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太阳能汽车现实之路是否还远?

光伏系统工程  来源:新能源汽车新闻    2017/6/2 10:25:15  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:可能是小时候看的科幻杂志过多的原因,笔者也有过很多对于未来的幻想。曾经的杂志无数次展望过21世纪太阳能汽车满地跑的美好场景。家里有太阳能,不用花电费;车是太阳能的,连充电都不用;甚至你随身穿的衣物上都有太阳能板,能随时随地拉出一根线来给电子设备充电。但残酷的现实是,直到今天,人们对于太阳能的应用仍处于十分初级的阶段,至于太阳能汽车,路上更是一辆都见不到,那么它到底离我们有多远?

31.6%转化率是个什么概念?

其实关于太阳能汽车,已经受到关注很多年了,甚至隔几年就有些概念车型发布。近几年由于全世界都在大力发展新能源车型,以至于太阳能汽车的概念又开始受到人们的广泛关注。早在1955年,世界上第一台配备太阳能板的电动汽车被通用的一位工程师制造了出来。在那之后,发达国家掀起了一阵“太阳能”热,美国、日本、澳大利亚等国相继研发了各自的太阳能车型,但是由于技术的原因,性能十分不稳定,其原因就在于太阳能电池板的转化率问题。由于当时的技术水平所限,硅晶太阳能电池板的转化率只有10%左右,这对于驱动一辆车来说是远远不够的。

而从驱动形式来讲,太阳能车其实就是辆电动汽车,区别只是在电动汽车的基础上加装了可以自行制造电力的太阳能板,不再像电动汽车一样完全依赖外接充电。因此,太阳能汽车的核心科技就是太阳能板。太阳能板发电的原理为光电效应,简述就是当太阳照射于太阳能板表面时,材料中原子周围的电子吸收了太阳光的能量,在太阳能板中移动,电子的移动就会形成电流,因此产生的电流就可以为外接的电池进行充电,或者直接提供给电机为车辆提供动力。实际上,太阳能汽车与增程式电动汽车驱动结构类似,只是将增程式电动车的汽油发动机变成了太阳能电池板。由太阳能电池板接受太阳光,并转换成电能,向电动机供电,再由电动机驱动汽车行驶;阴天的时候或电量不足的时候,可以通过外接插电给电池充电,太阳能电池组就相当一个增程器。所以,太阳能汽车也可以被称作升级版的电动汽车。

从技术层面来看,目前国内的汉能集团已经将砷化镓薄膜太阳能电池转化率做到了全球最高的31.6%(非量产),但是理论上薄膜发电的转化率可以提升到50%以上,从技术角度讲依然有很大的提高空间。根据此前汉能集团发布的HanergySolar系列太阳能概念车来说,理想状态下,汽车车身可以集成大约3.5—7.5平方米的薄膜太阳能电池组件,每天阳光照射5到6个小时,日均发电量8—10度左右,平均每天可以驱动汽车行驶80公里左右。

太阳能应用:我还是个“宝宝”

新能源汽车在世界范围的火热,也带动了太阳能汽车的探索。更加环保的太阳能电池如何广泛应用到汽车上,在近年来已经成为各大车厂积极探索的问题。包括福特、奥迪、丰田、特斯拉等世界各大汽车厂商都已经开始研究太阳能在汽车上的量产化应用。太阳能技术其实很早就应用于在量产车上,最具代表性的就是太阳能天窗这一配置,像老款斯柯达昊锐、奥迪A6L、丰田普锐斯等车型上都能见到太阳能天窗这一配置,这套太阳能系统专门为鼓风机供电。在炎热天气下,当车内温度过高时,天窗内的太阳能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。主要是为了在夏天车辆长时间暴晒时,能起到一定调节温度的作用。但是受限于车顶面积,以及太阳能电池板的转化率问题,所有安装了太阳能电池板的汽车,发出的电能只能给鼓风机供电,更别提给汽车充电了。

福特汽车也曾发布过一款以太阳能作为驱动的概念车辆——C-MAXSolarEnergiConcept,在这款车上对太阳能技术进行了创新性地改进,在太阳能板上加装了一个聚焦器,可以引导太阳光往车顶聚集。据称,此技术可使太阳能板的充电效果提高8倍。

而新能源车巨头丰田公司也一直致力于太阳能技术的研发,旗下的新一代普锐斯将在车顶安装一块太阳能电池板。在车辆停放时,太阳能电池板开始充电,其燃油经济性将较无太阳能板的车型提升10%。

