鉅大LARGE | 點擊量：2920次 | 2019年03月26日
太陽能電池在汽車上的應用發(fā)展前景
太陽是一個主要由氫和氦組成的熾熱氣體火球，太陽能主要來源于氫聚變?yōu)楹さ木圩兎磻?。地球只接受太陽總輻射的二十二億分之一，但太陽每秒鐘輻射到地球上的能量相當于燃燒500萬t煤釋放的能量。太陽能是可再生資源，可免費使用、無需運輸、對環(huán)境無任何污染。為了利用太陽能，人們發(fā)明了可以吸收太陽能并轉化為電能的裝置一太陽能電池。太陽能電池自發(fā)明以來，在特種航天、建筑、照明、游艇、汽車等行業(yè)獲得了廣泛應用。
2太陽能電池2.1太陽能電池原理太陽光照在半導體p-n結上，形成新的空穴-電子對，在p-n結電場的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。如所示。
2.2太陽能電池的分類：2011-01-13插電式混合動力汽車、純電動汽車、代用燃料汽車等新能源汽車的動力技術研究。
前電極陽光太陽能電池原理按結晶狀態(tài)可分為結晶系薄膜式和非結晶系薄膜式兩大類，而前者又分為單結晶形和多結晶形。
按材料可分為硅薄膜形、化合物半導體薄膜形和有機膜形，而化合物半導體薄膜形又分為非結晶形（a-Si：H，a-Si：H：F，a-SixGel-x：H根據(jù)電池所用材料的不同，太陽能電池還可分為：硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電硅太陽能電池薄膜太陽能電池聚合物電池納米晶太陽能電池池、納米晶太陽能電池四大類。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
其中硅太陽能電池是發(fā)展最成熟的，在應用中居主導地位。
2.3太陽能電池的應用領域太陽能電池自發(fā)明以來，在特種航天、建筑、照明、游艇、電力、汽車等行業(yè)獲得了廣泛應用。
3太陽能電池在汽車上的應用3.1太陽能汽車的原理將太陽能電池（板）安裝在汽車上，太陽能電池（板）采集陽光，并產(chǎn)生電流。通過電流驅動電動機，最終驅動車輛行駛。太陽能汽車的原理如。
太陽能汽車的原理太陽能電池驅動汽車有三種方式：直接驅動式、間接驅動式和混合驅動式。
直接驅動式：太陽能電池（板）產(chǎn)生的電流不經(jīng)過蓄電池組，直接通過控制器、電動機、傳動系統(tǒng)來驅動汽車的車輪行駛。
間接驅動式：太陽能電池（板）產(chǎn)生的電流通過控制器先給蓄電池組充電，當汽車需要行駛時，電流從蓄電池組中流出，通過控制器、電動機、傳動系統(tǒng)來驅動汽車的車輪行駛。
混合驅動式：太陽能電池（板）既可以把產(chǎn)生的電流直接驅動汽車行駛，也可以用之前儲存在蓄電池組的電能驅動汽車行駛，還可以在汽車行駛過程中給蓄電池組充電。
為了長途行駛或預防連續(xù)陰雨天氣的需要，在蓄電池組上可以增加外接充電接口。
3.2太陽能汽車的結構太陽能汽車主要由車身、太陽能電池板、電力系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、蓄電池、機械系統(tǒng)、底盤等部分組成。太陽能汽車的車身由于安裝太陽能電池（板）-40-的需要，其造型與普通汽車有較大的區(qū)別，其表面積也往往大于普通汽車的表面積。
3.3太陽能電池在汽車上的應用3.3.1應用歷史國外太陽能電池最早于1978年用在汽車上，當時的太陽能汽車時速僅為13km/h.之后世界很多國家對太陽能汽車進行了研究，但主要側重于賽車領域。
2003年在澳大利亞太陽能汽車比賽上，由荷蘭學生制造的Nuna“太陽能汽車創(chuàng)造了太陽能汽車最高時速170km的新世界紀錄。目前，太陽能汽車連續(xù)駕駛里程最大為200km.國內1984年9月，我國首次研制的”太陽號“太陽能汽車在武漢試驗成功，共安裝了2808塊單晶硅片，組成10m2的硅板，有三個車輪，自重159kg，車速20km/h.產(chǎn)品，太陽能轉化率為14%.2001年，在上海交通大學研制出了”思源號“太陽號追日號思源號0中山大學號到目前為止，太陽能在汽車上的應用技術主要集中在兩個方面：一是作為驅動力，二是用作汽車輔助設備的能源。
這一應用方式，一般采用太陽能電池板，通過太陽能電池轉化的電能驅動汽車運行。按照應用太陽能的程度又可分為如下兩種形式：一是太陽能作為第一驅動力驅動汽車，目前主要是用在太陽能賽車（1）和短距離電瓶車（2）上；二是太陽能和其它能量混合驅動汽車，相當于混合動力汽車，既可以減輕蓄電池的重量，也可以適當降低環(huán)境污染。
由于太陽輻射到地面的功率至多1kW/m2，目前的光電轉換效率小于30%.普通汽車的功率一般在幾十千瓦左右，因此全部用太陽能電池驅動普通汽車，目前還難以達到。
