關(guān)于汽車車頂太陽能裝置的設(shè)計(jì)研究

劉博　甄彩霞　郭磊

摘 要：隨著科技的進(jìn)步和我國對于生態(tài)環(huán)境的重視，電動汽車和新能源汽車越來越受到人們的青睞，但是在車輛遠(yuǎn)距離行駛過程中，會存在電量供應(yīng)不足，儲備電量不足等問題，一旦儲電裝置出現(xiàn)問題，很可能會導(dǎo)致車輛半路拋錨。太陽能技術(shù)是一種新能源技術(shù)，在車頂安裝太陽能裝置可以收集日間陽光，將其轉(zhuǎn)化為電能儲存起來，進(jìn)而為汽車提供動力來源。本文就是針對汽車車頂太陽能裝置進(jìn)行研究，分析其具體的裝置特點(diǎn)和功能，為新能源汽車的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;太陽能車頂;電能轉(zhuǎn)化

過去的一些年里，各行各業(yè)對于傳統(tǒng)的能源過于依賴，煤炭、石油資源的利用導(dǎo)致自然界能源總量驟減，且給生態(tài)環(huán)境帶來了很多不利的影響。新能源在這一時(shí)期就凸顯出了顯著的優(yōu)勢，采用新能源技術(shù)可以減少對自然環(huán)境的污染。汽車燃油尾氣排放出的有毒氣體增加，部分城市的空氣污染嚴(yán)重，采用新能源如太陽能，可以為汽車提供設(shè)備運(yùn)行電力，進(jìn)而減少對環(huán)境的污染和破壞，低碳和環(huán)保是汽車未來發(fā)展的主要方向。

1 太陽能的特點(diǎn)

1.1 儲量豐富

太陽能是一種新興的能源，其儲量十分豐富，每年輻射地球的太陽能相當(dāng)于完全燃燒1.3×106億噸煤炭釋放出的能量。且通過科學(xué)的計(jì)算和分析，從可以推算的時(shí)間來看，太陽輻射的消耗量極少，太陽能可謂是取之不盡、用之不竭的能源。

1.2 分布十分廣泛

主要能夠接受太陽輻射的地區(qū)都可以大力開發(fā)太陽能能源，且不需要運(yùn)輸，收集輻射就可以收集太陽能，太陽能的使用效率較高，對于我國這種應(yīng)用傳統(tǒng)能源較多的國家，太陽能的開發(fā)具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義，可以減少對傳統(tǒng)能源的利用，降低對自然環(huán)境的污染和破壞。

1.3 能源清潔性較強(qiáng)

太陽輻射不會產(chǎn)生環(huán)境的污染，太陽能開發(fā)和利用不會對環(huán)境造成破壞，太陽能被認(rèn)為是最為清潔的新型能源之一。

1.4 經(jīng)濟(jì)性

太陽能與傳統(tǒng)能源相比，其經(jīng)濟(jì)性更強(qiáng)，太陽能目前被廣泛應(yīng)用在發(fā)電，收集太陽能的發(fā)電站管理上優(yōu)越性更強(qiáng)，且應(yīng)用和開發(fā)的成本較低，尤其和火電站和風(fēng)電站相比較，經(jīng)營的成本明顯較低。

2 太陽能應(yīng)用于汽車的優(yōu)勢

21世紀(jì)以來，生態(tài)環(huán)境和能源問題引起了各個(gè)國家的重視，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2005年我國汽車消耗了約占35%的石油，汽車排放的尾氣嚴(yán)重超出國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，對空氣造成了巨大的污染，空氣中二氧化碳增多，導(dǎo)致了溫室效應(yīng)。使用電動汽車或電器混合汽車是未來汽車發(fā)展的主要方向，這類汽車可以減少對傳統(tǒng)能源的使用，使用太陽能裝置吸收太陽輻射，可以為汽車提供充足的電能。每年地面接收太陽輻射為1.8×1018Kw·h，太陽能儲量是不可計(jì)算的，不會對自然生態(tài)環(huán)境造成影響，這也是選擇太陽能技術(shù)應(yīng)用在汽車供電的重要原因，可以為駕駛者和乘車人帶來舒適環(huán)境，同時(shí)延長汽車行駛里程。

