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太陽能電動汽車是一種以電力為能源的車子,一般使用鉛酸電池或是鋰離子電池進行供電。而太陽能電動車是在此基礎上,將太陽能轉化成電能對車進行供電的,在很大程度上降低了電動車的使用成本,而且非常環保。其結構性能更加{zy1}超群,及時有效地補充電動車野外行駛途中的電量,增強行駛電能,維護和延長蓄電池使用壽命。設計獨特,安裝使用方便,保持電動車現有的配置和車輛結構,是目前同類產品中功率{zd0}、價格{zd1}、性能{zy}的太陽能充電器。使用壽命可達10年左右,特別是在提高電動車運行性能,降低電動車使用成本方面有很高的應用價值。
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太陽能電池是一種對光有響應并能將光轉換成電力的器件裝置。能產生光伏效應的材料有許多種,如單晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化鎵、硒銦銅等,它們的發電原理基本相同。以晶體為例:P型晶體硅經過摻雜磷可得N型硅,形成P-N結。當光線照射太陽能電池陣列板的表面時,一部分光子被硅材料吸收,光子的能量傳遞給了硅原子,使電子產生了躍遷,成為自由電子,在P-N結兩側集驟形成了電位差,當外部電路接通時,在該電壓的作用下,將會有電流流過外部電路,從而產生一定的輸出功率。這個過程的實質是:光子能量轉換成電能的過程。太陽能陣列電池板是由光敏半導體材料制成的,大多使用硅化合物。根據所用材料的不同,太陽能電池板可分為:硅太陽能電池;以無機鹽如砷化鎵III-V化合物、硫化鎘、硒銦銅等多元化合物為材料的電池;功能高分子材料制備的太陽能電池;和納米晶太陽能電池等。不論以何種材料來制作電池,對太陽能電池材料一般的要求有:半導體材料的禁帶不能太寬;要有較高的光電轉換效率;材料本身對環境不造成污染;材料便于工業化生產且材料性能穩定。基于以上幾個方面考慮,硅是最理想的太陽能電池材料,這也是太陽能電池板以硅材料為主的主要原因。
太陽能電池組件是供電系統中的核心部分,也是太陽能供電系統中價值{zg}的部分。其作用是將太陽的輻射能量轉換為電能,或送往蓄電池中存儲起來,或推動負載工作。太陽能組件中的質量和成本將直接決定整個系統的質量和成本。太陽能控制器的作用是管理和控制整個系統的工作狀態,并對蓄電池起到充電保護、過放電保護的作用,與純電動汽車的電動源控制管理系統具有相同的作用。在溫差較大的地方,合格的控制器還應具備溫度補償的功能。其它附加功能如光控、時控等應當都是控制器的可選項。蓄電池的作用是在有光照時將太陽能電池組件所提供出的電能儲存起來,到需要的時候再釋放出來。
太陽能電池組件是由單個光伏電池拼接組成,或由折疊式支架拼接組成陣列。因為單個光伏電池(如硅電池)的電壓太低,所以都要把它們串、并聯構成有實用價值的光伏電池板,陣列成一個應用單元,然后根據供電要求,再由多個應用單元的串、并聯組成整個太陽能光伏電池板的供電組件。蓄電池組是太陽能光伏電池的儲能裝置,在夜間或光照不足及負載消耗超出光伏電池的發電量時,由蓄電池組向負載供電。為了減輕整個系統的重量,應采用高能蓄電池組。
