太阳能汽车

太阳能汽车 solar energy automobile 就是利用太阳能作为能源行驶的交通工具,具有节能、安全、环保的特点。由于其零污染,能源用之不竭,被人们称为“未来汽车”。太阳能汽车被诸多国家所提倡,太阳能汽车产业的发展也日益蓬勃。

编辑摘要
品牌: 太阳能汽车
外文名 : solar car 燃 料 : 汽油和柴油
特 点 : 环保 能 源 : 太阳能
意 义 : 创造洁净的生活环境

目录

太阳能汽车 - 定义

太阳能汽车太阳能汽车
太阳能汽车是太阳能发电在汽车上的应用,将能够有效降低全球环境污染,创造洁净的生活环境,随着全球经济和科学技术的飞速发展,太阳能汽车作为一个产业已经不是一个神话。燃烧汽油的汽车是城市中一个重要的污染源头,汽车排放的废气包括二氧化硫和氮氧化物都会引致空气污染,影响我们的健康。现在各国的科学家正致力开发产生较少污染的电动汽车,希望可以取代燃烧汽油的汽车。但由于现在各大城市的主要电力都是来自燃烧化石燃料的,使用电动汽车会增加用电的需求,即间接增加发电厂释放的污染物。有鉴于此,一些环保人士就提倡发展太阳能汽车,太阳能汽车使用太阳能电池把光能转化成电能,电能会在储电池中存起备用,用来推动汽车的电动机。由于太阳能车不用燃烧化石燃料,所以不会放出有害物。据估计,如果由太阳能汽车取代燃汽车辆,则完全可以做到零排放

目前比较实用的技术是太阳能车顶技术,以德国奥迪公司和美国的菲斯科公司走在了应用的前端,太阳能电力目前做为电动汽车或混和动力汽车的补充

太阳能汽车 - 作用

到目前为止,太阳能在汽车上的应用技术主要有两个方面:一、作为驱动力;二、用作汽车辅助设备的能源。
这一应用方式,一般采用特殊装置吸收太阳能,再转化为电能驱动汽车运行。按照应用太阳能的程度又可分为如下两种形式:
太阳能作为第一驱动力驱动汽车
完全用太阳能为驱动力代替传统燃油,是几代汽车工作者的梦想。1982年澳大利亚人汉斯和帕金用玻璃纤维和铝制成了一部“静静的完成者”太阳能汽车。车顶部装有能吸收太阳能的装置,给两个电池充电,电池再给发动机提供电力。12月19日,两人驾驶着这辆车,从澳大利亚西海岸的珀思出发,横穿澳大利亚大陆,于1983年1月7日到达东海岸的悉尼,实现了一次伟大的创举。这种太阳能汽车与传统的汽车不论在外观还是运行原理上都有很大的不同,太阳能汽车已经没有发动机、底盘、驱动、变速箱等构件,而是由电池板、储电器和电机组成.利用贴在车体外表的太阳电池板,将太阳能直接转换成电能,再通过电能的消耗,驱动车辆行驶,车的行驶快慢只要控制输入电机的电流就可以解决。目前此类太阳车的车速最高能达到100km/h以上,而无太阳光最大续行能力也在100km左右。
还有一种概念上的太阳能汽车,这种汽车在车体上没有安装光伏电池板,而只是配置蓄电池,而电能全部来自专门的太阳能发电装置。优点是外观与现有车辆类似,没有"另类"的感觉,缺点是要经常到太阳能电站充电,当然续行能力也受到限制[2]。
太阳能和其它能量混合驱动汽车
太阳能辐射强度较弱,光伏电池板造价昂贵,加之蓄电池容量和天气的限制,使得完全靠太阳能驱动的汽车的实用性受到极大的限制,不利于推广。因此就出现了一种采用太阳能和其它能量混合驱动的汽车。
复合能源汽车外观与传统汽车相似,只是在车表面加装了部分太阳能吸收装置,比如车顶电池板,用于给蓄电池充电或直接作为动力源。这种汽车既有汽油发动机,又有电动机,汽油发动机驱动前轮,蓄电池给电动机供电驱动后轮。电动机用于低速行驶。当车速达到某一速度以后,汽油发动机起动,电动机脱离驱动轴,汽车便像普通汽车一样行驶。
由于采用了混合驱动形式,带来了诸多好处。首先,因为有汽油发动机驱动,所以蓄电池不会过放电,蓄电池的容量只要满足一天使用即可,与全用蓄电池的车相比,其容量可减少一半,也减轻了车重;其次,城市中大多数车辆都处在低速行驶状态下,采用电机驱动可最大可能的降低城市局部污染。
汽车辅助能源
传统的小轿车,功率一般在几十千瓦左右,而太阳辐射功率至多1kW/m2,目前的光电转换效率小于30%。因此全部用太阳能驱动传统的轿车,需要几十平方米的接收面积,显然难以达到。但在传统汽车上可以用太阳能作为辅助动力,以减少常规燃料的消耗,而且现代汽车的电器化程度曰益提高,各辅助设备的耗电量也因此急剧增加。这方面的应用主要有以下几种形式:
太阳能用作汽车蓄电池的辅助充电能源在轿车上加装太阳电池后,可在车辆停止使用时,继续为电池充电,从而避免电池过度放电,节约能源。
日本应庆大学设计了一款叫做Luciole(萤火虫)的概念车,它的颜色像萤火虫。这款车曾在北京展览过,车顶上贴有近一平方米的转换效率较高的光伏板,作用是辅助给12伏的电池充电,当12伏电池充满后,12伏电池又会给主电池充电。电池充满电时,这辆概念车能行驶800公里。
用于驱动风扇和汽车空调等系统
汽车在阳光下停泊,由于车内空气不流通,使得车体成了收集太阳能的温室,造成车内温度升高,使车内释放大量的有害物质,从而使车内空气品质变糟。若加装太阳能装置,比如加装太阳能风扇等,则可以为车辆在停泊期间无能耗提供新风并降温,保证车辆再次上路时有良好的空气品质。
汽车天窗的玻璃下方设置有太阳能电池,太阳能电池与设置的控制单元输入端相连接,输入端连接车辆空调系统的温度传感器,同时输入端还与蓄电池和点火器相连接。玻璃下方的太阳能电池吸收太阳能,经汽车天窗控制单元可对蓄电池进行充电,保证蓄电池的电能充足,同时延长蓄电池的使用寿命。而太阳能天窗带给消费者的最直接好处是,在夏天高温天气里,汽车在烈日下停车熄火,完全没有能源供给时,能自动调节车内温度。利用内置在天窗内部的太阳能集电板依靠阳光所产生的电力,经过控制系统来驱动鼓风机,将车厢外的冷空气导入车内,驱除车内热气,达到降温的目的。当驾驶者及乘员再打开车门及坐在座位上,不会感觉热浪袭人、闷热难耐,汽车的空调系统可以在最短时间内将车内温度降至舒适的程度。同时可以改善车内的空气状况,冬天也可以减少车内前挡风玻璃的结霜。根据资料显示,与没有通风降温的车型相比,安装了太阳能天窗的汽车驾驶室内的温度最高降低20℃。利用太阳能供电,节能降温,十分有效地减少了汽车内由热所产生的“孤岛”效应。
目前国内销售的车型当中,奔驰E级,奥迪A8、A6L、A4、途锐等部分车型都已配备了太阳能天窗。

