太阳能电池在汽车上的应用发展前景

太阳是一个主要由氢和氦组成的炽热气体火球，太阳能主要来源于氢聚变为氦的聚变反应。地球只接受太阳总辐射的二十二亿分之一，但太阳每秒钟辐射到地球上的能量相当于燃烧500万t煤释放的能量。太阳能是可再生资源，可免费使用、无需运输、对环境无任何污染。为了利用太阳能，人们发明了可以吸收太阳能并转化为电能的装置一太阳能电池。太阳能电池自发明以来，在特种航天、建筑、照明、游艇、汽车等行业获得了广泛应用。

2太阳能电池2.1太阳能电池原理太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。如所示。

2.2太阳能电池的分类：2011-01-13插电式混合动力汽车、纯电动汽车、代用燃料汽车等新能源汽车的动力技术研究。

前电极阳光太阳能电池原理按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形。

按材料可分为硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机膜形，而化合物半导体薄膜形又分为非结晶形（a-Si：H，a-Si：H：F，a-SixGel-x：H根据电池所用材料的不同，太阳能电池还可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电硅太阳能电池薄膜太阳能电池聚合物电池纳米晶太阳能电池池、纳米晶太阳能电池四大类。

其中硅太阳能电池是发展最成熟的，在应用中居主导地位。

2.3太阳能电池的应用领域太阳能电池自发明以来，在特种航天、建筑、照明、游艇、电力、汽车等行业获得了广泛应用。

3太阳能电池在汽车上的应用3.1太阳能汽车的原理将太阳能电池（板）安装在汽车上，太阳能电池（板）采集阳光，并产生电流。通过电流驱动电动机，最终驱动车辆行驶。太阳能汽车的原理如。

太阳能汽车的原理太阳能电池驱动汽车有三种方式：直接驱动式、间接驱动式和混合驱动式。

直接驱动式：太阳能电池（板）产生的电流不经过蓄电池组，直接通过控制器、电动机、传动系统来驱动汽车的车轮行驶。

间接驱动式：太阳能电池（板）产生的电流通过控制器先给蓄电池组充电，当汽车需要行驶时，电流从蓄电池组中流出，通过控制器、电动机、传动系统来驱动汽车的车轮行驶。

混合驱动式：太阳能电池（板）既可以把产生的电流直接驱动汽车行驶，也可以用之前储存在蓄电池组的电能驱动汽车行驶，还可以在汽车行驶过程中给蓄电池组充电。

为了长途行驶或预防连续阴雨天气的需要，在蓄电池组上可以增加外接充电接口。

3.2太阳能汽车的结构太阳能汽车主要由车身、太阳能电池板、电力系统、驱动系统、蓄电池、机械系统、底盘等部分组成。太阳能汽车的车身由于安装太阳能电池（板）-40-的需要，其造型与普通汽车有较大的区别，其表面积也往往大于普通汽车的表面积。

3.3太阳能电池在汽车上的应用3.3.1应用历史国外太阳能电池最早于1978年用在汽车上，当时的太阳能汽车时速仅为13km/h.之后世界很多国家对太阳能汽车进行了研究，但主要侧重于赛车领域。

2003年在澳大利亚太阳能汽车比赛上，由荷兰学生制造的Nuna“太阳能汽车创造了太阳能汽车最高时速170km的新世界纪录。目前，太阳能汽车连续驾驶里程最大为200km.国内1984年9月，我国首次研制的”太阳号“太阳能汽车在武汉试验成功，共安装了2808块单晶硅片，组成10m2的硅板，有三个车轮，自重159kg，车速20km/h.产品，太阳能转化率为14%.2001年，在上海交通大学研制出了”思源号“太阳号追日号思源号0中山大学号到目前为止，太阳能在汽车上的应用技术主要集中在两个方面：一是作为驱动力，二是用作汽车辅助设备的能源。

这一应用方式，一般采用太阳能电池板，通过太阳能电池转化的电能驱动汽车运行。按照应用太阳能的程度又可分为如下两种形式：一是太阳能作为第一驱动力驱动汽车，目前主要是用在太阳能赛车（1）和短距离电瓶车（2）上；二是太阳能和其它能量混合驱动汽车，相当于混合动力汽车，既可以减轻蓄电池的重量，也可以适当降低环境污染。

