太陽能汽車都有哪些特點

【專家解說】：　　太陽能汽車 solar car 　　太陽能發(fā)電在汽車上的應用,將能夠有效降低全球環(huán)境污染,創(chuàng)造潔凈的生活環(huán)境,隨著全球經(jīng)濟和科學技術的飛速發(fā)展,太陽能汽車作為一個產(chǎn)業(yè)已經(jīng)不是一個神話。燃燒汽油的汽車是城市中一個重要的污染源頭,汽車排放的廢氣包括二氧化硫和氮氧化物都會引致空氣污染,影響我們的健康?，F(xiàn)在各國的科學家正致力開發(fā)產(chǎn)生較少污染的電動汽車,希望可以取代燃燒汽油的汽車。但由于現(xiàn)在各大城市的主要電力都是來自燃燒化石燃料的,使用電動汽車會增加用電的需求,即間接增加發(fā)電廠釋放的污染物。有鑒于此,一些環(huán)保人士就提倡發(fā)展太陽能汽車,太陽能汽車使用太陽能電池把光能轉(zhuǎn)化成電能,電能會在儲電池中存起備用,用來推動汽車的電動機。由于太陽能車不用燃燒化石燃料,所以不會放出有害物。據(jù)估計,如果由太陽能汽車取代燃汽車輛,每輛汽車的二氧化碳排放量可減少43至54%。 　　[編輯本段]太陽能汽車概述 　　汽車用的燃料是汽油和柴油等,它們都是從石油中提煉出來的。然而,石油這種礦物燃料是不能再生的,用一點就少一點,總有一天要用完。據(jù)科學家們預計,目前世界上已探明的石油儲量將于2020年左右被采盡。因此,汽車將會出現(xiàn)挨受“饑餓”的危險,人類將面臨著能源的挑戰(zhàn)。 　　從另一方面來說,石油本身就是一種寶貴的化工原料,可以用來制造塑料、合成橡膠和合成纖維等。把石油作為燃料燒掉了,不但十分可惜,而且還污染了人類賴以生存的環(huán)境。 　　解決這個難題的唯一可行辦法,就是加緊開發(fā)新能源。而太陽能就是這些新開發(fā)能源中的佼佼者。 　　[編輯本段]太陽能汽車工作原理 　　金焰四射的太陽,其表面是一片烈焰翻騰的火海,溫度為6000℃左右。在太陽內(nèi)部,溫度高達兩千萬度以上。所以,太陽能一刻不停地發(fā)出大量的光和熱,為人類送來光明和溫暖,它也成了取之不盡、用之不竭的能源聚寶盆。 　　將太陽光變成電能,是利用太陽能的一條重要途徑。人們早在本世紀50年代就制成了第一個光電池。將光電池裝在汽車上,用它將太陽光不斷地變成電能,使汽車開動起來。這種汽車就是新興起的太陽能汽車。 　　你看,在太陽能汽車上裝有密密麻麻像蜂窩一樣的裝置,它就是太陽能電池板。平常我們看到的人造衛(wèi)星上的鐵翅膀,也是一種供衛(wèi)星用電的太陽能電池板。 　　太陽能電池依據(jù)所用半導體材料不同,通常分為硅電池、硫化鎘電池、砷化鎵電池等,其中最常用的是硅太陽能電池。 　　硅太陽能電池有圓形的、半圓形的和長方形的等幾種。在電池上有像紙一樣薄的小硅片。在硅片的一面均勻地摻進一些硼,另一面摻入一些磷,并在硅片的兩面裝上電極,它就能將光能變成電能。 　　在“利比特布利克二號太陽能汽車頂上,有一個圓弧形的太陽能電池板,板上整齊地排列著許多太陽能電池。這些太陽能電池在陽光的照射下,電極之間產(chǎn)生電動勢,然后通過連接兩個電極的導線,就會有電流輸出。 　　通常,硅太陽能電池能把10%～15%的太陽能轉(zhuǎn)變成電能。它既使用方便,經(jīng)久耐用,又很干凈,不污染環(huán)境,是比較理想的一種電源。只是光電轉(zhuǎn)換的比率小了一些。