太陽能汽車發(fā)展現(xiàn)狀及其實(shí)用化對策研究

李宏

摘 要：隨著科技在汽車領(lǐng)域的不斷發(fā)展，我國私家車數(shù)量與日俱增，對能源的消耗也在快速增加，從而進(jìn)一步激化了社會對新能源的訴求。在此過程中，太陽能汽車作為一種新能源汽車開始嶄露頭角，備受社會各界的廣泛關(guān)注。本文主要分析了太陽能汽車的優(yōu)勢及發(fā)展現(xiàn)狀，并對未來太陽能汽車的實(shí)用化發(fā)展方向提出了自己的一些看法。

關(guān)鍵詞：太陽能汽車；發(fā)展優(yōu)勢；實(shí)用化策略

1 太陽能汽車發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 太陽能汽車的發(fā)展優(yōu)勢

自上世紀(jì)開始，社會各界就已經(jīng)開始加強(qiáng)對太陽能的關(guān)注，并了解到太陽能發(fā)展的重要性。進(jìn)入本世紀(jì)以來，隨著科技水平的不斷發(fā)展，人們開始越來越關(guān)注太陽能在各領(lǐng)域的發(fā)展應(yīng)用。具體來說，研發(fā)太陽能汽車主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：

1.1.1 減少對不可再生資源的消耗

太陽能汽車主要是將太陽的光能轉(zhuǎn)化為電能，白天的時(shí)候?qū)⒓橙〉降奶柟廪D(zhuǎn)化為電能儲存到電池當(dāng)中，在夜晚也可以使用儲備下來的電能，如果天氣情況不好，造成太陽能儲備不足，還可以通過家用電對電池進(jìn)行充電。此種能源轉(zhuǎn)化可以從根本上減少對不可再生資源（石油資源）的消耗。

1.1.2 制造難度低且操作便捷

與傳統(tǒng)燃油汽車相比，太陽能汽車的零部件組成就更為簡單，像內(nèi)燃機(jī)、離合器、變速箱等都不需要，生產(chǎn)難度低，且在日常維護(hù)過程中只需要關(guān)注電池的狀態(tài)，定期針對電池進(jìn)行更換即可，這樣能夠有效控制維修成本的支出。除此之外，太陽能汽車不需要離合器、無需電子點(diǎn)火也不用換擋，對駕駛員的駕駛操作要求較低，操作極為便捷。

1.1.3 不會對環(huán)境造成污染

傳統(tǒng)汽車是以石油作為能源，在汽車行駛過程中會排放大量的有害氣體，進(jìn)而對生態(tài)環(huán)境造成負(fù)面影響，尤其是汽車在制動(dòng)和啟動(dòng)過程中，能耗會增加，尾氣排放量也會進(jìn)一步提升。相比之下，太陽能汽車運(yùn)行過程中消耗的是電能，并不會產(chǎn)生汽車尾氣，也會有效避免不可再生能源的消耗，有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

1.2 現(xiàn)階段太陽能汽車發(fā)展?fàn)顩r

在三十年前，太陽能動(dòng)力汽車就已經(jīng)誕生，然而這些年來一直無法走出實(shí)驗(yàn)室的重要原因就是能源轉(zhuǎn)化效率低。在早期太陽能汽車研發(fā)過程中，太陽能蓄電電池板采用的是單晶硅片，能源轉(zhuǎn)化率只有14%，相當(dāng)于在這樣的能換轉(zhuǎn)化環(huán)境中汽車?yán)m(xù)航里程只能維持在十公里左右，這樣的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法達(dá)到汽車量產(chǎn)推廣的標(biāo)準(zhǔn)。從我國太陽能汽車研發(fā)歷史來看，1984年我國首次研制的“太陽號”太陽能汽車試驗(yàn)成功，2006年我國首輛太陽能汽車在南京亮相，能夠?qū)崿F(xiàn)行駛速度最高88km/h。截止目前，我國市面上已經(jīng)出現(xiàn)了許多電動(dòng)系統(tǒng)與燃?xì)獠⒂玫男履茉雌?，真正的純太陽能汽車仍然多?shù)停留在實(shí)驗(yàn)階段。其中漢能就已經(jīng)突破技術(shù)限制，日前發(fā)布了4款太陽能汽車，其更是全球第一臺薄膜式太陽能發(fā)電汽車，可日均行駛80-100公里，蓄電池最大續(xù)航里程能達(dá)到350公里?，F(xiàn)如今，太陽能汽車技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀主要包括兩大部分：