太阳能汽车 - 产品特色

太阳能电动车以光电代油,可节约有限的石油资源。白天,太阳电池把光能转换为电能自动存储在动力电池中,在晚间还可以利用低谷电(220V)充电。
无污染,无噪音。因为不用燃油,太阳能电动车不会排放污染大气的有害气体。没有内燃机,太阳能电动车在行驶时听不到燃油汽车内燃机的轰鸣声。
与燃油汽车的比较优势。实用型太阳能动力车除行驶速度远低于燃油汽车外,与燃油汽车相比,还是有诸多优势的。首先,太阳能电动车耗能少,只需采用3-4平方米的太阳电池组件便可使太阳能电动车行驶起来。燃油汽车在能量转换过程中要遵守卡诺循环的规律来作功,热效率比较低,只有1/3左右的能量消耗在推动车辆前进上,其余2/3左右的能量损失在发动机和驱动链上;而太阳能电动车的热量转换不受卡诺循环规律的限制,90%的能量用于推动车辆前进。[3]
其次,易于驾驶。无需电子点火,只需踩踏加速踏板便可启动,利用控制器使车速变化。不需换挡、踩离合器,简化了驾驶的复杂性,避免了因操作失误而造成的事故隐患,特别适合妇女和老年人驾驶。另外,太阳能动力车采用创新前桥和转向系统,前后独立悬挂,四轮鼓式制动从时速30公里到突然刹车,刹车线不超过7.3米。
由于太阳能电动车结构简单,除了定期更换蓄电池以外,基本上不需日常保养,省去了传统汽车必须经常更换机油,添加冷却水等定期保养的烦恼。小巧的车身,灵便转向,可以轻而易举的将车泊入拥挤不堪的都市停车场。
在都市行车,为了等候交通信号灯,必须不断的停车和启动,既造成了大量的能源浪费,又加重了空气污染,使用太阳能电动车,减速停车时,可以不让电动机空转,大大提高了能源使用效率和减少了空气污染。
再次,太阳能电动车没有内燃机、离合器、变速箱、传动轴、散热器、排气管等零部件,结构简单,制造难度降低。

太阳能汽车 - 工作原理

金焰四射的太阳,其表面是一片烈焰翻腾的火海,温度为6000K左右。在太阳内部,温度高达两千万度以上。所以,太阳能一刻不停地发出大量的光和热,为人类送来光明和温暖,它也成了取之不尽、用之不竭的能源聚宝盆。
将太阳光变成电能,是利用太阳能的一条重要途径。人们早在本世纪50年代就制成了第一个光电池。将光电池装在汽车上,用它将太阳光不断地变成电能,使汽车开动起来。这种汽车就是新兴起的太阳能汽车。
你看,在太阳能汽车上装有密密麻麻像蜂窝一样的装置,它就是太阳能电池板。平常我们看到的人造卫星上的铁翅膀,也是一种供卫星用电的太阳能电池板。
太阳能电池依据所用半导体材料不同,通常分为硅电池、硫化镉电池、砷化镓电池等,其中最常用的是硅太阳能电池。
硅太阳能电池有圆形的、半圆形的和长方形的等几种。在电池上有像纸一样薄的小硅片。在硅片的一面均匀地掺进一些硼,另一面掺入一些磷,并在硅片的两面装上电极,它就能将光能变成电能。
在“利比特布利克二号太阳能汽车顶上,有一个圆弧形的太阳能电池板,板上整齐地排列着许多太阳能电池。这些太阳能电池在阳光的照射下,电极之间产生电动势,然后通过连接两个电极的导线,就会有电流输出。
通常,硅太阳能电池能把10%~15%的太阳能转变成电能。它既使用方便,经久耐用,又很干净,不污染环境,是比较理想的一种电源。只是光电转换的比率小了一些。美国已研制成光电转换率达35%的高性能太阳能电池。澳大利亚用激光技术制成的太阳能电池,其光电转换率达24.2%,而且成本与柴油发电相当。这些都为光电池在汽车上的应用开辟了广阔的前景。
将光电池装在汽车上,用它将太阳光不断地变成电能作为驱动汽车运动的动力,这种汽车就是新兴起的太阳能汽车。太阳能汽车利用太阳能的一般方法。在阳光下,太阳能光伏电池板采集阳光,并产生人们通用的电流。这种能量被蓄电池储存并为以后旅行提供动力。或者直接提供给发动机也可以边开边蓄电。能量通过发动机控制器带动车轮运动,推动太阳能汽车前进。

