独立光伏系统最佳倾角计算研究

独立光伏系统最佳倾角计算研究作者慧光半导体 来源节能技术与市场 点击 689 更新时间 2008-12-22 摘要 在独立太阳能泥多佛大系统中， 电池阵列方位角跟倾角的确定非常重要。 本文以在北京地区安装太阳能光伏系统为例， 通过太阳能电池阵列方位角跟踪倾角的计算与仿真， 确定其最佳的组合角度关键词太阳能 光伏 方位角 倾角1 前言太阳能电池阵列是一种能够吸收太阳光并将其转化为电流的半导体装置。 为了更加充分有效的利用太阳能，如何选取太阳能电池板的方位角和倾斜角是一个十分重要的课题。按照不同的使用情况， 阵列倾角有着不同的要求。 对于并网系统及极少数应用领域， 希望方阵全年接受到的辐射量最大， 因而可取方阵倾角接近于当地纬度， 而对于应用最广的独立光优系统，则有其特殊的要求。本文以在北京这座城市安装太阳能电池板为案例， 对其安装角度进行计算， 并通过计算机仿真，得出其最佳组合角度。2 最佳方位角的确定对于全天无阴影遮盖的太阳能电池阵列， 如果其倾角固定， 则必然存在一个能够独得全天最多太阳总辐射能的最佳朝向， 即最佳方位角。 由于太阳总辐射中的散射部分与阵列朝向无关，所以只需要考虑阵列上太阳直射辐射强度随阵列面朝向的变化即可。 由文献可知投射到某一阴影遮盖的全天太阳能直射辐射能量 ED 的计算公式如下 [1]其中 ts2当地太阳时日出时间 ts1当地太阳时日出时间 CN大气透明系数， 随地区而异 α 太阳高度角 β 阵列倾角 Zz太阳方位角 Zc阵列正向与正南向的夹角A、 B 的逐月数据见表 1。表 1 A、 B 的逐月数值 [2]月份 A B 月份 A B 1 1.230 0.142 7 1.085 0.207 2 1.213 0.144 8 1.107 0.201 3 1.186 0.156 9 1.152 0.177 4 1.135 0.180 10 1.192 0.160 5 1.104 0.196 11 1.220 0.149 6 1.088 0.205 12 1.233 0.142 假设该计算日内天空云况恒定，即 CN 值不变，为了求 Zc 的最佳值，我们将 ED 对 Zc 求导得因为所以我们可将积分变量由 ts 转化成太阳时角 H，得到式中， H1 为日出时间对应的太阳时角； H2 为日落时间对应的太阳时角。令， 根据太阳时及太阳时角的定义，式中的积分区间 [H1,H2]关于原点对称，太阳方位角的余弦函数cosZc 是太阳时角 H 的偶函数 [4]；正弦 sinZs是太阳时角 H 的奇函数[3]，因此的最佳值为 0 3 最佳倾角的确定在确定阵列的最佳方位角以后， 还有另一个重要的参数需要确定， 那就是阵列的最佳倾角β 。阵列的倾角不仅跟太阳的直射辐射有关， 而且跟太阳的散射也有相当的关系。 因此， 最佳倾角的确定要比最佳方位角的确定复杂。由太阳总辐射能量公式其中 is太阳直射辐射入射角；C随月份而异的无量纲数，具体数值参考文献 [1] FS阵列与地面向间的角系数地面反射率，具体数值参考问文献 [1] 令 ，可求解出 β 的值。但用纯数学手段求解其计算量相当繁重，因此我们利用 PVSYST 软件对其进行建模仿真，并采折半查找法得到最佳倾角，计算及结果如下1） 计算地点为北京市，经度数 1162，纬度为 396；2） 计算时间为 2006 年；3） 阵列方位角为 0, ；4） 假设计算日皆为晴天，且采光面无阴影遮盖。表 2 北京地区逐月太阳能辐射能量Jan Feb Mar Apr May June July Aug Sep Oct Nov Dec Year Hor.global 64.7 80.6 115.3 150.5 168.9 164.2 130.2 130.9 117.4 98.2 66.2 55.8 1343.0 Kwh/m2.m Hor.diffuse 30.3 37.0 53.8 65.3 76.9 78.0 73.8 69.4 57.1 45.5 32.0 27.1 646.3 Kwh/m2.m Extraterrestrial 134.8 164.6 239.5 290.6 342.0 348.0 351.8 318.4 255.5 202.5 143.0 121.3 2911.9 Kwh/m2.m Cleamess lndex 0.480 0.490 0.481 0.518 0.494 