孫瑞澤,錢佳麗（江蘇大學(xué)能動(dòng)與動(dòng)力工程學(xué)院,江蘇　鎮(zhèn)江　212013）

環(huán)保型汽車太陽能光伏發(fā)電供給空調(diào)用電裝置

孫瑞澤,錢佳麗
（江蘇大學(xué)能動(dòng)與動(dòng)力工程學(xué)院,江蘇鎮(zhèn)江212013）

摘要：敘述了太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用于汽車空調(diào)用電裝置的重要意義。具體來說本裝置安裝在汽車車頂上，在汽車車頂安裝一塊大型的太陽能電池板，主要用于夏季高溫季節(jié)，汽車的降溫問題。利用太陽能吸收光能發(fā)電裝置供給汽車的內(nèi)置獨(dú)立式空調(diào)設(shè)備，在不發(fā)動(dòng)車的情況下一樣可以使用空調(diào)，保持汽車內(nèi)的合適溫度。同時(shí)多余的電還可以用來汽車照明、播放MP3、以及充當(dāng)移動(dòng)式電源等。

關(guān)鍵詞：光伏組件；太陽電池；光伏充電；汽車空調(diào)設(shè)備

0　引言

研發(fā)以太陽能供電的汽車空調(diào)系統(tǒng)，能把太陽能光伏電源儲(chǔ)存于電池內(nèi)，即將太陽的光能轉(zhuǎn)化為太陽能電池的電能加以利用并將多余的電能存儲(chǔ)起來供汽車空調(diào)系統(tǒng)使用。電流經(jīng)過MPPT和控制系統(tǒng)進(jìn)入蓄電池或者直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，也可以以二者結(jié)合的方式進(jìn)行。在一定的陽光照射下，電能將直接進(jìn)入蓄電池，進(jìn)而將電能主要供給空調(diào)使用，調(diào)節(jié)汽車內(nèi)的溫度，特別適合在炎熱的夏天使用，解決了夏天中午出入汽車內(nèi)就像“蒸籠”的問題，持續(xù)供有冷氣輸入，使汽車內(nèi)始終保持恒溫狀態(tài)。并且平日里多余的電還可以用來汽車照明、播放MP3、以及充當(dāng)移動(dòng)式電源等。該方法每年能使每輛汽車減少四噸二氧化碳的排放量，為建設(shè)環(huán)保節(jié)約型社會(huì)創(chuàng)造了良好的條件。

1　太陽能光伏發(fā)電原理與系統(tǒng)

1.1硅太陽能電池工作原理

太陽能電池發(fā)電的原理主要是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。半導(dǎo)體具有熱敏性，光敏性和摻雜性。表現(xiàn)為半導(dǎo)體在環(huán)境溫度上升，受到的光照強(qiáng)度增強(qiáng)，純凈的半導(dǎo)體中摻入雜質(zhì)的情況下，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力會(huì)顯著增強(qiáng)。本征半導(dǎo)體半導(dǎo)體主要為高純度的硅和鍺，為正四棱錐結(jié)構(gòu)，正電荷表示硅原子，負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個(gè)電子。當(dāng)硅晶體中摻入微量3價(jià)元素如摻入硼時(shí)，硅晶體中就會(huì)存在著一個(gè)空穴，它的形成可以參照下圖1：

圖中，正電荷為Si，負(fù)電荷為Si周圍的4個(gè)價(jià)電子。硼原子最外層有3個(gè)價(jià)電子，這3個(gè)價(jià)電子與周圍4個(gè)Si原子形成共價(jià)鍵時(shí)缺少一個(gè)電子，即共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生一個(gè)空穴，Si原子周圍的電子很容易填補(bǔ)這個(gè)空穴，因此在原來的位置上產(chǎn)生新的空穴，而此時(shí)硼原子變?yōu)樨?fù)離子。形成P型半導(dǎo)體。同樣的道理，在Si中摻入5價(jià)的磷原子以后，因?yàn)榱自又車形鍌€(gè)價(jià)電子，其中4個(gè)與硅原子形成4個(gè)共價(jià)鍵，多余的一個(gè)自由電子，形成N型半導(dǎo)體，多子為自由電子。N型半導(dǎo)體中的多子為空穴，這樣，P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起，空穴和電子相遇復(fù)合而消失，就會(huì)在接觸面形成電勢(shì)差產(chǎn)生內(nèi)電廠，這就是PN結(jié)。

當(dāng)半導(dǎo)體接受光照后，在PN結(jié)中，N型半導(dǎo)體的多子（空穴）的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，而P型區(qū)中的多子（自由電子）往N型區(qū)移動(dòng)，從而形成從N型區(qū)到P型區(qū)的電流結(jié)中形成電流。