电池方阵

太阳能电池方阵是太阳能汽车的能源。方阵是由许多PV光电池板(通常有好几百个)组成。方阵类型受到太阳能汽车尺寸和部件费用等的制约。目前,主要有两种类型的光电池板:硅电池和砷化合物电池。环绕地球卫星使用的太阳电池使用的是典型的砷化合物电池,而硅电池则更为普遍的为地面基础设备所使用。一般等级的太阳能汽车通常使用硅电池板。许多独立的硅片(接近1000个)被组合,形成太阳电池方阵。依靠光伏电源供电动发动机驱动太阳能汽车。这些方阵的通常工作电压在50V~200V之间,并能提供1O00W的电力。方阵输出功率的大小受到太阳、云层的覆盖度和温度的影响。超级太阳能汽车也能使用通常类型的太阳能光电板。但更多的是使用太空级光电板。这种板很小,但是比普通的硅片电池板要昂贵得多,然而它们的使用效率非常高。
一般情况下,车子在运动时,被转换的太阳能光被直接送到发动机控制系统。但有时提供的能量要大于发动机需求的电力,那么多余的能量就会被蓄电池储存以备后用。当太阳电池方阵不能提供足够的能量来驱动发动机时,蓄电池内的被储存的备用能量将会自动补充。当然,当太阳能汽车不运动时,所有能量都将通过太阳能光伏阵列储存在蓄电池内。也可以利用一些回流的能量来推动汽车。当太阳能汽车开始减速时,换用通用的机械制动,这时发动机将变成了一个发电机,能量通过发动机控制器反向进入蓄电池内进行储存。回充到蓄电池中的能量是非常少的,但是却非常实用。 

控制系统

在太阳能汽车里最高级的组件部分就是电力系统。它们包括峰值电力监控仪、发动机控制器和数据采集系统。电力系统最基本的功能就是控制和管理整个系统中的电力。峰值电力监控仪条件电力来源于太阳能光伏阵列,光伏阵列把能量传递给另外的蓄电池用于储存或直接传递给发动机控制器用于推动发动机。当太阳能光伏阵列正在给蓄电池充电的时候,电池组电力监控仪会保护蓄电池组因过充而被损坏。电池组电力监控仪的号码数值随我们的设计而被使用在太阳能汽车里。峰值电力监控仪是由轻质材料构成,发动机的启动需要配备不同型号的发动机控制器,使用的工作效率一般超过90%。从监控系统获得的数据常常用来判断太阳能汽车的状况,并用来解决太阳能汽车出现的问题。
在太阳能汽车里使用什么类型的发动机没有限制。大多数太阳能汽车使用的发动机是双线圈直流无刷电机,这种直流无刷电机是相当轻质的材料机器,在额定的RPM(每秒转速)达到98%的使用效率。但是它们的价格比普通有刷型交流发动机要贵一些。

太阳能汽车 - 发展历史

太阳能汽车太阳能汽车

早期的太阳能汽车是在墨西哥制成的。这种汽车,外形像一辆三轮摩托车,在车顶上架有一个装太阳能电池的大棚。在阳光照射下,太阳能电池供给汽车电能,使汽车的速度达到每小时40公里,由于这辆汽车每天所获得的电能只能行40分钟,所以它还不能跑远路。

1984年9月,中国首次研制的“太阳号”太阳能汽车试验成功,并开进了北京中南海的勤政殿,向中央领导报喜。这也表明了中国在研制新型汽车方面已达到世界先进水平。

现在世界上很多国家都在研制太阳能汽车,并进行交流和比赛。1987年11月,在澳大利亚举行了一次世界太阳能汽车拉力大赛。有7个国家的25辆太阳能汽车参加了比赛。赛程全长3200公里,几乎纵贯整个澳大利亚国土。

在这次大赛中,美国“圣雷易莎”号太阳能赛车以44小时54分的成绩跑完全程,夺得了冠军。

“圣雷易莎”号太阳能赛车,虽然使用的是普通的硅太阳能电池,但它的设计独特新颖,采用了像飞机一样的外形,可以利用行驶时机翼产生的升力来抵消车身的重量,而且安装了最新研制成功的超导磁性材料制成的电机,因此使这辆赛车在大赛中创造了时速100公里的最高纪录。