1.2.1 驅(qū)動(dòng)能源技術(shù)

以太陽能作為驅(qū)動(dòng)能源運(yùn)用于汽車領(lǐng)域，其應(yīng)用技術(shù)主要包括以下幾個(gè)方面：一是電池。目前太陽能汽車所用的光伏電池主要是晶硅電池和薄膜電池兩種，且兩者在能源轉(zhuǎn)化效率上存在差異性。實(shí)現(xiàn)太陽能電池技術(shù)的提升有助于提高光電轉(zhuǎn)化率，目前許多國家已經(jīng)開始致力于太陽能電池的研究工作并獲得了一定的研究成績，例如美國能源部研發(fā)的電池能夠使光電轉(zhuǎn)化率達(dá)到40%；二是車體。為了提升太陽能汽車的采光效果，在汽車車體設(shè)計(jì)上通過選擇扁平式來減少空氣阻力，增加光能吸收效率。在對車體底盤設(shè)計(jì)上則主要有三種設(shè)計(jì)形式，包括承載式結(jié)構(gòu)、半承載框架結(jié)構(gòu)、無載荷組合式殼體等，其都可以保證汽車車體擁有充足的承載水平；三是蓄電池。太陽能易受自然因素的影響，當(dāng)光能轉(zhuǎn)化電能無法滿足實(shí)際需求之時(shí)，需要安裝蓄電池作為輔助電源?，F(xiàn)階段，太陽能汽車蓄電池多會選擇鋰電池和鎳氫電池，且蓄電池在汽車中的使用會綜合考慮汽車的環(huán)保問題、成本問題以及儲備情況等；四是電力驅(qū)動(dòng)。太陽能汽車在電力驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中主要包含了電動(dòng)機(jī)、功率電子器件與控制器這三種技術(shù)，多數(shù)在設(shè)計(jì)過程中會選擇輪邊驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，電動(dòng)機(jī)依據(jù)永磁無刷直流電機(jī)進(jìn)行工作；五是能源管理。在太陽能汽車電池能源管理中，需要依據(jù)能源管理技術(shù)對太陽能電池進(jìn)行全面優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)電池運(yùn)行時(shí)間及運(yùn)行效率的有效延長，例如結(jié)合DSP對輸出電壓與電流實(shí)施調(diào)節(jié)，以保障汽車運(yùn)行中擁有最大輸出功率。此外，太陽能汽車能源管理系統(tǒng)需要同電池、蓄電池相符，以確保汽車運(yùn)行性能的穩(wěn)定性。

1.2.2 輔助能源技術(shù)

太陽能汽車設(shè)計(jì)中，通過輔助能源技術(shù)能夠幫助其提升安全性，并有效控制燃料消耗情況。首先，在蓄電池輔助能源應(yīng)用上，通過引用太陽能技術(shù)，在汽車停止過程中利用蓄電池充電，以充分保證電池隨時(shí)隨地?fù)碛谐渥汶娏?，也盡可能的減少能源的消耗；其次，在天窗設(shè)計(jì)應(yīng)用上，可以放置太陽能電池板作為空調(diào)傳感器、點(diǎn)火器等零件啟動(dòng)電源，也可以在車內(nèi)安裝鼓風(fēng)機(jī)，利用電池板產(chǎn)生的電源將車外冷空氣引入車內(nèi)，以降低車內(nèi)溫度，減少空調(diào)的使用，這樣不僅能夠減少耗能，也能夠保障車內(nèi)環(huán)境安全；最后，在輔助空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用上，將太陽能技術(shù)運(yùn)用在車內(nèi)氣流管理系統(tǒng)中，能夠保證汽車在不運(yùn)行狀態(tài)下，自主檢測車內(nèi)溫度，避免因車內(nèi)溫度過高衍生出不良?xì)怏w或物質(zhì)，通過系統(tǒng)預(yù)期設(shè)定自動(dòng)向車內(nèi)流入新鮮空氣。除此之外，在太陽能汽車設(shè)計(jì)中，一些設(shè)計(jì)師還設(shè)計(jì)安裝太陽能半導(dǎo)體空調(diào)，通過整合太陽能技術(shù)和半導(dǎo)體熱電制冷技術(shù)，以為車內(nèi)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。

