中形成电流。

1.2 太阳能发电系统组成部分

一般地, 太阳能发电系统由电池组、太阳能控制器以及蓄电池组成。其各自作用如下:

(1) 太阳能电池板:太阳能电池板是本装置中的核心部分, 其作用是将太阳的光能转化为蓄电池的电能, 并存储到蓄电池中, 实现光电转换。在当今传统能源日渐枯竭的形势下, 这是一种非常清洁的能源利用方式。而太阳能电池板吸收光能的效率也对此系统起到了决定性的作用。

(2) 控制器:控制器的作用顾名思义是对整个系统起到控制的作用。例如当蓄电池过充电或过放电时可以及时的起到保护作用。而当太阳能电池板处于温差较大的工作状态时, 控制器也可以及时进行温度补偿, 除此之外, 控制器还可以在安装光控开关或时控开关时可以自动控制系统的工作与否, 时整个系统不可缺少的一部分。

(3) 蓄电池:时起到存储电能的作用, 将有光照时产生的电能存储起来, 供系统随时使用。

(4) 逆变器:将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电供空调系统使用。

2 汽车空调特点与现况

汽车空调原理大致和家用空调原理差不多, 按动力来源分, 可分为独立式空调和非独立式空调。由图3可知, 非独立式空调和发电机绑定在一起运转空调。在此基础上会消耗发动机10%-15%的动力来源, 这将直接对汽车的加速和爬坡能力有很大的影响, 使我们所不愿看到和避免的。而且汽车不能保证在停止运行时还能继续供给空调电力。

然而, 对于独立式空调, 需要具备专门的动力源来驱动整个空调系统的运作, 打比方, 独立式空调可能需要两台发动机, 占用一定的空间, 燃油用量巨大, 成本难以控制, 且难以维护。

3 太阳能光伏发电供给汽车空调用电装置可行性分析

首先了解并掌握好太阳能光伏发电原理和空调运作的基本原理, 其次考虑将上述两样完美地嵌在汽车内, 进而保持良好的运作。

设计太阳能电池板在汽车车顶上的安装, 将太阳能的光能转化为电能, 将电能与汽车内的独立空调相连, 主要由太阳能发电供给空调用电。同时将一部分太阳能另一部分电力接入汽车内其他用电设备, 在汽车内电力不足时供给上足够的电能。

光伏充电系统运作时间从早上8:00开始, 到晚上21:00结束, 充电时间主要为8:00-18:00, 夜晚18:00-21:00只放电, 不充电。考虑到晴雨天气, 晴天多余的电量储备在蓄电池内, 雨天也可以继续放电。

4 市场效益分析

太阳能汽车取代了一部分燃料汽车, 一方面节约了能源, 一方面减少了污染, 既缓解了能源危机, 又减缓了温室效应。由于市场广泛, 本装置的实用性和创意性会让其拥有不错经济效益。本装置安装在汽车车顶, 主要利用太阳能发电供给空调用电, 同时给汽车其他用电设备供电, 经济效益高, 减少了汽车对于汽油的依赖。由于在汽车内设置独立式空调, 不用发动机供给动力, 增加了安全性和舒适性。特别是在炎炎夏日, 不用担心不用车时车内气温的上升问题, 长期的恒温空调为畅享一个舒适凉爽的夏天创造了很好的条件。

摘要：叙述了太阳能光伏发电应用于汽车空调用电装置的重要意义。具体来说本装置安装在汽车车顶上, 在汽车车顶安装一块大型的太阳能电池板, 主要用于夏季高温季节, 汽车的降温问题。利用太阳能吸收光能发电装置供给汽车的内置独立式空调设备, 在不发动车的情况下一样可以使用空调, 保持汽车内的合适温度。同时多余的电还可以用来汽车照明、播放MP3、以及充当移动式电源等。

关键词：光伏组件,太阳电池,光伏充电,汽车空调设备

参考文献

[1]太阳光电协会编, 宁亚东译.太阳能光伏发电系统的设计与施工 (日) [M].科学出版社, 2006 (04) .

[2]吕芳主编.太阳能发电[M].化学工业出版社, 2009 (09) .

