環保型汽車太陽能光伏發電供給空調用電裝置

孫瑞澤,錢佳麗（江蘇大學能動與動力工程學院,江蘇　鎮江　212013）

環保型汽車太陽能光伏發電供給空調用電裝置

孫瑞澤,錢佳麗
（江蘇大學能動與動力工程學院,江蘇鎮江212013）

摘要：敘述了太陽能光伏發電應用于汽車空調用電裝置的重要意義。具體來說本裝置安裝在汽車車頂上，在汽車車頂安裝一塊大型的太陽能電池板，主要用于夏季高溫季節，汽車的降溫問題。利用太陽能吸收光能發電裝置供給汽車的內置獨立式空調設備，在不發動車的情況下一樣可以使用空調，保持汽車內的合適溫度。同時多余的電還可以用來汽車照明、播放MP3、以及充當移動式電源等。

關鍵詞：光伏組件；太陽電池；光伏充電；汽車空調設備

0　引言

研發以太陽能供電的汽車空調系統，能把太陽能光伏電源儲存于電池內，即將太陽的光能轉化為太陽能電池的電能加以利用并將多余的電能存儲起來供汽車空調系統使用。電流經過MPPT和控制系統進入蓄電池或者直接驅動電動機，也可以以二者結合的方式進行。在一定的陽光照射下，電能將直接進入蓄電池，進而將電能主要供給空調使用，調節汽車內的溫度，特別適合在炎熱的夏天使用，解決了夏天中午出入汽車內就像“蒸籠”的問題，持續供有冷氣輸入，使汽車內始終保持恒溫狀態。并且平日里多余的電還可以用來汽車照明、播放MP3、以及充當移動式電源等。該方法每年能使每輛汽車減少四噸二氧化碳的排放量，為建設環保節約型社會創造了良好的條件。

1　太陽能光伏發電原理與系統

1.1硅太陽能電池工作原理

太陽能電池發電的原理主要是半導體的光電效應。半導體具有熱敏性，光敏性和摻雜性。表現為半導體在環境溫度上升，受到的光照強度增強，純凈的半導體中摻入雜質的情況下，半導體的導電能力會顯著增強。本征半導體半導體主要為高純度的硅和鍺，為正四棱錐結構，正電荷表示硅原子，負電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。當硅晶體中摻入微量3價元素如摻入硼時，硅晶體中就會存在著一個空穴，它的形成可以參照下圖1：

圖中，正電荷為Si，負電荷為Si周圍的4個價電子。硼原子最外層有3個價電子，這3個價電子與周圍4個Si原子形成共價鍵時缺少一個電子，即共價鍵結構中產生一個空穴，Si原子周圍的電子很容易填補這個空穴，因此在原來的位置上產生新的空穴，而此時硼原子變為負離子。形成P型半導體。同樣的道理，在Si中摻入5價的磷原子以后，因為磷原子周圍有五個價電子，其中4個與硅原子形成4個共價鍵，多余的一個自由電子，形成N型半導體，多子為自由電子。N型半導體中的多子為空穴，這樣，P型和N型半導體結合在一起，空穴和電子相遇復合而消失，就會在接觸面形成電勢差產生內電廠，這就是PN結。

當半導體接受光照后，在PN結中，N型半導體的多子（空穴）的擴散運動加強，而P型區中的多子（自由電子）往N型區移動，從而形成從N型區到P型區的電流結中形成電流。

1.2太陽能發電系統組成部分

一般地，太陽能發電系統由電池組、太陽能控制器以及蓄電池組成。其各自作用如下：

（1）太陽能電池板：太陽能電池板是本裝置中的核心部分，其作用是將太陽的光能轉化為蓄電池的電能，并存儲到蓄電池中，實現光電轉換。在當今傳統能源日漸枯竭的形勢下，這是一種非常清潔的能源利用方式。而太陽能電池板吸收光能的效率也對此系統起到了決定性的作用。

（2）控制器：控制器的作用顧名思義是對整個系統起到控制的作用。例如當蓄電池過充電或過放電時可以及時的起到保護作用。而當太陽能電池板處于溫差較大的工作狀態時，控制器也可以及時進行溫度補償，除此之外，控制器還可以在安裝光控開關或時控開關時可以自動控制系統的工作與否，時整個系統不可缺少的一部分。

（3）蓄電池：時起到存儲電能的作用，將有光照時產生的電能存儲起來，供系統隨時使用。

（4）逆變器：將太陽能電池板產生的直流電轉換為交流電供空調系統使用。

2　汽車空調特點與現況

汽車空調原理大致和家用空調原理差不多，按動力來源分，可分為獨立式空調和非獨立式空調。由圖3可知，非獨立式空調和發電機綁定在一起運轉空調。在此基礎上會消耗發動機10%-15%的動力來源，這將直接對汽車的加速和爬坡能力有很大的影響，使我們所不愿看到和避免的。而且汽車不能保證在停止運行時還能繼續供給空調電力。

然而，對于獨立式空調，需要具備專門的動力源來驅動整個空調系統的運作，打比方，獨立式空調可能需要兩臺發動機，占用一定的空間，燃油用量巨大，成本難以控制，且難以維護。

3　太陽能光伏發電供給汽車空調用電裝置可行性分析

首先了解并掌握好太陽能光伏發電原理和空調運作的基本原理，其次考慮將上述兩樣完美地嵌在汽車內，進而保持良好的運作。

設計太陽能電池板在汽車車頂上的安裝，將太陽能的光能轉化為電能，將電能與汽車內的獨立空調相連，主要由太陽能發電供給空調用電。同時將一部分太陽能另一部分電力接入汽車內其他用電設備，在汽車內電力不足時供給上足夠的電能。

光伏充電系統運作時間從早上8:00開始，到晚上21:00結束，充電時間主要為8:00-18:00，夜晚18:00-21:00只放電，不充電。考慮到晴雨天氣，晴天多余的電量儲備在蓄電池內，雨天也可以繼續放電。

4　市場效益分析

太陽能汽車取代了一部分燃料汽車，一方面節約了能源，一方面減少了污染，既緩解了能源危機，又減緩了溫室效應。由于市場廣泛，本裝置的實用性和創意性會讓其擁有不錯經濟效益。本裝置安裝在汽車車頂，主要利用太陽能發電供給空調用電，同時給汽車其他用電設備供電，經濟效益高，減少了汽車對于汽油的依賴。由于在汽車內設置獨立式空調，不用發動機供給動力，增加了安全性和舒適性。特別是在炎炎夏日，不用擔心不用車時車內氣溫的上升問題，長期的恒溫空調為暢享一個舒適涼爽的夏天創造了很好的條件。

參考文獻：

[1]太陽光電協會編,寧亞東譯.太陽能光伏發電系統的設計與施工(日)[M].科學出版社,2006(04).

[2]呂芳主編.太陽能發電[M].化學工業出版社,2009(09).

[3]馮垛生,王飛編著.太陽能光伏發電技術圖解指南[M].人民郵電出版社,2011(05).

航空科學基金項目，201328R3001、槽腔耦合形貌表面新型機械密封機理及優化設計研究、2013/10-2015/09、10萬元、在研、主持。

作者簡介：孫瑞澤（1994），女，江蘇人，本科，研究方向：能源與動力工程。