太陽能電動汽車與燃油汽車在動力結構上有很大的不同,但與純電動汽車的結構卻有許多相同之處。所不同的是純電動汽車的充電方式必須依靠電源,而太陽能電動汽車的電能裝置來自于太陽能光伏電池和電源兩種充電方式,而純電動車不必背負巨大的太陽能光伏陳列電池板。當太陽能電池板產生電能,與控制裝置和儲能裝置連接后,再由另一端連接負載,負載就是電動汽車的電動機(驅動裝置)。一般在電動車運行時,被轉換的太陽光能通過控制裝置直運送到負載,而在停駛或太陽光足時,剩余部分的電能向蓄電池充電并儲存起來,當太陽光不足時,由太陽能光伏電池和蓄電池同時向負載供電;當汽車減速或剎車時,還應設計“回授性制動裝置”,將電能量通過控制器,將發動機變成發電機,反向進入蓄電池進行儲存。用互補式不間斷供電技術,改變嚴重依賴天氣的缺陷,完善電動車的性能。
在設計電動車整個供電系統時應綜合考慮以下幾個方面:
一是光強與負載。太陽能光伏電池是一種光電轉換裝置,其輸出功率的大小取決于光照的強度,要拼裝多大的太陽能光伏電池組件主要取決于能夠接受光照的強度及所用負載的大小。
二是蓄電池組的選擇。要根據光伏電池組合的發電容量來選擇蓄電池組的容量,以便在雨天及晚上可以由蓄電池向負載供電,為了減輕系統重要,{zh0}選用高比能量的蓄電池。
三是機械強度。考慮到電動汽車的整個供電系統都是在運動和運行中使用,必須考慮系統的機械強度,耐腐蝕性,耐氣候變化等各種因素。太陽能光伏電池組陣列應采取高強度鋼化玻璃外殼,支架系統應采用高強度材料。使整個供電系統具有便于運行、重量輕、效率高、可靠性好、造價低等優勢。
太陽能電動汽車的控制系統:
太陽能光伏電池板是將太陽能量轉變為電能,是因為光子在日光下產生能量帶動電子從一個半運動的金屬粒子的一層轉移到另一層面,電子的運動產生了通用的電力。太陽能光伏電池板可以由光電轉化率、能量比大小來選擇。由于許多獨立的硅片被組合,形成龐大的太陽能光伏陣列,并產生能夠電動汽車驅動的電能,而這種電能量還必須達到高電壓、高功率的程度,這就要有一個重要的系統-電力控制系統。
電動汽車的心臟部位就是電源及其蓄電池組,而運行系統基本上是由電源、電控、電機來組成。而在太陽能電動汽車上其控制系統不僅僅控制電動源(電池),還要增加太陽能光伏電池陣列的控制功能。太陽能光伏電池所供應的電壓與蓄電池組飽和電壓基本相同,可以直接耦合,在太陽能功率充足時,多余的能量進入儲能的蓄電池,在太陽能光電功率不足時由蓄電池完成電力驅動的任務。這些,必須由控制系統來完成。控制系統的功能就是對充電和放電的過程進行控制和保護,這樣才能保證對整個電動源系統的正常充電、放電及其對電動汽車的驅動。最簡單的控制系統也應該起到以下三個方面的作用:
一是按照使用要求給出穩定的電壓、電流;
二是蓄電池過充電或過放電時可以報警或自動切斷電路;
三是負載發生短路時可以自動切斷電源電路。
控制系統是控制太陽能光伏電池陣列板對蓄電池的充電以及蓄電池和太陽能電池對負載的放電過程,實現對太陽能光伏電池和蓄電池的科學管理,指示蓄電池過壓、欠壓等運行狀態,具有兩路負載輸出的管理,或兩路負載可以隨意設置為同時工作、分時工作或單獨工作等模式,同時具有負載過流、短路保護功能,具有較高的自動化和智能化水平。其硬件結構主要由電壓采集電路、負載輸出控制與檢測電路、指示或顯示電路及鍵盤電路等部分組成。電壓采集電路包括太陽能光伏電池板和蓄電池電壓采集,用于太陽光線強弱的識別以及蓄電池電壓的獲取等。
在電動源控制系統利用子系統的控制功能對蓄電池進行充電管理時,若太陽能光伏電池正常充電蓄電池時,控制器將關斷負載,以保證負載不被損傷,當充電電壓高于保護電壓時自動關斷對蓄電池的充電;此后若電池電壓掉至維護電壓時,蓄電池進入浮充狀態,當蓄電池低于維護電壓時,啟動的應當是均充狀態。當蓄電池荷電電壓低于保護電壓時,控制系統應當自動關閉負載開關,以保護蓄電池不受損壞。在蓄電池負載關閉后,有兩路充電電路可選擇使用,在太陽光照較強時自動啟動太陽能光伏電池板充電電路,使其發揮更大功效,或使用外充電源進行快速充電。