太阳能汽车不仅节省能源,消除了燃料废气的污染,而且即使在高速行驶时噪音也很小。因此,太阳能汽车已引起人们的极大兴趣,并将在今后得到迅速的发展。

太阳能汽车 - 应用领域

太阳能发电在汽车上的应用,将能够有效降低全球环境污染,现就我们掌握的相关技术信息同有志于太阳能汽车研发和生产的单位或企业进行探讨。
太阳能汽车最具魅力的部分就是车身。光滑而又具有异域风情的外观是吸引眼球的部分,太阳能汽车是由若干主体部件组成。由于没有统一的标准而使得每一辆太阳能汽车各具特色。除了车子长度的强制性要求限制外。当我们设计太阳能汽车的主体时要让阻力达到最小值。而使太阳能与阳光的接触比达到最大值,重量要尽量小而安全系数尽量达到最高。在这些方面我们得到很多理论作为支撑,如在车子的形状和尺寸上我们花费大量的时间进行试跑测试。进而测出并试图得到最佳的外形效果。一个好的太阳能汽车外形能够节省几百瓦的能量,这也是制造一辆好的太阳能汽车所必须的。
最初的挑战就是如何制造出一个高效的太阳能汽车底盘,从而使其强度和安全度达到最佳,并且重量最小。每一公斤的重量都需要足够大的能量使得在路面上移动。这就意味着工作组力求使车子的重量减到最小。而这个关键的部位就是汽车的底盘。然而,安全是一个基本的要求,底盘必须具有严格的强度和安全系数要求。通常,有三种类型的底盘使用在太阳能汽车上。
1.空间框架结构
2.半单体横造或碳纤维
3.单体横造
一个空间框架使用一个焊接或保护管结构用于支撑装载或车体,这种车体重量轻,但不能装载。合成的外壳是可以将分离的底盘组装起来。半单体横造或碳横梁使用合成横梁和空间隔开达到支撑装载的能力,而整合就不能支撑装载并承受一个整体的腹部底盘。在太阳能汽车的顶部每段是经常分割成片状,从而能够附加到腹部盘的上面。一个单体横造的太阳能汽车的底盘使用躯体结构并用来支撑装载。这三种类型的太阳能汽车底盘都能制造出强劲而又轻量型的太阳能汽车出来。许多太阳能汽车使用我们以上提到的三种底盘结构的组合方法。在上面结构中有一个例子就是带有组合空间框架的半单体横造,可以很好的保护驾驶员。
由于太阳能汽车中复合材料得到广泛的应用,在这里我们需要对合成材料进行定义。这种合成材料是由象三明治夹层一样结构材料构成。碳纤维、KEVLAR和玻璃纤维,是一种普通的合成建筑材料。蜂窝状和泡沫塑料是常用的合成填充材料。这些材料用环氧基树脂保护起来。组合在具有KEVLAR和碳纤维的材料里。能够获得人需要的强度材料(相当于钢的强度),但是是非常轻质的材料。

太阳能阵列

太阳能阵列是太阳能汽车的一种资源。阵列是由许多PV光电池板(通常有好几百个)组成。这些光电池板是将太阳能能量转变成电能。每一组使用太阳能光电板技术的一种来制造阵列。这些阵列类型需要符合比赛规则,受到太阳能汽车尺寸和部件的费用等的制约。
太阳能光电池板是通过电线连接。若干个电线串并联在一起,连接光电池片从而达到蓄电池规定的电压。这里有几种方法使得太阳能光电池组合在一起。但是一个最基本的目标就是在有限的空间内能够尽可能的装上多的太阳能光电池板。太阳能光电板很脆弱并且很容易被损坏。这些光电池板保护主要来自于天气和空气压缩而出现裂口。有几种方法可以压缩光电池板,目标是增加最小的重量来保护太阳能光电池板。
在白天里,电力是通过太阳能光电池阵列依靠天气和太阳的位置而得到能量,通过太阳能阵列自己的转换变成动力。在晴朗阳光普照的正午,一个好的太阳能汽车太阳能阵列能产生超过1000W(1.3HP)的能量。这些能量经过太阳能阵列通过发电机被使用或者被蓄电池储存以备后用。

太阳能光电板

一个太阳能光电板能将太阳能转变为电能。光子在日光下产生能量带动电子从一个半运动的金属粒子的一层转移到另一个层面,电子的运动产生了通用的电力。
目前,主要有两种类型的光电板:硅和砷化物。在这里有几个不同的等级并且有不同的效能。环绕地球卫星是典型的使用砷化合物,而硅则更为普遍的为地球(陆地)基础设备的使用。
一般等级的太阳能汽车通常使用陆地级硅电池板。许多独立的硅片(靠近1000个)被组合,形成太阳能阵列。依靠电动发动机驱动太阳能汽车。这些陈列的通常工作电压在50-200V,并能提供1000W的电力。能量的大小受到太阳、云层的覆盖度和温度的影响阵列的输出。
超级太阳能汽车通常类型的太阳能光电板也能使用。但更多的是使用太空级光电板。这种板很小,但是比普通的硅片电池板要昂贵的多,然而它们的使用效率非常的高。光电池板具有很强的技术性。它们的发展和使用是随着技术的发展而发展。并有部分是用于太空旅行和卫星输送系统中。
在单一用途的太阳能汽车设计和制造重量轻而能耗低的太阳能机动车----竞赛(或者是“竞技”,依靠太阳的光线)相似于方程式赛车的一种。太阳能汽车没有作为交通运输工具的要求设计。它们的座位有限(通常是一个人,也有时是两个座位),它们有很少的货舱,而且仅仅能在白天行使。我们这样做却能为我们未来技术的发展提供一个很好的机会。为今后的民用化推广奠定基础。注:在作为旅行工具美国的太阳能汽车已经挑战常规,另外太阳能汽车还有许多其他的特性。
用工作、时间和金钱去开发一个高性能的太阳能汽车是一个伟大的创造,在这种构想后面是一个巨大无比的商机。一辆太阳能汽车的原理是相当简单的,这在后面“能量流图表”中有相关的阐述。为了使太阳光提供的能量得到最大的吸收利用,工作组使用一个设计工序来开发一个安全、可靠而有性能很高的太阳能机动车。
用一个由计算机设计出的模型制造一个太阳能汽车。我们可以开发出一个工具,它能帮助我们学习更多关于太阳能汽车如何工作,一个太阳能汽车由哪些部件构成,并且它们有是如何被组合在一起,结果我们发现这些工作是个简单的系统。我们分析组件部分由六个基本系统构成:1、驾驶控制系统,2、电气系统,3、驱动器系统,4、机械系统,5、太阳能阵列系统,6、汽车躯体和底盘

