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太陽能汽車，是指將太陽能轉化成電能作為空氣動力汽車，用電動機驅動車輪行駛的車輛。它實際上也是一種電動汽車，具有節能、安全、環保的特點。由于其零污染，能源用之不盡，被人們稱為“未來汽車”。

1978年，世界上第一輛太陽能汽車在英國研制成功。1984年9月，中國研制的“太陽號”太陽能三輪汽車試驗成功。1996年，清華大學研制出“追日號”太陽能汽車。2001年，中國高校首輛可載人的太陽能電動汽車“思源號”在上海交通大學誕生。2003年，澳大利亞太陽能汽車賽上，由荷蘭制造的“NunaⅡ”太陽能汽車取得了冠軍。2011年，奔馳發布smart forvision concept太陽能概念車。2014年，福特發布C-MAXSolar Energi Concept太陽能概念車，該款車由福特、太陽能源科技公司和佐治亞州理工大學聯合開發。2016年7月，漢能移動能源控股集團有限公司（薄膜太陽能發電企業）發布4款全太陽能動力汽車試圖解決新能源車所面臨的諸多難題。2022年6月，中國首款完全依靠純太陽能驅動，不使用任何化石燃料和外部電源，真正實現零排放，引領前沿技術的智能網聯汽車“天津號”在世界智能大會上展出。2023年9月，瑞典車輛制造商斯堪尼亞公司推出了一款由太陽能驅動的混合動力卡車。2024年8月，美國GoSun公司推出一款電動汽車太陽能充電盒，其不僅能夠在行駛過程中為電動汽車充電，還能在停車時展開，覆蓋整個車頂和前后風擋玻璃，大幅提升充電效率。

太陽能汽車動力系統主要由太陽能電池組、自動陽光跟蹤系統、驅動系統、控制系統和蓄電池組等部分組成。由于太陽能汽車的諸多優點，世界各國都在加緊開發步伐。但太陽能功率較小，一般太陽輻射功率至多1kW/平方米，光電轉換效率小于30%，因此全部用太陽能驅動傳統的汽車難以達到。作為傳統汽車的輔助動力，減少常規燃料的消耗，已經得到較多應用。

發展歷史

早期的太陽能汽車是在墨西哥制成的。這種汽車，外形像一輛三輪摩托車，在車頂上架有一個裝太陽能電池的大棚。在陽光照射下，太陽能電池供給汽車電能，使汽車的速度達到每小時40公里，由于這輛汽車每天所獲得的電能只能行40分鐘，所以它還不能跑遠路。

1978年，世界上第一輛太陽能汽車在英國研制成功，速度為13km/h。1982年，墨西哥研制出太陽能汽車，速度達到40km/h，由于這輛汽車每天所獲得的電能只能行駛40min，所以它還不能跑遠路。1984年9月，中國研制的“太陽號”太陽能三輪汽車試驗成功，在當時曾引起廣泛關注。它由湖北省金屬學會新技術開發公司的黃繩溥等六位中青年科技人員用時56天研制成功，車頂上安裝了2808塊單品硅片、組成10m的硅板，車速為20km/h，遇陰雨或晚上，靠兩個高效蓄電池供電，可連續行駛100km。1996年，清華大學研制出“追日號”太陽能汽車，搭載中國自主研發的第五代太陽能電池板、轉化率達14%，最高時速為80km/h，造價7.8萬美元。這在中國的太陽能汽車發展史上是一個標志性事件。

2001年，全國高校首輛可載人的太陽能電動汽車“思源號”在上海交通大學誕生。它無須任何助動燃料，只要在陽光下曬3~4個小時就能輕松行駛10多km。但它的缺點是電池容量偏小、續航能力有限、敞開式車體設計使迎風阻力較大等。2003年，澳大利亞太陽能汽車賽上，由荷蘭制造的“NunaⅡ”太陽能汽車取得了冠軍，它以30h54 min的時間跑完了3010km的路程，創造了太陽能汽車最高速度170km/h的世界紀錄。

