純太陽能驅動的豪華游艇分析

張輝

摘? 要：隨著節能環保理念的加強和太陽能光伏發電技術的成熟，太陽能驅動及儲能系統得到了較為廣泛的應用，太陽能驅動的豪華游艇為太陽能驅動系統的應用場合之一。該文主要分析了太陽能驅動的豪華游艇的特點以及豪華游艇的動力系統、儲能系統和控制系統等。

關鍵詞：太陽能;豪華游艇;控制系統

中圖分類號：TK511? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

目前，大多數城市旅游船都是由柴油發動機動力系統驅動的。尤其是一些水庫，它們還擔負著城市供水水源地的作用，這導致一些城市在開發利用水資源、發展城市水上旅游業與城市水資源污染方面產生矛盾。

如今多個國家都在解決資源問題。我國面臨的現狀是大部分燃料是不可再生資源，因此許多科學家現在將注意力轉向太陽能。與不可再生資源相比，太陽能可以說是綠色能源。綜合游艇行業的發展現狀，“漂浮在黃金水道上的巨大商機”必將再一次改變游艇產業的格局，而隨著對新能源游艇的深入研究，最終太陽能會作為燃料的替代能源已是業內權威人士公認的實事。然而，由于太陽能電池板的效率不足，所需的面積太大，并且玻璃封裝的太陽能電池板太厚、太重并且形狀有限。大多數國內太陽能游艇仍然是混合動力游艇。采用太陽能驅動系統的游艇具有節能環保無污染等特點，為此該文對純太陽能驅動的豪華游艇進行了深入的分析。

1 豪華游艇的設計理念及特點

豪華游艇的設計理念應做到4點，一是游艇造型時尚大方，擁有簡潔柔和的外部線條。二是利用太陽能減少湖泊水污染。三是在內湖應用還需考慮噪聲污染，太陽能船被公認為是新能源中最為安全，也是噪聲最低的。第四是使用磷酸鐵鋰電池并使用低功率負載。

在太陽能豪華游艇中，船體的主要結構甲板和艙壁由玻璃纖維增強塑料（通常稱為FRP）與PVC材料采用層壓方式壓合而成。2個車體之間采用箱形結構，形成船體，其結構具有連續性和完整性，用以確保船體的強度。太陽能驅動的豪華游艇中現有艙內面積約為40 ㎡，主要用于商務接待。房間配有空調、沙發、儲物柜、衛星液晶電視和音響系統等。室外設有休閑桌椅，甲板部分鋪設高檔游艇柚木。同時還有油漆保護，太陽能驅動的豪華游艇水線以下均涂有防腐漆。對于舾裝部分，內飾豪華裝修，采用高檔櫻桃木面板裝飾，高檔軟包，地面選用高級阻燃地毯，圍壁選用高檔軟包裝飾。燈具采用長壽命LED、高透光率的亞克力及散熱效果極佳的鋁合金材質，外觀簡潔大方，光線晶瑩剔透，并針對其長期在湖泊等惡劣環境下航行做了密封及防銹處理。

2 太陽能豪華游艇驅動系統設計

2.1 太陽能驅動系統設計

對于太陽能驅動的豪華游艇，主要采用太陽能電池板，太陽能電池板主要可分為晶體硅電池和薄膜涂層電池，該豪華游艇主要采用晶體硅電池作為太陽能電池板的主要材料。其中可彎曲單晶硅太陽能電池是以高分子材料背板作為支撐體使用特殊的層壓工藝將背板、EVA、太陽能電池芯片及高分子聚合物前膜等材料復合制備而成。可彎曲單晶硅太陽能電池板具有可彎曲、重量輕、無玻璃、厚度薄、轉換效率高等特點。

在太陽能驅動系統中，核心為PLC控制中心，通過太陽能控制器將太陽能作為動力驅動電機，從而帶動游艇前進。由于太陽能為不穩定的電源，因此需要配置48 V的蓄電池組，以達到為游艇提供穩定的動力電源的目的。在太陽能驅動系統中，由于還具有一部分直流負載，因此還需要配備交直流變換模塊，以為游艇中的直流負載供電。

