太阳能汽车简介

1、一、太阳能汽车的产生背景及意义汽车用的燃料是汽油和柴油等，它们都是从石油中提炼出来的。然而，石油这种矿物燃料是不能再生的，用一点就少一点，总有一天要用完。据科学家们预计，目前世界上已探明的石油储量将于2020年左右被采尽。因此，汽车将会出现挨受“饥饿”的危险，人类将面临着能源的挑战。从另一方面来说，石油本身就是一种宝贵的化工原料，可以用来制造塑料、合成橡胶和合成纤维等。把石油作为燃料烧掉了，不但十分可惜，而且还污染了人类赖以生存的环境。解决这个难题的唯一可行办法，就是加紧开发新能源。而太阳能就是这些新开发能源中的佼佼者。太阳能发电在汽车上的应用，将能够有效降低全球环境污染，创造洁净的生活环境，

2、随着全球经济和科学技术的飞速发展，太阳能汽车作为一个产业已经不是一个神话。燃烧汽油的汽车是城市中一个重要的污染源头，汽车排放的废气包括二氧化硫和氮氧化物都会引致空气污染，影响我们的健康。现在各国的科学家正致力开发产生较少污染的电动汽车，希望可以取代燃烧汽油的汽车。但由于现在各大城市的主要电力都是来自燃烧化石燃料的，使用电动汽车会增加用电的需求，即间接增加发电厂释放的污染物。有鉴于此，一些环保人士就提倡发展太阳能汽车，太阳能汽车使用太阳能电池把光能转化成电能，电能会在储电池中存起备用，用来推动汽车的电动机。由于太阳能车不用燃烧化石燃料，所以不会放出有害物。据估计，如果由太阳能汽车取代燃汽车辆，每

3、辆汽车的二氧化碳排放量可减少43至54%。二、太阳能在汽车上应用的现状到目前为止，太阳能在汽车上的应用技术主要有两个方面：一是作为驱动力，二是用作汽车辅助设备的能源。1、作为驱动力这一应用方式，一般采用特殊装置吸收太阳能，再转化为电能驱动汽车运行。按照应用太阳能的程度又可分为如下两种形式：（1）太阳能作为第一驱动力驱动汽车完全用太阳能为驱动力代替传统燃油，是几代汽车工作者的梦想。1982年澳大利亚人汉斯和帕金用玻璃纤维和铝制成了一部“静静的完成者”太阳能汽车。车顶部装有能吸收太阳能的装置，给两个电池充电，电池再给发动机提供电力。12月19曰，两入驾驶着这辆车，从澳大利亚西海岸的珀思出发，横穿澳

4、大利亚大陆，于1983年1月7曰到达东海岸的悉尼，实现了一次伟大的创举。这种太阳能汽车与传统的汽车不论在外观还是运行原理上都有很大的不同，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，再通过电能的消耗，驱动车辆行驶，车的行驶快慢只要控制输入电机的电流就可以解决。目前此类太阳车的车速最高能达到lOOkm/h以上，而无太阳光最大续行能力也在100km左右。还有一种概念上的太阳能汽车，这种汽车在车体上没有安装光伏电池板，而只是配置蓄电池，而电能全部来自专门的太阳能发电装置。优点是外观与现有车辆类似，没有另类的感

5、觉，缺点是要经常到太阳能电站充电，当然续行能力也受到限制。（2）太阳能和其它能量混合驱动汽车太阳能辐射强度较弱，光伏电池板造价昂贵，加之蓄电池容量和天气的限制，使得完全靠太阳能驱动的汽车的实用性受到极大的限制，不利于推广。因此就出现了一种采用太阳能和其它能量混合驱动的汽车。复合能源汽车外观与传统汽车相似，只是在车表面加装了部分太阳能吸收装置，比如车顶电池板，用于给蓄电池充电或直接作为动力源。这种汽车既有汽油发动机，又有电动机，汽油发动机驱动前轮，蓄电池给电动机供电驱动后轮。电动机用于低速行驶。当车速达到某一速度以后，汽油发动机起动，电动机脱离驱动轴，汽车便像普通汽车一样行驶。由于采用了混合驱动

6、形式，带来了诸多好处。首先，因为有汽油发动机驱动，所以蓄电池不会过放电，蓄电池的容量只要满足一天使用即可，与全用蓄电池的车相比，其容量可减少一半，也减轻了车重；其次，城市中大多数车辆都处在低速行驶状态下，采用电机驱动可最大可能的降低城市局部污染。2、作为汽车辅助能源传统的小轿车，功率一般在几十千瓦左右，而太阳辐射功率至多1kW/m2，目前的光电转换效率小于30%。因此全部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，以减少常规燃料的消耗，而且现代汽车的电器化程度曰益提高，各辅助设备的耗电量也因此急剧增加。这方面的应用主要有以下几种形式：

