任姣　孫亞平　賀帥　寇杰　蔣猛

摘 要：針對(duì)一種新型太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾，進(jìn)行了對(duì)太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾發(fā)電及其發(fā)電效果的試驗(yàn)研究。將太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾安置于汽車上后，記錄和分析了8：00～l7：00這段時(shí)間內(nèi)電池板的光照強(qiáng)度、發(fā)電電流、電壓和發(fā)電功率的變化，同時(shí)記錄下不同車外溫度條件下安裝有太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾的車與沒(méi)有安裝太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾的車的車內(nèi)溫度的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，安裝太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾的車內(nèi)溫度低于未安裝太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾的車內(nèi)溫度。汽車安裝太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾后，太陽(yáng)能電池板所發(fā)電可為汽車停放時(shí)汽車運(yùn)行的電子設(shè)備提供足夠電能，同時(shí)可以為蓄電池補(bǔ)充電能，使汽車蓄電池達(dá)到充盈狀態(tài)，延長(zhǎng)蓄電池壽命。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；遮陽(yáng)；溫度；充電

引言

在光照比較強(qiáng)烈的時(shí)候，由于太陽(yáng)光的照射會(huì)使露天停放的汽車車內(nèi)溫度升高，最高可達(dá)70攝氏度，車內(nèi)溫度過(guò)高，這不僅加速了車內(nèi)裝置的老化，使汽車可靠性降低，而且由于陽(yáng)光的長(zhǎng)期照射使車內(nèi)溫度升高，降低了駕駛的舒適性，駕駛者需要提前啟動(dòng)空調(diào)才能將駕駛室溫度降至適宜，相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)功率消耗增加，經(jīng)濟(jì)性也相應(yīng)降低，尤其是在炎熱的夏季，空調(diào)需運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間來(lái)克服車內(nèi)的悶熱。另一方面，車用蓄電池也需要及時(shí)充電以維持其正常的使用，適時(shí)適當(dāng)?shù)亟o車用蓄電池充電，不僅可以避免電池電量不足帶來(lái)的不便，更是能延長(zhǎng)電池的使用壽命，特別是對(duì)長(zhǎng)時(shí)間停放的汽車，對(duì)電池電量及時(shí)的補(bǔ)給更是尤為重要。

針對(duì)較強(qiáng)的光照給汽車的使用帶來(lái)的不便，筆者設(shè)計(jì)的一種新型太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾可以充分利用光照，一則避免較強(qiáng)光照帶來(lái)的車內(nèi)高溫，二則可以利用太陽(yáng)能為蓄電池充電，以延長(zhǎng)其使用壽命。筆者設(shè)計(jì)了太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾使車內(nèi)降溫和為蓄電池充電的實(shí)驗(yàn)，以探求太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾對(duì)汽車車內(nèi)溫度降低程度以及太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾為蓄電池補(bǔ)充的電量值，以便為這種新型太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾的控制系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

1 太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾的總體結(jié)構(gòu)

試驗(yàn)所用太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾主要有機(jī)架2、前驅(qū)直流減速電機(jī)18、后驅(qū)直流減速電機(jī)17、前擋太陽(yáng)能電池板組件21、后擋太陽(yáng)能電池板組件14等組成。支撐太陽(yáng)能電池板的機(jī)架2安裝在汽車車頂內(nèi)裝飾板15與車頂板7夾層之間；為前推支架20和后推支架10在前后移動(dòng)時(shí)導(dǎo)向及支持作用的左右兩個(gè)前導(dǎo)軌5和后導(dǎo)軌11安裝在機(jī)架2的內(nèi)側(cè)；實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板展開(kāi)與收折的組件由前螺紋桿4、后螺紋桿9、后推支架10、后擋太陽(yáng)能電池組件14、后驅(qū)直流減速電機(jī)17、前驅(qū)直流減速電機(jī)18、前推支架20、前擋太陽(yáng)能電池板組件21構(gòu)成。

2 試驗(yàn)材料及方法

2.1 儀器和設(shè)備

試驗(yàn)采用2輛東風(fēng)奇瑞之子2.0，該車前后擋風(fēng)玻璃可集能總面積為1.3m2，為模仿實(shí)際停車，試驗(yàn)時(shí)兩輛車停放位置及方位不變，分別設(shè)置為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組。測(cè)光照采用希瑪?shù)腁R813A型照度計(jì)；測(cè)電壓電流采用甌新的D85-3050型數(shù)字式直流電壓電流表；測(cè)溫度采用標(biāo)智GM320紅外測(cè)溫儀。

2.2 試驗(yàn)方法

太陽(yáng)能汽車擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾的性能試驗(yàn)在重慶北碚（緯度29.80，經(jīng)度106.40）西南大學(xué)第五運(yùn)動(dòng)場(chǎng)進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)間8：00～17：00，當(dāng)天白天多云，氣溫在19℃～31℃。將安裝有太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾的汽車的太陽(yáng)能汽車擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾展開(kāi)，并將汽車停放于采光條件合適的位置，作為實(shí)驗(yàn)組；另一輛未安裝有太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾的汽車也停放在采光條件合適的位置且與前一輛停放的角度相同，作為對(duì)照組。將照度計(jì)的光傳感器分別放于兩車車頭相同的位置，每5分鐘記錄一次光照強(qiáng)度；將車用蓄電池提前放電到50%左右，以便進(jìn)行充電試驗(yàn)，車載蓄電池外接直流電壓電流表，每5分鐘記錄一次電流和電壓值。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 光照強(qiáng)度與太陽(yáng)能電池板發(fā)電電流的數(shù)據(jù)分析

