太阳能汽车发展现状及其实用化对策研究

李宏

摘 要：随着科技在汽车领域的不断发展，我国私家车数量与日俱增，对能源的消耗也在快速增加，从而进一步激化了社会对新能源的诉求。在此过程中，太阳能汽车作为一种新能源汽车开始崭露头角，备受社会各界的广泛关注。本文主要分析了太阳能汽车的优势及发展现状，并对未来太阳能汽车的实用化发展方向提出了自己的一些看法。

关键词：太阳能汽车；发展优势；实用化策略

1 太阳能汽车发展现状

1.1 太阳能汽车的发展优势

自上世纪开始，社会各界就已经开始加强对太阳能的关注，并了解到太阳能发展的重要性。进入本世纪以来，随着科技水平的不断发展，人们开始越来越关注太阳能在各领域的发展应用。具体来说，研发太阳能汽车主要有以下几点优势：

1.1.1 减少对不可再生资源的消耗

太阳能汽车主要是将太阳的光能转化为电能，白天的时候将汲取到的太阳光转化为电能储存到电池当中，在夜晚也可以使用储备下来的电能，如果天气情况不好，造成太阳能储备不足，还可以通过家用电对电池进行充电。此种能源转化可以从根本上减少对不可再生资源（石油资源）的消耗。

1.1.2 制造难度低且操作便捷

与传统燃油汽车相比，太阳能汽车的零部件组成就更为简单，像内燃机、离合器、变速箱等都不需要，生产难度低，且在日常维护过程中只需要关注电池的状态，定期针对电池进行更换即可，这样能够有效控制维修成本的支出。除此之外，太阳能汽车不需要离合器、无需电子点火也不用换挡，对驾驶员的驾驶操作要求较低，操作极为便捷。

1.1.3 不会对环境造成污染

传统汽车是以石油作为能源，在汽车行驶过程中会排放大量的有害气体，进而对生态环境造成负面影响，尤其是汽车在制动和启动过程中，能耗会增加，尾气排放量也会进一步提升。相比之下，太阳能汽车运行过程中消耗的是电能，并不会产生汽车尾气，也会有效避免不可再生能源的消耗，有利于生态环境的保护。

1.2 现阶段太阳能汽车发展状况

在三十年前，太阳能动力汽车就已经诞生，然而这些年来一直无法走出实验室的重要原因就是能源转化效率低。在早期太阳能汽车研发过程中，太阳能蓄电电池板采用的是单晶硅片，能源转化率只有14%，相当于在这样的能换转化环境中汽车续航里程只能维持在十公里左右，这样的技术标准远远无法达到汽车量产推广的标准。从我国太阳能汽车研发历史来看，1984年我国首次研制的“太阳号”太阳能汽车试验成功，2006年我国首辆太阳能汽车在南京亮相，能够实现行驶速度最高88km/h。截止目前，我国市面上已经出现了许多电动系统与燃气并用的新能源汽车，真正的纯太阳能汽车仍然多数停留在实验阶段。其中汉能就已经突破技术限制，日前发布了4款太阳能汽车，其更是全球第一台薄膜式太阳能发电汽车，可日均行驶80-100公里，蓄电池最大续航里程能达到350公里。现如今，太阳能汽车技术应用现状主要包括两大部分：

1.2.1 驱动能源技术

以太阳能作为驱动能源运用于汽车领域，其应用技术主要包括以下几个方面：一是电池。目前太阳能汽车所用的光伏电池主要是晶硅电池和薄膜电池两种，且两者在能源转化效率上存在差异性。实现太阳能电池技术的提升有助于提高光电转化率，目前许多国家已经开始致力于太阳能电池的研究工作并获得了一定的研究成绩，例如美国能源部研发的电池能够使光电转化率达到40%；二是车体。为了提升太阳能汽车的采光效果，在汽车车体设计上通过选择扁平式来减少空气阻力，增加光能吸收效率。在对车体底盘设计上则主要有三种设计形式，包括承载式結构、半承载框架结构、无载荷组合式壳体等，其都可以保证汽车车体拥有充足的承载水平；三是蓄电池。太阳能易受自然因素的影响，当光能转化电能无法满足实际需求之时，需要安装蓄电池作为辅助电源。现阶段，太阳能汽车蓄电池多会选择锂电池和镍氢电池，且蓄电池在汽车中的使用会综合考虑汽车的环保问题、成本问题以及储备情况等；四是电力驱动。太阳能汽车在电力驱动设计环节中主要包含了电动机、功率电子器件与控制器这三种技术，多数在设计过程中会选择轮边驱动设计，电动机依据永磁无刷直流电机进行工作；五是能源管理。在太阳能汽车电池能源管理中，需要依据能源管理技术对太阳能电池进行全面优化，以实现电池运行时间及运行效率的有效延长，例如结合DSP对输出电压与电流实施调节，以保障汽车运行中拥有最大输出功率。此外，太阳能汽车能源管理系统需要同电池、蓄电池相符，以确保汽车运行性能的稳定性。

