太阳能汽车

太阳能汽车是用于陆地运输的太阳能汽车。 太阳能汽车通常仅使用太阳能供电,但有些型号可以使用电池补充电量,或使用太阳能电池板为电池充电或为主要使用电池供电的汽车运行辅助系统。

太阳能汽车结合了通常用于航空航天,自行车,替代能源和汽车行业的技术。 太阳能车辆的设计受到输入汽车的能量的严重限制。 大多数太阳能汽车都是为太阳能汽车比赛而建造的。 一些原型设计用于公共用途,尽管没有主要由太阳供电的汽车可商业化。

太阳能汽车依赖于使用光伏电池(PV电池)将太阳光转化为电能的太阳能电池阵列。 与将太阳能转换为热能的太阳能热能不同,光伏电池直接将太阳光转化为电能。 当太阳光(光子)撞击PV电池时,它们会激发电子并使它们流动,从而产生电流。 PV电池由诸如硅的半导体材料以及铟,镓和氮的合金制成。 结晶硅是最常用的材料,效率为15-20%。

历史
发明的第一款太阳能汽车是由通用汽车公司员工William G. Cobb创造的一款15英寸小型车。 他称之为Sunmobile,于1955年在芝加哥Powerama大会上展出。 它由12个硒光伏电池和一个小型电动机组成。

太阳能阵列
太阳能电池阵由数百个将太阳光转化为电能的太阳能电池组成。 为了构造阵列,将PV电池放置在一起以形成放置在一起以形成阵列的模块。 使用的较大阵列可以产生超过2千瓦(2.6马力)。

太阳能电池阵列可以通过六种方式安装:

水平。 这种最常见的布置在低纬度或高纬度夏季的大部分时间内提供最大的总功率,并且几乎不提供与风的相互作用。 水平阵列可以集成或以自由冠层的形式。
垂直。 这种布置有时可以在独立式或综合风帆中找到,以利用风能。 有用的太阳能仅限于早晨,晚上或冬天以及车辆指向正确方向时。
可调。 自由太阳能电池阵列通常可以围绕行进轴倾斜,以便在太阳低并且侧向良好时增加功率。 另一种方法是在停放时倾斜整个车辆。 双轴调整仅适用于海上交通工具,其中空气动力学阻力不如公路车辆重要。
集成。 一些车辆覆盖每个可用的太阳能电池表面。 一些细胞将处于最佳角度,而其他细胞将被遮蔽。
预告片。 太阳能拖车尤其适用于改装现有车辆而几乎没有稳定性,例如自行车。 一些拖车还包括电池,还有一些也包括驱动电机。
远程。 通过将太阳能电池阵列安装在固定位置而不是车辆,可以使功率最大化并且电阻最小化。 然而,虚拟电网连接涉及比真正的太阳能车辆更多的电力损失,并且电池必须更大。

太阳能电池阵列几何形状的选择涉及功率输出,空气动力学阻力和车辆质量之间的优化,以及实际考虑因素。 例如,自由水平顶篷提供具有集成单元的车辆的表面积的2-3倍,但是提供更好的单元冷却和车手遮挡。 还有薄型柔性太阳能电池阵列正在开发中。

太阳能汽车上的太阳能电池阵列安装和封装与固定太阳能电池阵列非常不同。 太阳能汽车上的太阳能电池阵列通常使用工业级双面胶带安装在汽车车身上。 阵列使用Tedlar薄层封装。

一些太阳能汽车使用砷化镓太阳能电池,效率约为百分之三十。 其他太阳能汽车使用硅太阳能电池,效率约为百分之二十。

电池
典型太阳能汽车中的电池组足以让汽车在没有太阳的情况下行驶250英里(400公里),并允许汽车以60英里/小时(97公里/小时)的速度连续行驶。

汽车
太阳能汽车中使用的电机通常约为2或3马力,而实验性轻型太阳能汽车可能达到与典型家用汽车相同的速度(100英里/小时(160公里/小时))。

遥测
为了使汽车保持平稳运行,驾驶员必须监控多个仪表以发现可能出现的问题。 没有仪表的汽车几乎总是具有无线遥测功能,驾驶员团队可以监控汽车的能耗,太阳能捕获和其他参数,从而使驾驶员能够专注于驾驶。

