劉博　姜巖　袁雙宏

摘 要：汽車工業(yè)的快速發(fā)展給國民經(jīng)濟(jì)帶來的巨大的動(dòng)力，但同時(shí)帶來的環(huán)境污染等問題也不容易忽視，有關(guān)資料表明 我國汽車排放占城市重污染的比例接近35%，可見汽車尾氣對(duì)空氣和自然環(huán)境帶來的污染和破壞。城市中溫室效應(yīng)也是受汽車尾氣超標(biāo)排放的影響。目前，很多資源都屬于不可再生資源，資源的缺乏影響著我國的發(fā)展，因此，探索新能源的應(yīng)用至關(guān)重要。本文就是針對(duì)汽車?yán)锰柲?，在車頂安裝太陽能裝置實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而為汽車提供動(dòng)力，旨在促進(jìn)汽車行業(yè)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展和太陽能技術(shù)的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：太陽能技術(shù);車頂裝置;電能轉(zhuǎn)化

目前，全世界都面臨著資源匱乏和枯竭的問題，尋求新的環(huán)保能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的能源是有效應(yīng)對(duì)環(huán)境污染問題的關(guān)鍵途徑，汽車可以利用太陽能為汽車行駛提供動(dòng)力，太陽能與傳統(tǒng)能源相比，其環(huán)保性能較高，且運(yùn)用成本較低。太陽向宇宙輻射出巨大能量，能量來自太陽的熱核反應(yīng)，我國陸地面積廣闊，太陽能資源十分豐富，每年釋放的能量相當(dāng)于超過24000億噸的煤炭，將太陽能運(yùn)用到汽車上具有廣闊的發(fā)展前景。

1 太陽能應(yīng)用于汽車裝置的重要意義

我國各產(chǎn)業(yè)比較依賴傳統(tǒng)能源，例如煤炭、石油、天然氣等，這些不可再生資源目前存儲(chǔ)量逐漸降低，且石化類別的能源在燃燒過后對(duì)自然生態(tài)環(huán)境帶來了很大的污染和破壞，尤其是空氣污染和水源污染，逐漸會(huì)引發(fā)溫室效應(yīng)，有毒氣體也會(huì)對(duì)自然環(huán)境帶來危害。汽車尾氣排放占據(jù)氣體排放量很大的比例，汽車發(fā)展的一百多年的時(shí)間里，汽車燃燒能源導(dǎo)致的空氣污染較為嚴(yán)重，聯(lián)合國也針對(duì)此問題提出了節(jié)能減排的對(duì)策，我國也積極響應(yīng)和配合，重視新能源在汽車中的應(yīng)用，其中就包括太陽能這一清潔能源。

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，無論是燃油汽車、電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車，在行駛過程中都會(huì)存在續(xù)航里程臨界的問題，尤其是長途駕駛之后，汽車耗油耗電量增加，這時(shí)就可以利用太陽能裝置為汽車提供充足的動(dòng)力和電能。汽車上太陽能的運(yùn)用多是運(yùn)用在車頂裝置上，為汽車聽過應(yīng)急的電力，為汽車空調(diào)等設(shè)備提供電能。

汽車太陽能裝置主要由太陽能板架、內(nèi)部電路、通風(fēng)散熱裝置等構(gòu)成，汽車裝置使用電池板收集太陽能，蓄電池需要補(bǔ)充，太陽能要根據(jù)客戶的需求，通過USB接口為車上移動(dòng)設(shè)備充電，可以為動(dòng)力系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)等提供的電能，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

我國“十三五”發(fā)展規(guī)劃指出了到2020年要大量增加新能源汽車的銷售和使用，到2020年要建立成熟的新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈。早在“十二五”規(guī)劃時(shí)期，我國新能源汽車在研發(fā)和銷售過程中取得了顯著的成就，截止到2018年，我國新能源汽車銷量已經(jīng)超越美國，成為世界上新能源汽車銷售量排第一位的國家。但目前，我國新能源汽車的發(fā)展受很多因素的限制，受很多強(qiáng)國的影響，目前，我國純電動(dòng)汽車還存在很大的問題，汽車上充電技術(shù)和蓄電池的應(yīng)用還存在一些瑕疵，汽車?yán)m(xù)航里程和電動(dòng)充電時(shí)間等問題需要細(xì)致的思考，如何利用太陽能為汽車各系統(tǒng)提供應(yīng)急電能至關(guān)重要。