由于太阳辐射到地面的功率至多1kW/m2，目前的光电转换效率小于30%.普通汽车的功率一般在几十千瓦左右，因此全部用太阳能电池驱动普通汽车，目前还难以达到。

但在普通汽车上用太阳能作为辅助动力，或者给汽车上的各种辅助设备提供电能，如利用太阳能电池为汽车的空调、风扇和车内照明设备提供能源等。

3.4存在的问题太阳光由于受到天气、季节、时间早晚等不可抗因素影响，导致太阳能具有地域性、季节性和时域性等特点。同时太阳光的不稳定性、分散性（强烈时大约1kW/m2）以及太阳能电池能量密度小、转化效率低、成本高等因素，导致太阳能电池在汽车上还不能广泛使用。

太阳能电池价格比较高，所以太阳能汽车的价格也比较高，超出了普通民众接受的范围。太阳能汽车功率普遍较小、续航里程短、承重能力低、乘坐舒适性与普通汽车相比还有比较大的差距。

我国机动车登记明确规定，未列入机动车产品目录公告的机动车不准办理注册登记。由于太阳能汽车完全由太阳能电池（板）驱动，导致太阳能电池（板）的面积很大，而太阳能汽车的造型也与普通汽车有较大的区别，太阳能汽车依法还不能上路，这也是限制太阳能电池在汽车上应用的一个外在因素。

4应用趋势分析4.1政府引导随着环境污染、变暖全球以及化石能源的逐渐枯竭，各国政府都通过立法或规划等手段提出了新能源刺激发展方案或新能源补贴方案。而作为清洁完全无污染的太阳能，将会因此引起更多企业的研发和重视。

4.2技术发展趋势很多国家的汽车企业和光电企业已加大了对汽车和太阳能电池的研发投入，并取得了很大进展。主要表现在以下三个方面：提高汽车设计技术汽车行业的整体的趋势是向更安全、更高效、更节能的方向发展。随着材料技术、工艺技术、设计理念、设计方法的进步，有关汽车车身、底盘、机械系统、驱动系统、蓄电池、控制系统等将得到进一步的提高，届时汽车的重量将更轻、性能更优，从而减少对电能的需求。

提高太阳能电池的转换效率目前，太阳能电池的最大光电转换效率已经有了比较大的提升。如澳大利亚企业用激光技术制成的太阳能电池，其光电转换率达24.2%，日本企业已研制出光电转换率达30%的太阳能电池，美国已研制成功光电转换率达35%的高性能太阳能电池。

提高对太阳光照的利用效率目前，太阳能发电站主要有三种太阳能电池组件安装方式，即简单的固定安装（3）、单轴3简单固定安装4单轴跟踪系统5双轴跟踪系统6空间太阳能电站跟踪系统（4）和双轴跟踪系统（5）。

简单固定安装方式没有跟踪太阳的能力，对太阳光的利用有限；单轴跟踪系统相比简单固定安装方式最多可以增加额外25%的发电量；双轴跟踪系统不仅可以根据太阳的方位和高度调整电池组件的位置，还可以根据天空云层的分布情况选取最亮点进行跟踪，同时还可以根据系统指令使电池组件采取避风措施。双轴跟踪系统比简单固定安装方式最多可以增加额外40%的发电量。

为获得更高效率的太阳能，目前，美国、日本、欧洲及一些国际组织已经开展了空间太阳能电站（6）的研究工作。所谓空间太阳能电站是指在空间通过太阳能电池将太阳能转化为电能，再通过无线方式传输到地面的系统。该系统计划2030年前后实现商业化运行。目前己实现了在短距离、小功率的电能传输。一旦空间太阳能电站成功发电，将直接推动太阳能汽车及其他利用太阳能产品的普及，同时也将对世界的能源结构及能源传输带来革命性的影响。

4.3社会需求太阳能汽车虽然在一定时间内还将集中在赛车部分，但小规模的应用已经出现，比如高尔夫球场和主题公园等。随着政策引导及人们环保意识的加强，太阳能汽车的发展已成为了一种社会共识。从最初的太阳能赛车，到现在的太阳能电瓶车，再到现在普通汽车上大批量安装使用的太阳能空调、太阳能风扇、太阳能天窗、太阳能辅助蓄电池等，太阳能电池在汽车上的应用已越来越广泛。

5总结太阳能电池自诞生以来，已经在特种航天、建筑、照明、游艇等行业获得了广泛应用。从太阳能汽车的发展历程可以看到，太阳能电池在汽车行业的应用主要还停留在太阳能赛车和太阳能电瓶车上。虽然太阳能电池在汽车上作为辅助能源或辅助动力已经获得应用，但由于太阳能电池存在能量密度小、转化效率低、成本高以及纯太阳能电池汽车无法办理注册登记等因素，很大程度地限制了太阳能电池在汽车上的应用。

在社会的需求、政府的引导和技术的进步等各方面共同作用下，太阳能电池将获得更大更好的发展，而太阳能电池在汽车上的应用也将更加广泛。