近年來,美國已研制成光電轉(zhuǎn)換率達35%的高性能太陽能電池。澳大利亞用激光技術制成的太陽能電池,%,而且成本與柴油發(fā)電相當。這些都為光電池在汽車上的應用開辟了廣闊的前景。 　　[編輯本段]太陽能汽車的歷史 　　早期的太陽能汽車是在墨西哥制成的。這種汽車,外形像一輛三輪摩托車,在車頂上架有一個裝太陽能電池的大棚。在陽光照射下,太陽能電池供給汽車電能,使汽車的速度達到每小時40公里,由于這輛汽車每天所獲得的電能只能行40分鐘,所以它還不能跑遠路。 　　1984年9月,我國首次研制的“太陽號”太陽能汽車試驗成功,并開進了北京中南海的勤政殿,向中央領導報喜。這也表明了我國在研制新型汽車方面已達到世界先進水平。 　　現(xiàn)在世界上很多國家都在研制太陽能汽車,并進行交流和比賽。1987年11月,在澳大利亞舉行了一次世界太陽能汽車拉力大賽。有7個國家的25輛太陽能汽車參加了比賽。賽程全長3200公里,幾乎縱貫整個澳大利亞國土。 　　在這次大賽中,美國“圣雷易莎”號太陽能賽車以44小時54分的成績跑完全程,奪得了冠軍。 　　“圣雷易莎”號太陽能賽車,雖然使用的是普通的硅太陽能電池,但它的設計獨特新穎,采用了像飛機一樣的外形,可以利用行駛時機翼產(chǎn)生的升力來抵消車身的重量,而且安裝了最新研制成功的超導磁性材料制成的電機,因此使這輛賽車在大賽中創(chuàng)造了時速100公里的最高紀錄。 　　太陽能汽車不僅節(jié)省能源,消除了燃料廢氣的污染,而且即使在高速行駛時噪音也很小。因此,太陽能汽車已引起人們的極大興趣,并將在今后得到迅速的發(fā)展。 　　[編輯本段]太陽能汽車的設計制造 　　太陽能發(fā)電在汽車上的應用,將能夠有效降低全球環(huán)境污染,創(chuàng)造潔凈的生活環(huán)境,隨著全球經(jīng)濟和科學技術的飛速發(fā)展,太陽能汽車作為一個產(chǎn)業(yè)已經(jīng)不是一個神話?，F(xiàn)就我們掌握的相關技術信息同有志于太陽能汽車研發(fā)和生產(chǎn)的單位或企業(yè)進行探討。 　　太陽能汽車最具魅力的部分就是車身。光滑而又具有異域風情的外觀是吸引眼球的部分,太陽能汽車是由若干主體部件組成。由于沒有統(tǒng)一的標準而使得每一輛太陽能汽車各具特色。除了車子長度的強制性要求限制外。當我們設計太陽能汽車的主體時要讓阻力達到最小值。而使太陽能與陽光的接觸比達到最大值,重量要盡量小而安全系數(shù)盡量達到最高。在這些方面我們得到很多理論作為支撐,如在車子的形狀和尺寸上我們花費大量的時間進行試跑測試。進而測出并試圖得到最佳的外形效果。一個好的太陽能汽車外形能夠節(jié)省幾百瓦的能量,這也是制造一輛好的太陽能汽車所必須的。 　　最初的挑戰(zhàn)就是如何制造出一個高效的太陽能汽車底盤,從而使其強度和安全度達到最佳,并且重量最小。每一公斤的重量都需要足夠大的能量使得在路面上移動。這就意味著工作組力求使車子的重量減到最小。而這個關鍵的部位就是汽車的底盤。然而,安全是一個基本的要求,底盤必須具有嚴格的強度和安全系數(shù)要求。通常,有三種類型的底盤使用在太陽能汽車上。 　　1、空間框架結(jié)構(gòu) 　　2、半單體橫造或碳纖維 　　3、單體橫造 　　一個空間框架使用一個焊接或保護管結(jié)構(gòu)用于支撐裝載或車體,這種車體重量輕,但不能裝載。