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太陽能蓄電池的結構原理

太陽能汽車的“心臟”就是電力存儲系統，它由蓄電池和電能組組成。蓄電池組相當于普通汽車的油箱。一輛太陽能汽車使用蓄電池組來儲存電能以便在必要時使用，太陽能汽車啟動裝置控制著蓄電池組，但是當太陽能汽車開動后，是通過太陽能陣列提供能量，再充到蓄電池組內。由于技術原因，蓄電池存儲能量是有限的，而且還分不同類型（鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鋰電池以及鋰聚合物電池）。在太陽能汽車頂上，有一個圓弧形的太陽能電池板，板上整齊地排列著許多太陽能電池。這些太陽能電池在陽光的照射下，電極之間產生電動勢，通過連接2個電極的導線，就會有電流輸出。太陽能電池方陣是太陽能汽車的能源。方陣是由許多PV光電池板（通常有好幾百個）組成。方陣類型受到太陽能汽車尺寸和部件費用等的制約。目前，主要有2種類型的光電池板：硅電池和砷化合物電池。一般等級的太陽能汽車通常使用硅電池板，硅太陽能電池能把10%～15%的太陽能轉變成電能。它既使用方便，經久耐用，又很干凈，不污染環境，是比較理想的一種電源，只是光電轉換的比率小了一些。許多獨立的硅片被組合，形成太陽電池方陣，依靠光伏電源供電動發動機驅動太陽能汽車。這些方陣的工作電壓通常在50～200V，并能提供1000W的電力。方陣輸出功率的大小受到太陽、云層的覆蓋度和溫度的影響。超級太陽能汽車也能使用通常類型的太陽能光電板，但更多的是使用太空級光電板。這種板很小，但是比普通的硅片電池板要昂貴得多，然而它們的使用效率非常高。一般情況下，汽車在運動時，被轉換的太陽能被直接送到發動機控制系統。但有時提供的能量要大于發動機需求的電力，那么多余的能量就會被蓄電池儲存以備后用。當太陽能電池方陣不能提供足夠的能量來驅動發動機時，蓄電池內的被儲存的備用能量將會自動補充。當太陽能汽車不運動時，所有能量都將通過太陽能光伏陣列儲存在蓄電池內。也可以利用一些回流的能量來推動汽車。當太陽能汽車開始減速時，換用通用的機械制動，這時發動機將變成了一個發電機，能量通過發動機控制器反向進入蓄電池內進行儲存。回充到蓄電池中的能量非常少，但是卻非常實用。

太陽能天窗的原理與優點

在外觀上，太陽能天窗與普通玻璃天窗有較大區別。太陽能天窗上安裝了格柵狀的太陽能電池板，在天窗開啟后，通風透氣的效果與普通天窗一樣，但在天窗關閉時，從車內則看不到天空。這種太陽能天窗是在汽車天窗的玻璃下方設置有太陽能電池。太陽能電池與設置的控制單元輸入端相連接，輸入端連接車輛空調系統的溫度傳感器，同時輸入端還與蓄電池和點火器相連接。點火開關打開后，用此選裝開關可使太陽能天窗移動到需要的位置。當駐車或在無人看管汽車的情況下離開汽車時，一定要將太陽能天窗完全關閉。陽光充足時，鼓風機在關閉點火開關之后自動切換為太陽能運行模式。此后鼓風機電機由太陽能電池驅動，并為汽車內部空間提供新鮮空氣。只有在信息娛樂系統內設置了通風功能，并且太陽能天窗已處于外翻或關閉狀態時，才能運行通風。關閉點火開關后，只要沒有開啟駕駛員或副駕駛員車門，那么約10min內仍然能夠打開或關閉太陽能天窗。遮陽板與太陽能天窗以固定方式連在一起，不能單獨移動。為使氣流產生的風滯噪聲降至最小，導流板根據車速和天窗開度自動移動到最佳的外翻高度，此外還能明顯降低車內空氣的振動噪聲。玻璃下方的太陽能電池吸收太陽能，經汽車天窗控制單元可對蓄電池進行充電，保證蓄電池的電能充足，同時延長蓄電池的使用壽命。太陽能天窗帶給消費者的最直接好處是，在高溫天氣里，汽車在烈日下停車熄火，完全沒有能源供給時，能自動調節車內溫度。利用內置在天窗內部的太陽能集電板依靠陽光所產生的電力，經過控制系統來驅動鼓風機，將車廂外的冷空氣導入車內，驅除車內熱氣，達到降溫的目的。當駕駛者及乘員再打開車門及坐在座位上，不會感覺悶熱難耐，汽車的空調系統可以在最短時間內將車內溫度降至舒適的程度。同時可以改善車內的空氣狀況，冬天也可以減少車內前擋風玻璃的結霜。根據資料，與沒有通風降溫的車型相比，安裝了太陽能天窗的汽車駕駛室內的溫度最低可降至20℃。太陽能天窗利用太陽能供電，節能降溫，十分有效地減少了汽車內由熱所產生的“孤島”效應。目前國內銷售的車型當中，奔馳E級、奧迪A8、A6L、A4和途銳等部分車型都已配備了太陽能天窗。新奧迪A6L太陽能天窗可以在陽光充足時利用太陽能將鼓風機運轉，將車內外空氣進行交換，不消耗電能和其他能量；輝騰轎車車頂天窗上整合了28個太陽能電池板，總共可提供24W的能量，還可以在車輛靜止的狀態下為電扇供電，減少蓄電池能量消耗。裝備了太陽能天窗的車型，一定程度上降低了空調的使用頻率，除了能為駕乘者提供舒適的用車環境以外，也有利于節省燃油，更加環保。目前，配備天窗的車型在國內已十分流行，如果能在原有天窗的基礎上加上太陽能的功能，雖然會增加一定的造車成本，但從長遠來看，有助于節省燃油以及環境保護，同樣也是未來轎車的發展趨勢[2]。