圖2顯示了太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾的太陽(yáng)能電池板上光照強(qiáng)度以及發(fā)電電流的變化。由圖2可知，光照強(qiáng)度從早上開(kāi)始逐漸增大，在12：10達(dá)到最高值，最高光照強(qiáng)度為95300Lux，隨后光照強(qiáng)度又逐漸降低。期間光照強(qiáng)度突然下降，這是由于云將太陽(yáng)遮住。從圖2可以看出電流變化趨勢(shì)與光照強(qiáng)度變化趨勢(shì)大致相同，與光照強(qiáng)度近似成正比關(guān)系，該電流為前后兩塊太陽(yáng)能電池板所發(fā)電流之和，起初電流隨著光照強(qiáng)度的增加而逐漸增大，在12：10左右達(dá)到電流峰值7.47A，之后電流就一直處于下降的趨勢(shì)。

3.2 太陽(yáng)能電池板發(fā)電電壓的數(shù)據(jù)分析

圖3顯示太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾的太陽(yáng)能電池板發(fā)電電壓的變化，太陽(yáng)能電池板發(fā)電電壓為前后兩塊太陽(yáng)能電池板并聯(lián)之和，由圖3可知，電壓波動(dòng)較小，變化基本趨于平穩(wěn)，峰值電壓為14.47V，總體上電壓在13V～14.5V之間波動(dòng)，變化不大。太陽(yáng)能電池板電壓均高于車用蓄電池電壓12V，可以持續(xù)為車用蓄電池充電。

3.3 太陽(yáng)能電池板發(fā)電功率的計(jì)算與數(shù)據(jù)分析

圖4顯示太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾的太陽(yáng)能電池板發(fā)電功率的變化。由excel可得功率隨時(shí)間變化趨勢(shì)線公式為y=-0.0348x2+3.5568x+18.096，計(jì)算所得函數(shù)解析式在9小時(shí)內(nèi)的定積分，通過(guò)matlab計(jì)算分析可得太陽(yáng)能電池板在8：00～17：00試驗(yàn)期間內(nèi)所發(fā)出總電量為0.71kWh，故太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾可以為蓄電池補(bǔ)充0.71kWh的電量。

由圖4可知，開(kāi)始太陽(yáng)能電池板發(fā)電功率波動(dòng)較大，整體處于上升的趨勢(shì)，在12：20左右達(dá)到峰值，峰值為106.0541W，達(dá)到峰值之后，功率一直處于下降趨勢(shì)。由圖5中的伏安特性曲線與功率曲線的趨勢(shì)線可知，功率變化趨勢(shì)與電流變化趨勢(shì)大體相同，由功率與電壓電流乘積成正比的關(guān)系可知，電壓電流的變化將引起功率的變化，由于測(cè)定的電壓變化不大，幾乎處于恒定值，故功率的變化主要受電流變化的影響，與電流變化近似成正比關(guān)系。

3.4 汽車內(nèi)外溫度變化的數(shù)據(jù)分析

在8：00～17：00的試驗(yàn)期間內(nèi)，每隔一個(gè)小時(shí)測(cè)量車內(nèi)外溫度，再次測(cè)量時(shí)應(yīng)打開(kāi)車門(mén)使車內(nèi)溫度與車外溫度差異不大時(shí)，關(guān)閉車門(mén)，一個(gè)小時(shí)以后再次進(jìn)行測(cè)量。取汽車室外溫度24℃～30℃的測(cè)量數(shù)據(jù)做分析，最終的車內(nèi)溫度為所測(cè)同一溫度下的平均值。由圖6可以看出安裝有太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾的汽車車內(nèi)溫度與未安裝有太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾的汽車車內(nèi)溫度變化趨勢(shì)相同，但安裝有太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾的汽車車內(nèi)溫度一直低于未安裝有太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾的汽車車內(nèi)溫度，隨著室外溫度的升高，差異越明顯，當(dāng)車外溫度為24℃時(shí)，安裝了太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾的汽車和沒(méi)安裝的汽車車內(nèi)溫度相差了5.2℃；當(dāng)車外溫度為30℃時(shí)，溫度相差了17.8℃，說(shuō)明外界溫度不同太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾的降溫效果不同，溫度較高，降溫效果較為明顯。

圖7為車外溫度為28℃時(shí)，無(wú)太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾的車內(nèi)溫度變化圖，由圖7可知，前35分鐘內(nèi)車內(nèi)溫度一直呈上升趨勢(shì)，在35分鐘就達(dá)到了最大值67℃后就恒定這個(gè)溫度，不再變化，車外與車內(nèi)溫差達(dá)到39℃，此時(shí)車內(nèi)的溫度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人能適應(yīng)的溫度。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）通過(guò)試驗(yàn)分析可知，該裝置上的太陽(yáng)能電池板在9小時(shí)內(nèi)能提供0.71kWh的電量，尤其是在光照強(qiáng)度較強(qiáng)的夏季，該電量不僅可以保證車內(nèi)電子設(shè)備的用電需求，而且還能為車用蓄電池提供相應(yīng)的電量，以延長(zhǎng)其使用壽命。

（2）安裝有太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾的汽車的車內(nèi)溫度比未安裝太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾的車內(nèi)溫度低5.2℃～17.8℃，故此太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾能很好的降低車內(nèi)溫度，且車外溫度越高，太陽(yáng)能擋風(fēng)玻璃遮陽(yáng)簾的降溫效果越明顯。

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作者簡(jiǎn)介：任姣（1994-），女，四川綿陽(yáng)人，本科學(xué)歷，重慶市西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，車輛工程。