2 未來太陽能汽車發(fā)展的實(shí)用化對策

2.1 技術(shù)提升策略

隨著新能源技術(shù)在汽車領(lǐng)域的快速發(fā)展，太陽能汽車的優(yōu)勢逐步凸顯出來。未來，太陽能汽車發(fā)展主要需提升以下五大技術(shù)：第一，電池技術(shù)。太陽能電池技術(shù)能量轉(zhuǎn)換率越高，汽車運(yùn)行成本會得到大幅降低，其對未來太陽能汽車能否得到大幅度推廣起著至關(guān)重要的作用?？梢姡磥砀鲊谔柲芷囯姵匮芯糠矫嫘枰仉姵剞D(zhuǎn)化率最大化提升研究；第二，車體技術(shù)。從當(dāng)前太陽能汽車車體設(shè)計(jì)現(xiàn)狀來看，汽車車型情況需要與太陽能量吸收、空氣阻力、安全性等方面進(jìn)行綜合考量。未來，太陽能汽車量產(chǎn)投入市場之前，需要進(jìn)行大量的仿真測試（例如風(fēng)動(dòng)測試），并通過權(quán)威性的測評之后方可進(jìn)行廣泛應(yīng)用；第三，蓄電池技術(shù)。針對蓄電池在太陽能汽車的應(yīng)用，未來在研發(fā)過程中需要綜合考慮多種因素，包括能量及功率對比、成本、電池容量、使用時(shí)長、穩(wěn)定性、安全性等方面；第四，能量管理技術(shù)。需要在保證蓄電池與其能力系統(tǒng)相匹配基礎(chǔ)上，盡可能保證太陽能能源利用最大化，這樣方能進(jìn)一步提升未來太陽能汽車的行駛距離，強(qiáng)化電池壽命。

2.2 市場前景及運(yùn)用領(lǐng)域

每年我國太陽能輻照總量超502萬kJ/m2，年日照時(shí)數(shù)超2200h的地區(qū)，占我國整體國土面積的三分之二，尤其西藏、新疆、青海、甘肅等地的總輻射量和日照時(shí)數(shù)更是極為豐富。這為我國發(fā)展太陽能技術(shù)，研發(fā)太陽能汽車提供了必要的資源條件。事實(shí)上，太陽能汽車的研發(fā)及投入使用受陽光強(qiáng)弱、氣候、太陽高度角等因素的影響較大，在投入市場使用過程中會受到較大的影響及沖擊。為太陽能汽車尋找理想的應(yīng)用領(lǐng)域就顯得極具實(shí)用性。從太陽能汽車的使用先決條件來看，其工作場所需要陽光充足，以為汽車提供足夠的能量來源，車身需要盡可能輕量化，需對速度和載重沒有較高要求，并需要在光照條件欠佳的環(huán)境下仍然能夠利用電動(dòng)模式予以驅(qū)動(dòng)。從現(xiàn)階段我國市場發(fā)展環(huán)境來看，太陽能汽車可以首先將市場投入在觀光游覽車方向，通過“太陽能電池 -蓄電池 -人力混合”的驅(qū)動(dòng)模式，作為電動(dòng)汽車入市的切入點(diǎn)。從旅游行業(yè)角度來看，觀光游覽車是一種特殊的代步車輛，其行駛速度較慢（通常車速只有10-30km/h），需要具備安全、舒適、便捷等性能，以便于游客能夠在車內(nèi)能夠悠閑的觀賞景區(qū)風(fēng)景。此外，景區(qū)對環(huán)境保護(hù)的要求也比較高，太陽能觀光游覽車能夠滿足上述所有的性能要求，其無疑是未來觀光游覽領(lǐng)域的一個(gè)重要革新。

總之，隨著當(dāng)前石油資源的不斷枯竭，因汽車尾氣排放導(dǎo)致環(huán)境污染嚴(yán)重，太陽能汽車的研發(fā)能夠有效解決不可再生能源消耗及環(huán)境問題，其以清潔、環(huán)保的性能能夠真正實(shí)現(xiàn)交通工具的污染物“零排放”。雖然太陽能汽車在研發(fā)過程中仍然還存在許多問題，在入市過程中還有許多技術(shù)問題亟待進(jìn)一步攻克，但是隨著這些技術(shù)的不斷提升，太陽能汽車性能將會越來越穩(wěn)定，相信未來太陽能汽車的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)絹碓綇V泛。

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