我國最早的汽車使用太陽能發(fā)電裝置的是大眾Passat汽車，完成了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，使用了小型車頂太陽能發(fā)電裝置，利用的是“通用電力公司”制造，太陽能裝置輸出功率約160W。太陽能發(fā)電裝置可以將太陽能轉(zhuǎn)化為電流，可以彌補(bǔ)汽車發(fā)電設(shè)備的不足，可以為汽車蓄電池進(jìn)行充電，這樣可以減少油電混汽車汽油的消耗，經(jīng)濟(jì)性也是汽車行業(yè)思考的重要問題。

太陽能裝置可以收集太陽能將其轉(zhuǎn)化為電能，可以為汽車提供運(yùn)行的動力，還可以支持汽車的其他設(shè)備和零部件運(yùn)轉(zhuǎn)，例如發(fā)動機(jī)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)，都可以利用專業(yè)裝置與太陽能裝置相連，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化。

3 車頂太陽能裝置工作原理

車頂太陽能裝置安裝在汽車的行李架上，這個(gè)裝置主要利用電池板，運(yùn)用單晶硅材料制成，電伏電池組將收集的太陽光和熱量轉(zhuǎn)化為電能。采用MPPTM控制器來控制電能的輸出，轉(zhuǎn)換的直流電存儲于汽車的蓄電池中，汽車蓄電池負(fù)責(zé)汽車的供電，增加蓄電量可以延長汽車?yán)m(xù)航里程。

硅太陽能電池工作原理：硅太陽能發(fā)電原理主要利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，利用其熱敏性，半導(dǎo)體溫度隨太陽光照上升，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力就會增強(qiáng)，半導(dǎo)體主要由高純度的硅和鍺構(gòu)成，形狀似正四棱錐，正電荷代表硅原子，負(fù)電荷代表在硅原子周圍的電子，硅晶體摻入3價(jià)元素，可以摻入硼元素，硅晶體會出現(xiàn)一個(gè)空穴，原子周圍的電子會填補(bǔ)這個(gè)空缺，原來的位置又形成空穴，往復(fù)循環(huán)，會形成電流。

4 裝置結(jié)構(gòu)和組成

4.1 電池組選型

太陽能裝置的核心部件就是電池組，這也是太陽能板成本最高的部分，電池陣列由電池組成，單晶硅材料的轉(zhuǎn)換率較高，可以達(dá)到20%，多晶硅轉(zhuǎn)換效率較低，因此，本次研究主要選取單晶硅材料制成的電池組。根據(jù)汽車車頂達(dá)標(biāo)，設(shè)計(jì)制造組件能布滿車頂行李架。

4.2 太陽光板支架結(jié)構(gòu)

（1）上板組支架結(jié)構(gòu)。上支架的支架結(jié)構(gòu)主要用于支撐電池板，主要使用六根支柱，支柱與底座使用螺栓連接，電池陣列之間使用卡扣固定，這樣方便拆卸，為防止支架發(fā)生不穩(wěn)定，底座螺栓孔方向是垂直的，前面的支柱安裝滑軌。

（2）下板組支架結(jié)構(gòu)。下層支架結(jié)構(gòu)要考慮不要遮擋駕駛?cè)艘暰€，要結(jié)合選用的電池組件規(guī)格，并排組裝3塊電池組。電動汽車震動會使下板組顫動，會對系統(tǒng)造成損壞，下層支架向車尾方向延伸，利用滑軌支撐，伸縮運(yùn)動通過滾珠絲杠來實(shí)現(xiàn)。支架安裝時(shí)要考慮車輛的安全高度，滾珠絲杠選擇要注意規(guī)格和質(zhì)量，要根據(jù)設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

總之，汽車車頂太陽能裝置的作用主要是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，為汽車行駛和汽車設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)提供電能動力，太陽能是一種取之不盡的清潔能源，利用太陽能的優(yōu)勢應(yīng)用在電力和油電混汽車中有助于降低汽車尾氣對環(huán)境的污染，有助于汽車產(chǎn)業(yè)朝著低碳環(huán)保的方向發(fā)展。

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項(xiàng)目名稱：太陽能車頂裝置系統(tǒng)的研究

項(xiàng)目編號：GYZD-201903

項(xiàng)目類別：一般指導(dǎo)項(xiàng)目