合成的外殼是可以將分離的底盤組裝起來。半單體橫造或碳橫梁使用合成橫梁和空間隔開達到支撐裝載的能力,而整合就不能支撐裝載并承受一個整體的腹部底盤。在太陽能汽車的頂部每段是經(jīng)常分割成片狀,從而能夠附加到腹部盤的上面。一個單體橫造的太陽能汽車的底盤使用軀體結(jié)構(gòu)并用來支撐裝載。這三種類型的太陽能汽車底盤都能制造出強勁而又輕量型的太陽能汽車出來。許多太陽能汽車使用我們以上提到的三種底盤結(jié)構(gòu)的組合方法。在上面結(jié)構(gòu)中有一個例子就是帶有組合空間框架的半單體橫造,可以很好的保護駕駛員。 　　由于太陽能汽車中復合材料得到廣泛的應用,在這里我們需要對合成材料進行定義。這種合成材料是由象三明治夾層一樣結(jié)構(gòu)材料構(gòu)成。碳纖維、KEVLAR和玻璃纖維,是一種普通的合成建筑材料。蜂窩狀和泡沫塑料是常用的合成填充材料。這些材料用環(huán)氧基樹脂保護起來。組合在具有KEVLAR和碳纖維的材料里。能夠獲得人需要的強度材料(相當于鋼的強度),但是是非常輕質(zhì)的材料。 　　太陽能陣列 　　太陽能陣列是太陽能汽車的一種資源。陣列是由許多PV光電池板(通常有好幾百個)組成。這些光電池板是將太陽能能量轉(zhuǎn)變成電能。每一組使用太陽能光電板技術的一種來制造陣列。這些陣列類型需要符合比賽規(guī)則,受到太陽能汽車尺寸和部件的費用等的制約。 　　太陽能光電池板是通過電線連接。若干個電線串并聯(lián)在一起,連接光電池片從而達到蓄電池規(guī)定的電壓。這里有幾種方法使得太陽能光電池組合在一起。但是一個最基本的目標就是在有限的空間內(nèi)能夠盡可能的裝上多的太陽能光電池板。太陽能光電板很脆弱并且很容易被損壞。這些光電池板保護主要來自于天氣和空氣壓縮而出現(xiàn)裂口。有幾種方法可以壓縮光電池板,目標是增加最小的重量來保護太陽能光電池板。 　　在白天里,電力是通過太陽能光電池陣列依靠天氣和太陽的位置而得到能量,通過太陽能陣列自己的轉(zhuǎn)換變成動力。在晴朗陽光普照的正午,一個好的太陽能汽車太陽能陣列能產(chǎn)生超過1000W()的能量。這些能量經(jīng)過太陽能陣列通過發(fā)電機被使用或者被蓄電池儲存以備后用。 　　太陽能光電板 　　一個太陽能光電板能將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。光子在日光下產(chǎn)生能量帶動電子從一個半運動的金屬粒子的一層轉(zhuǎn)移到另一個層面,電子的運動產(chǎn)生了通用的電力。 　　目前,主要有兩種類型的光電板：硅和砷化物。在這里有幾個不同的等級并且有不同的效能。環(huán)繞地球衛(wèi)星是典型的使用砷化合物,而硅則更為普遍的為地球(陸地)基礎設備的使用。 　　一般等級的太陽能汽車通常使用陸地級硅電池板。許多獨立的硅片(靠近1000個)被組合,形成太陽能陣列。依靠電動發(fā)動機驅(qū)動太陽能汽車。這些陳列的通常工作電壓在50-200V,并能提供1000W的電力。能量的大小受到太陽、云層的覆蓋度和溫度的影響陣列的輸出。 　　超級太陽能汽車通常類型的太陽能光電板也能使用。但更多的是使用太空級光電板。這種板很小,但是比普通的硅片電池板要昂貴的多,然而它們的使用效率非常的高。光電池板具有很強的技術性。