太阳能汽车 - 特点

太阳能汽车使用太阳能电池把光能转化成电能,电能会在储电池中存起备用,用来推动汽车的电动机。由于太阳能车不用燃烧化石燃料,所以不会放出有害物。据估计,如果由太阳能汽车取代燃汽车辆,每辆汽车的二氧化碳排放量可减少43至54%。

太阳能汽车 - 功能配置

设计并制造一辆太阳能汽车可能需要花费两年以上的时间,这是一个非常庞大的项目工程。为了能够成功的投入使用,每一工作组队员都必须列一个工作计划。这个计划将随着项目的发展而不断变化。但是,它能够提供一个稳定的路线,那就是最终保持项目的顺利前进并达到最终的目标。计划开始是一个时间图表,它被用来制订项目的轮廓,从而决定花费的时间、资金以及各个阶段设计的步骤和设计流程。
有一个很奇怪的现象,从一开始到结束有一个共同的地方就是一个计划是对整个项目的成功是非常重要的。这里包括调整目标和客观情况。实施项目之前小组开始设计,我们必须能知道我们想在什么地方什么时间进行。图纸被用到最终的太阳能汽车上面会受到目标和项目客观因素的影响。使用“头脑风暴”法能够引发很多点子。若干个最初的设计可以被考虑,在命令设计相关系统之前首先共同的目标就是汽车的形状。初始的设计会随着汽车底盘设计、机械系统设计、电气系统设计、驱动器系统设计和太阳能光伏阵列设计而发展。设计图稿通过展示决定对未来的调查,以至于最后的图案被确定时才能去除。这里需要考虑如下方面的影响因素。如:1、成本,2、效能,3、制造的可能性,4、顺应规则,5、系统的适应性,6、时间的紧迫性,7、重量负荷。
这是从事这个项目,小组必须考虑到工厂和其他的重要因素。
难得有一个设计能适应所有的区域。如,用一个车轴发动机设计比一个简单的减少传递要高效的多,也重要的多。但是花费也颇为昂贵。项目组必须具有对最佳替换物具有决策权。接下来的步骤就是对项目程序最佳化,并精选出最初的设计方案。这里有一个替代的过程,利用现代先进的计算机技术程序进行科学的分析。例如:一个组合性的太阳能汽车底盘需要分析使用时的压力,或者车体的外观需要一个建模的程序进行分析。比如,VSAERO,难的部分即使如何选择最终的设计方案。这就是说项目计划对一个项目的成功是如此的重要。
在建造一辆太阳能汽车中,设计几个系统的开始仍然是图纸设计阶段,在开始设计阶段整个过程是艰辛的。解决一个个可能出现的问题是对一个系统设计具有非常大的影响。接近最后的建造阶段,测试阶段开始。在合成系统之前测试单个系统运行情况,最后对整辆太阳能汽车拼装;但是这还没有完成,这里还需要若干的时间或周期对其性能进行检测。虽然在图纸中感觉所有问题都迎刃而解,但我们仍要进行相应的测试。当所有系统拼装完毕,再次对太阳能汽车进行测试。
最后,经过几个月的艰辛工作和时间的洗礼,每个人都对此心中有数。推出一辆太阳能汽车的时刻才真正来临,你就可以做穿越地域的旅行了。
太阳的能量整天都照向地球。然而,能量数的变化受到时间、天气条件和地理位置的影响。这些可利用的太阳能数值被我们所知,被暴晒的太阳能的计算方法是以每秒多少瓦来计算的或W/㎡,在南美洲,在一个明朗的天气里,下午太阳能暴晒地球大约是1000W/㎡。但是在早上、晚上或者多云的天气,太阳的位置变化都会影响太阳的数值。
小组必须知道什么时间、什么位置对太阳能汽车是最佳的。
给出了一个在太阳能汽车利用能量流的一般方法。一般情况下,车子在运动时,被转换的太阳能光被直接送到发动机控制系统,但有时提供的能量要大于发动机需求的电力。那么多余的能量就会被蓄电池储存以备后用。当太阳能阵列不能提供足够的能量来驱动发动机时,这时蓄电池内的被储存的备用能量将会自动补充。当然,当太阳能汽车不运动时,所有能量将通过太阳能光伏阵列储存在蓄电池内。这里也有一种方法可以有一些回流的能量来推动汽车。当太阳能汽车开始减速时,替代通用的机械制动,发动机将变成了一个发电机,能量流向后通过发动机控制器反向进入蓄电池内进行储存。这就是我们所知道的“回授性制动装置”。能量数值回充到蓄电池中是非常少的,但是却非常实用。 