汽车太阳能制冷空调系统的应用研究 篇8

太阳能制冷是太阳能利用的一个重要方面,人们在这一领域已经进行了大量研究。目前,实现太阳能制冷主要有两种形式:一种是先实现光电转换,再利用太阳能电池驱动冰箱的压缩式制冷系统;另一种是太阳能光热转换制冷,主要包括太阳能吸收式制冷、太阳能吸附式制冷和太阳能喷射式制冷。由于以上两种制冷系统庞大,运行复杂,质量大,并且制冷剂存在易结晶、腐蚀性强、蒸发温度只能在0℃以上等缺点,同时其工作压力高,具有一定危险性,在汽车上难于推广。

太阳能驱动的半导体制冷系统,具有结构紧凑、质量轻、安全性能好、无环境污染等特点。另外,利用帕尔贴效应的半导体制冷系统与一般的机械制冷相比,它不需要泵、压缩机等运动部件,因此不存在磨损和噪声。它不需要制冷剂,因此不会产生环境污染,也省去了复杂的传输管路。它只需切换电流方向就可以使系统由制冷状态变为制热状态。这些无可比拟的优点,使得人们对太阳能半导体制冷技术应用在汽车上成为可能。

1 汽车太阳能半导体制冷空调的工作原理和基本结构

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,如图1所示。当直流电源接通,上面接头的电流方向是n-p,温度降低,并且吸热,形成冷端;下面接头的电流方向是p-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。太阳能半导体制冷系统就是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。

汽车太阳能半导体制冷系统基本结构由太阳能光电转换器、数控匹配器、储能设备和半导体制冷装置4部分组成。太阳能光电转换器输出直流电,一部分直接供给半导体制冷装置,另一部分进入储能设备储存,以供阴天或晚上使用,以便系统可以全天候正常运行,如图2所示。

太阳能光电转换器可以选择晶体硅太阳能电池或纳米晶体太阳能电池,按照制冷装置容量选择太阳能电池的型号。晴天时,太阳能光电转换器把照射在它表面上的太阳辐射能转换成电能,供整个系统使用。

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。

储能设备一般使用蓄电池,它把光电转换器输出的一部分或全部能量储存起来,以备太阳能光电转换器没有输出的时候使用,从而使太阳能半导体制冷系统达到全天候的运行。

2 汽车太阳能电池

太阳能电池的工作原理:利用硅型太阳能电池吸收太阳光,太阳辐射能量的光谱,主要以可见光为中心,从0.3μm的近紫外线到几微米的红外线。光照射在半导体中存在内电场E的位置,形成合电子-电子空穴对,在电场的作用下,导带中的光生电子聚集在右侧,价带中的电子空位聚集在左侧产生荷电载体的极化,因此半导体的两侧产生电势差,将太阳能转化为电能。

硅型太阳能电池的正电荷为硅原子,负电荷为围绕在硅原子旁边的四个电子。空穴因为没有电子而变得很不稳定,容易吸收电子而中和,形成P(positive)型半导体。同样原理由于掺入磷原子以后,因为磷原子有5个电子,所以就会有一个电子变得非常活跃,形成N(negative)型半导体。N型半导体中含有较多的空穴,而P型半导体中含有较多的电子,这样,当P型和N型半导体结合在一起时,就会在接触面形成PN结。当晶片受光后,PN结中,N型半导体的空穴往P型区移动,而P型区中的电子往N型区移动,从而形成从N型区到P型区的电流。然后在PN结中形成电势差,这就形成了电流。

由于半导体不是电的良导体,电子在通过p-n结后如果在半导体中流动,电阻非常大,损耗也就非常大。但如果在上层全部涂上金属,阳光就不能通过,电流就不能产生。因此一般用金属网格覆盖p-n结,以增加入射光的面积。另外,硅表面非常光亮,会反射掉大量的太阳光,不能被电池利用,将反射损失减小到5%甚至更小。一个电池所能提供的电流和电压毕竟有限,于是人们又将很多电池(通常是36个)并联或串联起来使用,形成太阳能光电板。

汽车太阳能电池的根本目的在于减轻自身重量和提高单位面积的发电量。目前,单晶硅太阳能电池得到了很大发展,发电效率已经达到了15%。基于薄膜技术的第二代和第三代太阳能电池的出现,大大减轻了太阳能电池的质量。与此同时,半导体工业也得到了快速的发展,热电材料的优值系数有了很大的提高,并出现了一些新型材料(例如Skutterudites结构材料、薄膜及纳米材料等)。近年美国RTI研究所将Bi-Te基合金制备成超晶格薄膜(如图3所示),并且性能也有显著提高,为汽车太阳能半导体制冷空调系统的推广应用奠定了基础。