0.472 0.370 0.411 0.459 0.485 0.463 0.460 0.461 Amb temper. -4.3 -1.9 5.1 13.6 20.0 24.2 25.9 24.6 19.6 12.7 4.3 -2.2 11.8 oC Wind velocity 2.8 2.9 3.2 3.4 2.9 2.5 1.9 1.6 1.9 2.1 2.6 2.7 2.5 m/s 表 3 逐月最佳倾角计算结果月份 β 月份 β 1 59 7 14 2 51 8 17 3 39 9 31 4 28 10 49 5 27 11 55 6 10 12 62 由于在独立光伏系统中， 蓄电池有着均衡充电的要求， 因此， 要尽量增加方阵在太阳辐射强度较弱月份的发电量。 在此项要求下， 我们可确定在北京安装太阳能电池阵列的全年最佳倾角为 454 结论对于独立的光伏系统，（ 1）其太阳能电池阵列的最佳方位角与地理位置，计算日无关，其值为零。 也就是说北半球的平面采光面朝向正南能获得最多的太阳能收益， 并且此最佳方位角的结论适用于任何地点、任何计算日；（ 2）从表 3 得知，最佳的太阳能电池阵列倾角是随着月份的不同而有所改变的。 因此， 采用逐月调节采光面倾角的太阳能光伏系统， 其所获得的太阳辐射能量要比固定采光面倾角的系统高。 若不能使用可调式的太阳能光伏系统， 那么在确定全年最佳倾角时要充分考虑蓄电池的均衡充电要求。（ 3）在本文的计算中忽略了阴影对发电量的影响，在实际的工程设计中，要结合周围环境，将阴影对发电量的影响考虑进去， 这样才能使方阵达到最佳的状态。太阳能发电系统的最佳化设计太阳能发电 , 系统 , 设计摘 要独立太阳能发电系统需要进行最佳化设计。介绍了一种简明合理而又实用的最佳化设计方法。应用目前国外常用的倾斜面上太阳辐照量的计算公式，根据不同的蓄电池维持天数，应用能量平衡原理，得到相应的太阳能电池方阵最佳倾角，然后通过循环计算，得出一系列太阳能电池方阵和蓄电池容量的组合，再通过经济核算等，最后确定光伏系统的规模，编制了相应的计算机程序，并进行了实例计算。关键词优化设计；光伏方阵；蓄电池；维持天数是倾斜面上月平均太阳辐照量与水平面上月平均太阳辐照量的比值；为水平面上月平均散射辐照量；为水平面上月平均总辐照量； β 为方阵倾角； ρ 是地面反射率。其中 ω ss 为倾斜面上日落时角； ω sr 为倾斜面上日出时角； ω s 是水平面上日落时角。其中∮为当地纬度； δ 是太阳赤纬； γ 是方位角。对于朝向赤道的倾斜面，上述计算可以简化，在北半球朝向正南的倾斜面上，其月平均太阳总辐照量与水平面上月平均总辐照量之比为2． 4 方阵倾角固定式光伏方阵，应尽可能朝向赤道倾斜安装，这样一是可以增加全年接收到的太阳辐照量，二还能提升冬季方阵面上的太阳辐照量，而同时降低夏季的辐照量。这对于以蓄电池为储能装置的独立光伏系统是十分重要的。现在，有不少太阳能草坪灯等类光伏产品的太阳电池采用水平安装，这些产品本身容量比较紧张，更不应该采用水平安装的方式。对于光伏方阵的倾角，有些资料提出等于当地纬度，或当地纬度加上 5～ 15［ 7］，显然这是不合适的。实际上，即使纬度相同的两个地方，其太阳辐照量的大小及组成往往相差很大，如拉萨和重庆的纬度基本相同（仅差 0． 18），而水平面上的太阳辐照量却要相差一倍以上，显然加上相同的度数作为方阵倾角是不妥当的。不少资料提出了确定方阵最佳倾角的方法，然而由于现代计算技术的进步，可以通过一定的计算方法，在满足负载用电要求的条件下，比较各种不同的倾角所需配置的太阳电池方阵和蓄电池容量的大小，从而决定方阵的最佳倾角。事实上，设计时对于不同的蓄电池维持天数，要求的系统累计亏欠量不一样，最佳倾角也不一定相同（见表 1），所以不必事先确定。2． 5 温度影响众所周知，在太阳电池温度升高时，其开路电压要下降，输出功率会减少。所以，有些设计方法在最后确定方阵容量时， 考虑太阳电池温度系数的影响， 从而增大容量 ［ 1， 7］ 。然而，这种把方阵当作全年都处在最高温度下工作，显然是个保守的方法。实际上，现在常用的 36 片太阳电池串联为 12 V 蓄电池充电的标准组件，已经考虑了夏天温度升高的影响。而且，通常夏天太阳辐射强度较大，方阵发电量常有盈余，完全可以弥补由于温度升高所减少的电能，因此在计算太阳电池容量时可以不必考虑温度的影响。