目前太阳能汽车的性能远没达到量产的水平,但不可否认的是,太阳能车极具发展潜力,多家车企早早就嗅到了发展太阳能技术的巨大商机。新能源车巨头特斯拉始终没有放下太阳能技术的开发,2016年,特斯拉正式收购美国太阳能公司SolarCity,探索太阳能与电动汽车的结合应用。身兼特斯拉CEO和SolarCity董事会主席的埃隆.马斯克表示,这笔交易将大大增强特斯拉对无碳能源市场的掌控力。与此同时,在新能源方面有足够技术储备的世界各大汽车厂商,也纷纷开始探索太阳能在汽车上的量产化应用。有网络消息显示,特斯拉即将销售的Model3车型可能会选装太阳能车顶篷技术,而这种全新技术可能是特斯拉全新开发的内嵌太阳能电池的“特斯拉玻璃”,其功能就是收集太阳能产生电力,为车内的一些电子部件供电。

满街跑路还远!

太阳能汽车是一种靠太阳能来驱动的汽车,具有以下优势:首先,太阳能是一种“取之不尽、用之不竭”的清洁能源;其次,能够真正实现零排放,成为真正意义上的清洁能源汽车。

太阳能车虽具有众多先天优势却没被量产,其根本原因就是技术上遭遇的瓶颈和实用性上的不足。从技术层面上来看,目前太阳能技术的最大瓶颈就是能量转化率不高,致使太阳能发电技术的发电量完全不能满足人们出行的需求。正常天气下,太阳照射的能量为一千瓦每平方米,目前能量转换率最高(已量产)的松下太阳能板为25.6%,按每辆车5平方米的太阳能板覆盖面积(已属相当大)来计算,一辆车的日均发电量充其量也就在6度上下。而目前纯电动汽车的百公里能耗在20度左右,所以太阳能汽车的续驶里程很难达到日常使用的程度。

除此之外,天气因素也是太阳能车的克星,在光照不足的状态下,太阳能板的转化效率也会大幅下降,因此太阳能车的续航里程极不稳定。在二三线城市,高楼林立都已经是一个普遍的景象,阳光很大程度上会被遮挡,更不用说高楼密度更大的一线城市。此外,如今大部分商务办公楼都采用地下停车场,或是非露天的多层停车场。这些条件下,太阳能车也无法将太阳能储存为电能。更重要的一点是,在中国的大城市里,能看到太阳的日子越来越少了。漫天雾霾的大都市,太阳光将会极为稀缺。光靠雾霾天气下的阳光照射,充电效率显然也不可能满足日常通勤。

除了性能上的不足,太阳能车的日常使用问题也是令人头疼的。在用车成本上,首先购买一辆太阳能车的花费定然不菲。无论是太阳能电池板,还是为了轻量化所用的碳纤维车身,这些都代表着一个字——贵。于是,就如同当年电动车诞生时一样,“在车辆生命周期内,节省的钱能否抵消买车的高昂花费”的类似疑问又将被提出。而万一太阳能汽车发生车祸,其代价可能也更为昂贵。由于大量采用碳纤维等材料外,同时车身表面覆盖大面积的薄膜太阳能板,一旦在车祸中损坏,更换碳纤维车身部件和太阳能电池板的成本肯定也不低。

上世纪50年代,通用汽车就开始研究太阳能汽车;70年代,英国人已经制造了太阳能汽车;现在澳大利亚更是每两年举行一次太阳能汽车大赛。但是,太阳能汽车因为关键问题难以解决,商业化依旧步履维艰。

中国的太阳能汽车该如何发展

太阳能汽车作为一种新能源汽车,其发展和应用代表了未来汽车工业发展的潮流,尽管商业化之路还很遥远,但从促进新能源发展、抢占关键技术制高点的角度来说,也应引起重视。

国家应当与重视新能源汽车发展一样,明确把太阳能汽车归入新能源汽车的范畴,并作为新能源汽车的一种重要子项目,制定太阳能汽车发展规划。解决太阳能电池转化利用率低、续航里程短、时速低、成本价格高等一系列制约太阳能汽车发展的颈瓶因素,为其商业化打下基础。

不可否认的是,太阳能汽车在现阶段没有大的技术突破的情况下,还离我们十分遥远。但没有什么是技术解决不了的难题,笔者相信,太阳能汽车的技术瓶颈只是暂时的。其实电动汽车刚刚面世时也面临着相同的问题,时至今日,电动汽车的全球保有量已经达到了100万辆,完成了由概念车品到量产车的转身。通过技术上的发展和突破,太阳能汽车的性能在未来定然会大大提升。这是个一直在颠覆与创新的时代,其实各方都没有忽视这个绝对纯净的清洁能源应用。小时候想象的太阳能汽车满街跑的幻想,说不定哪天就实现了呢。

原标题:太阳能汽车现实之路是否还远?

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