2011年，奔馳發布smart forvision concept太陽能概念車，車頂多處六角形空洞下方為太陽能電池夾層，只需電池來儲存電能，無須內燃機或外接電源的介人。2014年，福特發布C-MAXSolar Energi Coneept太陽能概念車，該款車由福特、太陽能源科技公司和佐治亞州理工大學聯合開發。C-MAX使用了雙電能系統的設計形式（插電式混合動力），既可以從車載電池中獲得能量，也可以通過放置在車頂的太陽能電池板發電獲得能量。C-MAXSolar能夠獲得總的續航里程為998km，而純電模式下續航里程為38km。

2016年7月，漢能移動能源控股集團有限公司（薄膜太陽能發電企業）發布4款全太陽能動力汽車試圖解決新能源車所面臨的諸多難題。漢能全太陽能動力汽車在5~6個小時的光照條件下，日均發電量8~10度，可以驅動汽車行駛80km左右，每年行駛2萬km以上，從而滿足城市常規交通需要。漢能全太陽能動力汽車的高效得益于砷化鎵薄膜發電技術的高轉化率(經美國國家可再生能源實驗室認證達31.6%)，在同類技術中列全球第一。同年，豐田汽車推出了搭載太陽能充電系統的普銳斯插電式混合動力汽車，處于熄火停車狀態時太陽能電池板繼續為汽車充電，電能可直接用于驅動電動機、延長了續航里程，搭載了該電池板后，普銳斯動力效能將提高10%。2017年，特拉斯與日本松下大規模生產光伏電芯和儲能電池，傾力打造光伏發電、儲能、電動汽車乃至新能源家庭應用的閉環。

2022年6月，中國首款完全依靠純太陽能驅動，不使用任何化石燃料和外部電源，真正實現零排放，引領前沿技術的智能網聯汽車“天津號”將在世界智能大會上展出，并開啟在中國內地的巡展。2023年9月，瑞典車輛制造商斯堪尼亞公司推出了一款由太陽能驅動的混合動力卡車，車身覆蓋了總面積達100平方米的太陽能電池板，白天利用陽光進行充電，晚間通過儲能系統進行供電。2024年8月，美國GoSun公司推出一款電動汽車太陽能充電盒，其不僅能夠在行駛過程中為電動汽車充電，還能在停車時展開，覆蓋整個車頂和前后風擋玻璃，大幅提升充電效率。這款充電盒重約32公斤，高12.7厘米，自帶200瓦太陽能電池板，總輸出功率可提升至1200瓦。

工作原理

在陽光下，汽車上的太陽能電池板進行光伏發電。產生的電流經過DC/DC變換器由低壓電轉換為高壓電。此高壓電有三部分流向。一部分高壓電經過DC/AC變換器電流由直流電變為交流電供電機使用，從而驅動汽車運動。另一部分電流輸入動力蓄電池，給動力蓄電池充電。還有一部分電流經過DC/DC變換器，由高壓電轉換為低壓電供汽車內部電器使用。同時，光伏數據、電池數據、負荷數據輸入BMS，BMS接收到這些信號后，判斷汽車所處的工作狀態，向DC/DC變換器和DC/AC變換器輸出控制信號來控制動力蓄電池的狀態。當光伏發電的電能不足以提供汽車所需運行的能量時此時，動力蓄電池來提供汽車電機和內部電器所需要的能量。

類型

其實太陽能汽車，從某種意義上講，也是電動汽車，不同點在于電動車的動力電池是靠工業電網充電的，太陽能汽車用的則是太陽能電池，而太陽能電池的作用就是將太陽能轉化為電能，這個定義其實包含兩種太陽能汽車的類型：一種是以裝在車身表面的太陽能電池所得的電能為驅動能源的車輛；另一種是通過裝在車身外部的太陽能電池得到的電源給車載動力電池充電，再利用動力電池上的電源作為驅動能源的汽車。