在特殊情况下，只要增加系统的安全系数即可。不过在温度较低时，蓄电池输出容量要受到影响，在冬天工作温度低于 0℃时，应适当加以考虑。2． 6 蓄电池维持天数通常是指没有光伏方阵电力供应的情况下，完全由蓄电池储存的电量供给负载所能维持的天数。有的资料建议在 3～ 6d 中选取［ 8］，也可参考当地年平均连阴雨天数等因素而定。3 独立光伏系统优化设计步骤3． 1 确定负载耗电量列出各种用电负载的耗电功率、工作电压及平均每天使用时数，还要计入系统的辅助设备如控制器、 逆变器等的耗电量。 选择蓄电池工作电压 V， 算出负载平均日耗量 QLAh/d. 3． 2 计算方阵面上太阳辐照量输入当地地理及气象资料，根据 2． 3 节所介绍的方法，计算不同倾斜面上的全年平均太阳辐照量3． 3 算出各月发电盈亏量对于某个确定的倾角，方阵输出的最小电流应为式中 η 1 为从方阵到蓄电池回路的输入效率，包括方阵面上的灰尘遮蔽损失、性能失配、防反充二极管及线路损耗、蓄电池充电效率等； η 2 为由蓄电池到负载的放电回路效率，包括蓄电池放电效率、控制器和逆变器的效率及线路损耗等。同样也可由方阵面上各月太阳辐照量中的最小值 Ht min 得出方阵所需输出的最大电流为方阵实际工作电流应在 Imin 和 Imax 之间， 可先任意选取一中间值 I ， 则方阵各月发电量为如果△ Q＜ 0，为亏欠量，表示该月发电量不足，需要由蓄电池提供部分储存的电量。3.4 确定累计亏欠量∑｜－ Δ Qi｜以两年为单位，列出各月发电盈亏量，如只有一个△ Q＜ 0 的连续亏欠期，则累计亏欠量即为该亏欠期内各月亏欠量之和。如有两个或以上的不连续△ Q＜ 0 的亏欠期，则累计亏欠量∑｜－ Δ Qi｜应扣除连续两个亏欠期之间 Δ Qi 为正的盈余量，最后得出累计亏欠量∑｜－Δ Qi ｜。3.5 决定方阵输出电流将 n1 与指定的蓄电池维持天数 n 相比较，若 n1n, 则增大电流 I ，重新计算，反之亦然。直到 n1＝ n，即得出方阵输出电流 Im。3． 6 求出方阵最佳倾角改变倾角，重复以上计算，进行比较，得出最小的方阵输出电流 Im 值，相应的倾角即为方阵最佳倾角 β opt 。3． 7 得出蓄电池及方阵容量这样可以求出蓄电池容量为其中 k 为安全系数； Vb 为蓄电池充电电压； Vd 为防反充二极管及线路等的压降。3． 8 最终决定最佳搭配改变蓄电池维持天数 n，重复以上计算，可得到一系列 B－ P组合。再根据产品型号及单价等因素，进行经济核算，最后决定蓄电池及光伏方阵容量的最佳组合。3． 9 编制计算机程序 我们根据以上原理及公式，用 VC＋＋语言编写了相应的计算机程序，可以很方便地确定太阳电池组件功率及蓄电池的容量。4 计算实例为上海地区设计一套光伏电源系统，每天平均用电量为 5 kWh，工作电压为 110 V。查得上海地区 20 a 以上的水平面上月平均太阳总辐照量和直接辐照量，∮＝ 31． 17，相应参数分别取 ρ ＝ 0． 2， η 1＝ η 2＝ 0． 9， DOD＝ 0． 8， k＝ 1． 15，设不同的蓄电池维持天数 n，输入计算机程序，可以得到一系列组合如表 1。最后根据上海地区的连阴雨天数等因素综合考虑，方阵倾角取 43，蓄电池容量用 450Ah／ 110V，太阳电池方阵功率为 2430 Wp，用 27 块 90Wp组件 9 串 3 并组成。5 结 论独立光伏系统必须进行最优化设计，综合考虑其可靠性和经济性指标，最终确定最佳的太阳电池方阵和蓄电池容量组合。计算倾斜面上月平均太阳辐照量，可采用 Klien 和 Theilacker 提出的计算方法。方阵的最佳倾角按照负载的性质、当地的气象及地理条件以及满足蓄电池维持天数等条件的不同而改变，可以通过比较不同角度时满足负载要求的最小容量配置来确定。通常对于不同的蓄电池维持天数，其方阵的最佳倾角不一定相同。一般情况下，温度对于光伏方阵工作的影响可以不必考虑。太阳能发电系统的最佳化设计太阳能发电系统的最佳化设计杨金焕 ,葛 亮 ,陈中华 ,汪征 上海电力学院 ,上海 200090 摘 要 独立光伏发电系统需要进行最佳化设计。介绍了一种简明合理而又实用的最佳化设计方法。应用前国外常用的倾斜面上太阳辐照量的计算公式 ,根据不同的蓄电池维持天数 ,应用能量平衡原理 ,得到相应的太阳电池方阵最佳倾角 , 然后通过循环计算 ,得出一系列太阳电池方阵和蓄电池容量的组合 ,再通过经济核算等 ,最后确定光伏系统的规模 ,编制了相应的计算机程序 ,并进行了实例计算。 