发动机控制器


大多数太阳能汽车是单座而且对驾驶员来说也很少有乐趣。少数太阳能汽车也能搭乘一个乘客。驾驶员和乘客能看到前方但是很不舒适,铁夹子位置和高的温度。但是,他们却得到未来太阳能汽车驾驶的荣誉。
太阳能汽车在普通汽车里也有一些标准未来将成立,如转向信号(前方和后方)、刹车灯、加速装置(汽油踏板)、后视镜、空调装置和通用的导航系统……然而,大多数太阳能汽车没有一个茶杯架,我们可以使用一种变相的系统为我们驾驶员或乘客装水,仅有的收音机,是驾驶员可以通过一两个公共频道与相关工作人员取得联系。当然,我们现在利用先进的技术可以让我们汽车上先进的东西都可以安装到太阳能汽车上。
驾驶员和乘客必须保护安全,有几点:护腕安全、头盔,另外,驾驶汽车时,驾驶员更为重要的职能是注意汽车的系统安全和观察仪表是否出现的异常问题。在极少数太阳能汽车里,乘客会帮助处理太阳能汽车系统的问题,太阳能汽车跟普通的汽车具有相似的测量方法。而这些信息主要来源于太阳能汽车系统。
驾驶员/乘客是一个小组全体成员的希望,对一个竞赛来说,小组所有成员都把目光集中在这辆太阳能汽车上,支持小组为保证太阳能汽车安全正常行驶制订战略和提供路况信息给驾驶员是必须的。

电力系统

太阳能汽车的心脏部位就是电力系统,它由蓄电池和电能组成,电力系统控制器管理全部电力的供应和收集工作。蓄电池组就相当于普通汽车的油箱。一个太阳能汽车使用蓄电池组来储存电能以便在必要时使用,太阳能汽车启动装置控制着蓄电池组,但是当太阳能汽车开动后,是通过太阳能阵列提供能量,从而再充到蓄电池组内。由于重要的原因,大量的蓄电池作为能量被使用是有限的。而且设备也还要分不同类型蓄电池,在美国太阳能挑战队蓄电池主要有如下几种:
1.铅酸蓄电池
2.镍镉蓄电池
3.锂电池
4.锂聚合物电池
镍镉、镍氢和锂电池比普通的铅酸蓄电池远远提高蓄电能力,重量比普通电池要轻的多。但是他们很少在太阳能汽车中被广泛使用,主要是维护起来很小心,并且很昂贵。
电池组是由几个独立的模块连接起来,并形成系统所须的电压。代表性地,我们可以使用的系统电压在84-108V,依靠它的电力系统,有时我们在太阳能汽车运动时降低系统电压。
绝大部分我们在安装电力组件时去除辅架,虽然我们在安装时也有传统性的组件或者适用我们太阳能汽车的一般性组件。[3]
峰值电力监控仪是非常的轻质材料构成,并且一般效率能达到95%以上。发动机控制器控制发动机的启动,而发动机启动信号是来自驾驶员的加速装置。对发动机控制器电力管理是通过程序来完成的。而这些都在我们讨论的范畴。由于发动机的启动需要配备不同型号的发动机控制器。当然我们也能够根据发动机工作原理设计图纸来买一台控制器,我们都使用多种型号的发动机控制器,并且使用的工作效率超过90%。从监控系统获得的数据常常用来指定相关的应对策略,来解决制造太阳能汽车时出现的问题。这些有驾驶员收集到的数据在实际太阳能汽车中被运用(如无线数据通讯)

驱动轮

在太阳能汽车里使用什么类型的发动机没有限制,一般额定的是2-5HP,大多数太阳能汽车使用的发动机是双线圈交流(DC)无刷机,这种交流(DC)无刷机是相当轻质的材料机器,在额定的RPM(每秒转速)达到98%的使用效率。但是它们的价格比普通有刷型交流发动机要昂贵的多。由于在太阳能汽车里多齿轮传送装置使用很少,双线圈性发动机是常用的传送动力装置。在双线圈之间转换改变了发动机的速度频率。低速线圈为太阳能车子的启动和减速提供高的“转力距”,而高速线圈则为太阳能汽车运行提供高效率和最佳的运行效果。类似于我们所说的电力系统,大多数人不愿意购买现有的发动机,但是有些是由于客户或自己按太阳能车子的要求制造。
在太阳能汽车里有三个基本类型的传动力方式的变化:
1.单减引导式驱动,
2.变频履带式驱动,
3.轴式驱动
以前,一般大多数使用直接引导式驱动传送动力。发动机是通过一个链条或一个履带同一个单一的齿轮传送装置并与车论连接。如果组件定位准并小心安装的话,维护传送装置是很可靠而且容易。当整个设计全部完成使用效率应超过75%。有很少人使用变频履带式驱动传送动力给车论。齿轮比的改变引起发动机速度的增加。在低速度下引起发动机启动速率的增大。但仍能保持太阳能汽车以一个高速度高效率的行驶效果。变频履带式发动机需要精确的安装和有效精细的配置。
自1995年以来,当有些人使用轴式驱动设计太阳能汽车时,高速度,舒适的驾驶受到人们的欢迎。一个轴式发动机去除了许多外加的传送设备。这大大提高了驾驶车辆的效率,缩减了用于驱动车论而需要的能量。轴式驱动使用低转速原因是齿轮传动装置的减少,这样会轻微的降低它的效率。但是它们仍能够达到95%的高效率运行。