7、（1）太阳能用作汽车蓄电池的辅助充电能源在轿车上加装太阳电池后，可在车辆停止使用时，继续为电池充电，从而避免电池过度放电，节约能源。日本应庆大学设计了一款叫做Luciole（萤火虫）的概念车，它的颜色像萤火虫。这款车曾在北京展览过，车顶上贴有近一平方米的转换效率较高的光伏板，作用是辅助给12伏的电池充电，当12伏电池充满后，12伏电池又会给主电池充电。电池充满电时，这辆概念车能行驶800公里。（2）用于驱动风扇和汽车空调等系统汽车在阳光下停泊，由于车内空气不流通，使得车体成了收集太阳能的温室，造成车内温度升高，使车内释放大量的有害物质，从而使车内空气品质变糟。若加装太阳能装置，比如加装太阳能风

8、扇等，则可以为车辆在停泊期间无能耗提供新风并降温，保证车辆再次上路时有良好的空气品质。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。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。而太阳能天窗带给消费者的最直接好处是，在夏天高温天气里，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

9、目的。当驾驶者及乘员再打开车门及坐在座位上，不会感觉热浪袭人、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。根据资料显示，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高降低20。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、途锐等部分车型都已配备了太阳能天窗。三、太阳能汽车的优势太阳能电动车以光电代油，可节约有限的石油资源。白天，太阳电池把光能转换为电能自动存储在动力电池中，在晚间还可以利用低谷电（220V

10、）充电。无污染，无噪音。因为不用燃油，太阳能电动车不会排放污染大气的有害气体。没有内燃机，太阳能电动车在行驶时听不到燃油汽车内燃机的轰鸣声。与燃油汽车的比较优势。实用型太阳能动力车除行驶速度远低于燃油汽车外，与燃油汽车相比，还是有诸多优势的。首先，太阳能电动车耗能少，只需采用3-4平方米的太阳电池组件便可使太阳能电动车行驶起来。燃油汽车在能量转换过程中要遵守卡诺循环的规律来作功，热效率比较低，只有1/3左右的能量消耗在推动车辆前进上，其余2/3左右的能量损失在发动机和驱动链上；而太阳能电动车的热量转换不受卡诺循环规律的限制，90%的能量用于推动车辆前进。其次，易于驾驶。无需电子点火，只需踩踏加

11、速踏板便可启动，利用控制器使车速变化。不需换挡、踩离合器，简化了驾驶的复杂性，避免了因操作失误而造成的事故隐患，特别适合妇女和老年人驾驶。另外，太阳能动力车采用创新前桥和转向系统，前后独立悬挂，四轮鼓式制动从时速30公里到突然刹车，刹车线不超过7.3米。由于太阳能电动车结构简单，除了定期更换蓄电池以外，基本上不需日常保养，省去了传统汽车必须经常更换机油，添加冷却水等定期保养的烦恼。小巧的车身，灵便转向，可以轻而易举的将车泊入拥挤不堪的都市停车场。在都市行车，为了等候交通信号灯，必须不断的停车和启动，既造成了大量的能源浪费，又加重了空气污染，使用太阳能电动车，减速停车时，可以不让电动机空转，大大

12、提高了能源使用效率和减少了空气污染。再次，太阳能电动车没有内燃机、离合器、变速箱、传动轴、散热器、排气管等零部件，结构简单，制造难度降低。四、太阳能汽车工作原理与系统构造1、太阳能汽车工作原理金焰四射的太阳，其表面是一片烈焰翻腾的火海，温度为6000左右。在太阳内部，温度高达两千万度以上。所以，太阳能一刻不停地发出大量的光和热，为人类送来光明和温暖，它也成了取之不尽、用之不竭的能源聚宝盆。将太阳光变成电能，是利用太阳能的一条重要途径。人们早在本世纪50年代就制成了第一个光电池。在太阳能汽车上装有密密麻麻像蜂窝一样的装置，它就是太阳能电池板。太阳能电池依据所用半导体材料不同，通常分为硅电池、硫化

13、镉电池、砷化镓电池等，其中最常用的是硅太阳能电池。硅太阳能电池有圆形的、半圆形的和长方形的等几种。在电池上有像纸一样薄的小硅片。在硅片的一面均匀地掺进一些硼，另一面掺入一些磷，并在硅片的两面装上电极，它就能将光能变成电能。通常，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。近年来，美国已研制成光电转换率达35%的高性能太阳能电池。澳大利亚用激光技术制成的太阳能电池，其光电转换率达24.2%，而且成本与柴油发电相当。这些都为光电池在汽车上的应用开辟了广阔的前景。将光电池装在汽车上，用它将太阳光不断地