关键词 优化设计 ; 光伏方阵 ;蓄电池 ;维持天数中图分类号 TK514 文献标识码 A 文章编号 1004 - 39502003 05 - 0025 - 04 The optimum sizing of stand2alone photovoltaic systems YANG Jin2huan , GE Liang , CHEN Zhong2hua , WANG Zheng2hong Shanghai Institute of Electric Power , Shanghai 200090 , China Abstract Stand2alone photovoltaic systems should be of optimum sizing. This article introduces a concise , rational and practical method. The method adopts the calculating formula currently used abroad for determining the solar radiation on tilted surface. According to the days of autonomy and the principle of energy equilibrium , the optimum tilt angle of photovoltaic arrayis obtained first and then a series of capacity combinations of photovoltaic array and battery by means of cycle calculations.The size of photovoltaic systems is finally determined after further economic accounting. Arelevant computer program isworked out and a calculated example presented. Key words optimum sizing ; photovoltaic array ; batteries ; days of autonomy 1 前 言近年来太阳能 又称光伏 发电得到了迅速的发展 ,在我国各种光伏系统及应用产品不断涌现 ,出现了前所未有的可喜局面。 然而稍加分析便可看出 ,很多产品都没有经过仔细的最佳化设计 ,有的系统和产品是照猫画虎 ,以讹传讹 ;有的则根本不符合光伏发电的基本规律和工作特点 , 以致不能保证长期稳定可 * 地运行 ,或者配置容量过大 ,造成大量浪费 ,影响了光伏电源的推广应用。在现阶段 ,太阳电池的价格还较高 , 光伏系统应当根据负载要求和当地的气象地理条件进行最佳化设计 ,通过科学的计算方法 ,达到可 * 性和经济性的最佳结合。然而 ,由于光伏发电系统运行时牵涉到的影响因素很多 ,关系错综复杂 ,设计计算相当困难。一些设计方法不是十分繁杂 ,就是不够完善。我们在以前工作的基础上 [1 ] ,进一步做了修正和改进 ,总结出了一种简明合理而又实用的最佳化设计方法。光伏系统按供电方式大致可分为独立系统、混合系统和并网系统三大类 ,本文仅讨论应用最广泛的独立光伏系统的最佳化设计。2 技术条件2. 1 负载性质独立光伏系统是指没有任何辅助电源 ,光伏发电是唯一电力来源的电源系统。实际负载的大小及使用情况等可能千变万化 ,从全天使用时间上来区分 ,大致可分为白天、晚上和白天连晚上三种负载。对于仅在白天使用的负载 ,多数可以由光伏系统直接供电 ,减少了由于蓄电池充放电等引起的损耗 , 所配备的光伏系统容量可以适当减小。全部晚上使用的负载其光伏系统所配备的容量就要相应增加。白天连晚上的负载所需要的容量则在两者之间。 此外 ,从全年使用时间上来区分 ,大致又可分为均衡性负载、 季节性负载和随机性负载。为了简化 ,对于月平均耗电量变化不超过 10 的负载也可以当作平均耗电量都相同的均衡性负载 [2 ] 。本文仅讨论为均衡性负载供电的独立光伏系统的最佳化设计。2. 