基本構造

太陽電池方陣

太陽電池方陣是太陽能汽車的能源。方陣是由許多PV光電池板(通常有好幾百個)組成。方陣類型受到太陽能汽車尺寸和部件費用等的制約。截至2010年，主要有兩種類型的光電池板：硅電池和砷化合物電池。環繞地球衛星使用的太陽電池使用的是典型的砷化合物電池，而硅電池則更為普遍的為地面基礎設備所使用。一般等級的太陽能汽車通常使用硅電池板。許多獨立的硅片(接近1000個)被組合，形成太陽電池方陣。依靠光伏電源供電動發動機驅動太陽能汽車。這些方陣的通常工作電壓在50V~200V之間，并能提供1O00W的電力。方陣輸出功率的大小受到太陽、云層的覆蓋度和溫度的影響。超級太陽能汽車也能使用通常類型的太陽能光電板。但更多的是使用太空級光電板。這種板很小，但是比普通的硅片電池板要昂貴得多，然而它們的使用效率非常高。一般情況下，車子在運動時，被轉換的太陽能光被直接送到發動機控制系統。但有時提供的能量要大于發動機需求的電力，那么多余的能量就會被蓄電池儲存以備后用。當太陽電池方陣不能提供足夠的能量來驅動發動機時，蓄電池內的被儲存的備用能量將會自動補充。當然，當太陽能汽車不運動時，所有能量都將通過太陽能光伏陣列儲存在蓄電池內。也可以利用一些回流的能量來推動汽車。當太陽能汽車開始減速時，換用通用的機械制動，這時發動機將變成了一個發電機，能量通過發動機控制器反向進入蓄電池內進行儲存。回充到蓄電池中的能量是非常少的，但是卻非常實用。

電力系統

太陽能汽車的心臟部位就是電力系統，它由蓄電池和電能組成，電力系統控制器管理全部電力的供應和收集工作。蓄電池組就相當于普通汽車的油箱。一個太陽能汽車使用蓄電池組來儲存電能以便在必要時使用，太陽能汽車啟動裝置控制著蓄電池組，但是當太陽能汽車開動后，是通過太陽能陣列提供能量，從而再充到蓄電池組內。由于重要的原因，大量的蓄電池作為能量被使用是有限的。截至2010年在太陽能汽車上所用的蓄電池主要有如下幾種：1.鉛酸蓄電池，2.鎳鎘蓄電池，3.鋰電池，4.鋰聚合物電池。鎳鎘、鎳氫和鋰電池比普通的鉛酸蓄電池遠遠提高了蓄電能力，重量比普通電池要輕的多。但是他們很少在太陽能汽車中被廣泛使用，主要是維護起來很小心，并且很昂貴。另外一種蓄電池能夠提供強勁能量的就是鋰電池，在今后蓄電池的儲存能力將會更高。電池組是由幾個獨立的模塊連接起來，并形成系統所需的電壓。比較有代表性的系統電壓一般是在 84-108V。蓄電池組由幾個獨立的模塊連接起來，并形成系統所需的電壓。我們可以使用的系統電壓在84V-108V。

電力控制系統

在太陽能汽車里最高級的組件部分就是電力系統。它們包括峰值電力監控儀、發動機控制器和數據采集系統。電力系統最基本的功能就是控制和管理整個系統中的電力。峰值電力監控儀條件電力來源于太陽能光伏陣列，光伏陣列把能量傳遞給另外的蓄電池用于儲存或直接傳遞給發動機控制器用于推動發動機。當太陽能光伏陣列正在給蓄電池充電的時候，電池組電力監控儀會保護蓄電池組因過充而被損壞。電池組電力監控儀的號碼數值隨我們的設計而被使用在太陽能汽車里。峰值電力監控儀是由輕質材料構成，并且一般效率能達到95%以上。發動機控制器控制發動機的啟動，而發動機啟動信號是來自駕駛員的加速裝置。對發動機控制器電力管理是通過程序來完成的。發動機的啟動需要配備不同型號的發動機控制器，使用的工作效率一般超過 90%。很多太陽能汽車使用精確數據檢測系統來管理整個太陽能汽車的電力系統，其中包括，太陽能光伏陣列、蓄電池組、發動機控制器和發動機。在有些時候，我們需要掌控電池的電壓和電流。從監控系統獲得的數據常常用來判斷太陽能汽車的狀況，并用來解決太陽能汽車出現的問題。