14、变成电能作为驱动汽车运动的动力,这种汽车就是新兴起的太阳能汽车。太阳能汽车利用太阳能的一般方法。在阳光下，太阳能光伏电池板采集阳光，并产生人们通用的电流。这种能量被蓄电池储存并为以后旅行提供动力。或者直接提供给发动机也可以边开边蓄电。能量通过发动机控制器带动车轮运动，推动太阳能汽车前进。2、太阳能汽车的构造（1）太阳电池方阵太阳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，主要有两种类型的光电池板：硅电池和砷化合物电池。环绕地球卫星使用的太阳电池使用的是典型的砷化合物电池，而硅电池则更为普遍的为地面基础设备所使用

15、。一般等级的太阳能汽车通常使用硅电池板。许多独立的硅片（接近1000个）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。这些方阵的通常工作电压在50V200V之间，并能提供1O00W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，车子在运动时，被转换的太阳能光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。当太阳电池方阵不能提供足够的能量来驱动发动机

16、时，蓄电池内的被储存的备用能量将会自动补充。当然，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是非常少的，但是却非常实用。（2）电力系统太阳能汽车的心脏部位就是电力系统，它由蓄电池和电能组成，电力系统控制器管理全部电力的供应和收集工作。蓄电池组就相当于普通汽车的油箱。一个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

17、能量，从而再充到蓄电池组内。由于重要的原因，大量的蓄电池作为能量被使用是有限的。目前在太阳能汽车上所用的蓄电池主要有如下几种：1.铅酸蓄电池，2.镍镉蓄电池，3.锂电池，4.锂聚合物电池。镍镉、镍氢和锂电池比普通的铅酸蓄电池远远提高了蓄电能力，重量比普通电池要轻的多。但是他们很少在太阳能汽车中被广泛使用，主要是维护起来很小心，并且很昂贵。另外一种蓄电池能够提供强劲能量的就是锂电池，在今后蓄电池的储存能力将会更高。电池组是由几个独立的模块连接起来，并形成系统所须的电压。比较有代表性的系统电压一般是在84-108V。蓄电池组由几个独立的模块连接起来，并形成系统所须的电压。我们可以使用的系统电压在8

18、4V-108V。（3）电力控制系统在太阳能汽车里最高级的组件部分就是电力系统。它们包括峰值电力监控仪、发动机控制器和数据采集系统。电力系统最基本的功能就是控制和管理整个系统中的电力。峰值电力监控仪条件电力来源于太阳能光伏阵列，光伏阵列把能量传递给另外的蓄电池用于储存或直接传递给发动机控制器用于推动发动机。当太阳能光伏阵列正在给蓄电池充电的时候，电池组电力监控仪会保护蓄电池组因过充而被损坏。电池组电力监控仪的号码数值随我们的设计而被使用在太阳能汽车里。峰值电力监控仪是由轻质材料构成，并且一般效率能达到95%以上。发动机控制器控制发动机的启动，而发动机启动信号是来自驾驶员的加速装置。对发动机控制器

19、电力管理是通过程序来完成的。发动机的启动需要配备不同型号的发动机控制器，使用的工作效率一般超过90%。很多太阳能汽车使用精确数据检测系统来管理整个太阳能汽车的电力系统，其中包括，太阳能光伏阵列、蓄电池组、发动机控制器和发动机。在有些时候，我们需要掌控电池的电压和电流。从监控系统获得的数据常常用来判断太阳能汽车的状况，并用来解决太阳能汽车出现的问题。（4）电动机在太阳能汽车里使用什么类型的发动机没有限制。大多数太阳能汽车使用的发动机是双线圈直流无刷电机，这种直流无刷电机是相当轻质的材料机器，在额定的RPM（每秒转速）达到98%的使用效率。但是它们的价格比普通有刷型交流发动机要贵一些。五、太阳能汽

20、车现状与趋势早在1978年，世界上第一辆太阳能汽车便在英国研制成功，时速达至13公里.此后世界各国都纷纷组成了太阳能汽车研发大军，经过了几十年的发展，现在的太阳能汽车，无论是在设计理念还是在制造工艺上，都取得了长足进步，成绩斐然。1999年5月巴西圣保罗大学的科研人员设计出一款新型太阳能汽车，这种汽车全部使用太阳能作为能源，发动机和车轮之间没有传输装置，最高时速超过100km。澳大利亚2003太阳能汽车比赛上，由荷兰制造的“NunaII”太阳能汽车取得了冠军，它以30小时54分钟的时间跑完了3010公里的路程，创造了太阳能汽车最高时速170公里的新世界记录，标志着人们在转化太阳能的道路上又迈出了坚实的一步。我国的太阳能汽车发展历程：我国也从80年代开始投入对太阳能汽车研发。1984年9月，我国首次研制的“太阳号”太阳能汽车试验成功，并开进了北京中南海的勤政殿，在不用任何燃料的情况下，这辆汽车时速为2公里，可连续行驶100多公里。1996年，清华大学参照日本能登竞赛规范，研制了“追日”号太阳能汽车。最高车速达