2 影响因素的考虑影响光伏系统运行的因素很多 ,关系十分复杂 ,有的书上甚至列举了几十个修正系数。 实际上因为现场条件和运行情况千变万化 , 既无法事先逐一确定其大小 ,也完全没有必要区分得如此细致 ,可将其组合成少量几个必要的修正系数 ,如果需要还可加上一定的安全系数来处理。2. 3 太阳辐照量由于太阳辐射的随机性 ,无法确定光伏系统安装后方阵面上各个时段确切的太阳辐照量 ,只能根据气象台记录的历史资料作为参考。 然而 ,通常气象台站提供的是水平面上的太阳辐照量 ,需要将其换算成倾斜方阵面上的辐照量。 对于一般的光伏系统而言 , 只要计算倾斜面上的月平均太阳辐照量即可 ,不必考虑瞬时 通常是逐小时 太阳辐射通量。为了将水平面上的月平均太阳辐照量换算成倾斜面上月平均太阳辐照量 ,不少人还一直应用 Liu 和 Jordan 在 1962 年提出的计算方法 [3 ,4 ] 。这种方法虽然计算比较简单 ,但实际上只有在一年中的太阳二分点 三月和九月的春秋分 才是正确的。此方法用于朝向赤道的倾斜面上月平均散射辐照量的计算结果偏小。现在国外通常采用 Klien 和 Theilacker 提出的计算倾斜面上月平均太阳辐照量的方法 [5 ,6 ] ,其计算方法是 [attach]63[/attach] 2. 4 方阵倾角固定式光伏方阵 ,应尽可能朝向赤道倾斜安装 ,这样一是可以增加全年接收到的太阳辐照量 ,二还能提升冬季方阵面上的太阳辐照量 ,而同时降低夏季的辐照量。 这对于以蓄电池为储能装置的独立光伏系统是十分重要的。 现在 ,有不少太阳能草坪灯等类光伏产品的太阳电池采用水平安装 ,这些产品本身容量比较紧张 ,更不应该采用水平安装的方式。对于光伏方阵的倾角 ,有些资料提出等于当地纬度 ,或当地纬度加上5 ～ 15 [7 ] ,显然这是不合适的。实际上 ,即使纬度相同的两个地方 ,其太阳辐照量的大小及组成往往相差很大 ,如拉萨和重庆的纬度基本相同 仅差 0. 18 ,而水平面上的太阳辐照量却要相差一倍以上 ,显然加上相同的度数作为方阵倾角是不妥当的。 不少资料提出了确定方阵最佳倾角的方法 ,然而由于现代计算技术的进步 ,可以通过一定的计算方法 ,在满足负载用电要求的条件下 ,比较各种不同的倾角所需配置的太阳电池方阵和蓄电池容量的大小 ,从而决定方阵的最佳倾角。事实上 ,设计时对于不同的蓄电池维持天数 ,要求的系统累计亏欠量不一样 ,最佳倾角也不一定相同 见表 1 ,所以不必事先确定。2. 5 温度影响众所周知 ,在太阳电池温度升高时 ,其开路电压要下降 ,输出功率会减少。 所以 , 有些设计方法在最后确定方阵容量时 ,考虑太阳电池温度系数的影响 ,从而增大容量 [1 ,7 ] 。 然而 , 这种把方阵当作全年都处在最高温度下工作 ,显然是个保守的方法。 实际上 ,现在常用的 36 片太阳电池串联为 12 V 蓄电池充电的标准组件 ,已经考虑了夏天温度升高的影响。而且 ,通常夏天太阳辐射强度较大 ,方阵发电量常有盈余 ,完全可以弥补由于温度升高所减少的电能 ,因此在计算太阳电池容量时可以不必考虑温度的影响。在特殊情况下 ,只要增加系统的安全系数即可。不过在温度较低时 ,蓄电池输出容量要受到影响 ,在冬天工作温度低于 0 ℃时 ,应适当加以考虑。2. 6 蓄电池维持天数通常是指没有光伏方阵电力供应的情况下 ,完全由蓄电池储存的电量供给负载所能维持的天数。有的资料建议在 3～ 6d 中选取 [8 ] ,也可参考当地年平均连阴雨天数等因素而定。3 独立光伏系统优化设计步骤3. 1 确定负载耗电量列出各种用电负载的耗电功率、工作电压及平均每天使用时数 ,还要计入系统的辅助设备如控制器、逆变器等的耗电量。选择蓄电池工作电压 V ,算出负载平均日耗电量 QL Ah/ d 。3. 2 计算方阵面上太阳辐照量输入当地地理及气象资料 ,根据 2. 3 节所介绍的方法 ,计算不同倾斜面上的全年平均太阳辐照量 Ht kWh/ m2 d 。3. 3 算出各月发电盈亏量对于某个确定的倾角 ,方阵输出的最小电流应为 [attach]64[/attach] 从而得到各月发电盈亏量△ Q Qg - Qc 如果△ Q n ,则增大电流 I ,重新计算 , 反之亦然。直到 n1 n ,即得出方阵输出电流Im 。3. 6 求出方阵最佳倾角改变倾角 , 重复以上计算 , 进行比较 , 得出最小的方阵输出电流 Im 值 , 相应的倾角即为方阵最佳倾角 β opt 。