【摘 要】本文主要介紹太陽能發(fā)電技術(shù)在汽車上的應(yīng)用。首先分析了太陽能發(fā)電的原理，然后介紹了這門技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用以及遇到的問題，最后表達(dá)了對這門技術(shù)美好未來的展望。

【關(guān)鍵詞】太陽能發(fā)電 汽車車身 優(yōu)勢 發(fā)展方向

一、概述

太陽能具有資源豐富，無污染等許多優(yōu)點(diǎn)，被稱為最理想的新能源。利用太陽能發(fā)電技術(shù)，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，利用轉(zhuǎn)化的電能可以作為汽車的動力能源，驅(qū)動汽車行駛，同時汽車上有需要用電的地方也可以用太陽能輔助甚至替代。汽車車身在戶外時長時間受到陽光照射，尤其是汽車發(fā)動機(jī)蓋，汽車車頂以及汽車后備箱蓋受陽光直射，然而，這部分陽光缺乏有效利用。汽車采用太陽能車身，利用太陽能發(fā)電，充分利用汽車車身資源，同時，大大節(jié)約燃油，也保護(hù)了環(huán)境。

二、太陽能發(fā)電原理

光生伏特效應(yīng)：假設(shè)光線照射在半導(dǎo)體上并且光在界面層被接納，具有足夠能量的光子可以在P型硅和N型硅中將電子從共價鍵中激起，致使發(fā)作電子-空穴對。界面層臨近的電子和空穴在復(fù)合之前，將經(jīng)由空間電荷的電場結(jié)果被相互分別。電子向帶正電的N區(qū)和空穴向帶負(fù)電的P區(qū)運(yùn)動。經(jīng)由界面層的電荷分別，將在P區(qū)和N區(qū)之間發(fā)作一個向外的可測試的電壓。此時可在硅片的兩邊加上電極并接入電壓表。經(jīng)由光照在界面層發(fā)作的電子-空穴對越多，電流越大。界面層接納的光能越多，界面層即電池面積越大，在太陽能電池中組成的電流也越大。

太陽能電池是一種電能轉(zhuǎn)換器件，主要通過光生伏特效應(yīng)將太陽光能直接轉(zhuǎn)化成電能。光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理是：太陽光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對，在p-n結(jié)電場的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。太陽能電池依據(jù)所用半導(dǎo)體材料不同，通常分為硅電池、硫化鎘電池、砷化鎵電池等，其中最常用的是硅太陽能電池。

太陽能發(fā)電主要有以下兩種方式：

（一）光—熱—電轉(zhuǎn)換方式。利用太陽輻射產(chǎn)生的熱能來完成發(fā)電，主要通過太陽能集熱器完成熱能的轉(zhuǎn)換，把吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣，再驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電。這種太陽能熱發(fā)電的缺點(diǎn)是效率很低而成本很高。

（二）光—電直接轉(zhuǎn)換方式。這種轉(zhuǎn)換方式必須要用到太陽能電池，利用光電效應(yīng)的作用直接把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成電能?？砂讯鄠€電池串聯(lián)或并聯(lián)起來形成一個太陽能電池方陣，具有很大的輸出功率。

三、太陽能發(fā)電系統(tǒng)組成

太陽能發(fā)電系統(tǒng)一般由四部分組成：太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池（組）和逆變器。其中逆變器主要在輸出電源為交流220V或110V的情況下使用。各部分在太陽能發(fā)電系統(tǒng)的作用分別為：

（一）太陽能電池板：太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的最核心部分是太陽能電池板。所以它的價格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他部分。它的作用是把太陽輻射能力轉(zhuǎn)換成電能，或?qū)㈦娔芩屯铍姵刂写鎯ζ饋?，或推動?fù)載工作。

（二）太陽能控制器：太陽能控制器主要控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充、放電保護(hù)的作用。

（三）蓄電池：通常為鉛酸電池，在小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。在光照時，太陽能電池板會發(fā)出電能，蓄電池主要將這些電能儲存起來，以備不便之需。