2.2 太陽能儲能系統設計

該艇在左右2艙體內各裝有4組蓄電池組作為動力電源及常規（日用）供電。電池組的規格都為：48 V/200 Ah，每組電池由30個3.4 V/100 Ah的磷酸鐵鋰電池串并組成。每組電池組都裝在定制的電池箱內，電池箱包括電池監控系統、保險絲和排風扇。4組電池都可以供電，生活用電常規由第3組供電，第3組沒電的情況下優先切換到第4組。在特殊情況下，電池組優先考慮功耗問題。

對于太陽能供電系統，頂蓋上鋪設了12.4 kW太陽能電池板，分為4組，每組太陽能電池板3 000 W，每組配備一個太陽能控制器。當太陽能控制器有充電電流輸出時，PLC控制器會根據電池組電壓自動選擇一組電池組進行充電，充電完成后PLC控制器自動切換到其他電池組。對于渦輪機設備，2個直流無刷變頻電機安裝在船體的左右艙室中，每個電機額定功率為7.5 kW。根據蕪湖游艇試驗結果，電機功率全速為11 kW，實際運行時電機功率為2.4 kW。

2.3 太陽能控制系統設計

對于太陽能控制系統，整個電力系統由PLC控制器自動控制，遇緊急情況也可通過應急開關人工控制。當太陽能板有充電電流輸出時，PLC控制器會根據電池組電壓自動選擇一組電池組進行充電，充電完成后PLC控制器自動切換到其他電池組。PLC控制器是在自動控制領域中廣泛應用的控制技術之一，由于太陽能為一種不穩定的電源，當太陽光照較為強烈的時候，可以對蓄電池進行充電，但當沒有太陽光照時，則需要通過蓄電池進行放電來為游艇提供持續不斷的動力。在這個動力過程中，主要需要采用PLC控制器進行能量控制，表1為太陽能游艇的主要參數。

對于船用變頻空調，采用直流供電方式，低頻啟動，啟動電流小。內含耐腐蝕高效鎳銅換熱器，其中緊固件采用不銹鋼鉚接螺母。并配備獨有的變頻控制器，專為無發電機的船艇設計，是一種可用于48 V直流電源頻率的新型船用空調，適用于太陽能船艇。根據太陽能游艇的實際運行數據，太陽能板發電在春季和冬季足夠5.9 h。在夏秋季節行駛10.7 h，因此能夠為太陽能游艇提供穩定的動力。

3 太陽能游艇發展前景展望

太陽能船由直流電機驅動，在航行期間噪聲低，乘客舒適性高，對周圍環境無噪聲污染。太陽能游艇具有顯著的經濟效益和社會效益。此外，太陽能游艇具有顯著的節能減排效果。中國許多河流和大多數湖泊使用的燃料船，如果按照我國1 000艘太陽能游船的數量計算，無論是燃料消耗還是污染物排放量，這都是一個非常驚人的數字。

但太陽能游艇也存在以下需要改善和提高的問題，一是控制系統相比傳統游艇復雜，遠程監控及維護智能化程度需要提高;二是安裝太陽能板面積有限，大動力游艇無法全靠太陽能提供動力;三是在連續陰雨天的情況下，需要岸上充電來提供電力;四是電池管理需要不斷優化，應設多重保護，出現故障應設有聲光等智能化報警系統。

4 結語

隨著全球能源形勢的不斷嚴峻，未來以太陽能為代表的新能源的應用領域將會不斷拓寬。太陽能豪華游艇采用太陽能作為游艇的動力，具有節能環保無污染等一系列優點，在未來的游艇市場中將具有較大的應用空間，該文主要對太陽能驅動的游艇的動力系統、儲能系統和控制系統等關鍵環節進行了較為詳細的分析，對于推廣使用太陽能游艇具有一定的意義和價值。

參考文獻

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