3. 7 得出蓄电池及方阵容量这样可以求出蓄电池容量为 Β Σ | - Δ Qi | DOD η 2 光伏方阵容量为 P k Im Vb Vd 其中 k 为安全系数 ; Vb 为蓄电池充电电压 ; Vd 为防反充二极管及线路等的压降。3. 8 最终决定最佳搭配改变蓄电池维持天数 n ,重复以上计算 ,可得到一系列 B - P 组合。 再根据产品型号及单价等因素 ,进行经济核算 ,最后决定蓄电池及光伏方阵容量的最佳组合。3. 9 编制计算机程序我们根据以上原理及公式 ,用 VC 语言编写了相应的计算机程序 ,可以很方便地确定太阳电池组件功率及蓄电池的容量。4 计算实例为上海地区设计一套光伏电源系统 ,每天平均用电量为 5 kWh ,工作电压为 110 V。 查得上海地区 20 a 以上的水平面上月平均太阳总辐照量和直接辐照量 , 31. 17, 相应参数分别取 ρ 0. 2 , η1 η 2 0. 9 , DOD 0. 8 ,k 1. 15 ,设不同的蓄电池维持天数 n ,输入计算机程序 , 可以得到一系列组合如表 1。 [attach]65[/attach] 最后根据上海地区的连阴雨天数等因素综合考虑 , 方阵倾角取 43 , 蓄电池容量用 450Ah /110V ,太阳电池方阵功率为 2430Wp ,用 27 块 90Wp 组件 9 串 3 并组成。5 结 论独立光伏系统必须进行最优化设计 ,综合考虑其可 * 性和经济性指标 ,最终确定最佳的太阳电池方阵和蓄电池容量组合。 计算倾斜面上月平均太阳辐照量 ,可采用 Klien 和 Theilacker 提出的计算方法。 方阵的最佳倾角按照负载的性质、 当地的气象及地理条件以及满足蓄电池维持天数等条件的不同而改变 ,可以通过比较不同角度时满足负载要求的最小容量配置来确定。 通常对于不同的蓄电池维持天数 , 其方阵的最佳倾角不一定相同。一般情况下 ,温度对于光伏方阵工作的影响可以不必考虑。概述太阳能汽车 solar car 太阳能 发电在汽车上的应用，将能够有效降低全球 环境污染 ，创造洁净的生活环境，随着全球经济和 科学 技术的飞速发展，太阳能汽车作为一个 产业 已经不是一个神话。燃烧 汽油 的汽车是城市中一个重要的 污染 源头，汽车排放的废气包括 二氧化硫 和 氮氧化物 都会引致 空气 污染，影响 我们 的 健康 。现在各国的 科学家 正致力开发产生较少污染的 电动汽车 ，希望可以取代燃烧汽油的汽车。但由于现在各大城市的主要电力都是来自燃烧 化石燃料 的，使用电动汽车会增加用电的需求，即间接增加发电厂释放的污染物。有鉴于此，一些 环保 人士就提倡发展太阳能汽车，太阳能汽车使用 太阳能电池 把 光能 转化成 电能 ，电能会在储电池中存起备用，用来推动汽车的 电动机 。由于太阳能车不用燃烧化石燃料，所以不会放出有害物。据估计，如果由太阳能汽车取代燃汽车辆，每辆汽车的 二氧化碳 排放量可减少 43 至54。编辑本段产生背景及意义汽车 用的燃料是汽油和 柴油 等，它们都是从 石油 中提炼出来的。然而，石油这种矿物燃料是不能再生的，用一点就少一点，总有一天要用完。据科学家们预计， 目前世界上已探明的石油储量将于 2020 年左右被采尽。 因此，汽车将会出现挨受“饥饿”的危险，人类将面临着能源的挑战。从另一方面来说，石油本身就是一种宝贵的化工原料，可以用来制造塑料、合成 橡胶 和 合成纤维 等。把石油作为燃料烧掉了，不但十分可惜，而且还污染了人类赖以生存的环境。解决这个难题的唯一可行办法，就是加紧开发新能源。而太阳能就是这些新开发能源中的佼佼者。编辑本段应用现状到目前为止，太阳能在汽车上的应用技术主要有两个方面一是作为驱动力，二是用作汽车辅助设备的能源。作为驱动力这一应用方式，一般采用特殊装置吸收太阳能，再转化为电能驱动汽车运行。 按照应用太阳能的程度又可分为如下两种形式 责任编辑 admin （ 1）太阳能作为第一驱动力驱动汽车完全用太阳能为驱动力代替传统燃油， 是几代汽车工作者的梦想。 1982年澳大利亚人汉斯和帕金用玻璃纤维和铝制成了一部“静静的完成者”太阳能汽车。车顶部装有能吸收太阳能的装置，给两个电池充电，电池再给发动机提供电力。 12 月 19 曰，两人驾驶着这辆车，从澳大利亚西海岸的珀思出发，横穿澳大利亚大陆，于 1983 年 1 月 7 曰到达东海岸的悉尼，实现了一次伟大的创举。