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什么是太阳能车?了解太阳能车最新进展

Sam Holland 2019-09-29

欧洲的交通运输部门仍然是车辆排气管中的温室气体最主要的来源之一。幸运的是,工程师们正在研究环保型汽车解决方案,其中一个令人振奋的例子就是太阳能汽车。7yY电子头条

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领先的汽车制造商主要关注的是电动汽车,而较小的公司则在拥抱太阳能解决方案。今年,荷兰初创公司Lightyear表示已设计出世界上第一台远程太阳能汽车。该公司声称,其旗舰车型将达到500至800公里的续航里程,同时还能在阳光下不断充电。7yY电子头条

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什么是太阳能车?7yY电子头条

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太阳能车辆是由太阳产生的电力完全或部分供电的太阳能车辆。太阳能汽车利用光伏电池阵列来吸收辐射能并将其转换成电子流。这些为电池充电,然后为驱动变速箱系统的电动机供电。尽管这似乎是一个相当简单的设计,但实际的实现受到以下约束的影响。7yY电子头条

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图:在英国西萨塞克斯郡的古德伍德速度节上展示了光年一号太阳能汽车。来源:Wikipedia(CC BY-SA 4.0)7yY电子头条

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设计太阳能汽车的问题7yY电子头条

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多年来,工程师们一直在努力设计可实现足够的里程用于个人和商业目的的太阳能汽车。原因之一是,在考虑所有损失之后,常规模型受到汽车接收电能的限制。7yY电子头条

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过去,太阳能汽车的设计存在多方面的问题7yY电子头条

PV电池需要具有尽可能高的转换效率,以充分利用阳光7yY电子头条

太阳能汽车的驱动机构应低功耗7yY电子头条

汽车在行驶中应该能够快速充电7yY电子头条

材料应足够便宜,以使车辆具有商业可行性7yY电子头条

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鉴于太阳能汽车的上述技术局限性,不难看出为何尚未将其商业化。让我们仔细研究这些挑战,以及它们如何影响这些独特汽车的驾驶性能。7yY电子头条

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太阳能电池转换效率7yY电子头条

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PV电池的转换效率是指从太阳输入的能量与产生的输出(即电流)之比。简而言之,PV电池的转换效率是转换为电能的辐射能的数量。通常,该值根据诸如电池的材料类型,其大小以及其首先能够捕获的辐射能的数量等因素而升高或降低。 7yY电子头条

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当前,光伏电池的转换效率非常低:介于13%和25%之间。7yY电子头条

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能量消耗7yY电子头条

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与汽油和柴油驱动的汽车的内燃机不同,太阳能驱动的汽车发动机依靠电动机产生的扭矩,该扭矩由电池驱动。使用这种结构的汽车动力总成趋于从能量存储中汲取更多的功率。此外,太阳能汽车的重量直接影响推进汽车所需的功率。由于这个原因,设计者试图利用轻质材料,这种材料既难以获得又很昂贵。7yY电子头条

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充电速度7yY电子头条

为了使太阳能汽车达到很长的行驶里程,它们需要能够快速充电。这意味着从PV电池到电池的供电速率必须明显大于动力总成的能量消耗。然而,事实并非如此,因为太阳能汽车的充电速度与电动汽车相似。太阳能汽车电池充满电需要几个小时,即使在快速充电站也要花费几个小时。7yY电子头条

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成本约束7yY电子头条

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光伏电池制造并不便宜。考虑到当前的制造技术和材料,通常,电池的转换效率越高,它们生产的成本就越高。此外,制造这些部件的成本会影响整车的整体定价,最终使它们对于大多数客户的预算而言过于昂贵。7yY电子头条

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图:光年一号太阳能汽车的行驶里程。图片由Lightyear提供。7yY电子头条

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光年一号太阳能汽车7yY电子头条

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根据Lightyear的官方网站,其旗舰车辆在英国伦敦每天可达到65公里的续航里程。Lightyear One将于2021年商用。7yY电子头条

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背后的黑科技7yY电子头条

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从“光年一号”的车顶到引擎盖,是5米长的PV电池,这些电池被密封在安全玻璃中,以提供可靠的绝缘和保护。根据这家荷兰创业公司的说法,该装置“结实到足以让一个成年人在上面行走”。车辆的每个部分均采用轻质材料,从而减轻了车辆的重量并改善了空气动力学性能。实际上,该公司在其网站上宣称该原型具有“任何汽车的最佳空气动力学系数”。7yY电子头条

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Lightyear表示,其汽车将在“全球协调轻型车辆测试程序”(又称为WLTP周期)下达到725公里。WLTP是一种实验室程序,可以测量给定距离内车辆的燃油消耗以及车辆产生的CO2和污染物排放量。光年一号通过太阳能和高速(60kW)充电站快速充电。7yY电子头条

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最终,就实用性而言,太阳能汽车面临与电动汽车相似的挑战。这些车辆在不久的将来是否能够代替传统交通工具尚待观察。但是,随着2019年光伏电池技术的发展令人鼓舞,我们可以希望在未来十年内看到更高效的太阳能汽车。7yY电子头条

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