（四）逆變器：通常使用220VAC、110VAC的交流電源。因?yàn)樘柲艿闹苯虞敵鲆话愣际?2VDC、24VDC、48VDC。為滿足220VAC電器的電能使用，需要將太陽能發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。

四、太陽能電池安裝

將太陽能電池板安裝于汽車汽車發(fā)動機(jī)蓋，汽車車頂以及汽車后備箱之上。安裝過程中應(yīng)注意幾個問題：

（一）太陽能電池在使用過程中會發(fā)熱，導(dǎo)致車內(nèi)溫度升高?？稍谔柲茈姵叵路胖酶魺岵牧?，解決這個問題。（二）車身主要是保護(hù)駕駛員和乘客安全。太陽能電池板強(qiáng)度有限，因此，車身因做好加固措施。（三）太陽能車身安裝應(yīng)符合車身空氣動力學(xué)要求，構(gòu)成良好的空氣力學(xué)環(huán)境。

五、太陽能車身工作過程

太陽能車身在陽光的照射下，電極之間產(chǎn)生電動勢，然后通過連接兩個電極的導(dǎo)線，就會有電流輸出。太陽能車身所轉(zhuǎn)化的電能主要應(yīng)用于以下三個方面：

（一）直接動力源；（二）太陽能用作汽車蓄電池的輔助充電能源；（三）用于驅(qū)動風(fēng)扇和汽車空調(diào)等系統(tǒng)。

在汽車靜止時，汽車?yán)眯铍姵貎Υ娴碾娔?，帶動電機(jī)轉(zhuǎn)動，起動汽車。車子在運(yùn)動時，太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能，電機(jī)通電轉(zhuǎn)動，驅(qū)動車輛行駛，車的行駛快慢通過控制輸入電機(jī)的電流大小實(shí)現(xiàn)。但有時提供的能量大于汽車需求的電力。那么多余的能量就會用于驅(qū)動風(fēng)扇和汽車空調(diào)等系統(tǒng)或者被蓄電池儲存以備后用。

當(dāng)太陽能陣列不能提供足夠的能量來驅(qū)動電機(jī)時，這時蓄電池內(nèi)的儲存的備用能量將會自動補(bǔ)充。如果能量依然不足，這需要利用發(fā)動機(jī)作為汽車輔助能源使用。

當(dāng)太陽能汽車不運(yùn)動時，所有能量將通過太陽能光伏陣列儲存在蓄電池內(nèi)。

六、實(shí)際應(yīng)用中遇到的問題

雖然太陽能發(fā)電機(jī)技術(shù)具有很多優(yōu)勢，但根據(jù)目前的科學(xué)技術(shù)來講，利用太陽能來發(fā)電，設(shè)備成本高，太陽能利用率較低，在實(shí)際應(yīng)用中還有許多問題，比如太陽能電池成本高昂，轉(zhuǎn)化率有限；太陽能發(fā)電獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關(guān)等等。

七、結(jié)論

雖然現(xiàn)在汽車太陽能車身應(yīng)用技術(shù)還不成熟，存在許多問題，但是太陽能發(fā)電將能夠有效地節(jié)約地球資源，避免環(huán)境污染，創(chuàng)造潔凈的生活環(huán)境，其優(yōu)勢是其他能源所無法比擬的，相信隨著我們的不斷探索，汽車太陽能車身應(yīng)用技術(shù)將越來越成熟，應(yīng)用也會越來越廣泛。

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[5]李曉華，新能源汽車技術(shù)發(fā)展的挑戰(zhàn)、機(jī)遇和展望[A].北京：機(jī)械工業(yè)出版社（2012）

作者簡介：

鄧欽文（1991—），男，四川蒼溪人，西華大學(xué)2010級學(xué)生。研究方向：汽車設(shè)計(jì)與制造。

金號（1992—），男 四川省宜賓縣 西華大學(xué)2010級學(xué)生。研究方向：汽車電子技術(shù)。