太陽能汽車充滿商機

近年來，各國都在競相研發新型太陽能汽車。美國已研制成光電轉換率達35%的高性能太陽能電池，為光電池在汽車上應用開辟了廣闊的前景。太陽能汽車已經在一些幅員遼闊國家或沙漠地區得到有效的應用。全球最負盛名的太陽能汽車比賽在澳大利亞已經連續舉辦了20多年，為推動太陽能汽車的發展作出了巨大貢獻。據介紹，由瑞士的4所理工大學聯合成功開發的“太陽能的士”，其制造得到了幾家技術領先的瑞士公司的支持。“太陽能的士”的50%的動力來自裝載了Q-Cells公司提供的高效太陽能電池片的掛車，其動力心臟———ZEBRA電池可以保證在沒有陽光的情況下駕駛300km。其50%的動力需求將會在瑞士的太陽能發電站補充。“太陽能的士”歷時18個月，跨越5個大洲、50個國家，至少行駛5萬km，成為人類歷史上第1個不消耗一滴汽油、無絲毫尾氣排放而環球旅行的交通工具。據報道，在環保汽車備受追捧的背景下，日本汽車巨頭一方面競相推出油電混合動力車、電動汽車來搶占市場，另一方面相繼開始了搭載太陽能電池汽車的研發。日產汽車公司的純電動與零排放新車Leaf已在日美歐市場銷售。據悉，該公司正考慮把太陽能技術用于此款新車，在其車頂后半部安裝太陽能電池板，為車載空調和其他部分車載設備提供輔助能源，從而提高電動車的續駛能力。本田公司也在積極進行電動汽車和太陽能技術的研究開發，并且已經試制出搭載太陽能電池的電動汽車樣車。與日產公司一樣，其樣車的太陽能目前也是用于為車載空調及其他車載設備提供輔助電源。用更新和更高的環境技術減少溫室氣體排放，降低燃油費用，已成為日本車商競爭的關鍵所在。太陽能在汽車上的應用前景：一是太陽能主要在傳統汽車上作輔助電池用，而不是作為汽車的驅動力，因為它不能帶動空調里面的壓縮機，空調里的壓縮機上千瓦，太陽能只可以帶動空調里的電扇，作為輔助動力使用；二是太陽能可以作充電站，比如在房子上搭很多的太陽能板，把太陽能收集起來給電動汽車充電；三是利用太陽能制氫，由太陽能先發電，用電解水的電制出氫氣后，儲存在一個大罐子里，給汽車里的燃料電池加氫，氫和氧氣再化合生成水同時放出電，供汽車使用。目前，太陽能車代替燃油車還不能廣泛推廣使用，主要是因為太陽能電池能量密度小，轉化效率低，價格昂貴，技術還不成熟。但是太陽能電動車是最清潔的綠色環保汽車，可以對電動車的核心技術進行創新改造，利用發電型智能控制系統，延長電池使用壽命，增加續駛里程。所以它的推廣具有廣闊的前景[3]。

太陽能汽車是一種靠太陽能來驅動的汽車。相比傳統熱機驅動的汽車，太陽能汽車能實現真正的零排放。正因為其環保的特點，太陽能汽車被諸多國家所提倡，太陽能汽車產業的發展也日益蓬勃。相信在不久的將來，太陽能定會在汽車上逐漸應用普及，這也是汽車企業一項任重而道遠的責任。

本文作者：崔立宏工作單位：東風本田汽車有限公司