这种太阳能汽车与传统的汽车不论在外观还是运行原理上都有很大的不同，太阳能汽车已经没有发动机、底盘、驱动、变速箱等构件，而是由电池板、储电器和电机组成．利用贴在车体外表的太阳电池板，将太阳能直接转换成电能，再通过电能的消耗，驱动车辆行驶，车的行驶快慢只要控制输入电机的电流就可以解决。目前此类太阳车的车速最高能达到 lOOkm/h 以上，而无太阳光最大续行能力也在 100km左右。还有一种概念上的太阳能汽车，这种汽车在车体上没有安装光伏电池板，而只是配置蓄电池，而电能全部来自专门的太阳能发电装置。优点是外观与现有车辆类似，没有 “ 另类 “ 的感觉，缺点是要经常到太阳能电站充电，当然续行能力也受到限制。（ 2）太阳能和其它能量混合驱动汽车太阳能辐射强度较弱，光伏电池板造价昂贵，加之蓄电池容量和天气的限制，使得完全靠太阳能驱动的汽车的实用性受到极大的限制，不利于推广。因此就出现了一种采用太阳能和其它能量混合驱动的汽车。复合能源汽车外观与传统汽车相似，只是在车表面加装了部分太阳能吸收装置，比如车顶电池板，用于给蓄电池充电或直接作为动力源。这种汽车既有汽油发动机，又有电动机，汽油发动机驱动前轮，蓄电池给电动机供电驱动后轮。电动机用于低速行驶。当车速达到某一速度以后，汽油发动机起动，电动机脱离驱动轴，汽车便像普通汽车一样行驶。由于采用了混合驱动形式，带来了诸多好处。首先，因为有汽油发动机驱动，所以蓄电池不会过放电，蓄电池的容量只要满足一天使用即可，与全用蓄电池的车相比，其容量可减少一半，也减轻了车重；其次，城市中大多数车辆都处在低速行驶状态下，采用电机驱动可最大可能的降低城市局部污染。作为汽车辅助能源传统的小轿车，功率一般在几十千瓦左右，而太阳辐射功率至多1kW/m2， 目前的光电转换效率小于 30。 因此全部用太阳能驱动传统的轿车，需要几十平方米的接收面积，显然难以达到。但在传统汽车上可以用太阳能作为辅助动力，以减少常规燃料的消耗，而且现代汽车的电器化程度曰益提高，各辅助设备的耗电量也因此急剧增加。这方面的应用主要有以下几种形式 责任编辑 admin （ 1）太阳能用作汽车蓄电池的辅助充电能源在轿车上加装太阳电池后，可在车辆停止使用时，继续为电池充电，从而避免电池过度放电，节约能源。日本应庆大学设计了一款叫做 Luciole （萤火虫）的概念车，它的颜色像萤火虫。这款车曾在北京展览过，车顶上贴有近一平方米的转换效率较高的光伏板，作用是辅助给 12 伏的电池充电，当 12 伏电池充满后， 12 伏电池又会给主电池充电。电池充满电时，这辆概念车能行驶 800 公里。（ 2）用于驱动风扇和汽车空调等系统汽车在阳光下停泊，由于车内空气不流通，使得车体成了收集太阳能的温室，造成车内温度升高，使车内释放大量的有害物质，从而使车内空气品质变糟。若加装太阳能装置，比如加装太阳能风扇等，则可以为车辆在停泊期间无能耗提供新风并降温，保证车辆再次上路时有良好的空气品质。汽车天窗的玻璃下方设置有太阳能电池，太阳能电池与设置的控制单元输入端相连接，输入端连接车辆空调系统的温度传感器，同时输入端还与蓄电池和点火器相连接。玻璃下方的太阳能电池吸收太阳能，经汽车天窗控制单元可对蓄电池进行充电，保证蓄电池的电能充足，同时延长蓄电池的使用寿命。而太阳能天窗带给消费者的最直接好处是，在夏天高温天气里，汽车在烈日下停车熄火，完全没有能源供给时，能自动调节车内温度。利用内置在天窗内部的太阳能集电板依靠阳光所产生的电力，经过控制系统来驱动鼓风机，将车厢外的冷空气导入车内，驱除车内热气，达到降温的目的。当驾驶者及乘员再打开车门及坐在座位上，不会感觉热浪袭人、闷热难耐，汽车的空调系统可以在最短时间内将车内温度降至舒适的程度。同时可以改善车内的空气状况，冬天也可以减少车内前挡风玻璃的结霜。根据资料显示，与没有通风降温的车型相比，安装了太阳能天窗的汽车驾驶室内的温度最高降低 20℃。利用太阳能供电，节能降温，十分有效地减少了汽车内由热所产生的“孤岛”效应。目前国内销售的车型当中，奔驰 E 级，奥迪 A8、 A6L、 A4、途锐等部分车型都已配备了太阳能天窗。编辑本段优势太阳能电动车以光电代油，可节约有限的石油资源。白天，太阳电池把光能转换为电能自动存储在动力电池中，在晚间还可以利用低谷电（ 220V）充电。无污染，无噪音。因为不用燃油，太阳能电动车不会排放污染大气的有害气体。