3 汽车太阳能半导体制冷应用研究

汽车太阳能半导体制冷系统最大的不足是制冷效率较低,同时成本也较高。这严重影响了太阳能制冷系统的推广和应用。提高和改善太阳能制冷系统的性能,主要解决以下几个关键问题。

3.1 改善半导体制冷材料的性能

太阳能半导体制冷系统的核心在于半导体制冷材料,半导体制冷系统效率较低的主要原因在于半导体制冷材料热电转换效率不高。最终决定热电材料性能优劣的是优值系数Z:

其中:α—半导体制冷元件的塞贝克系数;R—制冷元件的电阻;Kt—制冷元件的热导率。

优值系数Z和温度T的乘积ZT,是评价材料性能的常用参数。就半导体制冷而言,如果其制冷性能要达到能和机械制冷相媲美,无量纲参数ZT,要达到3以上。目前各国普遍使用的半导体材料远达不到这种水平。室温下最常用的热电材料(Bi-Sb-Te-Se系列固溶体)的ZT值大约为1。因此,如何改进材料的性能,寻找更为理想的材料,成为了太阳能半导体制冷的重要问题。

3.2 系统的能量优化

太阳能半导体制冷系统自身存在着能量损失,如何减少这些损失,保证系统稳定可靠地运行是十分重要的问题。光电转换效率和制冷效率是衡量能量损失的主要指标。光电效率越高,在相同的功率输出情况下,所需的太阳能电池的面积越小,这有利于太阳能半导体制冷系统的小型化。目前普遍使用的太阳能电池的光电效率最高为17%。对于任何制冷系统来说,制冷效率COP是最重要的运行参数。目前,半导体制冷装置的COP一般约0.2～0.3,远低于压缩式制冷。经过试验研究发现,冷、热端温差对于半导体制冷的效率有很大的影响,通过强化冷、热端散热方法能使半导体制冷系统性能得到很大的改善(如图4所示)。

3.3 系统运行的有效控制和优化匹配

与一般的制冷设备不同,太阳能半导体制冷系统受太阳辐射和环境条件影响,系统工况一天内往往有很大的变化。因此在太阳能半导体制冷系统中,除了太阳能电池和半导体制冷装置外,还需配备蓄电池和数控匹配器。蓄电池是保证太阳能制冷系统连续运行的重要条件。数控匹配器使太阳能电池阵列输出阻抗与等效负载阻抗匹配,使功率输出处于最佳状态,同时对储能设备的过充、过放进行控制。要实现整个能量传递环节在最优工况下进行,保证系统的可靠性、稳定性和高效率,就必须对整个系统的运行进行有效的控制。因此,选择合适的储能设备、研制有效的控制器对整个太阳能制冷系统来说是非常重要的。

控制电路部分主要有3个模块:(1)单片机-P89LPC922。它集成了许多系统级的功能,这样可大大减少元件的数目和电路板面积并降低系统的成本。(2)SP6641B-165 m A/500 m A碱性DC/DC升压型稳压器。其静态电流极低,电池转换效率很高。(3)温度传感器-LM75A。它是一个高速I2C接口的温度传感器,可以在-55℃～+125℃的温度范围内将温度直接转换为数字信号,并可实现0.125℃的精度。MCU可以通过I2C总线直接读取其内部寄存器中的数据,并可通过I2C对4个数据寄存器进行操作,以设置成不同的工作模式。

4 结语

太阳能的利用已经过了几十年的发展,汽车太阳能制冷空调技术也开始迈入实用化阶段。现代科技的进步和经济的发展对能源与环境提出更高的要求,在世界能源日益紧张的今天,太阳能空调在汽车上的应用,能够有效降低全球环境污染,创造洁净的生活环境。相信在社会的大力支持下,汽车太阳能空调技术一定有广阔的应用前景。

参考文献

[1]杨启岳.国内太阳能利用现状与发展[J].能源技术,2001,22(4):162-164.

[2]王小光.太阳能电池的发展与展望[J].太阳能报,1997,18(1):46-50.

[3]沈辉,曾祖勤.太阳能光伏发电技术[M].化学工业出版社,2005.

[4]付百学.汽车空调原理与检修技术[M].中国电力出版社,2005.

