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        不远的将来,你能拥有一款太阳能车吗?

        • 发表于: 2015/03/12 21:14:00 来源:车云网

        虽然更加绿色环保,实用太阳能车还在等一个靠谱案例,证明实力。

        不久前两会上,汉能CEO李河君同学被记者拦截,在话筒丛中匆匆留下几句,大意是不用批量兴建充电桩,汉能全太阳能车凭借“边走边充”KO特斯拉。全靠车顶的太阳能薄膜电池产生电能,激起造车小浪花的汉能这次没有透露更多信息,2月份未来移动能源时代发布会时,车云菌已经把所知的造车细节撰文盘点。但是新车亮相前猜想之余,我们一起来补充点背景。看看太阳能车是不是已经绕过前方转角,很快就能在我们眼前一片阳光明媚中闪耀“环保黑”?

        关于太阳能车


        太阳能电池板光电转化原理,以硅板为例

        太阳能车的原理说来非常简单。它的主要动力来源是光能,光能通过太阳能板转化为电能,用电动机带动车轮转动。电能的产生离不开太阳能电池板。太阳能电池板由光伏材料(只有半导体材料具有这种属性)制成,是一个两层结构,上层叫N层,下层叫P层。上层的原子被太阳照射后呈激活状态,核外电子脱离原子核成为自由电子,留下带正电部分的空穴(Electron hole)。自由电子汇集在N层,相邻原子间会不断补充电子。于是就像传送带一样,自下而上传送核外电子补足空穴,补电子的过程等同于正价电子向下运动。当N、P两层被导线接通后,就形成了电流。如果在导线接上电动机,车轮就开始转动,如果接上储能电池,就能把电能留存下来。


        太阳能电池板受到日照后的变化,以硅板为例

        由于太阳能车全靠太阳能供电,获取电能途径大致可以分为下面两类:

        1.固定的太阳能充电装置

        2.安装在车上的太阳能充电板

        前者车上主要动力相关模块是电池板、储电器和电机。储电器用来贮存闲时汇聚的电能,因此对电池容量要求很高,与一般电动车无异。而后者如果太阳能充电板转化率足够,就只需要一枚小小的储电器,收集用于启动时的少量电能。上述两个选项都可符合人们对太阳能汽车的界定。更严格一点说,第二项才是最理想的太阳能汽车方案,我们姑且可以称它为全太阳能车。只要车在外行驶,就能不依赖任何外界设备,自带“移动充电宝”。

        其实这样的车并不是没有先例。在澳大利亚,每年都会举行一次世界太阳能车挑战赛。比赛全程3000公里,参赛选手要驾车穿越澳大利亚的沙漠。赛事分为多个级别,2015年的报名规则显示,挑战级和冒险级的车辆能源供给要求为“仅限太阳能车自己收集转化的太阳能辐射”。挑战级突出的是高效,车子限载一人。冒险级别要求设计造车者满足特定安全级别。相同的是,设计感和科技感被提倡,所以每到10月的时候,澳洲的汇集了世界上长相最奇怪的车,都是为了最大面积铺上太阳能板,以至于只能给车内的人留一个蛋壳型的小位置。


        世界太阳能车挑战赛

        但这些参赛的太阳能车都还只是速度竞技,虽然参赛队伍都实打实地造出了真车,穿越地形十分艰难,里程数也非常可观。这距离成为一辆家用量产太阳能车,还有很多改进空间,例如空间狭小、维持长期使用的性能等等,有一身技术需要修炼。

        实用太阳能车的动力修养

        新产品的研发是为了解决生活场景中的问题。实用型太阳能电动车的最低标准肯定要达到下面几点:至少能用高速跑个出城春游的距离,爬行一两个小坡。坐上一家三口后,空间还比较宽裕。至少不能车里打个空调就得在路上歇菜叫救援。所有这些就与车云菌下面要聊的太阳能板面积、太阳照射角度还有光能转化率有关。

        太阳能板如果可折叠,巧妙设置摆放角度也能提效。但是碍于车身流线设计的需要,这种方法使用情况还比较少见。但是也不排除一些设计大胆的概念车用上这招,比如下面的宝马乐简(BMW Lovos),就连轮毂都可以在需要时张开来光能转换。华丽的车身设计,高速行驶时肯定会带来随风飞逝的碎片感,但是车云菌有点略略担心它行驶时张开无数小翅膀时的风阻系数。