1.2太陽能發(fā)電系統(tǒng)組成部分

一般地，太陽能發(fā)電系統(tǒng)由電池組、太陽能控制器以及蓄電池組成。其各自作用如下：

（1）太陽能電池板：太陽能電池板是本裝置中的核心部分，其作用是將太陽的光能轉(zhuǎn)化為蓄電池的電能，并存儲(chǔ)到蓄電池中，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。在當(dāng)今傳統(tǒng)能源日漸枯竭的形勢(shì)下，這是一種非常清潔的能源利用方式。而太陽能電池板吸收光能的效率也對(duì)此系統(tǒng)起到了決定性的作用。

（2）控制器：控制器的作用顧名思義是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起到控制的作用。例如當(dāng)蓄電池過充電或過放電時(shí)可以及時(shí)的起到保護(hù)作用。而當(dāng)太陽能電池板處于溫差較大的工作狀態(tài)時(shí)，控制器也可以及時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，除此之外，控制器還可以在安裝光控開關(guān)或時(shí)控開關(guān)時(shí)可以自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作與否，時(shí)整個(gè)系統(tǒng)不可缺少的一部分。

（3）蓄電池：時(shí)起到存儲(chǔ)電能的作用，將有光照時(shí)產(chǎn)生的電能存儲(chǔ)起來，供系統(tǒng)隨時(shí)使用。

（4）逆變器：將太陽能電池板產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電供空調(diào)系統(tǒng)使用。

2　汽車空調(diào)特點(diǎn)與現(xiàn)況

汽車空調(diào)原理大致和家用空調(diào)原理差不多，按動(dòng)力來源分，可分為獨(dú)立式空調(diào)和非獨(dú)立式空調(diào)。由圖3可知，非獨(dú)立式空調(diào)和發(fā)電機(jī)綁定在一起運(yùn)轉(zhuǎn)空調(diào)。在此基礎(chǔ)上會(huì)消耗發(fā)動(dòng)機(jī)10%-15%的動(dòng)力來源，這將直接對(duì)汽車的加速和爬坡能力有很大的影響，使我們所不愿看到和避免的。而且汽車不能保證在停止運(yùn)行時(shí)還能繼續(xù)供給空調(diào)電力。

然而，對(duì)于獨(dú)立式空調(diào)，需要具備專門的動(dòng)力源來驅(qū)動(dòng)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)作，打比方，獨(dú)立式空調(diào)可能需要兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，占用一定的空間，燃油用量巨大，成本難以控制，且難以維護(hù)。

3　太陽能光伏發(fā)電供給汽車空調(diào)用電裝置可行性分析

首先了解并掌握好太陽能光伏發(fā)電原理和空調(diào)運(yùn)作的基本原理，其次考慮將上述兩樣完美地嵌在汽車內(nèi)，進(jìn)而保持良好的運(yùn)作。

設(shè)計(jì)太陽能電池板在汽車車頂上的安裝，將太陽能的光能轉(zhuǎn)化為電能，將電能與汽車內(nèi)的獨(dú)立空調(diào)相連，主要由太陽能發(fā)電供給空調(diào)用電。同時(shí)將一部分太陽能另一部分電力接入汽車內(nèi)其他用電設(shè)備，在汽車內(nèi)電力不足時(shí)供給上足夠的電能。

光伏充電系統(tǒng)運(yùn)作時(shí)間從早上8:00開始，到晚上21:00結(jié)束，充電時(shí)間主要為8:00-18:00，夜晚18:00-21:00只放電，不充電?？紤]到晴雨天氣，晴天多余的電量?jī)?chǔ)備在蓄電池內(nèi)，雨天也可以繼續(xù)放電。

4　市場(chǎng)效益分析

太陽能汽車取代了一部分燃料汽車，一方面節(jié)約了能源，一方面減少了污染，既緩解了能源危機(jī)，又減緩了溫室效應(yīng)。由于市場(chǎng)廣泛，本裝置的實(shí)用性和創(chuàng)意性會(huì)讓其擁有不錯(cuò)經(jīng)濟(jì)效益。本裝置安裝在汽車車頂，主要利用太陽能發(fā)電供給空調(diào)用電，同時(shí)給汽車其他用電設(shè)備供電，經(jīng)濟(jì)效益高，減少了汽車對(duì)于汽油的依賴。由于在汽車內(nèi)設(shè)置獨(dú)立式空調(diào)，不用發(fā)動(dòng)機(jī)供給動(dòng)力，增加了安全性和舒適性。特別是在炎炎夏日，不用擔(dān)心不用車時(shí)車內(nèi)氣溫的上升問題，長(zhǎng)期的恒溫空調(diào)為暢享一個(gè)舒適涼爽的夏天創(chuàng)造了很好的條件。

參考文獻(xiàn)：

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航空科學(xué)基金項(xiàng)目，201328R3001、槽腔耦合形貌表面新型機(jī)械密封機(jī)理及優(yōu)化設(shè)計(jì)研究、2013/10-2015/09、10萬元、在研、主持。

作者簡(jiǎn)介：孫瑞澤（1994），女，江蘇人，本科，研究方向：能源與動(dòng)力工程。