但在普通汽車上用太陽能作為輔助動力，或者給汽車上的各種輔助設備提供電能，如利用太陽能電池為汽車的空調、風扇和車內照明設備提供能源等。
3.4存在的問題太陽光由于受到天氣、季節(jié)、時間早晚等不可抗因素影響，導致太陽能具有地域性、季節(jié)性和時域性等特點。同時太陽光的不穩(wěn)定性、分散性（強烈時大約1kW/m2）以及太陽能電池能量密度小、轉化效率低、成本高等因素，導致太陽能電池在汽車上還不能廣泛使用。
太陽能電池價格比較高，所以太陽能汽車的價格也比較高，超出了普通民眾接受的范圍。太陽能汽車功率普遍較小、續(xù)航里程短、承重能力低、乘坐舒適性與普通汽車相比還有比較大的差距。
我國機動車登記明確規(guī)定，未列入機動車產(chǎn)品目錄公告的機動車不準辦理注冊登記。由于太陽能汽車完全由太陽能電池（板）驅動，導致太陽能電池（板）的面積很大，而太陽能汽車的造型也與普通汽車有較大的區(qū)別，太陽能汽車依法還不能上路，這也是限制太陽能電池在汽車上應用的一個外在因素。
4應用趨勢分析4.1政府引導隨著環(huán)境污染、變暖全球以及化石能源的逐漸枯竭，各國政府都通過立法或規(guī)劃等手段提出了新能源刺激發(fā)展方案或新能源補貼方案。而作為清潔完全無污染的太陽能，將會因此引起更多企業(yè)的研發(fā)和重視。
4.2技術發(fā)展趨勢很多國家的汽車企業(yè)和光電企業(yè)已加大了對汽車和太陽能電池的研發(fā)投入，并取得了很大進展。主要表現(xiàn)在以下三個方面：提高汽車設計技術汽車行業(yè)的整體的趨勢是向更安全、更高效、更節(jié)能的方向發(fā)展。隨著材料技術、工藝技術、設計理念、設計方法的進步，有關汽車車身、底盤、機械系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、蓄電池、控制系統(tǒng)等將得到進一步的提高，屆時汽車的重量將更輕、性能更優(yōu)，從而減少對電能的需求。
提高太陽能電池的轉換效率目前，太陽能電池的最大光電轉換效率已經(jīng)有了比較大的提升。如澳大利亞企業(yè)用激光技術制成的太陽能電池，其光電轉換率達24.2%，日本企業(yè)已研制出光電轉換率達30%的太陽能電池，美國已研制成功光電轉換率達35%的高性能太陽能電池。
提高對太陽光照的利用效率目前，太陽能發(fā)電站主要有三種太陽能電池組件安裝方式，即簡單的固定安裝（3）、單軸3簡單固定安裝4單軸跟蹤系統(tǒng)5雙軸跟蹤系統(tǒng)6空間太陽能電站跟蹤系統(tǒng)（4）和雙軸跟蹤系統(tǒng)（5）。
簡單固定安裝方式?jīng)]有跟蹤太陽的能力，對太陽光的利用有限；單軸跟蹤系統(tǒng)相比簡單固定安裝方式最多可以增加額外25%的發(fā)電量；雙軸跟蹤系統(tǒng)不僅可以根據(jù)太陽的方位和高度調整電池組件的位置，還可以根據(jù)天空云層的分布情況選取最亮點進行跟蹤，同時還可以根據(jù)系統(tǒng)指令使電池組件采取避風措施。雙軸跟蹤系統(tǒng)比簡單固定安裝方式最多可以增加額外40%的發(fā)電量。
為獲得更高效率的太陽能，目前，美國、日本、歐洲及一些國際組織已經(jīng)開展了空間太陽能電站（6）的研究工作。所謂空間太陽能電站是指在空間通過太陽能電池將太陽能轉化為電能，再通過無線方式傳輸?shù)降孛娴南到y(tǒng)。該系統(tǒng)計劃2030年前后實現(xiàn)商業(yè)化運行。目前己實現(xiàn)了在短距離、小功率的電能傳輸。一旦空間太陽能電站成功發(fā)電，將直接推動太陽能汽車及其他利用太陽能產(chǎn)品的普及，同時也將對世界的能源結構及能源傳輸帶來革命性的影響。
4.3社會需求太陽能汽車雖然在一定時間內還將集中在賽車部分，但小規(guī)模的應用已經(jīng)出現(xiàn)，比如高爾夫球場和主題公園等。隨著政策引導及人們環(huán)保意識的加強，太陽能汽車的發(fā)展已成為了一種社會共識。從最初的太陽能賽車，到現(xiàn)在的太陽能電瓶車，再到現(xiàn)在普通汽車上大批量安裝使用的太陽能空調、太陽能風扇、太陽能天窗、太陽能輔助蓄電池等，太陽能電池在汽車上的應用已越來越廣泛。
5總結太陽能電池自誕生以來，已經(jīng)在特種航天、建筑、照明、游艇等行業(yè)獲得了廣泛應用。從太陽能汽車的發(fā)展歷程可以看到，太陽能電池在汽車行業(yè)的應用主要還停留在太陽能賽車和太陽能電瓶車上。雖然太陽能電池在汽車上作為輔助能源或輔助動力已經(jīng)獲得應用，但由于太陽能電池存在能量密度小、轉化效率低、成本高以及純太陽能電池汽車無法辦理注冊登記等因素，很大程度地限制了太陽能電池在汽車上的應用。
在社會的需求、政府的引導和技術的進步等各方面共同作用下，太陽能電池將獲得更大更好的發(fā)展，而太陽能電池在汽車上的應用也將更加廣泛。