2 汽車太陽能裝置介紹

太陽能車頂裝置系統(tǒng)具有多種功能，如發(fā)電、防雨、散熱等，利用太陽能這種清潔能源達(dá)到環(huán)保節(jié)能的目的，可以延長汽車的續(xù)航里程，為其提供充足的動(dòng)力，太陽能裝置多安排在車頂，安裝在車頂行李架上，比較穩(wěn)固和安全。太陽能車頂裝置可以采用電伏電池組作為收集太陽能的裝置，實(shí)現(xiàn)將太陽光能量轉(zhuǎn)換為電能，運(yùn)用MPPTM 控制器控制太陽能光伏電池組件的電能輸出，使用單晶硅材料，使用壽命接近20年，太陽能裝置可以為汽車提供能量保障。

美國研制的高性能太陽能光伏電池的光電轉(zhuǎn)換率高達(dá)30%，與光伏電池相比轉(zhuǎn)換率提高了經(jīng)10%。瑞士研發(fā)太陽能的士裝載了高效太陽能電池片掛車，動(dòng)力電池可以做到在無太陽能輸入的情況下續(xù)航達(dá)到300KM。太陽能裝置需要采用更新的材料和裝置，光伏電池板的太陽能轉(zhuǎn)換率逐漸提高，車身材料更加輕量化。

3 太陽能裝置工作原理

太陽能裝置最重要的就是太陽能的轉(zhuǎn)化問題，電池陣列在太陽能系統(tǒng)中占據(jù)著重要的地位，技術(shù)人員要結(jié)合汽車實(shí)際應(yīng)用需要將若干個(gè)光伏電池進(jìn)行組合，形成光伏電池組件，將多個(gè)光伏組件進(jìn)行并聯(lián)或串聯(lián)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)功率的輸出。但太陽能采集與天氣有關(guān)，在研究電池裝置應(yīng)用中要對(duì)天氣狀況對(duì)太陽能裝置的影響進(jìn)行仿真研究。

3.1 光伏電池工作原理

太陽能光伏電池其實(shí)是一種太陽能轉(zhuǎn)換部件，刻意將能量轉(zhuǎn)化為電能，工作原理是利用光伏效應(yīng)，車頂?shù)难b置中半導(dǎo)體勢(shì)壘電場(chǎng)，太陽照射后，PN結(jié)中電子得能量釋放電子，形成電子—空穴對(duì)，在結(jié)電場(chǎng)影響下，電子與空穴分別移向半導(dǎo)體的N型區(qū)與P型區(qū)，N型區(qū)電子越來越多，P型區(qū)空穴越來越多，帶負(fù)電電子使N區(qū)的電勢(shì)偏低，相反P型區(qū)的電勢(shì)相對(duì)較高，半導(dǎo)體兩端形成了電動(dòng)勢(shì)。如果把PN結(jié)用導(dǎo)線與外部元件聯(lián)通在一起，外部導(dǎo)通電路中就會(huì)產(chǎn)生電流，輸出電能。我們要從太陽能系統(tǒng)出發(fā)，半導(dǎo)體器件經(jīng)過串、并聯(lián)使用，會(huì)得到汽車需要的輸出電壓、電流和輸出功率。

3.2 光伏電池的等效電路

當(dāng)有光照射到光伏電池上時(shí)，就會(huì)有電流產(chǎn)生，在此條件下，電池內(nèi)部會(huì)生成正向偏壓，在理想光照狀態(tài)下，可以等效成一個(gè)電流恒定的二極管。因此，當(dāng)電池在理想條件時(shí)，可以將其理想等效電路設(shè)計(jì)成一種高效結(jié)構(gòu)，由二極管、恒流發(fā)生器和負(fù)載電阻構(gòu)成。光伏電池受太陽輻射產(chǎn)生光電流，光電流大小與入射光強(qiáng)度和光伏電池面積成正比，除了光電流還會(huì)產(chǎn)生暗電流，共同輸出為汽車所需的電能。

4 結(jié)語

汽車太陽能裝置設(shè)計(jì)對(duì)于汽車至關(guān)重要，可以利用專業(yè)裝置收集太陽光線和輻射，將其轉(zhuǎn)化為電能，為汽車提供續(xù)駛里程需要的電能，為動(dòng)力系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)提供需要的電能，促進(jìn)新能源的應(yīng)用，降低汽車尾氣對(duì)環(huán)境的污染。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭公社.汽車新能源領(lǐng)域的太陽能技術(shù)應(yīng)用探析[J].西部皮革，2016，38（16）：12.

[2]孟偉軍，樸鐵軍，司得亮等.灰塵對(duì)光伏發(fā)電的影響及組件清洗研究[J].太陽能，2015（02）：22-27.

[3]李江華.太陽能技術(shù)在汽車新能源領(lǐng)域中的實(shí)踐與探究[J].科技風(fēng)，2018（35）：7.

項(xiàng)目名稱：太陽能車頂裝置系統(tǒng)的研究

項(xiàng)目編號(hào)：GYZD-201903

項(xiàng)目類別：一般指導(dǎo)項(xiàng)目