种族
两场太阳能赛车比赛是世界太阳能挑战赛和美国太阳能挑战赛,由各种大学和企业团队竞争的陆上公路拉力赛比赛。

世界太阳能挑战赛的特色是来自世界各地的竞争对手,他们在3000公里(1,900英里)的距离内越过澳大利亚大陆。 车辆的速度稳步提高。 因此,例如,2005年比赛参与者的高速度导致了在2007年比赛和2014年开始的太阳能汽车的规则发生变化。

美国太阳能挑战赛,以前被称为“北美太阳能挑战赛”和“美国日之泉赛道”,主要是大学队在美国和加拿大按时间间隔比赛。 由于球队达到了规定的速度限制,这场比赛也改变了最近一场比赛的规则。 最近的美国太阳能挑战赛于2014年7月21日至28日在德克萨斯州奥斯汀市和明尼苏达州明尼阿波利斯市举行。

戴尔 – 温斯顿学校太阳能汽车挑战赛是一项针对高中生的年度太阳能赛车比赛。 该活动吸引了来自世界各地的团队,但主要来自美国的高中。 该比赛于1995年首次举行。每场比赛都是温斯顿太阳能汽车团队推出的为期两年的教育周期的最终产品。 在奇数年,这场比赛是从德克萨斯州Round Rock的戴尔钻石开始的道路赛道; 课程结束每年都有所不同。 在偶数年,这场比赛是围绕德克萨斯赛道的赛道比赛。 戴尔自2002年以来一直赞助该活动。

南非太阳能挑战赛是一场史无前例的两年一次的太阳能汽车比赛,涉及南非的长度和广度。 团队将不得不建造自己的汽车,设计自己的工程系统,并通过太阳能汽车所见过的最苛刻的地形赛车相同的机器。 2008年的比赛证明了这一事件能吸引公众的兴趣,并且得到国际汽联的必要国际支持。 9月下旬,所有参赛者将从比勒陀利亚起飞并通过N1前往开普敦,然后沿着海岸开往德班,然后在10天后返回比勒陀利亚终点线的途中攀登悬崖。 2008年,该活动得到了国际太阳能汽车联合会(ISF),国际汽车联合会(FIA),世界自然基金会(WWF)的认可,使其成为第一个获得这3个组织认可的太阳能竞赛。

还有其他的距离比赛,如铃鹿,Phaethon,WGC(WSR / JISFC / WSBR)和台湾的世界太阳能拉力赛。 铃鹿和WGC是日本的年度赛道比赛,Phaethon是2004年奥运会前希腊文化奥林匹克运动会的一部分。

速度记录
吉尼斯世界纪录认可仅由太阳能电池板供电的车辆的陆地速度记录。 该记录目前由Ashiya大学的Sky Ace TIGA持有。 2014年8月20日,在日本冲绳县宫古岛的Shimojishima机场设置了91.332公里/小时(56.75英里/小时)的记录。 之前的纪录是由新南威尔士大学的Sunswift IV赛车举办的。 它的25千克(55磅)电池被拆除,因此车辆仅由其太阳能电池板供电。 2011年1月7日,在Nowra的海军航空基地HMAS Albatross创造了88.8公里/小时(55.2英里/小时)的纪录,打破了此前通用汽车公司Sunraycer每小时78.3公里(48.7英里/小时)的记录。 记录发生在500米(1,600英尺)的飞行中,是两次相反方向的平均值。

汽车供公众使用
第一辆太阳能家用汽车建于2013年。凯斯西储大学的研究人员也开发了一种更好的太阳能汽车,由于太阳能电池板中使用的材料更好,它可以更快地充电。

中国太阳能电池板制造商汉能计划向中国消费者建造和销售配备锂离子电池的太阳能汽车。 汉能表示,五到六小时的阳光应该让汽车的薄膜太阳能电池每天产生8-10千瓦时的电力,这样汽车就可以通过太阳能发电行驶约80公里(50英里)。 最大射程约350公里(217英里)。