太陽能電動汽車電動源控制系統的軟件設計與硬件電路是相對應的,包括有主程序、定時中斷程序、A/D轉換子程序、外部轉換子程序及鍵盤處理子程序、充放電管理子程序、負載管理子程序等。作為太陽能電動汽車的“心臟”——電動源的控制系統,不僅僅需要具備基本的電力控制功能,還要能體現現代控制理念,也就是達到“一體化”控制,并實現“智能化”的控制管理能力,在基本電動源電力系統基礎上,“智能化”的電動源控制系統是以電子模塊為控制中心,增加了以鍵盤輸入、遙控及液晶顯示組成的人工界面模塊,還增加了以安全報警模塊,在內部控制算法還可采取模糊控制或其它智能控制算法實現,此外還可以使用預留可擴展模塊。
太陽能汽車特點:
1、結構具有輕、小、巧、美四大特性。車型輕,能大幅度減輕能源的消耗,降低成本;車身小,可在城市中心地帶穿街走巷行駛(不超過兩人并排騎自行車占用的路面積),增加路流量,改善交通狀況;結構設計巧妙、實用、緊湊、堅固、耐用;流線型外觀,造型美觀大方。
2、以光、電代替油,可節約有限的石油資源。白天,太陽能電池把光能轉換為電能自動存儲在動力電池中。在晚間或雨天,可以利用家用交流電(220V)進行充電,確保車輛照常行駛。
3、節能,耗能少,只需采用3-4平米的太陽能電池組件便可行駛起來。燃油汽車在能量轉換過程中要遵守卡諾循環的規律來做功,熱效率比較低,約為12%-15%,只有1/3左右的能量用在推動車輛前進上,其余2/3左右的能量損失在發動機和驅動鏈上;而太陽能電動車的能量轉換不受卡諾循環規律的限制,熱效率要高得多,可達到34%-40%,90%的能量用于推動車輛前進。
4、高度重視安全問題,將主動安全性列為重要問題考慮,在車身的前部特別設計內保險結構,保障駕駛員的生命安全,每個座位上都設有三點式安全帶、座椅頭枕。另外,前后保險杠、高位剎車燈、轉向燈、前大燈、尾燈、后視鏡、安全擋風玻璃、雨刮器等配置一應俱全,而且還可以選裝兒童安全座椅等選配裝置。
5、作為一種低速車,其設計、生產和安全標準與傳統轎車相比毫不遜色。前后均有獨立懸掛,四輪鼓式制動,采用創新前橋和傳向系統,30km/h速度到停止的剎車距離不超過7.3米。
6、無污染。因為不用燃油,不會排放污染大氣的有害氣體。
7、無噪音。沒有內燃機,行駛時不會聽到燃油汽車的轟鳴聲。
8、使用費用低廉。車上配有充電器和充放電控制器,有兩路電源可向動力電池充電。有太陽光時,太陽能電池組件通過充放電控制器向動力電池充電,公里行駛成本為零;無太陽光時,隨時隨地都能用家用220V電源,通過充電器向動力電池充電,公里行駛成本為3分錢。
9、易駕駛。無需電子點火,只需踩踏加速板便可啟動,利用控制器控制車速,勿需換檔、踩離合器,簡化了駕駛的復雜性,避免了因操作失誤而造成的事故隱患,安全性高。特別適合婦女和老年人駕駛。
10、方便。由于車身結構簡單,除了定期更換動力電池外,基本不需日常保養,省卻了傳統汽車必須經常更換機油、添加冷卻水等定期養護的煩惱。小巧玲瓏的車身,可以輕而易舉地將車泊入擁擠不堪的都市停車場。
11、太陽能電動車的{zd0}優勢是環保、節能、安全、經濟,批量生產的成本將控制在人民幣5-6千元左右,其市場目標鎖定在普通百姓家庭,將成為中國老百姓買得起、用得起、開得動的物美價廉的交通工具產品。
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