1.2.2 辅助能源技术

太阳能汽车设计中，通过辅助能源技术能够帮助其提升安全性，并有效控制燃料消耗情况。首先，在蓄电池辅助能源应用上，通过引用太阳能技术，在汽车停止过程中利用蓄电池充电，以充分保证电池随时随地拥有充足电量，也尽可能的减少能源的消耗；其次，在天窗设计应用上，可以放置太阳能电池板作为空调传感器、点火器等零件启动电源，也可以在车内安装鼓风机，利用电池板产生的电源将车外冷空气引入车内，以降低车内温度，减少空调的使用，这样不仅能够减少耗能，也能够保障车内环境安全；最后，在辅助空调系统应用上，将太阳能技术运用在车内气流管理系统中，能够保证汽车在不运行状态下，自主检测车内温度，避免因车内温度过高衍生出不良气体或物质，通过系统预期设定自动向车内流入新鲜空气。除此之外，在太阳能汽车设计中，一些设计师还设计安装太阳能半导体空调，通过整合太阳能技术和半导体热电制冷技术，以为车内进行温度调节。

2 未来太阳能汽车发展的实用化对策

2.1 技术提升策略

随着新能源技术在汽车领域的快速发展，太阳能汽车的优势逐步凸显出来。未来，太阳能汽车发展主要需提升以下五大技术：第一，电池技术。太阳能电池技术能量转换率越高，汽车运行成本会得到大幅降低，其对未来太阳能汽车能否得到大幅度推广起着至关重要的作用。可见，未来各国在太阳能汽车电池研究方面需要着重电池转化率最大化提升研究；第二，车体技术。从当前太阳能汽车车体设计现状来看，汽车车型情况需要与太阳能量吸收、空气阻力、安全性等方面进行综合考量。未来，太阳能汽车量产投入市场之前，需要进行大量的仿真测试（例如风动测试），并通过权威性的测评之后方可进行广泛应用；第三，蓄电池技术。针对蓄电池在太阳能汽车的应用，未来在研发过程中需要综合考虑多种因素，包括能量及功率对比、成本、电池容量、使用时长、稳定性、安全性等方面；第四，能量管理技术。需要在保证蓄电池与其能力系统相匹配基础上，尽可能保证太阳能能源利用最大化，这样方能进一步提升未来太阳能汽车的行驶距离，强化电池寿命。

2.2 市场前景及运用领域

每年我国太阳能辐照总量超502万kJ/m2，年日照时数超2200h的地区，占我国整体国土面积的三分之二，尤其西藏、新疆、青海、甘肃等地的总辐射量和日照时数更是极为丰富。这为我国发展太阳能技术，研发太阳能汽车提供了必要的资源条件。事实上，太阳能汽车的研发及投入使用受阳光强弱、气候、太阳高度角等因素的影响较大，在投入市场使用过程中会受到较大的影响及冲击。为太阳能汽车寻找理想的应用领域就显得极具实用性。从太阳能汽车的使用先决条件来看，其工作场所需要阳光充足，以为汽车提供足够的能量来源，车身需要尽可能轻量化，需对速度和载重没有较高要求，并需要在光照条件欠佳的环境下仍然能够利用电动模式予以驱动。从现阶段我国市场发展环境来看，太阳能汽车可以首先将市场投入在观光游览车方向，通过“太阳能电池 -蓄电池 -人力混合”的驱动模式，作为电动汽车入市的切入点。从旅游行业角度来看，观光游览车是一种特殊的代步车辆，其行驶速度较慢（通常车速只有10-30km/h），需要具备安全、舒适、便捷等性能，以便于游客能够在车内能够悠闲的观赏景区风景。此外，景区对环境保护的要求也比较高，太阳能观光游览车能够满足上述所有的性能要求，其无疑是未来观光游览领域的一个重要革新。

总之，随着当前石油资源的不断枯竭，因汽车尾气排放导致环境污染严重，太阳能汽车的研发能够有效解决不可再生能源消耗及环境问题，其以清洁、环保的性能能够真正实现交通工具的污染物“零排放”。虽然太阳能汽车在研发过程中仍然还存在许多问题，在入市过程中还有许多技术问题亟待进一步攻克，但是随着这些技术的不断提升，太阳能汽车性能将会越来越稳定，相信未来太阳能汽车的应用领域将会越来越广泛。

参考文献：

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[3]张翔.太阳能汽车是噱头，还是未来发展趋势[J].广东经济，2016（12）：85-87.