它們的發(fā)展和使用是隨著技術的發(fā)展而發(fā)展。并有部分是用于太空旅行和衛(wèi)星輸送系統(tǒng)中。 　　太陽能汽車之旅 　　在單一用途的太陽能汽車設計和制造重量輕而能耗低的太陽能機動車----競賽(或者是“競技”,依靠太陽的光線)相似于方程式賽車的一種。太陽能汽車沒有作為交通運輸工具的要求設計。它們的座位有限(通常是一個人,也有時是兩個座位),它們有很少的貨艙,而且僅僅能在白天行使。我們這樣做卻能為我們未來技術的發(fā)展提供一個很好的機會。為今后的民用化推廣奠定基礎。注：在作為旅行工具美國的太陽能汽車已經(jīng)挑戰(zhàn)常規(guī),另外太陽能汽車還有許多其他的特性。 　　用工作、時間和金錢去開發(fā)一個高性能的太陽能汽車是一個偉大的創(chuàng)造,在這種構(gòu)想后面是一個巨大無比的商機。一輛太陽能汽車的原理是相當簡單的,這在后面“能量流圖表”中有相關的闡述。為了使太陽光提供的能量得到最大的吸收利用,工作組使用一個設計工序來開發(fā)一個安全、可靠而有性能很高的太陽能機動車。 　　用一個由計算機設計出的模型制造一個太陽能汽車。我們可以開發(fā)出一個工具,它能幫助我們學習更多關于太陽能汽車如何工作,一個太陽能汽車由哪些部件構(gòu)成,并且它們有是如何被組合在一起,結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)這些工作是個簡單的系統(tǒng)。我們分析組件部分由六個基本系統(tǒng)構(gòu)成：1、駕駛控制系統(tǒng),2、電氣系統(tǒng),3、驅(qū)動器系統(tǒng),4、機械系統(tǒng),5、太陽能陣列系統(tǒng),6、汽車軀體和底盤 　　[編輯本段]太陽能汽車的系統(tǒng)構(gòu)造 　　設計并制造一輛太陽能汽車可能需要花費兩年以上的時間,這是一個非常龐大的項目工程。為了能夠成功的投入使用,每一工作組隊員都必須列一個工作計劃。這個計劃將隨著項目的發(fā)展而不斷變化。但是,它能夠提供一個穩(wěn)定的路線,那就是最終保持項目的順利前進并達到最終的目標。計劃開始是一個時間圖表,它被用來制訂項目的輪廓,從而決定花費的時間、資金以及各個階段設計的步驟和設計流程。 　　有一個很奇怪的現(xiàn)象,從一開始到結(jié)束有一個共同的地方就是一個計劃是對整個項目的成功是非常重要的。這里包括調(diào)整目標和客觀情況。實施項目之前小組開始設計,我們必須能知道我們想在什么地方什么時間進行。圖紙被用到最終的太陽能汽車上面會受到目標和項目客觀因素的影響。使用“頭腦風暴”法能夠引發(fā)很多點子。若干個最初的設計可以被考慮,在命令設計相關系統(tǒng)之前首先共同的目標就是汽車的形狀。初始的設計會隨著汽車底盤設計、機械系統(tǒng)設計、電氣系統(tǒng)設計、驅(qū)動器系統(tǒng)設計和太陽能光伏陣列設計而發(fā)展。設計圖稿通過展示決定對未來的調(diào)查,以至于最后的圖案被確定時才能去除。這里需要考慮如下方面的影響因素。如：1、成本,2、效能,3、制造的可能性,4、順應規(guī)則,5、系統(tǒng)的適應性,6、時間的緊迫性,7、重量負荷。 　　這是從事這個項目,小組必須考慮到工廠和其他的重要因素。 　　難得有一個設計能適應所有的區(qū)域。如,用一個車軸發(fā)動機設計比一個簡單的減少傳遞要高