關于汽車車頂太陽能裝置的設計研究

劉博　甄彩霞　郭磊

摘 要：隨著科技的進步和我國對于生態環境的重視，電動汽車和新能源汽車越來越受到人們的青睞，但是在車輛遠距離行駛過程中，會存在電量供應不足，儲備電量不足等問題，一旦儲電裝置出現問題，很可能會導致車輛半路拋錨。太陽能技術是一種新能源技術，在車頂安裝太陽能裝置可以收集日間陽光，將其轉化為電能儲存起來，進而為汽車提供動力來源。本文就是針對汽車車頂太陽能裝置進行研究，分析其具體的裝置特點和功能，為新能源汽車的發展奠定良好的基礎。

關鍵詞：新能源汽車;太陽能車頂;電能轉化

過去的一些年里，各行各業對于傳統的能源過于依賴，煤炭、石油資源的利用導致自然界能源總量驟減，且給生態環境帶來了很多不利的影響。新能源在這一時期就凸顯出了顯著的優勢，采用新能源技術可以減少對自然環境的污染。汽車燃油尾氣排放出的有毒氣體增加，部分城市的空氣污染嚴重，采用新能源如太陽能，可以為汽車提供設備運行電力，進而減少對環境的污染和破壞，低碳和環保是汽車未來發展的主要方向。

1 太陽能的特點

1.1 儲量豐富

太陽能是一種新興的能源，其儲量十分豐富，每年輻射地球的太陽能相當于完全燃燒1.3×106億噸煤炭釋放出的能量。且通過科學的計算和分析，從可以推算的時間來看，太陽輻射的消耗量極少，太陽能可謂是取之不盡、用之不竭的能源。

1.2 分布十分廣泛

主要能夠接受太陽輻射的地區都可以大力開發太陽能能源，且不需要運輸，收集輻射就可以收集太陽能，太陽能的使用效率較高，對于我國這種應用傳統能源較多的國家，太陽能的開發具有顯著的現實意義，可以減少對傳統能源的利用，降低對自然環境的污染和破壞。

1.3 能源清潔性較強

太陽輻射不會產生環境的污染，太陽能開發和利用不會對環境造成破壞，太陽能被認為是最為清潔的新型能源之一。

1.4 經濟性

太陽能與傳統能源相比，其經濟性更強，太陽能目前被廣泛應用在發電，收集太陽能的發電站管理上優越性更強，且應用和開發的成本較低，尤其和火電站和風電站相比較，經營的成本明顯較低。

2 太陽能應用于汽車的優勢

21世紀以來，生態環境和能源問題引起了各個國家的重視，據統計，2005年我國汽車消耗了約占35%的石油，汽車排放的尾氣嚴重超出國家規定的標準，對空氣造成了巨大的污染，空氣中二氧化碳增多，導致了溫室效應。使用電動汽車或電器混合汽車是未來汽車發展的主要方向，這類汽車可以減少對傳統能源的使用，使用太陽能裝置吸收太陽輻射，可以為汽車提供充足的電能。每年地面接收太陽輻射為1.8×1018Kw·h，太陽能儲量是不可計算的，不會對自然生態環境造成影響，這也是選擇太陽能技術應用在汽車供電的重要原因，可以為駕駛者和乘車人帶來舒適環境，同時延長汽車行駛里程。

我國最早的汽車使用太陽能發電裝置的是大眾Passat汽車，完成了相應的實驗，使用了小型車頂太陽能發電裝置，利用的是“通用電力公司”制造，太陽能裝置輸出功率約160W。太陽能發電裝置可以將太陽能轉化為電流，可以彌補汽車發電設備的不足，可以為汽車蓄電池進行充電，這樣可以減少油電混汽車汽油的消耗，經濟性也是汽車行業思考的重要問題。

太陽能裝置可以收集太陽能將其轉化為電能，可以為汽車提供運行的動力，還可以支持汽車的其他設備和零部件運轉，例如發動機系統、空調系統，都可以利用專業裝置與太陽能裝置相連，進而實現能量轉化。

3 車頂太陽能裝置工作原理

車頂太陽能裝置安裝在汽車的行李架上，這個裝置主要利用電池板，運用單晶硅材料制成，電伏電池組將收集的太陽光和熱量轉化為電能。采用MPPTM控制器來控制電能的輸出，轉換的直流電存儲于汽車的蓄電池中，汽車蓄電池負責汽車的供電，增加蓄電量可以延長汽車續航里程。

硅太陽能電池工作原理：硅太陽能發電原理主要利用半導體的光電效應，利用其熱敏性，半導體溫度隨太陽光照上升，半導體的導電能力就會增強，半導體主要由高純度的硅和鍺構成，形狀似正四棱錐，正電荷代表硅原子，負電荷代表在硅原子周圍的電子，硅晶體摻入3價元素，可以摻入硼元素，硅晶體會出現一個空穴，原子周圍的電子會填補這個空缺，原來的位置又形成空穴，往復循環，會形成電流。

4 裝置結構和組成

4.1 電池組選型

太陽能裝置的核心部件就是電池組，這也是太陽能板成本最高的部分，電池陣列由電池組成，單晶硅材料的轉換率較高，可以達到20%，多晶硅轉換效率較低，因此，本次研究主要選取單晶硅材料制成的電池組。根據汽車車頂達標，設計制造組件能布滿車頂行李架。

4.2 太陽光板支架結構

（1）上板組支架結構。上支架的支架結構主要用于支撐電池板，主要使用六根支柱，支柱與底座使用螺栓連接，電池陣列之間使用卡扣固定，這樣方便拆卸，為防止支架發生不穩定，底座螺栓孔方向是垂直的，前面的支柱安裝滑軌。

（2）下板組支架結構。下層支架結構要考慮不要遮擋駕駛人視線，要結合選用的電池組件規格，并排組裝3塊電池組。電動汽車震動會使下板組顫動，會對系統造成損壞，下層支架向車尾方向延伸，利用滑軌支撐，伸縮運動通過滾珠絲杠來實現。支架安裝時要考慮車輛的安全高度，滾珠絲杠選擇要注意規格和質量，要根據設計要求。

5 結語

總之，汽車車頂太陽能裝置的作用主要是將太陽能轉化為電能，為汽車行駛和汽車設備運轉提供電能動力，太陽能是一種取之不盡的清潔能源，利用太陽能的優勢應用在電力和油電混汽車中有助于降低汽車尾氣對環境的污染，有助于汽車產業朝著低碳環保的方向發展。

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項目名稱：太陽能車頂裝置系統的研究

項目編號：GYZD-201903

項目類別：一般指導項目