没有内燃机，太阳能电动车在行驶时听不到燃油汽车内燃机的轰鸣声。与燃油汽车的比较优势。实用型太阳能动力车除行驶速度远低于燃油汽车外，与燃油汽车相比，还是有诸多优势的。首先，太阳能电动车耗能少，只需采用 3-4 平方米的太阳电池组件便可使太阳能电动车行驶起来。燃油汽车在能量转换过程中要遵守卡诺循环的规律来作功，热效率比较低，只有 1/3 左右的能量消耗在推动车辆前进上，其余 2/3 左右的能量损失在发动机和驱动链上；而太阳能电动车的热量转换不受卡诺循环规律的限制，90的能量用于推动车辆前进。其次，易于驾驶。无需电子点火，只需踩踏加速踏板便可启动，利用控制器使车速变化。不需换挡、踩离合器，简化了驾驶的复杂性，避免了因操作失误而造成的事故隐患，特别适合妇女和老年人驾驶。另外，太阳能动力车采用创新前桥和转向系统，前后独立悬挂，四轮鼓式制动从时速30 公里到突然刹车，刹车线不超过 7.3 米。由于太阳能电动车结构简单，除了定期更换蓄电池以外，基本上不需日常保养，省去了传统汽车必须经常更换机油，添加冷却水等定期保养的烦恼。小巧的车身，灵便转向，可以轻而易举的将车泊入拥挤不堪的都市停车场。在都市行车，为了等候交通信号灯，必须不断的停车和启动，既造成了大量的能源浪费，又加重了空气污染，使用太阳能电动车，减速停车时，可以不让电动机空转，大大提高了能源使用效率和减少了空气污染。再次，太阳能电动车没有内燃机、离合器、变速箱、传动轴、散热器、排气管等零部件，结构简单，制造难度降低。编辑本段工作原理金焰四射的 太阳 ，其表面是一片烈焰翻腾的火海，温度为 6000℃左右。在太阳内部，温度高达两千万度以上。所以，太阳能一刻不停地发出大量的光和热，为人类送来 光明 和温暖，它也成了取之不尽、用之不竭的能源聚宝盆。将太阳光变成电能，是利用太阳能的一条重要途径。人们早在本世纪50 年代就制成了第一个 光电池 。将光电池装在汽车上，用它将太阳光不断地变成电能，使汽车开动起来。这种汽车就是新兴起的太阳能汽车。你看，在太阳能汽车上装有密密麻麻像蜂窝一样的装置，它就是太阳能电池板。平常我们看到的人造卫星上的铁翅膀，也是一种供卫星用电的太阳能电池板。太阳能电池依据所用半导体材料不同，通常分为硅电池、硫化镉电池、砷化镓电池等，其中最常用的是硅太阳能电池。硅太阳能电池有圆形的、半圆形的和长方形的等几种。在 电池 上有像纸一样薄的小硅片。在硅片的一面均匀地掺进一些硼，另一面掺入一些磷，并在 硅片 的两面装上电极，它就能将光能变成电能。在“利比特布利克二号太阳能汽车顶上，有一个圆弧形的太阳能电池板，板上整齐地排列着许多太阳能电池。这些太阳能电池在 阳光 的照射下，电极之间产生电动势，然后通过连接两个电极的导线，就会有电流输出。通常，硅太阳能电池能把 10～ 15的太阳能转变成电能。它既使用方便，经久耐用，又很干净，不污染环境，是比较理想的一种电源。只是光电转换的比率小了一些。近年来， 美国 已研制成光电转换率达 35的高性能太阳能电池。 澳大利亚 用激光技术制成的太阳能电池，其光电转换率达24.2，而且成本与柴油发电相当。这些都为光电池在汽车上的应用开辟了广阔的前景。将光电池装在汽车上，用它将太阳光不断地变成电能作为驱动汽车运动的动力 , 这种汽车就是新兴起的太阳能汽车。太阳能汽车利用太阳能的一般方法。在阳光下，太阳能光伏电池板采集阳光，并产生人们通用的电流。这种能量被蓄电池储存并为以后旅行提供动力。或者直接提供给发动机也可以边开边蓄电。能量通过发动机控制器带动车轮运动，推动太阳能汽车前进。编辑本段太阳能汽车的构造太阳电池方阵太阳电池方阵是太阳能汽车的能源。方阵是由许多 PV光电池板（通常有好几百个）组成。方阵类型受到太阳能汽车尺寸和部件费用等的制约。目前，主要有两种类型的光电池板硅电池和砷化合物电池。环绕地球卫星使用的太阳电池使用的是典型的砷化合物电池，而硅电池则更为普遍的为地面基础设备所使用。一般等级的太阳能汽车通常使用硅电池板。许多独立的硅片（接近 1000 个）被组合，形成太阳电池方阵。依靠光伏电源供电动发动机驱动太阳能汽车。这些方阵的通常工作电压在 50V200V 之间，并能提供 1O00W的电力。方阵输出功率的大小受到太阳、云层的覆盖度和温度的影响。超级太阳能汽车也能使用通常类型的太阳能光电板。但更多的是使用太空级光电板。这种板很小，但是比普通的硅片电池板要昂贵得多，然而它们的使用