机械系统

太阳能汽车中机械系统在概念里是很简单的,但是我们在设计中,应尽量减少摩擦力和重量,根据不同的路况来设计需要的强度。轻质金属如铝合金和合成金属是常用的,使重量和强度达到最大程度。针对重量和强度的比例从而制造高效率的组件。机械系统包括刹车制动、方向盘和轮胎等。美国太阳能挑战赛规则设定最低标准。机械组件必须是可见的,但是也有些太阳能汽车在设计中没有任何的标准。
典型的太阳能汽车一般有3个或4个车轮,一般三个车轮的配置是两个前轮和一个后轮(通常是驱动轮)。四个轮子的太阳能汽车一般跟普通的机动车是一样(其中后面一个轮子是驱动轮)。另外四轮太阳能汽车的两个后轮并排靠近中央位置(类似于普通三轮机动车的配置)。
太阳能汽车中有多档位制动被安装。太阳能车子之间由于在实际中车身与底盘的不同而各异。在太阳能汽车里大部分使用前制动档位闸的比较普遍。而且有两个A手挂档设置,这与普通的机动车很相似。具有代表性的,后退制动档类似于在摩托车的前面使用而此时用在后面。我们设计这些挂档足见是有利于太阳能汽车自由的移动和滑行从而达到最佳的效果。当然,这样设计需要进行适当的调整,从而便于组合与维护。
在整个行驶中太阳能汽车的安全是重中之重,太阳能汽车必须有高效的刹车性能并符合标准,这是每一辆太阳能汽车所必须具备的,一般有两个独立的刹车系统。在太阳能汽车中圆盘刹车是普遍采用的一种。因为它们很适合,并有很好的制动力,有些爱好者使用机械型刹车,利用的是水力学的原理。机械刹车比水力性刹车要小而且轻,但是不需提供如此多的刹车阻力而是需要相互协调。为了达到最好的效果,刹车被设计成通过刹车操作杆自由移动,从而使刹车垫摩擦刹车表面进行刹车。
在太阳能汽车的驾驶系统,像驾驶员制动系统变化是很大的。我们必须制造一个弧型半径,按要求用特殊方式使用。但是设计必须是很自由活泼的。专业设计的理念应是保证驾驶的可靠性和安全高效。驾驶系统必须经过精确的驾驶测试才能设计。因为任何细微的失误都可能导致无法估量的后果,进而造成轮胎爆裂。在过去的比赛中,由于自行车车轮和车胎重量轻而且很小的摩擦力,经常被使用到太阳能汽车上(滚动摩擦力小)。当支撑起整个太阳能汽车时这些车轮和车胎就出现超重情况了。从而影响太阳能汽车的驾驶和安全性能。ASC规则中明确规定不准出现太阳能汽车车轮和车胎出现超载现象。幸运的是,现在流行的太阳能汽车竞赛敦促一些轮胎生产厂家制造符合太阳能汽车的轮胎。我们使用先进的轮胎,重量轻、摩擦力强,从而提高了太阳能汽车的安全和使用效能。

空气动力

航行工程师对物体周围的空气流进行研究发现了一个方法。一个航行的物体的研究得出在设计车身的外形时一定要尽量的使空气的阻力达到最小。空气释放出的阻力从而阻止物体移动通过。空气阻力影响了物体的外形。
空气阻力产生了一个航行的拉力。如果一个物体是流线的,空气在它的周围平滑的流动并且产生的拉力很少,因此这样需要很小的能量就能移动物体。这样设计中就必须考虑“航流”。当一个物体产生很小的空气流时,需要更多的能量来推动他向前移动。
我们的目标就是设计太阳能汽车时它具有最小的航行拉力。但仍能保持太阳能陈列有一个平滑的表面,并为驾驶员和组件提供足够舒适的空间。在一至两天的时间测试运动形状的工作就能完成。首先是建造一个平滑的模型用来测试。在风道里检测太阳能汽车通过空气流的过程。第二,就是使用一个强大的计算程序对空气流的模拟试验用计算机来控制模型汽车。
深紫色区域标明动力空气但是它是向下流动,红色区域高的动力空气向上部流动。对分离流大家都很清楚,太太阳能汽车后车轮有一点动力流出现。

蓄电池

我们生活在一个电池能量的世界,从高尔夫两轮运货车到电视设备。我们生活中对电力的需求是有限的但它却是我们的生活必需品。太阳能汽车通过太阳能光伏组件给蓄电池充电(一般可以从早上到下午一整天的时间)。高效的电力经太阳能汽车阵列通过蓄电池储存帮助我们获得最大的能量。常州作为生产制造基地,蓄电池的成熟程度已经具有相当的规模,而且随着常州电动车市场的逐渐成熟,带动蓄电池厂家研发力度。为我们太阳能汽车的蓄电池提供可靠的保证。

蓄电池是一种最轻便的电力资源。由一个及多个太阳能光伏电板串联起来,使转变成化学能储存电力。按照同样的方式将所有光伏电板连起来,在两个光伏电池板之间流动的电流叫电极,电极通常是不同的材料,电极被分为含有电磁的材料,这种物质引导离子运动,当两个电极通过一个长的导线连接起来时,一个环行的电路就形成了。
化学物质将化学能量转变为电能。化学物质通过反应转化成电能。这种反应就是通过原子的移动走向另一端引起电子的运动,在这时化学反应就自己产生。电极两端就形成了电压。电压端是通过化学反应产生的。在电解液内,反应产生了电流从阳极流出通过电线从阳极穿过。这样通过电线形成电压,也就是充电。当所有的化学能量都被使用后,电压就降至到零。在有电压的情况下,如果化学反应在反向运行,那就开始充电了。
太阳能汽车的电池组电压必须达到电动发动机的电压。组合起来的电池组就形成了一个“电池包”,通过额外的能量使其达到最高峰值。当太阳被云层遮盖时就为太阳能车子提供电力。电池组通过光伏阵列补充能量。最初的蓄电池使用完后就随便给丢掉了,它们被用在手电筒、照相机、手提收音机和玩具等上面。第二种蓄电池就是可以重复充电的蓄电池,这就是我们经常说的“可充蓄电池”。在机动车上使用最多的是铅酸蓄电池,铅酸蓄电池是很便宜的。相对安全而且可以重复利用。但是镍镉蓄电池现在或不久的时间将被大量的应用。在相同的重量情况下镍镉蓄电池是铅酸蓄电池的两倍效率,另外一种蓄电池能够提供强劲能量的就是锂电池,在今后蓄电池的储存能力将会更高。
综上所述,太阳能汽车在制造过程中并不复杂,如果有相关的企业和单位投入更高的热情和对未来充满信心,谁占领这片先机市场则谁就是这个市场的领头羊,他将带来的是一个产业,形成的是未来王国。
太阳能汽车上的太阳能电池板的有效面积为8平方米,太阳光照射到电池板每平方米电池上的辐射功率为1千瓦,在晴天,电池对太阳时产生的电压为120伏,并对车上的电动机提供10安的电流
求太阳能电池将太阳能转化为电能的效率为多少
120*10/8*1000=15%
如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为75%,当汽车受到的牵引力为150牛并在水平面上匀速行驶时,汽车的行驶速度为多大
120*10*75%=900瓦
900/150=6米/秒