電動機

在太陽能汽車里使用什么類型的發動機沒有限制。大多數太陽能汽車使用的發動機是雙線圈直流無刷電機，這種直流無刷電機是相當輕質的材料機器，在額定的RPM(每秒轉速)達到98%的使用效率。但是它們的價格比普通油刷型交流發動機要貴一些。

特有優勢

太陽能電動車以光電代油，可節約有限的石油資源。白天，太陽電池把光能轉換為電能自動存儲在動力電池中，在晚間還可以利用低谷電(220V)充電。無污染，無噪音。因為不用燃油，太陽能電動車不會排放污染大氣的有害氣體。沒有內燃機，太陽能電動車在行駛時聽不到燃油汽車內燃機的轟鳴聲。與燃油汽車的比較優勢。實用型太陽能動力車除行駛速度遠低于燃油汽車外，與燃油汽車相比，還是有諸多優勢的。首先，太陽能電動車耗能少，只需采用3-4平方米的太陽電池組件便可使太陽能電動車行駛起來。燃油汽車在能量轉換過程中要遵守卡諾循環的規律來作功，熱效率比較低，只有1/3左右的能量消耗在推動車輛前進上，其余2/3左右的能量損失在發動機和驅動鏈上；而太陽能電動車的熱量轉換不受卡諾循環規律的限制，90%的能量用于推動車輛前進。其次，易于駕駛。無需電子點火，只需踩踏加速踏板便可啟動，利用控制器使車速變化。不需換擋、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，特別適合婦女和老年人駕駛。另外，太陽能動力車采用創新前橋和轉向系統，前后獨立懸掛，四輪鼓式制動從時速30公里到突然剎車，剎車線不超過7.3米。

由于太陽能電動車結構簡單，除了定期更換蓄電池以外，基本上不需日常保養，省去了傳統汽車必須經常更換機油，添加冷卻水等定期保養的煩惱。小巧的車身，靈便轉向，可以輕而易舉的將車泊入擁擠不堪的都市停車場。在都市行車，為了等候交通信號燈，必須不斷的停車和啟動，既造成了大量的能源浪費，又加重了空氣污染，使用太陽能電動車，減速停車時，可以不讓電動機空轉，大大提高了能源使用效率和減少了空氣污染。再次，太陽能電動車沒有內燃機、離合器、變速箱、傳動軸、散熱器、排氣管等零部件，結構簡單，制造難度降低。

缺點

1.能量小驅動力不足，不能重負荷。2.太陽能汽車的首要資源是太陽，如果碰到陰雨天氣或者晚上就不能出行，受天氣和時間的限制。3.太陽能輻射強度較弱，光伏電池板造價昂貴。

特點

主要應用

根據太陽能電池板轉化能在汽車應用中的不同比例，可分為汽車主要能量源、混合驅動太陽能汽車以及汽車輔助能源三種類型。

作為汽車主能量源

貼在車體外表的太陽能電池板將陽光直接轉換成電能，驅動車輛行駛，汽車行駛快慢通過輸入電動機的電流控制。截至2020年，此類太陽能汽車的車速能達到100km/h，無陽光的天氣下最大續航里程也在100km左右。

混合驅動太陽能汽車

裝有兩套動力系統，車輛外觀與傳統汽車相似，只是部分表面加裝了太陽能吸收裝置，如車頂電池板可給蓄電池充電或直接作為動力源。車上還裝有汽油發動機和電動機；電動機用于低速行駛，當車輛達到某一速度后，汽油發動機啟動、電動機脫離驅動軸，汽車與普通汽車一樣行駛。

汽車輔助能源

①太陽能用作汽車蓄電池的輔助充電能源；②用于驅動風扇和汽車空調等較小的系統。

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