太阳能汽车 篇9

产品介绍：荷兰埃因霍温科技大学研究团队近日展示了他们设计的全球首辆太阳能家用汽车“Stella”。据介绍，“Stella”采用高效太阳能电池和轻质车身设计，全车总重380公斤，拥有真正的驾驶室和后排座椅，能容纳一家四口。在阴天时，借助车身顶端的太阳能电池板储存的能量，“Stella”单次最远可以行驶约250英里（约402公里）；晴天时，当太阳能电池充满电后，单次最远行程可达420英里（约676公里）。

编辑点评：尽管车内的装饰无法和现有的豪华轿车相比，但毫无疑问“Stella”的出现使太阳能汽车这种绿色能源交通工具步入普通家庭迈出了一大步。

菜市场蔬菜可扫描二维码

产品介绍：广东佛山市政府今年以来启动新一轮“菜篮子”工程建设，着力推动“菜篮子”基地标准化生产。据悉，佛山市诸多市场均已成为“菜篮子”流通基地，市场的蔬菜、家禽等均实现“二维码追溯”。 消费者用手机扫描农产品包装上的二维码，即可显示产品的生产工艺、生产商、生产日期等信息。

编辑点评：现如今食品安全问题越来越被大家关注和重视，“二维码追溯”很接地气，应该会深得年轻人的心。但是对于最常买菜的大爷大妈们来说还是高科技了点，实用性不是太强。

三星Galaxy Gear智能手表概念图

传三星宣布9月推出智能手表

产品介绍：据知情人士透露，三星将在9月推出该公司第一款智能手表Galaxy Gear。目前开发者收到了多种不同的三星智能手表设计，但其中大多数设计显示这款智能手表会配备一个方形的 2.5 英寸 OLED 彩色显示屏。根据外媒 Sammobile 收到的消息，Galaxy Gear 配备了 Exynos 4212 双核 1.5GHz 处理器，以及 1GB RAM。不过，Galaxy Gear并非市面上首款智能手表。索尼最近推出了第二代智能手表，可以与用户口袋里的智能手机配合。Pebble和I'm Watch等其他智能手表也已经上市一段时间。另有消息称，苹果公司也在开发智能手表。对三星自己而言，这也并非全新理念。该公司曾在1999年推出过一款手表手机。

编辑点评：智能手表将成为自iPad定义了平板电脑市场以来，消费电子产品市场最重要的新产品类别。但如果只是能够打电话、浏览网页、处理邮件的话，这对于2013年的移动设备来说，这样的功能真是毫不起眼。

机器人帮助孩子减轻痛苦

产品介绍：加拿大亚伯达省儿童医院引入了一个医用机器人MEDi，可以讲话、唱歌，在孩子打针时分散他们的注意力。这个小机器人外观成孩童形状，可跟孩子以多种方式互动，这样他们就可以忘记打针时的痛苦或者不快情绪。机器人会问候孩子，问他们最喜欢的电影、游戏、电视剧、并按孩子的要求播放音乐等，甚至还可以与小朋友进行简单游戏互动。据悉，研究团队准备继续测试，要让患者在像验血这种更紧张的状况下消除不安。所以接下来的目标是添加讲笑话、基于面部识别的互动、检查孩子生命体征。

编辑点评：对于成人来说，这样的机器人显然不够“酷”，但是对于天真的孩子们来说它们会是最好的小伙伴，尤其是对于被隔离的孩子们来说，有个机器人作伴绝对是一件幸福的事情。

欧洲研究人员研制出全功能微型人造复眼

产品介绍：欧洲研究人员日前宣布，他们已成功研制出全功能微型人造复眼，这一人造复眼模拟了果蝇的复眼，但体积较大，直径12.8毫米，重1.75克，由630个单眼组成，每个单眼又由一个透镜和一个电子感应器组成，左右视野达180度，上下视野达60度。据介绍，人造复眼具有广泛用途：把人造复眼安装在汽车和飞行器上，可制成防撞探测系统；安装在视力有障碍人士的衣服和帽子上，可制成导航系统；安装在智能住宅里，又可制成人和物体运动探测系统。

编辑点评：苍蝇不易被打死很大程度上得益于它的复眼，因为复眼视野广阔、视觉敏锐，因而复眼一直是仿生学的重要研究对象之一。有了这种技术，人们在用到它的领域也可以像苍蝇般灵敏啦！