        BMW Lovos概念车

        你可能也已经想到,太阳光对太阳能板的照射角度也有极大的要求,直射状况下效果最佳。但是要在宝贵的日照时长里尽可能追逐90度的光线角度,理科菌比仰望天空的文科菌还要淡淡地忧伤。但是总有玩起来特别较劲的歪果仁,带来的这辆福特车名叫Ford C Max Solar Energi Concept。制造者是合作伙伴Solar Power。


        Ford C Max 太阳能版概念车充电方案

        严格来说,这不是一辆太阳能车,而是一个混血儿。动力能源既可以来自车身的电动车充电端口,也可以源自车顶的太阳能板。需要重点介绍的不是车本身,而是为车特建的充电基础设施。你只要挑一个晴朗的天气把车停在这个充电装置下。预先写入的智能算法就开启追随太阳高度角模式。车底的一款可移动地板自动调整前后方位,顶部的太阳能板就能像反弹球游戏里的受力板一样,总能找到光线进入的最佳角度。福特在太阳能电池板上加装的菲涅尔透镜,让阳光不再是分散的小光束,而是在到达太阳能板上时形成锥形聚焦。

        既然把阳光聚焦到一小块面积那么费劲,不如直接扩大太阳能电池板的面积吧。太阳能板铺满车身的想法太弱太丑太呆板,试试“multi-voltaic”喷涂车漆吧。奔驰G-code概念车就被抹遍了这种车漆,于是变成了一整块巨大的太阳能电砖,但是外表和普通车相比一点没差。这种涂料不仅能吸收阳光,就连风吹过车身表面形成的静电,它也能替你存起来。

        最后说一点材料,面积大、照射角度讨巧,也只是微量的加分项,而太阳能板材料才是光能转换率的决定因素。一般用来做为太阳能板的材料有非晶硅、单晶硅、多晶硅,光能转化率依次递增。但是硅材料生产过程中易造成污染,另一种材料砷化镓不存在污染问题,镓元素虽有毒性,但是化合物本身比较稳定,用来做太阳能板材料时,转化率也略胜一筹(有报道称美国科学家在实验室开发的砷化镓薄膜电池,光能转换率能达到28.4%)。

        浮尘和阴雨,太阳能车的死敌

        综合上述条件后的产电能效还没有算上外因,有些外因甚至会成为重要影响对象,比如浮尘和阴雨

        有数据显示,太阳能设备需要定期除尘,否则发电效率会受到70%以上的影响。太阳能电池板通过纳米镀膜技术处理之后,拥有光滑无比的表面,就能够达到荷叶效应(由于荷叶具有疏水、不吸水的表面,落在叶面上的雨水会因表面张力的作用形成水珠,只要叶面稍微倾斜,水珠就会滚离叶面并顺便带走灰尘污泥的颗粒)自洁的目的,据说自洁率能达到75%。再加上定期将太阳能电池板取出用流水稍加冲洗,基本就能除尘。

        然而,这仅仅是停留在理想状态。车云菌不免担心,在北京这样的城市开车,雾霾灰尘会迅速占据裸露的太阳能电池板表层。那么过高的拆卸清洗频率不仅费时,也容易损伤材料。目前大多数车企使用太阳能电池板时,会在它的表面装了一块玻璃抵挡浮尘。用刷子抹布洗洗涮涮,要简便很多。然而普通玻璃对太阳光的过滤,也会影响一部分发电效率。

        太阳能车最怕的就是阴天,并不是阴天里太阳能电池板就完全无法发电了,而是如果是全太阳能车,用的是容量极小的储能电池,那恐怕就只能趴窝了。如果是第一种储能更多的电池,利用往日晴天充电的储备。但显然,车主就过上了掰着指头算充电时间的日子,万一遇到一个没算准或者天气预报失误,太阳能车就只能罢工了。而且储能电池的寿命一般也就3-5年,还不算最后关头的折损状态。

        若是这样,那车云菌要忍不住吐槽了,都用上大容量电池了,还要太阳能板做什么呢?普通电动车使用快速充电1-5小时就能把空电池充满,与李河君声称的“日均4小时光照下,可以驱动汽车行驶80至100公里”相当,还不用考虑上述条件限制,以及高昂的砷化镓成本。另外,电动车还有更快的“充电方式”——直接更换满电电池,用时仅数分钟。太阳能车的续航与车身总重息息相关,载上了沉沉的大容量电池,车身牵引力也在增加,如此一来就陷入了耗电-增加电池容量的恶性循环。

        虽然更加绿色环保,实用太阳能车还在等一个靠谱案例,证明实力。

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