太陽能擋風玻璃遮陽簾的發(fā)電與降溫效果試驗

任姣　孫亞平　賀帥　寇杰　蔣猛

摘 要：針對一種新型太陽能擋風玻璃遮陽簾，進行了對太陽能擋風玻璃遮陽簾發(fā)電及其發(fā)電效果的試驗研究。將太陽能擋風玻璃遮陽簾安置于汽車上后，記錄和分析了8：00～l7：00這段時間內(nèi)電池板的光照強度、發(fā)電電流、電壓和發(fā)電功率的變化，同時記錄下不同車外溫度條件下安裝有太陽能擋風玻璃遮陽簾的車與沒有安裝太陽能擋風玻璃遮陽簾的車的車內(nèi)溫度的變化，實驗結(jié)果表明，安裝太陽能擋風玻璃遮陽簾的車內(nèi)溫度低于未安裝太陽能擋風玻璃遮陽簾的車內(nèi)溫度。汽車安裝太陽能擋風玻璃遮陽簾后，太陽能電池板所發(fā)電可為汽車停放時汽車運行的電子設備提供足夠電能，同時可以為蓄電池補充電能，使汽車蓄電池達到充盈狀態(tài)，延長蓄電池壽命。

關鍵詞：太陽能；遮陽；溫度；充電

引言

在光照比較強烈的時候，由于太陽光的照射會使露天停放的汽車車內(nèi)溫度升高，最高可達70攝氏度，車內(nèi)溫度過高，這不僅加速了車內(nèi)裝置的老化，使汽車可靠性降低，而且由于陽光的長期照射使車內(nèi)溫度升高，降低了駕駛的舒適性，駕駛者需要提前啟動空調(diào)才能將駕駛室溫度降至適宜，相應的發(fā)動機功率消耗增加，經(jīng)濟性也相應降低，尤其是在炎熱的夏季，空調(diào)需運行較長時間來克服車內(nèi)的悶熱。另一方面，車用蓄電池也需要及時充電以維持其正常的使用，適時適當?shù)亟o車用蓄電池充電，不僅可以避免電池電量不足帶來的不便，更是能延長電池的使用壽命，特別是對長時間停放的汽車，對電池電量及時的補給更是尤為重要。

針對較強的光照給汽車的使用帶來的不便，筆者設計的一種新型太陽能擋風玻璃遮陽簾可以充分利用光照，一則避免較強光照帶來的車內(nèi)高溫，二則可以利用太陽能為蓄電池充電，以延長其使用壽命。筆者設計了太陽能擋風玻璃遮陽簾使車內(nèi)降溫和為蓄電池充電的實驗，以探求太陽能擋風玻璃遮陽簾對汽車車內(nèi)溫度降低程度以及太陽能擋風玻璃遮陽簾為蓄電池補充的電量值，以便為這種新型太陽能擋風玻璃遮陽簾的控制系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

1 太陽能擋風玻璃遮陽簾的總體結(jié)構(gòu)

試驗所用太陽能擋風玻璃遮陽簾主要有機架2、前驅(qū)直流減速電機18、后驅(qū)直流減速電機17、前擋太陽能電池板組件21、后擋太陽能電池板組件14等組成。支撐太陽能電池板的機架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在前后移動時導向及支持作用的左右兩個前導軌5和后導軌11安裝在機架2的內(nèi)側(cè)；實現(xiàn)太陽能電池板展開與收折的組件由前螺紋桿4、后螺紋桿9、后推支架10、后擋太陽能電池組件14、后驅(qū)直流減速電機17、前驅(qū)直流減速電機18、前推支架20、前擋太陽能電池板組件21構(gòu)成。

2 試驗材料及方法

2.1 儀器和設備

試驗采用2輛東風奇瑞之子2.0，該車前后擋風玻璃可集能總面積為1.3m2，為模仿實際停車，試驗時兩輛車停放位置及方位不變，分別設置為實驗組和對照組。測光照采用?，?shù)腁R813A型照度計；測電壓電流采用甌新的D85-3050型數(shù)字式直流電壓電流表；測溫度采用標智GM320紅外測溫儀。

2.2 試驗方法

太陽能汽車擋風玻璃遮陽簾的性能試驗在重慶北碚（緯度29.80，經(jīng)度106.40）西南大學第五運動場進行，試驗時間8：00～17：00，當天白天多云，氣溫在19℃～31℃。將安裝有太陽能擋風玻璃遮陽簾的汽車的太陽能汽車擋風玻璃遮陽簾展開，并將汽車停放于采光條件合適的位置，作為實驗組；另一輛未安裝有太陽能擋風玻璃遮陽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，作為對照組。將照度計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度；將車用蓄電池提前放電到50%左右，以便進行充電試驗，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 試驗結(jié)果與分析

3.1 光照強度與太陽能電池板發(fā)電電流的數(shù)據(jù)分析

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

3.2 太陽能電池板發(fā)電電壓的數(shù)據(jù)分析

圖3顯示太陽能擋風玻璃遮陽簾的太陽能電池板發(fā)電電壓的變化，太陽能電池板發(fā)電電壓為前后兩塊太陽能電池板并聯(lián)之和，由圖3可知，電壓波動較小，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，變化不大。太陽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 太陽能電池板發(fā)電功率的計算與數(shù)據(jù)分析

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

由圖4可知，開始太陽能電池板發(fā)電功率波動較大，整體處于上升的趨勢，在12：20左右達到峰值，峰值為106.0541W，達到峰值之后，功率一直處于下降趨勢。由圖5中的伏安特性曲線與功率曲線的趨勢線可知，功率變化趨勢與電流變化趨勢大體相同，由功率與電壓電流乘積成正比的關系可知，電壓電流的變化將引起功率的變化，由于測定的電壓變化不大，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的試驗期間內(nèi)，每隔一個小時測量車內(nèi)外溫度，再次測量時應打開車門使車內(nèi)溫度與車外溫度差異不大時，關閉車門，一個小時以后再次進行測量。取汽車室外溫度24℃～30℃的測量數(shù)據(jù)做分析，最終的車內(nèi)溫度為所測同一溫度下的平均值。由圖6可以看出安裝有太陽能擋風玻璃遮陽簾的汽車車內(nèi)溫度與未安裝有太陽能擋風玻璃遮陽簾的汽車車內(nèi)溫度變化趨勢相同，但安裝有太陽能擋風玻璃遮陽簾的汽車車內(nèi)溫度一直低于未安裝有太陽能擋風玻璃遮陽簾的汽車車內(nèi)溫度，隨著室外溫度的升高，差異越明顯，當車外溫度為24℃時，安裝了太陽能擋風玻璃遮陽簾的汽車和沒安裝的汽車車內(nèi)溫度相差了5.2℃；當車外溫度為30℃時，溫度相差了17.8℃，說明外界溫度不同太陽能擋風玻璃遮陽簾的降溫效果不同，溫度較高，降溫效果較為明顯。

圖7為車外溫度為28℃時，無太陽能擋風玻璃遮陽簾的車內(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，在35分鐘就達到了最大值67℃后就恒定這個溫度，不再變化，車外與車內(nèi)溫差達到39℃，此時車內(nèi)的溫度已遠遠超出人能適應的溫度。

4 結(jié)束語

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

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

參考文獻

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作者簡介：任姣（1994-），女，四川綿陽人，本科學歷，重慶市西南大學工程技術學院，車輛工程。