太阳能汽车 -  

太阳能汽车 - 优势

能源车能源车
能源车能源车

太阳能电动车以光电代油,可节约有限的石油资源。白天,太阳电池把光能转换为电能自动存储在动力电池中,在晚间还可以利用低谷电(220V)充电。   

无污染,无噪音。因为不用燃油,太阳能电动车不会排放污染大气的有害气体。没有内燃机,太阳能电动车在行驶时听不到燃油汽车内燃机的轰鸣声。   

与燃油汽车的比较优势。实用型太阳能动力车除行驶速度远低于燃油汽车外,与燃油汽车相比,还是有诸多优势的。首先,太阳能电动车耗能少,只需采用3-4平方米的太阳电池组件便可使太阳能电动车行驶起来。燃油汽车在能量转换过程中要遵守卡诺循环的规律来作功,热效率比较低,只有1/3左右的能量消耗在推动车辆前进上,其余2/3左右的能量损失在发动机和驱动链上;而太阳能电动车的热量转换不受卡诺循环规律的限制,90%的能量用于推动车辆前进。   

其次,易于驾驶。无需电子点火,只需踩踏加速踏板便可启动,利用控制器使车速变化。不需换挡、踩离合器,简化了驾驶的复杂性,避免了因操作失误而造成的事故隐患,特别适合妇女和老年人驾驶。另外,太阳能动力车采用创新前桥和转向系统,前后独立悬挂,四轮鼓式制动从时速30公里到突然刹车,刹车线不超过7.3米。   

由于太阳能电动车结构简单,除了定期更换蓄电池以外,基本上不需日常保养,省去了传统汽车必须经常更换机油,添加冷却水等定期保养的烦恼。小巧的车身,灵便转向,可以轻而易举的将车泊入拥挤不堪的都市停车场。   

在都市行车,为了等候交通信号灯,必须不断的停车和启动,既造成了大量的能源浪费,又加重了空气污染,使用太阳能电动车,减速停车时,可以不让电动机空转,大大提高了能源使用效率和减少了空气污染。   

再次,太阳能电动车没有内燃机、离合器、变速箱、传动轴、散热器、排气管等零部件,结构简单,制造难度降低。

太阳能汽车 - 制约因素

一是太阳能电池板的造价依然太高;二是太阳能电池板的能效还是较低。

太阳能汽车 - 相关案例


新车亮相


最近,加拿大男子马塞洛开着他研制的新型太阳能汽车从加拿大来到了美国洛杉矶,向人们展示他的杰作。
安装在汽车表面的这些小型太阳能电池板可以为这辆车提供所需的能量。在阳光充足的日子里,这辆车每天可以跑成百上千公里。而且它只要6秒钟就可以将时速从0提高到50公里,而最高车速可以达到每小时112公里。
马塞洛说,他用10年时间,花了50万美元才完成了这款太阳能汽车。

另类太阳能汽车


委内瑞拉西蒙·玻利瓦尔大学的学生与 TI 合作,使用MSP430微控制器等大约30 个 TI 的器件构建出一部太阳能汽车。这部采用 TI 技术的汽车与其他 13 部由南美大学开发的太阳能汽车共同参加穿越智利沙漠的“阿塔卡玛太阳能挑战赛”,并取得了第5名。
新浪环球地理讯 北京时间12月28日消息,据美国国家地

理报道,长期以来人们一直在努力探索将太阳能转化为动能的先进技术,尤其是如何利用太阳能驱动汽车的技术。于是,有工程师想到了在汽车上安装宽大平滑的光电板用于接收和转化太阳能从而为汽车提供动力的方案,这其实就是太阳能汽车的雏形。今年秋季,来自5个国家的11个参赛队齐聚智利阿塔卡马沙漠,带来了由他们设计的各种奇形怪状的轮式太阳能汽车,参加一项独特的赛车项目--“阿塔卡马太阳能挑战赛”,该项赛事要求只能用两种最古老的力量,即人力或太阳能量来驱动汽车。
“阿塔卡马太阳能挑战赛”是拉丁美洲首次举办的国际太阳能赛车大赛。赛车场地位于世界上最干旱的阿塔卡马沙漠,赛程长约1060公里,比赛分三天三个阶段进行。赛道起点位于亨伯斯通镇,途经海岸城市安托法加斯塔和内陆城市卡拉马,最后返回到亨伯斯通镇附近的波索-阿尔蒙特市。这项比赛是根据平均时速和独立(无其他外力驱动)行驶的距离来决定胜负。参加本次“阿塔卡马太阳能挑战赛”的11支车队分别来自厄瓜多尔、阿根廷、波多黎各、智利等国,其中两支车队参加“纯太阳能”组比赛,其余的车队均参加混合动力组的比赛。混合动力特指既采用太阳能又采用脚踏驱动。

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